综述：上下文依赖的cGAS-STING激活塑造转移进展与休眠

《Cells》：Context-Dependent cGAS-STING Activation Shapes Metastatic Progression and Dormancy

　　

癌症细胞之所以能够存活、增殖和转移，部分原因是免疫系统未能检测并清除它们。此外，包围肿瘤的肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）通过抑制抗肿瘤免疫应答，从而支持癌症细胞存活并赋予其对化疗和免疫治疗的耐药性，进而降低免疫治疗干预的效果。cGAS-STING信号通路感知胞质DNA，并协调塑造肿瘤内在结局和TME的先天免疫应答。新兴证据揭示了cGAS-STING在转移进展和癌症休眠中具有上下文依赖的双重作用。抗原提呈细胞中急性、强烈的激活可促进I型干扰素应答，从而抑制肿瘤生长。相反，慢性、低水平的癌症细胞内在STING信号可启动炎症程序，促进免疫抑制和治疗耐药。休眠的播散肿瘤细胞利用微环境线索下调STING信号并逃避免疫检测，而休眠细胞的再激活常涉及STING活性的恢复，后者可促进免疫清除。在本文章中，研究人员综述了将基因组不稳定性和胞质DNA与STING激活联系起来的机制，总结了跨转移微环境中肿瘤抑制与肿瘤促进作用的相关证据，并讨论了如何优化STING激动剂及联合策略，以最大化抗肿瘤免疫同时避免促肿瘤效应。

主体内容总结：

1. 引言

癌症细胞获得不受控制的增殖能力，侵袭周围组织并最终播散至远处器官形成转移。转移过程中，上皮-间质转化（EMT）促进癌症细胞播散，循环肿瘤细胞（CTCs）经血行运输并种植于远处转移部位，其跨内皮迁移（TEM）是进入远处组织的关键步骤。播散肿瘤细胞（DTCs）在远处器官遭遇陌生微环境，部分进入休眠状态以逃避免疫监视并适应转移微环境。癌症休眠以长时间的生长停滞为特征，休眠DTCs常定位于血管周围微环境，该微环境支持其存活并维持生长停滞。转移定植过程中，癌症细胞面临氧化应激、复制应激和免疫监视等内外源性应激，这些应激可诱发DNA损伤和染色体不稳定性（CIN）。基因组不稳定性导致胞质DNA产生，进而激活cGAS-STING通路。cGAS-STING通路通过序列非依赖方式识别双链DNA，在宿主防御、抗肿瘤免疫、细胞衰老、自噬及自身免疫和炎症疾病中发挥核心作用。胞质DNA与cGAS结合后，催化ATP和GTP合成环状GMP-AMP（cGAMP），cGAMP作为第二信使结合内质网膜适配器STING并诱导其激活。活化的STING二聚体转位至反式高尔基体网络，发生棕榈酰化并簇集形成支架，招募TANK结合激酶1（TBK1）磷酸化，进而磷酸化STING并招募干扰素调节因子3（IRF3），诱导I型干扰素和促炎细胞因子表达。STING随后通过转运体依赖性溶酶体微自噬降解以终止信号。鉴于转移播散和癌症休眠伴随持续细胞应激、基因组不稳定和胞质DNA积累，cGAS-STING通路已成为调控转移进展、休眠及DTCs与转移微环境相互作用的关键调节因子。

2. 癌症转移与STING

2.1 cGAS-STING信号的肿瘤抑制功能

癌症细胞中cGAS-STING通路的激活可通过诱导I型干扰素及其他炎症基因抑制早期肿瘤进展。STING信号缺失与肿瘤发生率增加相关，黑色素瘤和结直肠腺癌细胞系中观察到STING表达降低。该通路与诱导癌症细胞衰老密切相关，cGAS-STING介导的衰老伴随衰老相关分泌表型（SASP）因子的产生，包括趋化因子、促炎细胞因子、生长因子和蛋白酶，这些因子通过肿瘤细胞内在机制或激活抗肿瘤免疫应答促进肿瘤抑制。STING通路激活通过诱导趋化因子表达和血管正常化促进T细胞浸润，并通过增强MHC I类分子表达恢复抗原提呈，增强细胞毒性T淋巴细胞（CTL）和NK细胞介导的肿瘤杀伤。STING激活还诱导CXCL9、CXCL10和CCL5等趋化因子募集并激活细胞毒性T细胞和NK细胞。基因组不稳定性常在癌症细胞中形成微核，导致cGAS激活和STING依赖性肿瘤抑制免疫应答，表明cGAS对微核的感知是将基因组不稳定性与先天免疫联系起来的细胞内在监视机制。

