综述：连接先天性与适应性肿瘤免疫：cGAS-STING通路激活以增强免疫检查点阻断

《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》：Bridging innate and adaptive tumor immunity: cGAS–STING pathway activation to potentiate immune checkpoint blockade

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）通路在肿瘤免疫治疗中的核心作用。文章重点探讨了该通路激活如何重塑肿瘤微环境（TME），将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤，从而与免疫检查点抑制剂（ICIs，如抗PD-1/PD-L1）产生协同抗肿瘤效应。文章涵盖了从分子机制、临床前研究到早期临床试验的进展，并分析了肿瘤内在耐药、免疫抑制性TME及免疫相关毒性等挑战，为优化该联合策略提供了未来方向。

　　

引言

免疫检查点抑制剂（ICIs），特别是靶向程序性死亡蛋白-1（PD-1）、程序性死亡蛋白配体-1（PD-L1）和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4（CTLA-4）的抗体，已经彻底改变了多种恶性肿瘤的治疗格局。然而，其客观缓解率（ORR）仍然有限，通常低于40%，并且原发性和获得性耐药十分常见。限制ICI疗效的一个关键因素是肿瘤微环境（TME）的免疫学特征。根据免疫细胞浸润程度和炎症活性，肿瘤可分为T细胞炎症型（“热”肿瘤）和非T细胞炎症型（“冷”肿瘤）。“冷”肿瘤的特征是效应T细胞稀少、抗原呈递缺陷、I型干扰素（IFN-I）信号传导受损，并且富含抑制性免疫细胞亚群，如调节性T细胞（Tregs）、髓源性抑制细胞（MDSCs）和M2型肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）。在这种情况下，ICI缺乏足够的效应免疫细胞来发挥作用，导致治疗效果不佳。

cGAS-STING通路作为连接先天免疫和适应性免疫的关键桥梁，其药理激活被视为一种有价值的癌症免疫治疗策略。该通路能检测胞质中的双链DNA（dsDNA），驱动IFN-I信号传导，从而促进树突状细胞（DC）成熟、增强抗原交叉呈递，并增强效应CD8⁺ T细胞的浸润和功能。这些作用有望将“冷”肿瘤转化为对ICI治疗更敏感的“热”肿瘤。

cGAS-STING信号通路概述

过去十年的广泛研究已确立cGAS-STING轴是先天免疫和肿瘤免疫反应的核心调节器。

病原体入侵和胞质DNA错位作为cGAS激活的驱动因素

cGAS是一种DNA传感酶，属于核苷酸转移酶（NTase）超家族。它作为分子哨兵，检测出现在细胞质中的异常dsDNA，无论其序列来源如何。这种传感通常发生在两种病理条件下：携带DNA的病原体（如某些病毒、细菌或逆转录病毒）感染，或将外源DNA带入胞质；或细胞损伤导致核DNA或线粒体DNA（mtDNA）泄漏到细胞质中。

cGAS的激活涉及一个精巧的分子机制。其C端催化结构域包含DNA结合界面、酶催化中心和锌结合结构基序。锌离子起着关键的支架作用，将dsDNA与一对cGAS分子连接起来，驱动形成2:2的cGAS-dsDNA复合物，使酶转变为活性构象。此外，cGAS灵活的N端结构域通过液-液相分离（LLPS）与锌离子和延伸的dsDNA片段共同作用，凝聚成动态的无膜组装体。这种机制确保了cGAS通路仅在DNA错位达到显著水平时才会被触发。

cGAS-STING轴：在TME中协调免疫激活

在恶性细胞中，多种压力源可以破坏DNA的区室化。内源性驱动因素如染色体不稳定性、氧化损伤，以及外源性损伤包括化疗和放疗，都可能导致核DNA或mtDNA片段泄漏到细胞质中。这种错位作为一种危险信号，激活cGAS-STING信号轴。

