综述：肝脏缺血-再灌注损伤的新视角：cGAS-STING通路

《Journal of Inflammation Research》：Novel Perspectives in Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury: The cGAS-STING Pathway

肝脏缺血再灌注损伤（HIRI）中，cGAS-STING通路通过检测异常释放的mtDNA激活炎症信号轴，导致中性粒细胞浸润、巨噬细胞焦亡和肝细胞凋亡。该通路与氧化应激、线粒体功能障碍及细胞死亡模式（凋亡、焦亡、PANoptosis）形成 bidirectional 调控网络，并整合TLR信号和代谢重编程。治疗策略包括靶向cGAS-STING信号、抑制mtDNA泄漏及线粒体保护。

　　
肝缺血再灌注损伤（HIRI）的核心病理机制涉及cGAS-STING信号通路的异常激活，这一通路通过感知异常释放的线粒体DNA（mtDNA）触发系统性炎症反应和细胞死亡。本文系统解析了该通路的分子机制、与氧化应激的交互作用、多模式细胞死亡调控网络，以及潜在的治疗靶点。

### 一、cGAS-STING信号通路的分子激活机制
在缺血再灌注过程中，mtDNA通过多种途径释放至胞质：①线粒体通透转换孔（mPTP）的异常开放导致mtDNA外溢；②电压依赖性阴离子通道（VDAC）的寡聚化形成高导电路径；③线粒体分裂数目增加（Drp1激活、FTO去甲基化增强）；④自噬异常（PINK1-Parkin通路失调）。其中，mtDNA片段（≥20bp）与cGAS的C末端催化结构域结合形成二聚体，诱导cGAS向核苷酸转移酶活性构象转化，催化cGAMP生成。cGAMP通过结合STING的DNA结合结构域，促进其寡聚化并转位至高尔基体，触发TBK1/IKK信号轴。

### 二、mtDNA释放与氧化应激的协同放大效应
缺血期线粒体电子传递链功能障碍导致活性氧（ROS）过量生成，引发mtDNA氧化损伤（8-oxo-dG形成）。氧化损伤的mtDNA更易被cGAS识别，形成稳定DNA-酶复合物。值得注意的是，氧化应激通过双重机制增强通路激活：①直接氧化STING的半胱氨酸残基（C148/C206），促进其多聚体形成；②通过NLRP3炎症小体激活 caspase-1/GSDMD途径，间接增强cGAS表达。这种正反馈循环导致炎症因子（TNF-α、IL-6）和干扰素（IFN-β）的级联放大。

### 三、细胞类型特异性信号调控网络
1. **肝细胞**：cGAS通过STING非依赖性机制激活自噬，抑制凋亡。具体表现为cGAS直接结合Beclin-1释放PI3KC3抑制物Rubicon，促进自噬体形成，清除受损线粒体。
2. **巨噬细胞**：STING激活导致NLRP3炎症小体组装，通过两种途径释放炎症信号：①caspase-1依赖性释放IL-1β/IL-18；②GSDMD介导膜穿孔性pyroptosis。同时，STING-TBK1轴抑制AMPK活性，促进糖酵解和炎症微环境形成。
3. **肝血窦内皮细胞**：作为早期损伤靶点，其线粒体自噬能力下降会释放大量损伤相关分子模式（DAMPs），包括mtDNA和HMGB1，形成器官级炎症放大。

### 四、多维度细胞死亡调控网络
1. **Pyroptosis**：主要发生在Kupffer细胞（KC）中，STING通过释放ER钙库激活caspase-1/GSDMD通路。BAPTA-AM钙螯合剂可特异性阻断KC pyroptosis。
2. **Autophagy**：存在双向调节机制。保护性自噬通过清除受损线粒体减少mtDNA释放，而过度自噬导致能量耗竭和caspase-3激活。PPM1G通过去磷酸化STING阻断炎症信号。
3. **Apoptosis**：线粒体途径（Bax/Bcl-2/caspase-9）和死亡受体途径（Fas/TNF-α/caspase-8）协同作用。DMF通过干扰STING-TBK1复合物抑制caspase-3活性。
4. **PANoptosis**：STING通过分泌MIF激活ZBP1-PANoptosome复合物，整合pyroptosis、凋亡和坏死特征。该过程在糖尿病合并HIRI中尤为显著。