2.2 cGAS-STING信号的促肿瘤作用

尽管cGAS-STING通路被广泛认为是抗肿瘤免疫的介导者，但越来越多的证据表明STING信号可矛盾地促进肿瘤进展。小细胞肺癌（SCLC）中STING表达降低或缺失损害I型干扰素信号和适应性免疫。相反，cGAS-STING通路的持续激活可被肿瘤利用以促进肿瘤生长、转移、耐药和免疫抑制。致癌物诱导的DNA损伤导致胞质DNA积累和STING依赖性先天免疫信号激活，促成炎症相关肿瘤发生。慢性cGAS-STING激活通过诱导T细胞耗竭和募集免疫抑制细胞（包括Tregs、MDSCs和Bregs）促进免疫抑制，并上调免疫抑制分子，优先激活非经典NF-κB信号，促进肿瘤细胞存活、增殖和炎症反应。高转移性肿瘤可将cGAMP转移至基质细胞，激活STING信号并诱导炎症细胞因子产生，通过STAT1和NF-κB信号增强肿瘤存活、增殖和化疗耐药。这些发现表明，慢性或失调的cGAS-STING信号可重塑肿瘤微环境并促进支持肿瘤进展和转移的恶性表型。

3. 癌症细胞休眠与STING

3.1 STING信号与转移播散

cGAS-STING通路是影响包括转移在内的肿瘤进展多个阶段的关键先天免疫通路。CIN诱导的微核激活癌症细胞中慢性cGAS-STING信号，优先诱导非经典NF-κB信号而非I型干扰素应答，促进EMT、侵袭和转移播散，凸显了慢性STING激活的促肿瘤作用。食管腺癌以CIN为特征，驱动慢性cGAS-STING激活和趋化因子介导的促肿瘤炎症浸润募集，促进肿瘤存活和转移。脑转移细胞通过原钙黏蛋白7（PCDH7）选择性建立Cx43介导的与星形胶质细胞的间隙连接，使cGAMP从癌症细胞转移至星形胶质细胞并激活STING通路，星形胶质细胞中STING激活诱导IFN-α和TNF-α产生，促进脑转移细胞生长和化疗耐药。鉴于慢性STING激活的促转移功能，STING信号的紧密调控在肿瘤进展中至关重要。结直肠癌中SEL1L3抑制通过内质网相关降解稳定STING信号，从而抑制生长和迁移。这些发现表明慢性cGAS-STING信号通过肿瘤细胞内在机制和重塑转移微环境促进转移进展。

3.2 转移休眠中的细胞应激

转移性癌症细胞在播散、休眠、生长和耐药过程中面临多种应激，只有少数最终形成远处转移。外渗后，播散癌症细胞遭遇氧化应激、营养剥夺和生长信号不足，而组织驻留免疫细胞（包括巨噬细胞、NK细胞和T细胞）主动抑制转移生长。在这些条件下，播散癌症细胞以静止状态存活，直到被清除或最终恢复增殖。因此，癌症细胞进入休眠状态以逃避物理、代谢和免疫屏障。近期研究显示，休眠转移细胞经历TGFβ诱导的独特上皮-间质转化（EMT）程序，不同于增殖转移细胞中观察到的经典侵袭性EMT。在血管周围微环境中，TGFβ诱导可逆静止状态，伴随MHC-I分子、NK细胞激活配体和STING信号的下调，使休眠癌症细胞逃避免疫监视。机制上，休眠转移祖细胞通过TGFβ依赖性表达肌动蛋白解聚蛋白凝溶胶蛋白，采用缺乏肌动蛋白应激纤维的非典型EMT状态，导致细胞刚度降低并逃避免疫机械监视。这些发现表明EMT可塑性不仅促进转移播散，还有助于转移休眠期间的免疫逃逸和长期存活。

