cGAS-STING通路是先天免疫系统识别胞质异常DNA、启动抗病毒与抗肿瘤应答的核心通路。2008年，Barber团队与舒红兵团队通过IFN-β启动子相关基因筛选，各自独立鉴定出一个新的内质网跨膜蛋白。Barber团队将它命名为干扰素基因刺激蛋白（Stimulator of interferon genes），简称STING。随后Barber团队通过基因敲低与敲除证明，它是DNA诱导I型干扰素所不可或缺的信号枢纽，但没有阐明细胞如何感知DNA，由谁激活STING。这一空白于2013年由陈志坚团队填补。他们先发现DNA刺激细胞会释放一种可扩散的第二信使cGAMP，再通过质谱从数千种胞质蛋白中锁定催化cGAMP合成的酶——环GMP-AMP合成酶（Cyclic GMP-AMP synthases），简称cGAS，并证实了cGAS可结合DNA催化合成2′,3′-cGAMP激活STING。2024年，陈志坚因发现这一通路荣获拉斯克基础医学研究奖。今天我们来详细讲解cGAS-STING通路，并探讨相关药物的研究现状。

正常状态下，细胞质里没有游离的DNA。一旦细胞质出现DNA，通常意味着细胞出了异常：病毒入侵会把DNA注入细胞质，细菌被吞噬裂解后留下DNA，肿瘤细胞因基因组不稳定而泄漏自身DNA，受损线粒体也会释放mtDNA。这种异常需要免疫系统介入，而免疫级联的第一步，就是cGAS激活。

cGAS是一个钳形蛋白，非激活状态下两瓣合拢、活性中心闭合。DNA结合在背面并引发构象变化，把另一侧位于钳口的活性口袋拉开。cGAS只结合DNA骨架、不识别碱基序列，因此可以识别任何来源的双链DNA。

人源cGAS有两处DNA结合面。主结合面（site A）带正电，K173、R176、K407、K411等残基与DNA骨架的磷酸氧形成盐桥，R176与DNA小沟形成氢键，进一步稳固复合物。次级结合面（site B）是一段锌指结构（Zn thumb），由H390、C396、C397、C404配位Zn2+形成刚性凸起，以范德华力接触大沟旁的DNA骨架。锌指结构位阻较大，只允许B型DNA双螺旋通过，其它类型的核酸结构均无法进入。

在细胞内，cGAS通常以二聚体形式桥接同一条长DNA的两个区段，每个区段约20 bp。cGAS-1的site A与cGAS-2的site B共同结合一个区段，cGAS-1的site B与cGAS-2的site A结合另一个区段。同时，cGAS的K347与相邻cGAS锌指上的E398形成氢键，帮助稳定二聚体。DNA越长，结合其上的cGAS二聚体越密集，复合体也就越稳定。

DNA结合引发的构象变化打开活性中心，贯穿N端的ɑ螺旋（含K173、L174、R176）也在DNA诱导下断开重排，其中的L174从溶剂侧移入催化口袋，此时底物可以进入，2′,3′-cGAMP的合成启动。想了解cGAMP合成的具体机制，可以看我们上一期推文（点击查看）。

STING平时以二聚体形式锚定在内质网膜上。我们上期公众号讲过（点击查看），STING二聚体结合2′,3′-cGAMP（B8362）后，会转入封闭构象，脱离内质网并发生寡聚化。除此之外，STING还可以被细菌来源的3′,3′-cGAMP（C3289）激活。3′,3′-cGAMP由细菌的抗噬菌体系统合成，用于应对噬菌体入侵，因此3′,3′-cGAMP激活的STING相关信号不依赖上游的cGAS触发。

STING激活后经COPII囊泡从内质网经过ERGIC运往高尔基体。抵达高尔基体后，STING的Cys88、Cys91发生棕榈酰化，同时结合硫酸化糖胺聚糖，并通过这一过程进一步聚集到高尔基体反面膜囊（TGN）的脂筏上。

高尔基体脂筏上的STING寡聚体以C端尾部的PLPLRT/SD结构域招募激酶TBK1，TBK1磷酸化STING的pLxIS结构域的Ser366。注意，由于空间阻隔，TBK1磷酸化的并非自身结合的STING，而是旁边的STING，这也是STING必须聚集到脂筏上的原因。随后，磷酸化的pLxIS招募转录因子IRF3，由TBK1通过磷酸化将其激活，IRF3随即二聚化并转入细胞核，启动I型干扰素等基因的转录。

除了干扰素相关途径，TBK1也可以激活NF-κB相关途径。TBK1结合STING后通过磷酸化激活临近的TBK1。激活的TBK1磷酸化IKKβ，活化的IKKβ磷酸化IκBα。正常状态下，IκBα通过结合抑制NF-κB。而磷酸化的IκBα会被降解，释放NF-κB。游离的NF-κB入核、上调TNF-α、IL-6等炎症因子。

综上所述，多数STING激动剂在临床实验中都面临递送难、药效低、副作用大的困境，所以至今没有STING激动剂获批。

APExBIO的cGAS-STING相关小分子已为不同国家众多知名科研机构提供核心实验支持，其相关应用成果更获多篇高分学术文献引用背书。之前我们已解读过5篇文献（下滑至往期推荐），了解了2′,3′-cGAMP（B8362）和DMXAA（A8233）在炎症研究、抗肿瘤治疗、疫苗开发等场景中的应用的两篇相关重磅科研成果。今天我们再次精选其中3篇文献，直观呈现各种cGAS-STING相关小分子的应用价值。更多文献案例及产品详情，可前往APExBIO中文官网（https://www.apexbio.cn/）查询。