一旦被触发，cGAS利用ATP和GTP催化形成第二信使2‘3’-环状GMP-AMP（2’3‘-cGAMP）。新产生的cGAMP与内质网（ER）膜上的适配蛋白STING结合，引发深刻的构象变化。激活的STING发生寡聚化，并通过COPII囊泡从ER运输到高尔基体，在那里进行棕榈酰化，这对完整的信号活性至关重要。随后，STING招募并激活TANK结合激酶1（TBK1）。TBK1磷酸化STING和干扰素调节因子3（IRF3），导致IRF3二聚化、核转位和IFN-I的转录。同时，核因子κB（NF-κB）的激活驱动促炎细胞因子和趋化因子的产生，包括CXCL9和CXCL10。

通过诱导IFN-I、DC成熟和增强抗原交叉呈递，cGAS-STING信号传导成为连接先天免疫和适应性免疫的关键桥梁。它增强了效应CD8⁺ T细胞的浸润和功能激活，增强了自然杀伤（NK）细胞的活性，并将TAMs重编程为促炎的M1表型。这些行动可能将“冷”肿瘤转化为具有强大免疫浸润的“热”肿瘤。

cGAS-STING激活与免疫检查点抑制剂的协同机制

cGAS-STING通路刺激与免疫检查点抑制相结合可产生协同效益，因为两者在启动和维持抗肿瘤免疫反应方面提供了互补的机制。

将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤

有效的抗肿瘤免疫在很大程度上取决于肿瘤浸润淋巴细胞（TILs），尤其是细胞毒性CD8⁺ T细胞和辅助CD4⁺ T细胞的存在和功能。在免疫学“冷”肿瘤中，STING激活与CD4⁺和CD8⁺ T细胞的效应功能密切相关。在CD4⁺ T细胞内，STING信号诱导向Th1和Th9亚群分化，并增强干扰素-γ（IFN-γ）和白介素-9（IL-9）等细胞因子的分泌。在CD8⁺ T细胞中，STING信号对于维持TCF1⁺表型至关重要，该表型支持长期生存和次级免疫反应。

有效的T细胞介导的肿瘤清除还需要它们从循环中募集到TME中。STING信号在DC中驱动强效表达趋化因子CXCL9和CXCL10。这些趋化因子不仅募集效应CD8⁺ T细胞，还募集NK细胞。同样，在肿瘤内皮细胞中，STING激活触发I型干扰素产生，进而刺激CXCL10分泌，促进T细胞跨内皮迁移。此外，STING信号增强了肿瘤内皮细胞上黏附分子如E-选择素、血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）和细胞间黏附分子-1（ICAM-1）的表达，从而促进T细胞外渗。除了趋化因子诱导，STING激活通过增加周细胞覆盖和增强黏附分子表达有助于肿瘤血管正常化。这种血管重塑缓解了缺氧，改善了免疫细胞浸润，并维持了一个有利于有效免疫检查点阻断治疗的炎症性TME。

+ T细胞增殖和浸润、CD4⁺ T细胞的Th1/Th9分化、NK细胞和DC募集，以及通过上调黏附分子实现血管正常化，从而增强免疫细胞浸润和对免疫治疗的反应性。'>

增强抗原呈递和T细胞启动

ICI的成功取决于存在足够数量的肿瘤特异性T细胞，并能被有效激活和启动。cGAS-STING信号通路在抗原呈递细胞（APCs）中的刺激促进了干扰素的释放和共刺激因子的上调，从而显著增强了抗原呈递和T细胞启动，与ICI治疗产生协同作用。

DC被认为是最有效的APCs，具有捕获、加工和呈递肿瘤抗原的卓越能力。捕获抗原后，DC迁移到引流淋巴结，在那里将肿瘤肽段呈现在MHC-I类分子上给初始CD8⁺ T细胞，从而触发适应性免疫。DC吞噬肿瘤来源的DNA，其在胞质中被cGAS检测到。这种识别激活了STING信号，触发强烈的IFN-I产生并促进DC成熟。此外，肿瘤分泌的cGAMP可以直接转移至DC，结合STING，并放大IFN驱动的成熟信号。外泌体是肿瘤细胞与免疫细胞之间通讯的另一个重要载体。肿瘤来源的外泌体可将dsDNA携带入DC，触发cGAS-STING激活，从而促进IFN-I分泌并升高CD40、CD80和CD86的表达，最终促进T细胞反应。靶向DC特异性膜受体（如CD11c）的单克隆抗体可以显著增强抗原摄取和处理。当与STING激活结合时，该策略进一步促进了DC成熟及其启动T细胞的能力。

