靶向cGAS–STING通路在癌癥治療中的機遇與挑戰

引言

腫瘤的發生源于細胞逃避了控制生長的正常調控機制，這可能導致持續的復制應激、DNA損傷以及染色體不穩定性。這些過程通常伴隨著DNA在不同細胞區室中的異常積累。cGAS–STING通路在DNA監視中扮演著關鍵角色，不僅當DNA錯誤定位到細胞質時被激活，當DNA在細胞核中異常積累時也會被觸發。

經典的cGAS–STING通路激活始于雙鏈DNA的結合，這誘導cGAS構象變化，使其能夠催化從ATP和GTP合成環狀二核苷酸2‘3’-cGAMP。cGAMP作為第二信使，與內質網上的STING結合，誘導其構象變化和寡聚化，隨后從內質網轉運至高爾基體。在高爾基體，STING暴露TANK結合激酶1（TBK1）和干擾素調節因子3（IRF3）的結合位點，招募并激活TBK1。TBK1磷酸化IRF3，促使其二聚化和核轉位，從而啟動I型干擾素的轉錄上調。同時，STING–TBK1復合物通過磷酸化IκB激酶復合物導致IκB降解，從而激活NF-κB通路，釋放NF-κB進入細胞核，驅動促炎細胞因子和趨化因子的產生。該通路受到多種翻譯后修飾的嚴格調控，這些修飾通過調節蛋白活性、亞細胞定位、穩定性和相互作用來平衡免疫激活和穩態。

在腫瘤發生、進展和轉移的整個過程中，高水平的DNA損傷持續存在，并在DNA損傷治療期間進一步加劇。cGAS–STING通路廣泛表達于包括免疫細胞、上皮細胞、內皮細胞和成纖維細胞在內的多種細胞類型，在調節衰老、增殖危機、先天免疫、干性和細胞死亡等過程中具有多方面的作用。這些功能共同塑造了一個復雜的腫瘤微環境。

一、cGAS–STING通路在癌癥中的激活來源

與正常細胞相比，即使在缺乏DNA損傷治療的情況下，癌細胞也常常表現出更高水平的DNA損傷，這可能是癌癥中cGAS–STING通路激活的主要機制。放療和DNA損傷化療等治療方式會額外誘導癌細胞的嚴重DNA損傷，這可能進一步促進cGAS–STING的激活。此外，非經典機制，如cGAS–STING通路中的功能獲得性突變，也有報道。激活該通路的DNA配體來源多樣，主要包括：

基因組DNA：染色體不穩定性是癌癥的一個既定標志，常導致有絲分裂中的染色體分離錯誤，產生微核。微核內的染色體常發生斷裂和損傷，其脆弱的膜容易破裂，將其內容物暴露于cGAS介導的DNA感知。值得注意的是，大約80%的人類癌癥表現出可檢測的染色體不穩定性。然而，微核中的核小體直接抑制cGAS激活并削弱I型干擾素信號。復制應激在癌癥中也很常見，并導致基因組不穩定性和DNA損傷。為了解決復制應激，細胞會激活核酸內切酶亞基MUS81，從而在停滯的復制叉處切割DNA。由此產生的雙鏈DNA副產物被釋放到細胞質中，在那里激活cGAS–STING通路。

此外，大約11.8%的人類癌癥在DNA損傷反應通路調節因子中存在突變。這些DDR相關基因（如ATM）的功能喪失突變導致細胞質雙鏈DNA積累，從而激活cGAS–STING通路。DNA錯配修復通路的缺陷也會導致不受限制的DNA切除，產生過量的細胞質雙鏈DNA并激活cGAS。端粒縮短是癌細胞中雙鏈DNA的另一個重要來源。大約10-15%的癌癥中會發生端粒替代延長，并產生染色體外端粒重復DNA，這可以參與cGAS–STING通路。染色體外環狀DNA存在于19-50%的人類癌癥中，并通過cGAS–STING激活引發免疫刺激效應。

除了雙鏈DNA，cGAS也可以被其他形式的DNA觸發。例如，在轉錄、DNA復制和修復過程中形成的R環所產生的RNA：DNA雜交體，會在BRCA1突變的癌細胞系中積累于細胞質，并與cGAS結合，觸發STING依賴的IRF3信號。SWI/SNF復合物（特別是ARID1A）的突變會增強R環的形成，從而通過cGAS–STING通路上調免疫基因表達，這一現象已在癌細胞系和臨床癌癥樣本中得到記錄。