3.3 STING信号抑制转移生长

免疫监视是阻止休眠癌症细胞在细胞周期重新进入后恢复转移生长的关键屏障。休眠期间，静止癌症细胞通过下调NK细胞激活配体和MHC-I分子逃避免疫监视，减少NK细胞和T细胞的识别。cGAS-STING通路作为转移再激活的抑制因子发挥功能。重新进入细胞周期的转移祖细胞中STING活性升高，促进NK细胞和T细胞浸润。相反，通过启动子高甲基化或染色质抑制实现的STING表观遗传沉默损害NK细胞迁移并促进转移生长。这些发现表明STING信号作为对抗休眠转移进展的检查点。STING激活通过促进NK细胞和T细胞浸润及激活增强转移休眠期间的抗肿瘤免疫监视。STING激动剂MSA-2增强NK细胞对休眠癌症细胞的细胞毒性并抑制晚期乳腺癌的转移生长。休眠转移细胞的再激活诱导STING依赖性I型干扰素信号，增强细胞毒性淋巴细胞的免疫识别和清除。相反，STING的表观遗传沉默使休眠癌症细胞逃避免疫监视并进展为明显的转移定植。这些发现表明转移休眠代表播散癌症细胞中免疫介导清除与适应性生存程序之间的动态平衡。

4. 肿瘤微环境与STING

4.1 肿瘤微环境的组分与治疗反应

尽管癌症研究传统上聚焦于癌症细胞自身的遗传和表观遗传改变驱动恶性，但近期发现肿瘤微环境（TME）极大地影响癌症生理学，尤其是化疗和免疫治疗的反应。TME由癌症细胞、非恶性细胞组分和非细胞组分组成。主要细胞组分包括免疫细胞（树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤（NK）细胞以及各种T和B淋巴细胞亚群）和非免疫基质细胞（癌症相关成纤维细胞（CAFs）、形成血管的内皮细胞和周细胞）。非细胞组分包括细胞外基质（ECM）、可溶性介质（细胞因子、趋化因子和生长因子）以及代谢物。细胞和非细胞组分均有助于肿瘤进化和治疗反应，TME通过癌症细胞与其他组分之间的相互信号发生动态重塑，可支持免疫监视或促进免疫逃逸、血管生成和侵袭。在免疫检查点阻断（ICB）治疗反应方面，免疫细胞浸润TME是关键因素。通常，“冷”（免疫沙漠或免疫排斥）肿瘤对ICB治疗的耐药性高于“热”（免疫炎症）肿瘤。激活肿瘤中的先天免疫应答是将冷肿瘤转化为热肿瘤的有前景方法，激活cGAS-STING通路是诱导肿瘤内在先天免疫、重塑TME和增强ICB疗效的有力途径之一。

4.2 cGAS-STING在癌症细胞与TME免疫细胞中的功能差异

cGAS-STING通路是抵御DNA病毒感染的进化保守防御机制，感知胞质双链DNA（dsDNA）并通过产生I型干扰素启动先天免疫应答。最近发现，除dsDNA外，癌症细胞中未加工R环衍生的DNA/RNA杂交体也可作为该通路的配体。cGAS-STING激活的后果在癌症细胞和基质免疫细胞之间可能存在差异。在树突状细胞和巨噬细胞等主要专业抗原提呈细胞（APCs）中，该通路激活触发强效I型干扰素产生。这些正常细胞中基因组DNA通常稳定，cGAS感知的胞质DNA通常来自外源。癌症细胞常因染色质不稳定或缺氧在TME中死亡，释放大量DNA可被APCs摄取。有效的抗肿瘤免疫依赖于激活的APCs将肿瘤抗原交叉提呈给T淋巴细胞。此外，APCs分泌的细胞因子促进T淋巴细胞的募集、分化和成熟，导致后续适应性免疫应答。相比之下，癌症细胞表现出异质性的cGAS-STING状态和应答。部分肿瘤保留功能性cGAS和STING分子，胞质dsDNA或DNA/RNA杂交体积累激活通路，导致I型干扰素产生和衰老或生长停滞等细胞自主结局，抑制肿瘤生长和存活。I型干扰素及STING下游系列细胞因子也募集并激活TME中的NK细胞和T淋巴细胞以清除癌症细胞。染色质不稳定的癌症细胞面临慢性胞质DNA积累激活cGAS-STING通路的风险，因此部分肿瘤下调或突变通路组分（常见cGAS或STING）以抑制强效先天免疫应答并逃避免疫细胞检测。值得注意的是，慢性低水平癌症细胞内在cGAS-STING信号与持续炎症相关，可支持肿瘤进展。此外，CAFs和内皮细胞等非免疫基质细胞也响应癌症细胞释放的cGAMP或DNA，其STING激活产生上下文依赖结局：可通过诱导I型干扰素信号和T细胞吸引趋化因子促进免疫浸润，或相反促进限制免疫进入的促肿瘤功能。这些差异效应部分反映基质细胞显著的异质性和可塑性，尤其是CAFs，其肿瘤限制或支持功能因细胞状态、肿瘤类型及周围细胞因子和ECM环境而异。因此，TME中cGAS-STING激活的净效应取决于APCs中免疫刺激信号与肿瘤细胞和非免疫基质区室潜在免疫抑制或促肿瘤应答之间的平衡。

