COX2-PGE2-PKA轴通过抑制mtDNA依赖性STING激活负调控抗病毒天然免疫

《Cell Reports》：The COX2-PGE2-PKA axis suppresses antiviral immunity by inhibiting mtDNA-dependent STING activation

　　

干扰素基因刺激因子（STING）信号通路对于建立强效的天然免疫至关重要，然而其慢性激活可驱动有害炎症。尽管已有多种细胞自主机制被报道可抑制STING信号，但组织微环境中的炎症介质是否调控STING激活仍不清楚。研究人员以1型单纯疱疹病毒（HSV-1）感染作为STING激活模型，揭示了COX₂-PGE₂-PKA轴是STING介导的抗病毒天然免疫的关键负调控因子。机制上，PGE₂通过EP4-PKA级联反应，在Ser²⁹位点磷酸化STOML2，从而诱导PTEN诱导激酶1（PINK1）介导的线粒体自噬。该通路促进作为免疫刺激性胞质线粒体DNA来源的受损线粒体的清除，由此减弱下游STING激活和I型干扰素反应，同时促进病毒复制。综上，这些发现确立了线粒体质量控制是PGE₂信号与mtDNA依赖性STING激活之间的机制联系，并将COX₂-PGE₂-PKA通路鉴定为可增强STING介导天然免疫的可成药治疗靶点。

天然免疫是机体感知病原和损伤的第一道防线。环状GMP-AMP合酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）通路可识别胞质双链DNA（dsDNA），启动I型干扰素（IFN）和促炎基因表达，对抵抗病毒感染和肿瘤至关重要。然而，STING过度激活会引起组织损伤，因此其活性必须被严格调控。现有研究主要集中于细胞自主的负调控机制，而组织微环境中的可溶性炎症介质能否调控STING激活仍不清楚。前列腺素E2（PGE₂）是一种关键的脂质免疫调节介质，已知可抑制适应性免疫，但其对STING天然免疫的作用尚不明确。研究人员以1型单纯疱疹病毒（HSV-1）感染作为STING激活模型，系统探究了COX₂-PGE₂-PKA轴对STING介导抗病毒天然免疫的影响，最终揭示了PGE₂通过诱导线粒体自噬抑制mtDNA依赖性STING激活的新机制。

研究发现，HSV-1感染可上调COX₂和PGE₂，后者经EP4受体和蛋白激酶A（PKA）级联，磷酸化STOML2的Ser²⁹，诱导PINK1介导的线粒体自噬，清除受损线粒体，减少胞质免疫刺激性线粒体DNA（mtDNA），从而抑制STING激活和I型干扰素产生，导致病毒复制增强。这项工作确立了线粒体质量控制在胞外脂质信号与STING天然免疫之间的机制联系，并将COX₂-PGE₂-PKA轴确立为可增强STING介导免疫应答的潜在药物靶点。

研究人员采用HSV-1和基孔肯雅病毒（CHIKV）感染模型，使用THP-1来源巨噬细胞、小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）、人原代巨噬细胞及HEK293细胞系。主要技术包括：RNA测序与基因集富集分析（GSEA）、实时定量PCR（qPCR）、酶联免疫吸附试验（ELISA）、小干扰RNA（siRNA）敲低和药理学抑制剂；亲和纯化-质谱（AP-MS）鉴定PKA Cα互作组；mt-mKeima报告基因结合Airyscan与4D晶格光片显微镜监测线粒体自噬；细胞分级分离结合qPCR检测胞质mtDNA；AlphaFold蛋白结构预测；并整合了公开数据集（GSE113957、系统性红斑狼疮皮肤单细胞、Aicardi-Goutières综合征星形胶质细胞）进行分析。

PGE₂抑制STING介导的抗病毒天然免疫：通过HSV-1感染巨噬细胞发现，PGE₂处理使病毒基因组丰度增加约2倍，而COX₂抑制剂塞来昔布使病毒DNA减少约50%；RNA-seq与GSEA显示PGE₂显著下调I型干扰素应答基因集，且抑制ISRE报告基因激活、干扰素刺激基因（ISG）表达和IFNβ分泌。