線粒體DNA：線粒體DNA在激活cGAS–STING通路中具有關鍵作用。其特點包括高拷貝數、小尺寸、雙鏈環狀結構、無組蛋白包裝以及低甲基化的CpG二核苷酸基序，因此被免疫系統識別為“外來物”。在衰老、調節性細胞死亡、異常mtDNA包裝、營養剝奪以及放化療等多種條件下，mtDNA可被釋放到細胞質中，并有效激活cGAS–STING信號。

非經典激活：值得注意的是，錳離子已被證明可直接結合cGAS，增強其酶活性和對雙鏈DNA的敏感性。這種相互作用使得即使在低雙鏈DNA濃度下也能產生cGAMP。此外，cGAS和STING的功能超出了它們的經典通路。例如，位于細胞核的cGAS獨立于STING參與同源重組、復制應激反應和谷氨酰胺分解。相反，STING則有助于ATM和IFI16介導的DNA感知、有氧糖酵解和細胞周期調控，這些均獨立于cGAS。

二、cGAS–STING通路的雙重角色：腫瘤抑制與腫瘤促進

1. 腫瘤抑制作用

cGAS–STING通路的激活觸發了多種機制來對抗檢測到的“危險”，其中許多機制，如衰老介導的增殖抑制、復制危機相關的細胞死亡以及先天和適應性免疫監視，都是有效的抗腫瘤機制。

腫瘤起始階段：腫瘤發生需要細胞繞過或逃逸兩個關鍵屏障：衰老和復制危機。與衰老相關的分泌表型在限制腫瘤發生中具有關鍵作用。DNA損傷是細胞衰老的主要誘導因素，而cGAS或STING的缺陷會損害衰老，導致不受控制的細胞生長。例如，在HrasG12V誘導的小鼠肝癌模型中，cGAS–STING依賴的細胞衰老依賴于cGAS–STING觸發的自噬，這構成了復制危機期間致癌轉化的最后屏障，從而防止腫瘤發生。在通過異位癌基因表達繞過衰老的人類成纖維細胞中，cGAS或STING敲除后的自噬抑制促進了細胞增殖超越復制危機。在由Myc擴增和Trp53缺陷誘導的自發性小鼠乳腺癌模型中，DNA修復核酸內切酶MRE11對于響應致癌DNA損傷而激活cGAS至關重要，它能誘導復制應激并促進ZBP1–RIPK3–MLKL介導的壞死性凋亡。

免疫細胞浸潤：腫瘤發生后，cGAS–STING通路繼續介導關鍵的腫瘤抑制功能，宿主STING信號在很大程度上支持T細胞啟動和抗腫瘤反應。具體而言，樹突狀細胞捕獲腫瘤來源的DNA并激活cGAS–STING–IRF3–IFN軸，使DC能夠交叉啟動抗腫瘤T細胞。在錯配修復缺陷的癌癥中，細胞質DNA通過EXO1介導的不受限制的DNA切除而積累，觸發腫瘤細胞固有的cGAS–STING–IFN軸。該軸促進CD8? T細胞浸潤并增強免疫檢查點阻斷療法的療效。相反，在小鼠結腸癌、乳腺癌和黑色素瘤腫瘤細胞中敲除cGAS或STING會顯著減少T細胞浸潤并損害ICB反應性。

另一個例子是在解決復制應激期間，前列腺癌細胞中MUS81介導的雙鏈DNA產生激活了腫瘤細胞中的cGAS–STING–IFN軸，刺激了針對腫瘤的先天和適應性免疫反應。同樣，ARID1A突變通常在對抗腫瘤免疫治療反應良好的癌癥患者中發現，其產生的R環來源的細胞質DNA激活了cGAS–STING–IFN軸，從而增加了CD8? T細胞浸潤。該軸的激活對于增強免疫檢查點阻斷敏感性至關重要。此外，播散的癌細胞可以進入休眠狀態，在此期間，重新喚醒的癌細胞中STING活性增加可限制轉移性爆發。值得注意的是，許多患者來源的腫瘤樣本或癌細胞系缺乏cGAS–STING–IFN信號，這增加了先天感知減弱導致免疫逃逸的可能性。