4.3 STING激活诱导的肿瘤抑制效应与促肿瘤炎症

TME中急性STING激活通常具有肿瘤抑制作用。癌症细胞DNA严重损伤时，诱导癌症细胞内在先天免疫应答，或死亡癌症细胞释放的DNA激活APCs，导致I型干扰素分泌，募集并激活TME中细胞毒性CD8+ T细胞和NK细胞。此级联反应有望将免疫学冷肿瘤转化为热肿瘤，使肿瘤对ICB治疗敏感并诱导持久抗肿瘤应答。多个研究组已证明急性诱导cGAS-STING通路是增强ICB疗效的有前景策略。此外，癌症细胞中急性STING激活可通过经典干扰素依赖和非依赖机制诱导衰老、生长停滞或凋亡。然而，当通路因染色体不稳定和持续微核而慢性和弱激活时，cGAS-STING信号也可能驱动矛盾地促进肿瘤生长和存活的促炎状态。使用7,12-二甲基苯并(a)蒽（DMBA）处理的基因毒性应激诱导的肿瘤发展在STING敲除小鼠中被有效抑制，表明STING直接促进肿瘤发生。此外，不稳定染色质来源的胞质DNA以STING依赖但TBK1非依赖方式激活非经典NF-κB，促进乳腺癌细胞转移。慢性或持续STING激活导致持续I型干扰素和炎症细胞因子释放，营造以调节性T细胞募集、髓系来源抑制细胞扩增和PD-L1等免疫检查点分子上调为特征的免疫抑制微环境，支持肿瘤生长和存活。因此，STING激活的时相和强度是决定因素：APCs中急性、强烈激活对抗肿瘤免疫有利，而延长、低水平激活可能驱动免疫耗竭和肿瘤进展。

5. 用于癌症治疗的STING激动剂的开发与挑战

5.1 STING激动剂的演变：从FAA到临床候选药物

由于APCs中STING的急性激活是在TME中诱导抗肿瘤免疫的有前景手段，通过瘤内注射STING激动剂直接激活该通路已在临床前模型中显示出显著潜力。早期诱导I型干扰素表达并具有抗肿瘤作用的抗癌化合物包括黄酮-8-乙酸（FAA）及其衍生物5,6-二甲基呫吨酮-4-乙酸（DMXAA）。当时STING尚未被鉴定，研究人员观察到FAA和DMXAA破坏小鼠肿瘤血管并减少肿瘤负担，但不知道这些化学物质是STING激动剂。然而FAA和DMXAA在临床试验中表现不佳，随后证明它们结合小鼠STING但不结合人STING，因此后续STING激动剂被设计为特异性靶向人蛋白。目前多类人STING激动剂正在开发中，根据分子结构和作用机制分类：环二核苷酸（CDN）类似物，模拟天然环状GAMP与STING结合；非CDN STING激动剂，结构不同于CDN类似物但通过不同机制激活STING；CDN输注的外泌体，增加CDN进入细胞的效率；细菌工程载体，利用优先在肿瘤环境中生长的修饰细菌释放STING激动剂以激活免疫应答；小分子-核酸杂交体，结合小分子的稳定性与核酸的靶向性和效率；以及缺乏结构信息但仍进行临床试验的未公开类型STING激动剂。每种类别均有其优势和局限。在I期临床试验中，目标是获得安全性、耐受性、药效学和药代动力学及抗肿瘤效率数据；确定正确剂量一直是一大未解决障碍，因为STING激动剂过少无效，过多可引起全身炎症、自身免疫和细胞因子风暴等极端毒性，治疗剂量窗口狭窄。关于应诱导或刺激哪些细胞群体（癌症细胞中的STING还是APCs、免疫细胞）也存在持续争论。