重塑免疫抑制性TME

ICI的临床活性常常受到富含TAMs、MDSCs和Tregs的免疫抑制性TME的阻碍。这些细胞亚群通过直接的抑制信号、免疫抑制细胞因子的分泌以及肿瘤血管的调节来抑制细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应，最终使肿瘤实现免疫逃逸。因此，清除这些抑制性免疫群体是提高ICI疗效的关键方法。

cGAS-STING通路已成为能够重塑免疫抑制性TME的关键调节器。其第二信使2‘3’-cGAMP可以通过溶质载体（SLC）家族转运蛋白（包括SLC19A1和SLC46A2）在细胞间转移，从而被单核细胞和巨噬细胞摄取。这种cGAMP的细胞间运输微调了免疫和基质区室中的STING激活，影响TME内的免疫细胞组成和功能。

在腹膜结肠癌中，肿瘤来源的线索驱动M2样巨噬细胞的积聚，这些巨噬细胞在转移播散过程中抑制效应T细胞活性。STING激动剂通过将TAMs重编程为M1样表型来对抗这一过程，其特征是上调促炎基因并下调M2相关转录本，同时通过增强周细胞覆盖和增加黏附分子表达使肿瘤血管正常化，从而促进CD8⁺ T细胞浸润。

除了TAM重编程，STING激活还抑制MDSCs的扩增和抑制功能。从机制上讲，它在肿瘤细胞和MDSCs中诱导细胞因子信号抑制因子1（SOCS1）的表达，减少免疫抑制细胞因子的产生，并促进促进单核细胞、巨噬细胞和T细胞募集到肿瘤部位的趋化因子分泌。STING激活还减少了TME中Tregs的丰度，进一步增强了抗肿瘤免疫。

此外，cGAS-STING信号调节与ICI反应性相关的其他免疫成分。血管内皮细胞固有的STING激活上调CD8⁺ T细胞上的CCR5并诱导CCL5产生，促进三级淋巴结构（TLSs）的形成。STING激活的CD11c⁺ DCs通过增加淋巴毒素-α（LTA）、白介素-36（IL-36）、炎症趋化因子和I型干扰素的表达进一步增强了TLS的形成。

cGAS-STING与ICI联合治疗的临床前和临床进展

将cGAS-STING激活与免疫检查点抑制相结合的概念在过去十年中获得了发展势头，得到了强有力的临床前证据和不断扩大的临床试验组合的支持。

临床前研究

临床前研究表明，STING激动剂——包括合成的环二核苷酸（CDN）类似物、非核苷酸小分子和基于纳米颗粒的递送系统——与PD-1/PD-L1抑制协同作用，在三阴性乳腺癌（TNBC）（4T1）等模型中介导强效且持久的抗肿瘤免疫。

例如，SatVax疫苗将cGAMP与抗原肽（Q19D和Q15L）结合。与抗PD-L1疗法联合，SatVax显著增加了E7特异性CD8⁺ T细胞的频率，同时降低了耗竭表型（CD8⁺Tim3⁺和CD8⁺PD-1⁺）的比例，导致五只治疗小鼠中有四只完全清除肿瘤。同样，聚（β-氨基酯）（PBAE）纳米颗粒增强了CDNs的递送，当与抗PD-1抗体共同给药时，与任一单独治疗相比，显著延迟了B16黑色素瘤模型的肿瘤进展。此外，STING激动剂和抗PD-1联合治疗可赋予针对肿瘤再攻击的保护作用。