DNA損傷療法誘導cGAS–STING軸：DNA損傷療法可進一步增加雙鏈DNA的積累，有效激活cGAS–STING通路。在小鼠癌細胞系移植模型中，電離輻射誘導了強大的IFN-I依賴性抗腫瘤效應。值得注意的是，DC中cGAS或STING的缺陷（而非其他先天免疫受體）會顯著減少IFN-I產生并消除這些抗腫瘤效應。高劑量電離輻射還通過cGAS–STING依賴性機制促進腫瘤細胞中廣泛的微核形成和持續的炎性細胞因子產生。用這些輻照過的B16黑色素瘤細胞進行疫苗接種，結合抗CTLA4治療，能有效抑制遠端腫瘤的生長，而在輻照過的B16細胞中敲除STING會顯著減少旁觀者腫瘤中的CD8? T細胞浸潤。這些發現強調了STING信號在協調宿主免疫激活中的關鍵作用。腫瘤治療電場（一種已獲批用于膠質母細胞瘤和惡性間皮瘤的治療方法）會破壞腫瘤細胞中的有絲分裂紡錘體形成，誘導微核破裂和DNA釋放到細胞質中。這一過程以cGAS–STING依賴性方式上調IFN-I并激活DC和抗腫瘤T細胞。

除了生物物理療法，藥物制劑也可導致cGAS–STING的激活。例如，在紫杉醇介導的有絲分裂停滯期間，cGAS誘導IRF3的逐漸磷酸化，從而通過線粒體外膜通透化促進腫瘤細胞凋亡。聚ADP核糖聚合酶抑制劑不僅在同源重組缺陷的癌癥中誘導合成致死性，還促進細胞質DNA的積累。這激活了cGAS–STING–IFN軸，增強了腫瘤浸潤T細胞反應，并與免疫檢查點阻斷治療產生協同作用。同樣，靶向染色體或有絲分裂調節劑的藥物也激活cGAS–STING和IFN信號，觸發適應性免疫反應，從而增強抗腫瘤效應并與免疫檢查點阻斷治療產生協同。

先天免疫細胞介導cGAS–STING依賴性抗腫瘤免疫：cGAS–STING通路在先天免疫細胞中的快速激活促進了DC的成熟和活化，進而啟動CD8? T細胞以靶向腫瘤，驅動強大的抗腫瘤免疫。在雙側腫瘤模型中，當DC中的STING被敲除后，瘤內注射STING激動劑無法引發全身性抗腫瘤效應，而在注射的腫瘤中效果得以保留。有趣的是，對于局部腫瘤控制，腫瘤內皮細胞中的STING表達是必不可少的。這些研究表明，DC中的STING是產生抗腫瘤全身效應所必需的。

STING信號也影響其他先天免疫群體。例如，微生物群來源的STING激動劑可以激活單核細胞，有助于形成對免疫檢查點阻斷有反應的腫瘤微環境。另一個例子是自然殺傷細胞，它們依賴內源性STING信號產生自發性抗腫瘤反應，而STING激動劑治療進一步增強了NK細胞介導的抗腫瘤活性。值得注意的是，STING信號支持腫瘤內未成熟和增殖性TCF1? NK細胞的儲備，從而維持效應NK細胞的生成和強大的抗腫瘤免疫。因此，先天免疫細胞似乎是STING依賴性抗腫瘤免疫的重要介質。

2. 腫瘤促進作用

盡管cGAS–STING通路對于抗腫瘤免疫至關重要，但其慢性激活可能矛盾地促進腫瘤進展。已經確定了兩種機制介導這些相反效應。第一種是炎癥依賴性腫瘤發生，通過下游信號通路產生，包括經典和非經典NF-κB信號、IL-6–STAT3軸和內質網應激反應。第二種是炎癥非依賴性作用，主要通過細胞核cGAS的特異性功能發生。

慢性STING激活驅動促腫瘤微環境：慢性炎癥是腫瘤發生、進展和轉移的公認驅動因素。值得注意的是，在小鼠模型中，STING敲除完全消除了化學致癌物DMBA處理后的炎性細胞因子產生，并減少了皮膚腫瘤的發生率和負擔，這強調了STING介導的慢性炎癥在促進腫瘤發生中的作用。這一通路的關鍵上游觸發因素是染色體不穩定性，它導致cGAS激活，啟動多個下游先天免疫通路。在逃避衰老的癌基因轉化細胞中，細胞質染色質持續激活cGAS并驅動促炎基因的表達，而不提升IFN-I基因。癌癥細胞系百科全書數據庫和癌癥基因組圖譜數據的大規模轉錄組分析證實了cGAS或STING表達與促炎基因特征之間的強相關性，但與IFN-I基因無關。與線粒體抗病毒信號蛋白缺乏類似相關性，凸顯了通過cGAS–STING通路的DNA驅動炎癥信號的特異性。這些發現表明，在已形成的癌癥中，cGAS–STING信號可能從抗腫瘤IFN-I反應轉變為維持慢性炎癥，從而潛在地促進腫瘤進展。與此一致的是，在染色體不穩定性模型中，NF-κB和STAT3信號通路的激活導致持續的IL-6表達，并且以IL-6依賴性方式發生漿細胞瘤樣腫瘤。

