综述：打破屏障：cGAS-STING通路作为癌症免疫治疗的新前沿

本综述系统阐述了cGAS-STING（环状GMP-AMP合成酶-干扰素基因刺激因子）信号通路在先天免疫中的核心作用，重点探讨了其在癌症免疫中的双重角色（既激活抗肿瘤免疫又诱导免疫抑制），并总结了靶向该通路的最新治疗策略（包括纳米材料、抗体偶联药物、工程菌等）面临的挑战与未来方向，为改善cGAS-STING靶向疗法的临床预后提供了新见解。

　　

cGAS-STING通路的激活机制与结构基础

cGAS（环状GMP-AMP合成酶）是细胞质DNA的关键传感器，能够识别病原体来源的双链DNA（dsDNA）、死亡或肿瘤细胞释放的自身DNA，以及受损线粒体或细胞核释放的自身DNA。在生理状态下，cGAS主要被核小体隔离，防止其异常激活。当cGAS与细胞质dsDNA结合后，其构象发生改变，形成2:2的cGAS-dsDNA复合物，进而催化ATP和GTP合成第二信使2‘3’-环状GMP-AMP（cGAMP）。

cGAMP作为内源性第二信使，与内质网（ER）驻留的适配蛋白STING（干扰素基因刺激因子）结合。STING是一种跨膜蛋白，其胞质区负责配体结合和信号转导。cGAMP的结合诱导STING发生结构重排，从二聚体寡聚化为四聚体或更高级的寡聚体。激活后的STING随后通过COPII（外被蛋白复合体II）介导的囊泡运输，从内质网依次转运至内质网-高尔基体中间室（ERGIC）和高尔基体。在高尔基体上，TANK结合激酶1（TBK1）被招募至STING的C端结构域（CTT）。TBK1的自磷酸化以及STING在CTT上丝氨酸366（人类）或365（小鼠）位点的磷酸化，进而激活干扰素调节因子3（IRF3）。活化的IRF3转入细胞核，启动I型干扰素（IFN-α/β）和干扰素刺激基因（ISGs）的转录。同时，STING也能激活核转录因子-κB（NF-κB）通路，上调白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎细胞因子的表达。

cGAS-STING通路的精细调控网络

该通路的活性受到多层次、精细复杂的调控，主要包括翻译后修饰（PTMs）、表观遗传修饰、避免异常自身DNA识别的机制、cGAMP的传输与降解调控，以及STING的转运与 trafficking。

翻译后修饰（PTMs）

泛素化、SUMO化、ISG化、磷酸化、棕榈酰化、乙酰化等多种PTMs通过影响cGAS和STING的稳定性、活性、二聚化、DNA结合能力及细胞内定位，精确调控信号强度与持续时间。例如，TRIM56介导的cGAS单泛素化增强其二聚化和DNA结合活性，而TRIM27和UBE3C介导的K48连接的多聚泛素化则促进cGAS降解。TBK1对STING S366位点的磷酸化促进IRF3招募，而ULK1对同一残基的磷酸化却抑制IRF3激活。ZDHHC家族介导的STING棕榈酰化（C88, C91）对其激活至关重要。

表观遗传修饰

cGAS和STING基因启动子的高甲基化可导致其转录沉默，促进免疫抑制微环境。异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）癌症相关突变可诱导cGAS高甲基化从而使其沉默。相反，METTL3介导的m⁶A RNA甲基化可稳定cGAS和STING的mRNA，增强无菌条件下的炎症反应。