5.2 转化STING激动剂：临床挑战与解决方案

STING激动剂转化为安全有效疗法面临多重障碍。首先，CDN类似物等激动剂的不稳定性限制其效用，外核苷酸焦磷酸酶（ENPPs）可切割并灭活CDNs。其次，强效STING激动剂的全身给药存在过度炎症和细胞因子释放综合征风险，因此递送策略必须平衡疗效与毒性。瘤内注射已被用于限制全身暴露，但对不可及或转移性病灶不实用。研究人员鉴定出口服可用的非CDN STING激动剂MSA-2，在携带MC38肿瘤的小鼠中采用耐受良好的方案产生肿瘤消退。与CDNs不同，非CDN MSA-2不被ENPPs降解，能更好地穿透细胞膜，可能更好结合某些STING等位基因变体；TME的酸化条件有助于MSA-2在肿瘤而非正常组织中的活性特异性。包括纳米粒和抗体偶联物在内的靶向递送系统也可能有助于克服这两项挑战。第三，激动剂激活STING可在TME中引发促肿瘤反应。例如，近期报告显示STING激动剂强烈诱导肿瘤单核细胞中细胞内在PD-L1表达，导致免疫治疗耐药；TLR2激活可重编程STING信号以减少这些单核细胞中的PD-L1，为联合TLR2激动剂提供依据。因此，理解急性STING激活重塑TME的机制对于减轻此类促肿瘤效应并实现有效免疫细胞浸润和功能至关重要。第四，STING等位基因变异使临床转化复杂化：单核苷酸多态性产生配体结合减少的受体变体（如R232H）。还存在功能获得性STING等位基因，可能易导致自身免疫，因此给药策略可能需要根据STING基因型个体化定制。预测STING激动剂疗效的生物标志物仍然有限。STING基因型可指导激动剂选择，但通路下游完整（如TBK1、IRF3、干扰素应答基因）以及具备功能性APCs和CD8+ T细胞的免疫系统也是必需条件。基线STING活性低的肿瘤通常显示免疫浸润差和对抗PD-1应答弱。通过向肿瘤内递送STING激动剂增强STING激活，I型干扰素释放募集APCs和T细胞并引起肿瘤炎症，炎症增加肿瘤细胞上PD-L1表达，使其对抗PD-1治疗更敏感。目前多种STING激动剂正在晚期实体瘤或难治性癌症临床试验中测试，大多数处于I期，少数处于II期，尚未有进入III期者，原因是持久疗效有限。聚焦TME背景、STING信号时间动态和靶向递送的持续机制及转化研究将是推进STING疗法发展的关键。

6. 讨论

本综述强调cGAS-STING信号在转移进展和休眠中的双重性质：一般而言，抗原提呈细胞中急性和强烈激活促进抗肿瘤免疫并可抑制转移生长，而慢性低水平癌症细胞内在激活常驱动非经典NF-κB信号、免疫抑制和促转移表型。这些上下文依赖结局强调了细胞类型、激活动力学和下游通路参与在决定净生物学效应中的重要性。机制上，I型干扰素驱动的免疫刺激与NF-κB介导的炎症程序之间的平衡似乎是决定STING信号抑制还是促进转移的关键因素，新兴证据表明细胞间cGAMP转移、通路组分的表观遗传调控和肿瘤微环境组成是该平衡的关键调节因子。将STING生物学转化为有效疗法需要最大化急性抗肿瘤免疫同时最小化慢性促肿瘤炎症和自身免疫的策略。合理方法包括优化的递送方式（如靶向或局部给药）、按STING通路完整性和基因型进行患者分层，以及抵消下游免疫抑制后果的联合方案（如NF-κB调节剂或限制MDSC募集的药物）。未来工作应优先进行转移微环境中STING激活的时空表征，识别疗效和毒性的预测性生物标志物，并采用重现休眠和转移微环境的临床前模型以指导安全有效的临床转化。

7. 结论

cGAS-STING通路在癌症转移和休眠中发挥上下文依赖和多方面作用，其效应由激活的幅度和持续时间以及通路激活的细胞类型决定。尽管急性和强cGAS-STING激活可增强抗肿瘤免疫监视并抑制转移生长，慢性和弱信号可能促进炎症、免疫抑制和转移进展。因此，更好地理解cGAS-STING信号的空间和时间调控对于制定最大化其肿瘤抑制效应同时最小化其促肿瘤后果的治疗策略至关重要。