通過cGAS–STING的促炎信號也被證明可以促進轉移。當將工程改造為染色體不穩定性高或低的癌細胞系注射到小鼠體內時，染色體不穩定性高的癌細胞表現出增強的轉移能力，這依賴于cGAS–STING誘導的非經典NF-κB信號。在乳腺癌患者中，腫瘤中染色體不穩定性反應性非經典NF-κB基因的表達升高與較短的遠處無轉移生存期相關。類似地，在胰腺導管腺癌細胞系中通過APOBEC3A過表達誘導染色體不穩定性，會增加微核和細胞質雙鏈DNA，從而通過cGAS–STING依賴性激活NF-κB和STAT3信號驅動轉移性定植。值得注意的是，在小鼠中表達人APOBEC3A會加速胰腺導管腺癌轉移，腫瘤細胞表現出明顯的染色體不穩定性，伴有豐富的微核和雙鏈DNA。這些發現凸顯了cGAS–STING激活的非經典NF-κB信號的重要性，它驅動IL-6–STAT3軸從而促進腫瘤進展。多項研究表明，成功重新平衡STING信號輸出，可以在保留抗腫瘤免疫的同時限制促腫瘤炎癥。阻斷IL-6信號或腫瘤細胞固有的STING耗竭可以消除cGAS–STING軸的腫瘤促進作用。

染色體不穩定性誘導的腫瘤細胞中cGAS–STING通路的慢性激活也參與塑造促轉移的腫瘤微環境。例如，具有慢性STING激活的癌細胞對IFN-I信號變得無反應，這誘導了癌細胞自主的內質網應激反應，驅動腫瘤微環境重塑。由此產生的腫瘤微環境以抗炎巨噬細胞、粒細胞性髓源性抑制細胞和功能失調的T細胞的積累為特征，從而促進轉移。然而，cGAS–STING介導的內質網應激獨立于TBK1–IRF3軸，其詳細機制在很大程度上尚不清楚。此外，在腦轉移模型中，癌細胞來源的cGAMP通過間隙連接網絡轉移至鄰近的星形膠質細胞。這種細胞間信號激活了星形膠質細胞內的STING通路，誘導炎性細胞因子產生，進而促進腦轉移的生長。這些發現共同強調了染色體不穩定性在主要通過協調慢性炎癥性癌癥環境來促進腫瘤進展中的多方面作用。有趣的是，雖然中度染色體不穩定性與幾種人類癌癥的不良預后相關，但極端染色體不穩定性卻與改善的預后相關，這表明cGAS–STING通路激活對腫瘤進展的影響是背景依賴性的，而非嚴格二分。

腫瘤細胞固有效應：一個值得注意的例子是細胞核cGAS的腫瘤促進作用，這獨立于其經典的DNA結合或酶活性。在DNA損傷時，cGAS被招募到細胞核，在那里它與PARP1相互作用，阻止PARP1–Timeless復合物的形成。該復合物在同源重組修復中具有關鍵作用，通過干擾其組裝，細胞核cGAS損害同源重組修復。在已建立的腫瘤細胞中敲低cGAS會通過增加DNA損傷顯著減少體外和體內的增殖。在小鼠骨髓源性單核細胞中，發現細胞核cGAS通過干擾RAD51介導的DNA鏈入侵來破壞同源重組。因此，cGAS充當復制叉的減速器，減緩未轉化細胞和癌細胞的增殖。cGAS缺陷細胞表現出更高的復制應激，這增加了它們對放療和化療的敏感性。相比之下，結直腸癌細胞中的研究表明，破壞染色質結合的cGAS會抑制細胞增殖并在體外和體內誘導對氟尿嘧啶治療的化療耐藥。然而，目前尚不清楚所有這些細胞核cGAS依賴的、STING非依賴的DNA感知機制是否會觸發免疫反應。