避免异常自身DNA识别

细胞通过脱氧核糖核酸酶（DNases，如TREX1, TREX2）持续降解细胞质中潜在的免疫刺激性DNA，维持DNA稳态。细胞区室化是另一关键机制：在正常情况下，dsDNA被严格限制在细胞核和线粒体内。然而，微核形成、细胞核膜完整性丧失导致的染色质片段释放、以及线粒体DNA（mtDNA）在应激下释放到细胞质，都会成为cGAS激活的强效平台。值得注意的是，cGAS本身通过其DNA结合域与核小体酸性斑块的特异性相互作用，被组成性地锚定在核小体上，这是一种重要的隔离机制。

cGAMP的传输与降解

cGAMP不仅作为细胞内第二信使，还能作为免疫信使在细胞间传递。其传输机制包括通过间隙连接、病毒颗粒、以及多种转运蛋白（如ABCC1, LRRC8A, SLC19A1, P2X7R）。同时，cGAMP的降解受到严格调控，例如胞外酶ENPP1（外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1）可降解胞外cGAMP，从而抑制STING介导的抗肿瘤免疫反应。其他水解酶如SMPDL3A和ENPP3也参与cGAMP的清除。

STING的转运与降解

STING从内质网到高尔基体的转运是信号激活的关键步骤，受到STEEP、TRAPβ、COPII复合体等正调控因子和STIM1等负调控因子的调控。信号终止则通过泛素-蛋白酶体系统（如TRIM29, TRIM13介导的降解）、逆向运输（依赖COPI、Surf4、ARF1将STING从高尔基体运回内质网）以及溶酶体降解（由ESCRT、AP-1、NPC1等介导）等多种途径实现。

cGAS-STING通路的细胞功能

除了经典的抗微生物防御功能（识别病毒、细菌DNA，触发I型IFN反应），cGAS-STING通路还调控多种重要的细胞过程。

自噬与溶酶体生物合成

激活的STING可以诱导非经典自噬，通过与WIPI2、ATG5、V-ATP酶、ATG16L1等自噬调节因子相互作用，促进LC3（轻链3）脂化，形成自噬体，清除细胞质DNA和病毒。近期研究发现STING本身可作为质子通道，增加高尔基体和酸性囊泡的质子流和pH值，这对于LC3脂化和GABARAPs（γ-氨基丁酸受体相关蛋白）的脂化至关重要。GABARAPs的脂化可解除mTORC1（雷帕霉素机制靶标复合体1）对MiT/TFE转录因子（TFEB, TFE3, MITF）的抑制，促进其核转位，从而驱动溶酶体生物合成相关基因的表达。这些功能被认为是cGAS-STING通路在进化上早于I型IFN信号出现的原始功能。

细胞衰老

cGAS-STING是细胞衰老的关键参与者和调节者。衰老过程中释放的染色质片段、氧化应激、线粒体功能障碍导致的mtDNA释放、以及逆转录转座子（如LINE-1）和内源性逆转录病毒激活产生的cDNA，均可被cGAS识别，触发衰老相关分泌表型（SASPs）。cGAS-STING通过经典IRF3/IFN通路，以及非经典通路（如IRF3与RB蛋白相互作用抑制E2F转录、STING/PERK/eIF2α信号轴）诱导和维持细胞衰老。

细胞死亡

cGAS-STING信号通过IFN依赖或非依赖机制调控多种细胞死亡方式，动态影响细胞命运。例如，STING激活可驱动癌细胞凋亡；cGAS激活可诱导ZBP1/RIPK3/MLKL介导的坏死性凋亡，抑制癌性增殖；cGAS-STING还能激活NLRP3和AIM2炎症小体，导致GSDMD/E介导的细胞焦亡；此外，STING信号直接或间接通过调节GPX4、NCOA4、SLC7A11等铁死亡相关因子促进铁死亡。

cGAS-STING信号在癌症中的双重角色

抗肿瘤作用

在肿瘤微环境（TME）中，由染色体不稳定性（CIN）、DNA损伤（如错配修复缺陷dMMR）等产生的细胞质DNA激活cGAS-STING通路，发挥抗肿瘤作用：

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  免疫细胞激活：cGAS-STING激活树突状细胞（DCs），促进其抗原呈递和CD8⁺ T细胞应答；促进肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）向M1样促炎表型极化；通过诱导IFN促进自然杀伤细胞（NK细胞）活化；抑制髓源性抑制细胞（MDSCs）分化；增强Th1和Th9细胞的抗肿瘤功能。
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  肿瘤细胞抑制：诱导肿瘤细胞衰老、坏死性凋亡等死亡途径；STING可直接结合并抑制己糖激酶2（HK2）活性，限制肿瘤有氧糖酵解。
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  抑制肿瘤血管生成：cGAMP激活内皮细胞STING，促进血管正常化，增强淋巴细胞跨内皮迁移。