这些研究共同表明，虽然STING激动剂可以显著增强抗原呈递、促进DC成熟和激活CD8⁺ T细胞，但其作为单一疗法的疗效仍然有限。STING介导的I型干扰素信号促进了交叉呈递和效应T细胞募集，为抗肿瘤免疫奠定了基础。另一方面，STING激活同时诱导免疫调节细胞因子，包括IFN-γ和IL-6，它们上调肿瘤和免疫细胞上的PD-L1表达。升高的PD-L1随后抑制肿瘤浸润CTL的活性，建立了一个负反馈环路，限制了STING驱动的免疫反应的持久性。因此，将STING激动剂与PD-1/PD-L1阻断相结合，不仅利用了其增强抗原呈递和T细胞启动的能力，而且规避了PD-L1的反向调节诱导，最终实现更强、更持久的抗肿瘤效果。

STING激动剂与ICI联合治疗的临床试验

鉴于STING激活能够增强抗原呈递、促进T细胞浸润和重编程免疫抑制性肿瘤微环境，将STING激动剂与ICI结合已成为一种有前景的治疗策略。早期临床试验探索了多种STING激动剂模式——从CDNs到非CDN小分子——与PD-1/PD-L1或CTLA-4阻断的联合使用。

CDN激动剂（如ADU-S100和ulevostinag）模拟内源性第二信如cGAMP，但由于系统稳定性有限，通常需要瘤内注射。非CDN激动剂（包括dazostinag和MK-2118）是化学结构独特的小分子，具有更有利的药代动力学特性，允许全身给药并具有更广泛的临床适用性。

在涉及晚期实体瘤或淋巴瘤患者的Ib期剂量递增研究（NCT03172936）中，瘤内注射MIW815（ADU-S100）与固定剂量的spartalizumab联合使用耐受性良好。然而，客观缓解率（ORR）仅为10.4%，在PD-1难治性疾病患者中未观察到有意义的临床获益。另一项CDN STING激动剂MK-1454（ulevostinag）的I期试验（NCT03010176）显示，联合pembrolizumab可诱导明显的促炎细胞因子增加。随后的II期试验（NCT04220866）在未经治疗的转移性或不可切除、复发性头颈鳞状细胞癌（HNSCC）患者中，ulevostinag与pembrolizumab联合达到了比pembrolizumab单药治疗更高的ORR。

非CDN STING激动剂dazostinag在一例复发性转移性乳腺腺样囊性癌（ACC）患者中，与pembrolizumab联合实现了部分缓解，肿瘤缩小约70%，表明STING通路激活可以逆转此类肿瘤中的抗原呈递缺陷并恢复ICI敏感性。另一项非CDN激动剂MK-2118的I期试验（NCT03249792）评估了瘤内或皮下给药联合pembrolizumab，结果显示ORR分别为6%和4%。

总体而言，这些临床试验表明，STING激动剂与PD-1阻断联合通常耐受性良好，并能在特定背景下诱导免疫激活。然而，其临床抗肿瘤疗效仍然有限，突显了需要进一步研究以优化给药途径、剂量方案和患者选择策略。

cGAS-STING+ICI联合疗法面临的挑战与局限性

尽管有令人信服的临床前证据和鼓舞人心的早期临床试验结果，但将cGAS-STING激动剂与ICI整合仍面临重大的生物学和转化障碍。

肿瘤内在耐药机制

cGAS-STING通路可发挥抗肿瘤和促肿瘤双重作用，这取决于肿瘤的遗传背景和微环境背景。这种背景依赖性是对STING激动剂和ICI产生内在耐药的主要来源。

例如，在HPV⁺舌鳞状细胞癌中，发现STING激活强烈诱导CCL22、IL-10和吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）的表达，这些因子共同促进了肿瘤基质内Foxp3⁺ Tregs的募集和扩增。这形成了一个免疫抑制微环境，限制了STING激动剂的抗肿瘤反应。

在具有高染色体不稳定性（CIN）的肿瘤中观察到一种独特的内在耐药形式。CIN导致微核形成和破裂，释放基因组DNA到胞质中，并慢性激活cGAS-STING通路。然而，CIN驱动的STING激活优先触发非经典NF-κB信号，而不是IRF3依赖的IFN-I反应，从而促进免疫逃逸和转移。单细胞转录组分析进一步揭示，CIN重塑了下游STING信号，削弱了IFN-I反应，同时增强了ER应激通路，这助长了免疫抑制和促转移的肿瘤微环境。

