CAD劫持STING通路抑制结直肠癌抗肿瘤免疫及放疗效果的机制研究

本研究揭示了caspase-activated DNase (CAD)通过干扰STING二聚化和cGAMP结合，抑制放疗诱导的cGAS/STING/IFN-I信号通路激活，从而削弱结直肠癌(CRC)抗肿瘤免疫的新机制。研究人员发现CAD缺失可增强CD8+ T细胞浸润并协同抗PD-1治疗，为改善CRC放疗和免疫治疗耐药提供了新靶点。

　　

在肿瘤治疗领域，放疗(radiotherapy, RT)与免疫治疗的联合应用正带来革命性突破，但结直肠癌(colorectal cancer, CRC)患者常出现放疗抵抗，其深层机制亟待阐明。cGAS-STING通路作为连接DNA损伤与抗肿瘤免疫的核心桥梁，其调控异常被认为是导致治疗失败的关键因素。然而，临床STING激动剂的疗效不尽如人意，暗示该通路存在未知的负调控机制。

为破解这一难题，Zhengkun Cai等研究人员在《Cell Death and Disease》发表重要成果，首次发现凋亡相关核酸酶CAD具有非核酸酶依赖性的免疫调控功能。研究团队运用免疫共沉淀-质谱联用技术鉴定出CAD与STING的直接互作，通过分子对接精确定位了二者结合的关键氨基酸位点（CAD的R²⁴/C²⁶/Q²⁷与STING的G¹⁶⁶/D²³⁷/V²³⁹）。借助CRISPR基因编辑构建CAD敲除模型，结合荧光偏振实验、表面等离子共振(SPR)和活细胞成像等技术，系统阐明了CAD抑制STING信号通路的分子机制。

【主要技术方法】

研究采用20例CRC患者标本进行免疫组化分析临床相关性；通过HEK293T和CRC细胞系（HCT116/HT29/MC38）进行分子互作验证；利用C57BL/6J小鼠建立异种移植模型评估放疗敏感性；采用流式细胞术分析肿瘤微环境免疫细胞浸润；结合RNA-seq和qPCR检测基因表达谱变化。

【研究结果】

CAD直接与STING相互作用

• 质谱分析发现CAD是STING新型结合蛋白，Kd=0.993 μM

• 结构生物学证实CAD通过N端结构域与STING的CBD结构域结合

• 关键突变体CAD^RCQ和STING^GAV完全丧失互作能力

CAD抑制STING信号通路激活

• CAD阻断STING二聚化/寡聚化（非变性电泳验证）

• 竞争性抑制cGAMP与STING结合（荧光偏振实验）

• 阻碍STING从内质网向高尔基体转运（共聚焦显微镜观察）

CAD调控放疗诱导的免疫应答

• CAD敲除使放疗后IFN-β表达提升3.2倍

• 增强IRF3核转位和CXCL10/CCL5等趋化因子分泌

• 促进CD8⁺ T细胞浸润（流式显示增加2.1倍）

CAD缺失增强放疗敏感性

• MC38移植瘤模型中，CAD敲除使放疗完全缓解率(CR)从16.7%提升至83.3%

• STING抑制剂H-151可逆转CAD敲除的放射增敏效应

• 产生"远端效应"——非照射部位肿瘤生长抑制率达68%

临床相关性验证

• CAD高表达与CRC患者放疗抵抗显著相关(p<0.01)

• CAD水平与肿瘤内CD8⁺ T细胞浸润呈负相关(r=-0.62)

【结论与意义】

该研究首次揭示CAD作为STING信号通路的"分子刹车"，通过空间位阻效应抑制STING活化，提出了"ICAD-NTD肽段解放STING"的创新治疗策略。这不仅解释了STING激动剂临床响应率低的机制，更为优化结直肠癌的联合治疗方案提供了理论依据：靶向CAD-STING互作界面可能同时增强放疗的直接杀伤作用和免疫治疗的远端效应，实现"双赢"治疗效果。

研究还拓展了对CAD蛋白功能的认知——除经典的核酸酶功能外，CAD通过蛋白互作网络参与免疫调控，这种" moonlighting "（兼职）功能为开发选择性调控药物提供了新思路。未来基于ICAD-NTD结构域的肽类药物设计，有望实现精准解除CAD对STING的抑制而不影响其凋亡功能，推动肿瘤免疫治疗领域的突破性进展。