STING激动剂诱导单细胞死亡新机制：线粒体功能障碍驱动的"焦亡样凋亡"

《Cell Death Discovery》：STING agonists trigger monocyte death via apoptosis, pyroptosis, caspase-8 activation and mitochondrial dysfunction

本文针对STING激动剂治疗中单细胞死亡机制不清的问题，研究人员系统探讨了cGAS-STING通路激活后单细胞的死亡方式。发现其整合了凋亡（caspase-9/-8/-3/7激活）和焦亡（caspase-1激活、GSDMD切割、IL-1β/IL-18分泌）特征，同时线粒体功能障碍早于caspase激活，揭示了"焦亡样凋亡"这一新型细胞死亡形式，为STING靶向治疗策略提供了新见解。

　　

在免疫治疗领域，cGAS-STING通路作为先天免疫的核心传感器，近年来成为肿瘤治疗的热门靶点。当细胞质中出现双链DNA时，cGAS（cyclic GMP-AMP synthase）会合成第二信使cGAMP，激活STING（stimulator of interferon genes）蛋白，进而诱发I型和III型干扰素以及促炎细胞因子的分泌。然而，这条通路在激活抗肿瘤免疫的同时，也伴随着一个令人困惑的现象——单细胞的快速死亡。

尽管之前的研究表明STING激动剂能诱导单细胞死亡，但其具体分子机制和生理意义一直模糊不清。这种死亡是简单的凋亡，还是涉及更复杂的死亡形式？线粒体在这一过程中扮演什么角色？更重要的是，这种细胞死亡对免疫应答产生何种影响？这些问题不仅关系到对基础免疫学的理解，更直接影响STING激动剂在临床中的应用前景。

为了解决这些科学问题，Marketa Pimkova Polidarova团队在《Cell Death Discovery》上发表了他们的最新研究成果。研究人员通过系统的实验设计，揭示了STING激动剂诱导人单细胞死亡的全新机制——一种整合了凋亡和焦亡特征的"焦亡样凋亡"（pyroptotic apoptosis），并证明线粒体功能障碍在这一过程中起着关键的驱动作用。

研究团队主要采用了多参数流式细胞术分析免疫细胞亚群、FAM-FLICA caspase活性检测、蛋白质免疫印迹分析细胞死亡相关蛋白、高分辨率呼吸测量法评估线粒体功能、Seahorse能量代谢分析等技术方法。实验使用了从健康志愿者外周血单核细胞（PBMCs）中分离的单细胞。

STING激动剂诱导独特的细胞因子特征和单细胞亚群耗竭

研究人员首先比较了STING激动剂与Toll样受体（TLR）激动剂对细胞因子分泌的影响。结果显示，STING激动剂能诱导包括I型、II型和III型干扰素以及促炎细胞因子（TNFα、IL-1β、IL-18、IL-6）在内的独特细胞因子组合，这与TLR激动剂诱导的较为单一的细胞因子模式形成鲜明对比。更重要的是，只有STING激动剂能导致经典、中间和非经典单细胞亚群的近乎完全耗竭，并伴随CD14和CD16标记的丢失，而TLR激动剂仅对特定单细胞亚群产生有限影响。

STING激动剂激活单细胞中的凋亡和焦亡caspase

为了阐明单细胞死亡机制，研究人员检测了关键caspase的活性。结果显示，STING激动剂能同时激活凋亡相关caspase（-3/7、-8、-9）和焦亡标志性caspase-1。蛋白质免疫印迹进一步证实了caspase-1的活化，并检测到GSDMD（gasdermin-D）的切割形式，表明焦亡通路确实被激活。有趣的是，虽然STING激动剂诱导IL-1β和IL-18的分泌，但并未引发典型的损伤相关分子模式（DAMPs）释放，如细胞外ATP和高迁移率族蛋白B1（HMGB1），这表明STING激动剂诱导的单细胞死亡可能比典型的焦亡更具调控性。

坏死性凋亡被caspase-8介导的RIPK1切割所抑制

研究人员还探讨了坏死性凋亡（necroptosis）的参与可能性。结果显示，STING激动剂处理并未引起RIPK1、RIPK3或MLKL的磷酸化，但观察到了对应于caspase-8介导切割的RIPK1片段，这表明坏死性凋亡通路被主动抑制而非激活。这一发现解释了为什么STING激动剂在单细胞中诱导的是"焦亡样凋亡"而非PANoptosis（泛凋亡）。

线粒体功能障碍先于caspase激活

最关键的发现之一是线粒体在STING激动剂诱导单细胞死亡中的核心作用。通过线粒体膜电位敏感染料（MitoSpy Orange CMTMRos和TMRM）检测，研究人员发现STING激动剂处理2-4小时后，单细胞线粒体功能明显受损。重要的是，线粒体功能障碍的出现早于caspase的激活，提示线粒体损伤可能是细胞死亡的启动因素而非结果。

进一步实验证实，STING激动剂处理导致线粒体DNA（mtDNA）释放到细胞质中，呼吸测量分析显示氧化磷酸化受损，同时糖酵解增强，表明细胞能量代谢从线粒体呼吸向糖酵解转换。这些变化与STING-IRF3-BAX通路激活一致，其中活化的IRF3与促凋亡蛋白BAX相互作用，导致线粒体外膜透化。

TBK1抑制完全阻断STING激动剂诱导的caspase激活

为了确认观察到的现象确实依赖于cGAS-STING通路，研究人员使用TBK1抑制剂（TBK1i）进行验证。结果显示，TBK1抑制几乎完全阻断了STING激动剂诱导的所有caspase激活，包括caspase-1、-3/7、-8和-9，证明这一细胞死亡过程确实依赖于经典的cGAS-STING-TBK1信号轴。

综合以上结果，研究人员提出了STING激动剂诱导单细胞"焦亡样凋亡"的分子机制模型：STING激动剂激活后，通过STING-TBK1-IRF3通路诱导IRF3磷酸化，活化的IRF3与BAX相互作用导致线粒体膜透化，释放细胞色素c和mtDNA，激活caspase-9和-8，进而激活效应caspase-3/7。同时，caspase-8抑制坏死性凋亡通路，并通过激活NLRP3炎症小体促进caspase-1依赖的GSDMD切割和IL-1β/IL-18成熟。GSDMD孔道形成进一步加剧线粒体损伤，形成正反馈循环。

这项研究的重要意义在于首次全面揭示了STING激动剂在人单细胞中诱导的细胞死亡整合了凋亡和焦亡特征，并明确了线粒体功能障碍在这一过程中的核心地位。这种"焦亡样凋亡"可能作为一种精细的调控机制，在启动免疫反应的同时，通过单细胞的自限性死亡防止细胞因子风暴的发生。这一发现不仅深化了对cGAS-STING通路生物学功能的理解，也为STING靶向疗法的优化提供了重要理论基础——在利用其激活免疫应答的同时，需要充分考虑其对特定免疫细胞亚群的耗竭效应。此外，研究揭示的线粒体核心作用为开发联合靶向策略提供了新思路，可能有助于增强STING激动剂的抗肿瘤效果并减少副作用。