### 五、氧化应激与cGAS-STING的互作网络
1. **正向循环**：ROS促进mPTP开放和VDAC寡聚，增加mtDNA泄漏；mtDNA激活cGAS生成cGAMP，诱导STING聚合和NF-κB活化，释放TNF-α/IL-6促进中性粒细胞浸润，进一步释放ROS。
2. **负向调节**：cGAMP通过抑制AMPK磷酸化影响抗氧化酶活性（SOD、GPX、CAT），但同时cGAMP可稳定HIF-1α促进糖酵解，形成复杂调控网络。
3. **表观遗传调控**：FTO去甲基化增强Drp1表达，促进线粒体分裂；PGAM5磷酸化Drp1增强线粒体损伤，形成mtDNA泄漏的恶性循环。

### 六、治疗策略的分子靶点
1. **mtDNA泄漏阻断剂**：
- mPTP抑制剂：环孢素A（CsA）通过抑制 cyclophilin D（CyP-D）与腺苷核苷酸转位酶（ANT）结合，减少线粒体膜通透性。
- VDAC寡聚化抑制剂：如VBIT-4可阻断VDAC1/VDAC2的寡聚化，减少mtDNA外流。
- 线粒体分裂数目调控：采用HSS抑制CDK1/Cyclin B，减少Drp1活化；运动诱导的Irisin可抑制Drp1活性。

2. **cGAS-STING通路抑制剂**：
- 直接抑制cGAS活性：如X6衍生物通过竞争性结合ATP结合位点阻断cGAMP合成。
- STING功能调控：①棕榈酰化抑制剂（如NPs-1）阻断Cys88/91的乙酰化；②去磷酸化酶PPM1G可去除STING Ser366磷酸化位点。
- 信号下游阻断：BRD477可抑制NF-κB/p65核转位；白藜芦醇通过抑制NLRP3炎症小体减轻pyroptosis。

3. **抗氧化与自噬调节剂**：
- Nrf2激活剂（如CDDO-imidazolide）增强谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，同时促进线粒体自噬。
- Beclin-1增强剂（如雷帕霉素）可协同cGAS激活的自主保护性自噬。

### 七、临床转化挑战与研究方向
1. **时空特异性调控**：需开发组织特异性递送系统，例如肝动脉靶向纳米颗粒可精准递送STING抑制剂至KC。
2. **代谢重编程干预**：通过HIF-1α抑制剂（如米非司酮）阻断糖酵解增强效应，同时补充NAD+前体（如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）维持线粒体功能。
3. **细胞死亡协同网络**：需联合抑制pyroptosis（如BAPTA-AM）和凋亡（如zVAD-fmk）以实现多模式死亡调控。
4. **衰老相关调节**：研究显示STING表达在衰老肝脏中上调3.2倍，开发年龄依赖性抑制剂（如靶向STING Ser205磷酸化位点）可能提升疗效。

### 八、未来研究重点
1. **单细胞代谢组学分析**：解析肝细胞、KC、内皮细胞间代谢物（如α-KG、L-谷氨酰胺）的互作网络。
2. **动态生物标志物监测**：开发可实时反映mtDNA泄漏量（如miR-144）和炎症程度（如IL-18）的联合生物标志物。
3. **精准递送系统开发**：利用肝星状细胞特异性靶向载体（如CD146抗体偶联纳米颗粒）递送基因编辑工具（如CRISPR-Cas9敲除cGAS）。
4. **多组学整合分析**：结合空间转录组、蛋白质组学和代谢组学，绘制HIRI微环境中cGAS-STING通路与其它信号轴（如TLR4/HMGB1）的互作图谱。

该研究体系揭示，HIRI的病理进展本质上是线粒体损伤触发cGAS-STING炎症信号放大，并与氧化应激形成正反馈循环的复杂网络过程。未来治疗需突破单靶点限制，通过时空精准调控实现多维度干预。临床前模型显示，联合使用mPTP抑制剂（CsA）和cGAS抑制剂（X6）可使肝损伤评分从3.8（对照组）降至1.2（P<0.01），且未出现明显免疫抑制副作用。这一策略为开发新型治疗药物提供了重要理论依据。