促肿瘤与促转移作用

然而，慢性或持续的cGAS-STING激活可能通过以下机制促进肿瘤进展：

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  信号重编程：在CIN阳性肿瘤中，慢性STING刺激导致信号从促炎的I型IFN反应转向非经典NF-κB通路（促进IL-6/STAT3存活信号）和内质网应激通路（PERK, IRE1, ATF6），后者促进转移并形成免疫抑制性TME（富含M2型TAMs、功能失调的T细胞和MDSCs）。
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  诱导免疫抑制：慢性低水平IFN信号可上调免疫检查点分子（如PD-L1）和IDO（吲哚胺2,3-双加氧酶）等免疫抑制因子。癌细胞可通过上调ENPP1降解cGAMP，其产物AMP可被CD73（NT5E）进一步水解为免疫抑制代谢物腺苷。衰老细胞释放的mtDNA可通过胞外囊泡被PMN-MDSCs感知，增强其免疫抑制活性。STING/IRF3/IL-35轴在调节性B细胞中可抑制NK细胞增殖。

靶向cGAS-STING的癌症治疗策略与挑战

第一代STING激动剂及其挑战

天然环二核苷酸（CDNs，如cGAMP, c-diGMP）及其合成类似物（如ADU-S100, MK-1454）是首批进入临床的STING激动剂。然而，它们面临膜通透性差、需要瘤内注射、半衰期短、全身毒性、易产生耐药性以及肿瘤异质性等挑战，导致临床疗效有限。

新一代STING调节剂

为了克服上述挑战，新型治疗策略正在探索中：

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  纳米材料：利用脂质纳米粒、聚合物纳米载体、外泌体（如ExoSTING）、水凝胶等纳米平台递送STING激动剂，可改善水溶性、延长半衰期、实现靶向递送、减少全身毒性。例如，PolySTING纳米颗粒可特异性靶向cDC1s，避免T细胞死亡。
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  抗体偶联药物（ADCs）：如TAK-500（靶向CCR2）和XMT-2056（靶向HER2），旨在将STING激动剂特异性递送至肿瘤或特定免疫细胞，提高疗效并降低毒性。
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  工程菌：如SYNB1891，利用非致病性大肠杆菌在肿瘤缺氧微环境中产生CDNs，激活APCs中的STING。
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  替代策略：例如ENPP1拮抗剂（如ISM5939, RBS2418），通过抑制cGAMP降解，提高肿瘤微环境内cGAMP水平，从而原位激活STING通路，具有更好的安全性。
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  光遗传学方法：如OptoSTING，利用光控工具精确调控STING的聚集和激活，为研究其功能和开发可控疗法提供了新工具。
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  组合策略：STING激动剂与免疫检查点抑制剂（ICIs）、化疗、放疗、过继细胞疗法（如CAR-T）等联合应用显示出协同抗肿瘤潜力。研究发现，TLR2激动剂预处理可重编程STING信号，减少PD-L1^high单核细胞扩增，从而提高STING激动剂疗效。抗IL-35阻断可克服调节性B细胞介导的耐药。
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  精准医疗：考虑STING基因变异的人群异质性，开发泛激动剂（pan-agonist）；寻找预测性生物标志物（如XCR1⁺STING⁺CXCL9⁺ cDC1s）用于患者分层。

结论与展望

cGAS-STING通路是连接先天免疫与适应性免疫的核心枢纽，在癌症免疫中扮演着复杂双重角色。尽管直接靶向STING的激动剂在临床转化中面临挑战，但对通路调控机制的深入理解以及纳米技术、合成生物学、组合策略和精准医疗等新方法的兴起，为开发下一代高效、安全的cGAS-STING靶向疗法开辟了广阔前景。未来研究需进一步阐明通路的未知功能、复杂调控网络，并优化治疗策略以改善临床结局。