TFNAs通过激活非经典的cGAS–STING信号通路诱导自噬，从而减轻小鼠的急性肺损伤

《BMC Pulmonary Medicine》：TFNAs induce autophagy via activation of the nonclassical cGAS–STING signalling pathway to attenuate acute lung injury in mice

急性肺损伤（ALI）治疗中，四核纳米核酸（TFNAs）通过激活非经典cGAS–STING信号通路诱导自噬，抑制氧化应激和炎症反应，显著降低小鼠死亡率并改善肺损伤。

　　急性肺损伤（ALI）是一种在危重病患者中常见的、具有致命性的炎症性疾病。这种疾病通常由感染、创伤、吸入性损伤或其他病理因素引发，导致肺泡上皮细胞受损，进而引发一系列病理生理变化，包括肺泡液体积聚、炎症因子释放增加以及气体交换功能障碍等。尽管近年来在药物治疗和机械通气技术方面取得了显著进展，但ALI的死亡率仍然较高，约有40%的患者无法幸存。因此，探索新的治疗策略，尤其是能够有效保护肺泡上皮细胞、减轻炎症反应并改善患者预后的手段，成为当前研究的重点。

本研究聚焦于一种新型纳米材料——四面体框架核酸（TFNAs）在ALI治疗中的应用。TFNAs是由四条互补的单链DNA（ssDNA）通过特定的碱基配对形成的一种稳定的三维四面体结构。这种结构不仅赋予TFNAs良好的生物相容性，还使其具备独特的细胞膜亲和力，从而能够高效地被细胞摄取并进入溶酶体。溶酶体是细胞内进行降解和回收的重要场所，与自噬过程密切相关。因此，TFNAs在细胞内的行为可能与自噬机制存在某种关联，这种关联可能成为其发挥治疗作用的关键。

在实验设计中，研究人员首先对TFNAs的物理化学特性进行了系统分析，包括粒径、电位和形态等。结果显示，TFNAs具有14–24纳米的粒径范围，且表面带有负电荷，这些特性使其更容易与细胞膜结合并被细胞内吞。进一步的透射电镜和扫描电镜分析确认了TFNAs的四面体结构，并揭示了其在细胞内的分布情况。这些数据为后续的细胞和动物实验奠定了基础，确保了TFNAs的物理特性符合用于治疗的条件。

在细胞实验部分，研究团队使用了ALI的体外模型——小鼠肺泡上皮细胞（MLE-12）来评估TFNAs的作用。通过流式细胞术和Western blot（WB）技术，研究人员发现TFNAs能够显著降低细胞凋亡率，并通过降低BAX/BCL2比值来抑制凋亡的发生。同时，TFNAs还促进了自噬相关蛋白（如ATG5、ATG7和LC3II）的表达，表明其能够诱导自噬反应。此外，TFNAs还表现出显著的抗氧化能力，能够抑制活性氧（ROS）的积累，提高超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并降低丙二醛（MDA）的含量。这些结果表明，TFNAs不仅能够通过自噬机制减轻细胞损伤，还能通过调节氧化应激来保护细胞免受炎症的侵害。

在进一步的实验中，研究人员探讨了自噬抑制剂对TFNAs治疗效果的影响。结果表明，当使用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）时，TFNAs诱导的自噬和抗凋亡作用被显著削弱，说明自噬是TFNAs发挥保护作用的重要途径。这一发现为TFNAs的治疗机制提供了新的视角，即通过促进自噬，TFNAs能够有效缓解细胞内的氧化应激和炎症反应。

在动物实验中，研究人员构建了ALI的小鼠模型，并评估了TFNAs的治疗效果。结果显示，TFNAs能够显著提高小鼠的存活率，降低支气管肺泡灌洗液（BALF）中炎症因子（如IL-1β、IL-6和TNF-α）的水平，减少肺水肿和肺损伤评分，同时抑制中性粒细胞的浸润。这些结果表明，TFNAs在动物模型中具有显著的保护作用，其效果可能与自噬激活和炎症调控有关。此外，研究还发现，当使用自噬抑制剂时，TFNAs的保护效果显著下降，进一步验证了自噬在TFNAs治疗中的关键作用。

为了更全面地理解TFNAs的作用机制，研究团队还进行了转录组测序分析。结果显示，TFNAs的处理显著改变了细胞内的基因表达模式，其中涉及抗原处理与呈递、抗病毒反应以及细胞膜信号受体复合物等功能的基因被显著上调。这表明TFNAs可能通过激活某些免疫相关通路来发挥其治疗作用。进一步的实验表明，TFNAs能够激活cGAS–STING信号通路，该通路在细胞感知异常的双链DNA（dsDNA）和启动先天免疫反应中起着核心作用。通过免疫荧光和WB实验，研究人员确认了TFNAs与cGAS和STING蛋白的共定位，表明TFNAs可能被cGAS识别并激活STING，从而启动下游的免疫信号传导。

值得注意的是，cGAS–STING信号通路的激活不仅与自噬有关，还可能通过调控其他细胞功能，如抗病毒反应和免疫调节，来影响ALI的病理过程。在本研究中，研究人员发现，当使用STING抑制剂或自噬抑制剂时，TFNAs诱导的自噬和抗炎作用均受到抑制，进一步说明了该通路在TFNAs治疗中的核心地位。这些发现不仅揭示了TFNAs的作用机制，还为未来探索其在其他炎症性疾病中的应用提供了理论依据。

此外，研究还探讨了TFNAs在不同病理条件下的潜在应用。例如，在神经退行性疾病、急性肾损伤和缺血再灌注损伤等疾病中，氧化应激和自噬紊乱常是导致组织损伤的重要因素。因此，TFNAs可能通过其调节自噬和抗氧化的功能，对这些疾病也具有一定的治疗潜力。这一结论为TFNAs在临床中的广泛应用奠定了基础。

尽管本研究取得了重要的进展，但仍有进一步探索的空间。例如，cGAS–STING信号通路的具体调控机制、TFNAs与其他免疫相关通路的交互作用，以及其在不同病原体感染中的应用潜力等，都是未来研究的重要方向。此外，研究还指出，LPS不仅引发氧化应激，还激活了多种炎症通路，如NF-κB和NLRP3炎性小体。因此，TFNAs是否通过调节这些通路间接影响自噬和氧化应激，也是值得进一步研究的问题。

综上所述，本研究首次揭示了TFNAs在ALI治疗中的作用机制，即通过激活cGAS–STING信号通路诱导自噬，从而减轻炎症反应、氧化应激和细胞凋亡，最终改善肺部损伤和动物存活率。这些发现不仅为ALI的治疗提供了新的策略，也为其他与炎症和氧化应激相关的疾病的治疗提供了可能的解决方案。未来的研究可以进一步探索TFNAs在不同病理环境中的作用，以及其在临床转化中的可行性，从而推动其在实际医疗应用中的发展。