除了CIN，其他遗传和表观遗传改变——如STING或cGAS的功能丧失突变、启动子高甲基化或DNA核酸外切酶TREX1的过表达——也可能削弱STING激动剂的疗效。

TME相关障碍

TME内存在一个复杂的免疫抑制网络，显著限制了cGAS-STING激活的抗肿瘤功效。Tregs可分泌IL-10和IDO来抑制抗原特异性CD8⁺ T细胞活性。此外，B细胞中STING-IL-35信号轴的激活显著抑制NK细胞增殖和效应功能。这些免疫抑制介质形成了一个强大的负反馈回路，阻碍了外源性cGAS-STING激活实现持久抗肿瘤效果的能力。

TAMs在cGAS-STING介导的免疫反应中也扮演双重角色。一方面，M1样TAMs可以被药物重编程以增强抗肿瘤免疫。另一方面，肿瘤细胞与TAMs之间的失调相互作用可能会削弱这种效果。例如，在非小细胞肺癌（NSCLC）中，连接蛋白43（Cx43）介导的cGAMP从肿瘤细胞到巨噬细胞的间隙连接转移对于最佳STING激活和T细胞启动是必需的。Cx43的缺失降低了T细胞激活，促进了M2样极化，并导致对PD-1阻断的耐药。

此外，MDSCs可通过产生活性氧（ROS）和释放精氨酸酶来损害T细胞代谢活性。因此，未来的治疗策略应超越简单地激活cGAS-STING通路。合理的方法可能包括将cGAS-STING激动剂与免疫检查点抑制剂、Treg或MDSC清除剂以及代谢通路调节剂相结合，以瓦解TME驱动的免疫抑制屏障。

免疫相关毒性

从转化角度来看，cGAS-STING激动剂的全身给药携带急性免疫相关毒性的风险，包括短暂的细胞因子风暴样反应和流感样症状。非核苷酸小分子激动剂也可能由于T细胞中STING高表达而诱导T细胞凋亡。静脉或腹腔给药可能进一步过度激活正常组织中的该通路，导致不必要的炎症。

重要的是，ICI本身也与广泛的免疫相关不良事件（irAEs）相关。将cGAS-STING激动剂与ICI结合的联合方案可能通过协同增强免疫激活而放大这些毒性的发生率和严重程度。因此，仔细的剂量优化、生物标志物指导的患者选择以及对irAEs的早期监测对于在临床实践中确保疗效与安全性之间的最佳平衡至关重要。

未来的临床开发应优先考虑组织靶向递送平台和选择性调节剂，以最大化肿瘤特异性效应，同时最小化全身免疫激活。纳米技术和合成生物学的进步可能有助于降低毒性风险。

结论与展望

将cGAS-STING激动剂与免疫检查点抑制剂整合，对于重塑癌症免疫治疗格局具有重大前景。临床前证据一致支持其协同潜力，早期临床试验显示了可管理的安全性特征，并在不同肿瘤类型中显示出鼓舞人心（尽管异质性）的疗效信号。然而，将该策略转化为常规肿瘤学实践受到多方面挑战的限制。肿瘤内在耐药（以染色体不稳定性相关的免疫逃逸为例）和免疫抑制性肿瘤微环境（以Tregs、MDSCs和免疫调节性B细胞为主）可显著降低治疗效益。此外，cGAS-STING通路的全身激活有引发急性免疫相关毒性的风险，特别是与ICI联合时。

为了最大化临床影响，未来研究应优先考虑生物标志物驱动的患者选择，使治疗能够针对最可能从cGAS-STING激活中获益的肿瘤。此外，合理设计的联合方案、先进的递送平台以及与其他新兴治疗模式的整合，为实现更全面和持久的抗肿瘤免疫提供了机会。随着持续的机制洞察、技术创新和严格的临床验证，基于cGAS-STING激动剂的联合疗法有潜力从一个有前景的实验性方法发展成为精准免疫肿瘤学的基石。