电离辐射诱导微核及胞质DNA释放激活cGAS-STING通路增强抗肿瘤免疫的机制与临床转化研究

《Radiotherapy and Oncology》：SHORT-COURSE RADIOTHERAPY FOR OLDER PATIENTS WITH LOCALLY ADVANCED RECTAL CANCER AND UNFIT FOR CHEMOTHERAPY: THE SOFT STUDY

为解决放疗免疫激活机制不明确的问题，研究人员开展电离辐射诱导微核形成与胞质DNA释放的主题研究，发现MN破裂通过cGAS-STING通路驱动I型干扰素产生，联合PARP抑制剂可增强免疫应答，为放疗-免疫联合治疗提供新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，电离辐射(IR)长期以来被视为直接杀伤癌细胞的利器，主要通过诱导DNA双链断裂引发细胞死亡。然而近年来，科学家们逐渐认识到放疗的作用远不止于此——它还能巧妙激活人体自身的免疫系统，产生"远隔效应"（abscopal effect），即照射局部肿瘤后，未受照射的远处转移灶也会奇迹般消退。这种神奇现象的背后，隐藏着怎样分子机制呢？

《Radiotherapy and Oncology》发表的这项开创性研究揭开了谜底：辐射后细胞中形成的微核(Micronuclei, MN)和分散的胞质双链DNA(dsDNA)成为激活天然免疫的关键信号分子。当这些本该待在细胞核内的DNA"逃逸"到胞质中，就会被cGAS（cyclic GMP-AMP synthase）传感器识别，进而激活STING（Stimulator of Interferon Genes）通路，最终启动强大的I型干扰素应答和抗肿瘤免疫反应。这项研究不仅阐明了放疗免疫激活的核心机制，更为优化放疗与免疫治疗组合策略提供了重要理论基础。

研究人员采用多学科技术方法开展研究：通过免疫荧光显微镜可视化MN和胞质dsDNA（使用Hoechst 33342/DNA染色和抗dsDNA抗体）；利用CellProfiler软件进行图像定量分析；采用DNase I处理验证功能；使用蛋白印迹检测cGAS-STING通路激活；并通过临床样本分析验证转化价值。

DNA损伤来源的胞质DNA作为放疗中天然免疫反应的驱动因素

研究发现电离辐射主要通过诱导DNA损伤产生抗癌活性。除了引起内在细胞死亡外，DNA损伤还通过cGAS和STING依赖性诱导促炎细胞因子和趋化因子引发免疫反应。胞质dsDNA源于未解决的DNA损伤，是连接基因组不稳定性与cGAS-STING通路激活的核心介质。

辐射应激与微核的形成

研究证实MN是IR后胞质DNA的重要来源。MN是通过有丝分裂后形成的膜结合结构，含有DNA但与主核空间分离。IR后经历有丝分裂产生的MN作为cGAS感知的底物，导致cGAS-STING通路激活和后续免疫信号传导。重要的是，STING缺陷小鼠在局部照射后显示肿瘤消退减少，证明cGAS-STING通路激活对有效肿瘤反应至关重要。

微核包膜不稳定的触发因素和结果

研究表明MN膜的结构完整性不同于主核。MN包膜通常更脆弱易破裂，将包裹的基因组物质暴露于胞质中。MN破裂前，其内DNA与cGAS等胞质传感器隔离；包膜破裂后，DNA暴露允许cGAS募集和下流信号传导。但cGAS募集受多种因素影响，包括组蛋白修饰、转录活性和染色质物理特性。

导致分散胞质DNA的来源和细胞事件

分散的胞质dsDNA是指存在于胞质中没有包围膜的DNA片段。MN膜破裂是分散胞质DNA的一个主要来源。当MN膜破裂将其基因组内容释放到胞质中，分散DNA变得易受进一步DNA损伤的影响。除了MN破裂，分散胞质dsDNA也可通过片段化基因组物质的直接泄漏产生，涉及核DNA(nDNA)或线粒体DNA(mtDNA)。

微核和分散胞质DNA的临床利用

研究发现MN和分散胞质dsDNA作为cGAS-STING等DNA感知通路的触发器，导致天然免疫信号传导和I型干扰素产生。这在临床正通过两种策略进行利用：放大胞质DNA积累（如将DNA损伤剂与DDR通路抑制剂组合）或提供外源dsDNA和STING激动剂直接刺激抗肿瘤免疫。

微核作为基因毒性应激的生物标志物

MN积累已被广泛认可并应用作为检测各种生物模型中基因毒性应激和基因组不稳定性的生物标志物。在放疗背景下，MN作为成熟的生物剂量计， cytokinesis-block micronucleus (CBMN)测定法常用于根据IR后MN频率的剂量依赖性增加来估计辐射暴露。

研究结论表明，MN和分散胞质dsDNA已成为连接辐射诱导基因组不稳定性与天然免疫激活的不同但相互关联的介质。除了作为DNA损伤和染色体不稳定性标志物的作用外，这些结构还主动参与cGAS-STING通路并增强抗肿瘤反应。通过量化肿瘤和外周样本中的MN形成和分散胞质DNA积累，这些生物标志物可帮助对最可能从RT-IT策略中受益的患者进行分层，实现基于免疫原潜力和底层基因组不稳定性谱的前期患者选择。

该研究的深刻意义在于将基础生物学发现与临床转化完美结合：不仅揭示了放疗免疫激活的核心分子机制，更重要的是提供了可量化评估的生物标志物和可干预的治疗靶点。cGAS-STING通路作为连接DNA损伤与免疫应答的桥梁，为开发新型放疗-免疫联合治疗方案指明了方向。特别是针对免疫抑制性肿瘤微环境，通过调控MN形成、破裂和胞质DNA释放过程，可能逆转"冷肿瘤"状态，增强免疫治疗应答，最终改善患者预后。