HSV-1感染中胞质免疫刺激性mtDNA促进STING介导的抗病毒免疫：HSV-1感染降低线粒体转录因子A（TFAM）蛋白和总mtDNA拷贝数，并释放mtDNA至胞质；使用ddC抑制mtDNA复制后I型干扰素反应减弱、病毒复制增强，证明胞质mtDNA是STING充分激活所必需。

PGE₂对病毒感染产生的免疫刺激性胞质mtDNA引发的STING介导天然免疫具有抑制效应：PGE₂对单纯病毒DNA诱导的ISRE激活抑制较弱，但对TFAM敲低诱导的mtDNA-STING活化抑制达70%–80%，并在HEK293共表达cGAS-STING-EP4的体系中验证，表明其优先调控mtDNA依赖的STING信号。

COX₂-PGE₂在mtDNA依赖性STING激活后上调：HSV-1感染诱导COX₂转录和PGE₂释放，COX₂抑制后IFNB1表达和ISRE活性增强，表明该通路形成负反馈调节环。

PGE₂通过EP4-cAMP-PKA轴负调控mtDNA-STING介导的天然免疫：PGE₂刺激引起cAMP积累和PKA激活；EP4抑制剂或PKA抑制剂完全逆转PGE₂对I型干扰素的抑制并增强抗病毒反应；原代巨噬细胞中敲低COX₂、EP4或PKA Cα同样增强IFN并减少病毒基因组。

COX₂-PGE₂-PKA信号在mtDNA-STING驱动的干扰素病中失调：在公开数据集分析中，老年组COX₂表达最低而I型ISG最高；SLE患者角质形成细胞和AGS患者星形胶质细胞中PDE4表达升高，提示该轴功能受损可能增加干扰素病易感性。

蛋白质互作网络分析揭示PKA Cα与线粒体质量控制机器的联系：AP-MS鉴定出丰富的PKA Cα互作组，KEGG通路分析显著富集线粒体自噬通路，提示PKA可能参与线粒体质量控制。

PGE₂以PKA和EP4依赖性方式促进PINK1介导的线粒体自噬：mt-mKeima成像显示PGE₂以EP4/PKA依赖方式增加mitolysosome数量、位移和速度；生化检测显示PINK1和泛素Ser65磷酸化增加，同时PGC-1α转录上调，线粒体呼吸功能未受损，提示线粒体生物发生可能同步增强。

PGE₂诱导的PINK1介导线粒体自噬减少胞质mtDNA并抑制病毒感染的STING-I型IFN反应：PGE₂显著降低TFAM敲低或HSV-1感染诱导的胞质mtDNA；PINK1敲低完全逆转PGE₂的抑制作用，恢复IFNB1表达并降低病毒基因组。

STOML2表达是PGE₂刺激下PINK1介导线粒体自噬和STING-I型IFN抑制所必需：STOML2与PKA全酶相互作用，敲低STOML2显著削弱PINK1稳定和泛素磷酸化，并消除PGE₂对胞质mtDNA和抗病毒反应的影响。

PKA促进STOML2 Ser²⁹磷酸化，该修饰对PGE₂诱导的PINK1介导线粒体自噬至关重要：PKA活化诱导STOML2 Ser²⁹磷酸化，S29A突变消除磷酸化并完全阻断PGE₂诱导的线粒体自噬，而S29D磷酸化模拟突变则增强线粒体自噬；在CHIKV感染模型中，敲低EP4、PKA Cα、PINK1或STOML2均消除PGE₂的抑制作用，表明该机制具有跨病毒广谱性。

讨论部分指出，PGE₂通过EP4-cAMP-PKA建立负反馈，以线粒体质量控制为核心抑制mtDNA-STING信号。该反馈在生理状态下可避免过度I型干扰素和组织损伤，但COX₂-PGE₂-PKA过度活跃可能抑制抗病毒和抗肿瘤免疫。药理学或遗传学抑制COX₂、EP4或PKA Cα可增强STING介导的I型干扰素并降低病毒复制，提示该轴是增强天然免疫的可操作靶点，但需在增强保护性免疫与避免病理干扰素病之间取得平衡。研究结论可翻译为：COX₂-PGE₂-PKA轴通过促进线粒体质量控制，负调控mtDNA依赖性STING激活，从而抑制I型干扰素和抗病毒天然免疫；该通路可作为增强STING介导免疫应答的候选药物靶点。