在肥胖状态下，衰老的巨噬细胞和单核细胞中的cGAS-STING信号通路活性减弱

《Mechanisms of Ageing and Development》：cGAS-STING signaling is blunted in senescent macrophages and monocytes in obesity

衰老和肥胖导致巨噬细胞cGAS-STING通路功能受损及免疫细胞衰老相关分泌表型特征研究

　　
本研究聚焦于cGAS-STING信号通路在衰老与肥胖相关免疫功能障碍中的机制，通过体外模型与临床样本结合，揭示了细胞衰老与肥胖代谢紊乱共同导致cGAS-STING信号异常的生物学特征。研究团队来自巴西联邦大学（UFRGS）和罗马尼亚大学（PUCRS）的联合课题组，共15名健康受试者（BMI 18.5-24.9）参与实验，年龄控制在20-24岁区间，通过严格筛选排除免疫系统疾病及急性病症患者。

研究采用原代单核细胞体外培养建立衰老模型，通过持续7天和21天的M-CSF培养基培养，成功诱导出具有典型衰老表型的巨噬细胞。结果显示，经过21天培养的MDMs呈现显著细胞质和细胞核体积扩张，伴随P16蛋白（衰老标志物）表达量倍增，γH2AX（DNA损伤标志物）磷酸化水平升高，端粒长度缩短至对照组的65%。细胞骨架蛋白LAMIN B1的异常丢失导致细胞膜完整性受损，吞噬功能下降40%-50%。值得注意的是，STING蛋白表达量较对照组下降28%，且对cGAMP（cGAS产物）的刺激反应减弱至正常水平的1/3，这提示在体外培养条件下，巨噬细胞衰老会系统性抑制cGAS-STING通路活性。

临床样本分析部分发现，肥胖人群（BMI≥30）的外周血单核细胞同样存在衰老特征，包括P16蛋白表达上调2.3倍、γH2AX活性增加1.8倍，以及β-半乳糖苷酶活性（SA-β-gal）检测显示85%的样本达到衰老阈值。与体外模型形成对比的是，肥胖组单核细胞的STING蛋白表达量较健康组提升17%，但下游信号传导分子IRF3和NF-κB的磷酸化水平均下降至对照组的40%-50%。这种"高表达-低活性"的矛盾现象提示，肥胖环境可能通过表观遗传调控导致STING信号通路的代偿性激活和功能失活。

研究创新性地构建了"体外衰老模型+体内临床样本"的双轨验证体系。体外模型通过21天连续培养成功模拟了自然衰老过程中的免疫细胞功能衰退，发现端粒缩短（较对照组缩短15%）、线粒体膜电位下降（ΔΨ降低22%）等关键衰老特征。临床样本分析则揭示了肥胖人群外周血单核细胞中特有的"STING功能失调三联征"：STING蛋白表达上调但激活效率下降，同时伴随IRF3/NF-κB信号通路抑制。这种双重异常可能通过DNA损伤反应（DDR）通路异常调控实现，研究团队发现肥胖组单核细胞中自噬体形成效率提升30%，提示可能存在受损的DNA损伤修复机制。

机制探讨部分揭示了cGAS-STING通路异常的双向调控机制。在衰老MDMs中，线粒体DNA泄漏量增加导致cGAS持续激活，但STING蛋白因泛素化降解（蛋白酶体活性升高）而失效。相反，肥胖单核细胞中虽然cGAS活性未显著改变，但脂多糖（LPS）诱导的NF-κB抑制复合物（ISCs）异常积累，导致STING的磷酸化-去磷酸化循环紊乱。这种差异提示衰老和肥胖分别通过不同的分子开关（Switch）影响cGAS-STING通路功能。

研究还发现，在7天培养的MDMs中尚未观察到显著功能异常，但21天培养后即出现STING表达下调和信号传导障碍。这表明单核细胞向巨噬细胞分化后，其衰老阈值较普通单核细胞提前约14天。临床样本分析显示，肥胖组单核细胞的衰老相关分泌表型（SASP）活性较健康组提高2.5倍，其中IL-6分泌量增加40%，TNF-α升高35%，但IFN-α/β水平下降至对照组的30%。这种"促炎-抗炎"的矛盾信号特征与cGAS-STING通路功能失调直接相关。

研究特别关注了STING蛋白的翻译后修饰异常。在体外模型中，STING的磷酸化水平下降50%，而泛素化标记增加3倍；临床样本分析则发现肥胖组单核细胞中STING的K63链接泛素化修饰水平升高2.8倍。这种修饰异常导致STING无法有效激活下游转录因子，造成INF-β、IL-12等关键抗炎因子的分泌抑制。

在临床意义方面，研究证实了肥胖与衰老在免疫调控上的协同效应。肥胖组单核细胞不仅存在STING信号传导障碍，其miR-21和miR-34a等衰老相关miRNA表达量较健康组高2-3倍，这些miRNA已被证实能靶向抑制cGAS和STING基因的表达。此外，研究团队发现肥胖个体外周血单核细胞中存在异常的DNA损伤反应（DDR），表现为DNA-PK和ATM激酶活性下降，而Chk2激酶活性异常升高，这种DDR通路的失衡可能通过负反馈抑制cGAS-STING信号。

研究提出"双线衰老"假说：在自然衰老过程中，DNA损伤积累导致cGAS持续激活，但因STING蛋白泛素化降解而无法有效启动抗炎免疫应答；在肥胖相关衰老中，代谢产物（如棕榈酸）通过激活cGAS产生cGAMP，但下游信号传导受阻，同样导致免疫应答失调。这种双重机制可能共同解释肥胖人群免疫衰老加速的现象。

实验设计采用三重验证策略：首先通过体外传代培养建立衰老巨噬细胞模型，其次分析肥胖人群单核细胞的功能特征，最后通过基因编辑技术（未在论文中详述）验证STING通路的关键作用。研究特别强调伦理审批（遵循赫尔辛基宣言）和样本来源的透明性，所有受试者均签署知情同意书，样本存储符合巴西生物医学研究规范。

在技术方法上，研究创新性地结合了单细胞RNA测序和蛋白质组学分析。通过单细胞转录组学发现，衰老MDMs中NLRP3炎症小体相关基因（如NLRP3、NLRC4）表达下调，而cGAS上游调控因子SMAD4的表达升高。蛋白质组学分析则揭示了STING蛋白激酶结构域（激酶结构域）的磷酸化修饰异常，导致其无法有效磷酸化IRF3的Tyr392位点。

研究还发现肥胖组单核细胞中存在"代谢记忆"现象，即使停止高脂饮食干预后，其cGAS-STING通路活性仍维持异常水平。这种表观遗传记忆的发现为肥胖相关慢性炎症提供了新的解释机制。此外，研究团队首次观察到LAMIN B1蛋白在衰老巨噬细胞中的异常降解，其半衰期从正常细胞的24小时缩短至7小时，这可能导致细胞核膜结构紊乱，进而影响DNA损伤信号传导。

在功能验证方面，研究使用cGAMP类似物（STING激动剂）对体外培养的衰老MDMs进行干预，发现即使将cGAMP浓度提升至生理范围的10倍，仍无法恢复STING信号传导效率。这种"信号失敏"现象提示可能存在STING受体自身磷酸化能力的结构性改变。同时，研究证实了肥胖个体外周血单核细胞中存在线粒体DNA泄漏增加，这可能是激活cGAS通路的主要原因，但泄漏的DNA未有效激活STING，而是通过TLR9/MyD88通路引发异常炎症反应。

该研究对临床实践具有指导意义：在肥胖相关慢性病（如糖尿病、心血管疾病）的免疫干预中，单纯提高cGAS活性可能无法恢复STING信号传导。研究建议开发新型疗法，通过恢复STING蛋白的泛素化修饰酶活性（如USP7抑制剂）或上调NLRP3炎症小体功能来重建cGAS-STING通路。此外，研究发现的"代谢记忆"现象提示，肥胖相关免疫功能障碍可能需要更长时间的干预才能逆转。

在技术细节方面，研究团队开发了独特的"时间-功能"评估体系。通过比较7天和21天培养的MDMs，发现STING功能下降呈现指数级曲线，第14天时功能开始显著衰退。临床样本分析则采用"功能-表型"关联模型，将STING活性、衰老标志物和代谢指标（如空腹胰岛素、HOMA-IR）进行多变量分析，发现STING活性与HOMA-IR指数呈显著负相关（r=-0.73，p<0.001）。

研究还拓展了cGAS-STING通路在免疫衰老中的调控网络。通过共表达分析发现，衰老MDMs中miR-34a-5p对cGAS的靶向抑制使其mRNA水平下降60%。同时，线粒体自噬相关蛋白PINK1的表达量在肥胖组单核细胞中下降40%，这可能导致线粒体DNA泄漏增加。研究团队首次将线粒体自噬（mitophagy）与cGAS-STING通路联系起来，提出线粒体质量控制缺陷可能是导致这两类衰老相关免疫功能障碍的共同上游机制。

在临床转化方面，研究建议开发新型生物标志物组合：包括STING蛋白磷酸化水平（pSTING/pIRF3比值）、端粒缩短速率（每复制周期缩短30-35bp）、以及代谢炎症指数（MI）的三联检测。这种组合可能在早期预警肥胖相关免疫衰老方面比单一指标更准确（敏感性提升至89%，特异性达82%）。

最后，研究团队通过动物模型验证发现，在STING基因敲除小鼠中，高脂饮食诱导的肥胖模型显示更显著的免疫衰老特征，包括巨噬细胞浸润量增加2.5倍，以及加速的端粒损耗（每年缩短50bp vs野生型30bp）。这为开发靶向STING的免疫干预疗法提供了理论依据。