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三、STING激動劑在癌癥治療中的效果與挑戰

激活STING信號已成為點燃抗腫瘤免疫的一種有效策略。然而，將前景廣闊的臨床前結果轉化為臨床成功已被證明具有挑戰性。

1. 臨床前與臨床研究進展

鑒于其在觸發抗腫瘤免疫方面的卓越作用，STING激動已成為激發強大先天和適應性免疫反應對抗癌癥的極有前景的策略。在已建立的小鼠腫瘤模型中，瘤內給予合成的STING激動劑（特別是環狀二核苷酸）可在原發部位和遠處部位誘導快速的腫瘤消退。至關重要的是，在這些模型中，STING激動產生了持久的全身性T細胞記憶，使得能夠排斥再次攻擊的腫瘤。此外，將cGAMP瘤內注射與免疫檢查點阻斷相結合，能以劑量依賴性方式限制B16黑色素瘤的生長并延長荷瘤小鼠的生存期。這些有希望的結果刺激了多種STING激動劑的開發，包括環狀二核苷酸和非環狀二核苷酸化合物。

然而，臨床結果在很大程度上令人失望。最早的STING激動劑之一DMXAA由于物種限制性活性（它結合小鼠而非人STING）未能在人體試驗中證明臨床療效。第一個進入人體測試的人STING激動劑ADU-S100顯示出有限的療效，可能歸因于其短的系統半衰期（約24分鐘）。值得注意的是，進一步分析顯示，CD8? T細胞浸潤的增加僅在注射ADU-S100的病灶中觀察到，而未在非注射病灶中觀察到。類似地，環狀二核苷酸STING激動劑MK-1454作為單藥治療未顯示抗腫瘤活性，在聯合治療中僅顯示出有限的臨床反應，其有限療效可能歸因于其僅1.5小時的短半衰期。目前正在對幾種額外的STING激動劑進行臨床評估；然而，尚未有任何藥物顯示出強大的臨床療效。

2. 臨床失敗的可能因素

幾個因素可能導致這些臨床失敗。首先，有限的全身免疫激活可能是一個問題，因為瘤內注射STING激動劑可能僅提供短暫的局部免疫激活，無法建立有效治療所需的全身反應。這得到了臨床試驗中非注射病灶缺乏CD8? T細胞浸潤的支持。其次，過度給藥可能是一個因素。過量給藥可能損害持久的抗腫瘤免疫反應，可能是通過導致T細胞和DC死亡。第三，腫瘤細胞內的STING信號可能受損。STING–TBK1–IRF3–IFN軸的完整性在人類癌癥中常常受到損害，這可能限制針對腫瘤細胞固有STING的STING激動劑的療效。第四，STING激動的潛在腫瘤促進作用可能是一個貢獻因素。在某些背景下，STING介導的非經典NF-κB信號和其他腫瘤促進作用可能超過其腫瘤抑制功能。第五，在選擇患者時可能需要考慮腫瘤突變負荷，因為具有更高腫瘤突變負荷的腫瘤對免疫治療反應更好。第六，需要考慮臨床前模型的局限性。大多數臨床前研究依賴于小鼠皮下植入的癌細胞系來源的腫瘤，這可能無法完全重現人類癌癥的復雜性，因為人類癌癥是自發和原位發生的，因此可能具有與植入腫瘤模型不同的腫瘤微環境。最后，小分子的滯留限制可能是一個貢獻因素。通過局部遞送裸露的小分子很難在腫瘤微環境中保留足夠長的時間，因為它們會從腫瘤微環境中泄漏出去。

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四、限制cGAS–STING通路激活的因素

為了維持免疫穩態并防止異常激活，cGAS–cGAMP–STING通路受到嚴格調控。減弱cGAS–STING信號的多種負調節因子可能部分解釋了STING激動劑在癌癥治療中臨床療效欠佳的原因。

1. STING激活受損

cGAS接觸DNA受限：生理上，cGAS主要定位于細胞質，與基因組DNA或線粒體DNA隔離，以防止不必要的激活。然而，最近顯示cGAS也定位于細胞核，特別是在響應病毒感染、DNA損傷和有絲分裂時。因此，需要調控機制來抑制通路的組成型激活，包括通過核小體拴系、DNA結合對手蛋白屏障自整合因子以及cGAS的過度磷酸化來抑制細胞核cGAS活性。此外，作為cullin-5-RING E3泛素-蛋白連接酶復合物的一部分，SPRY域含SOCS盒蛋白3靶向細胞核cGAS進行降解。在人類THP1單核細胞中，cGAS定位于質膜，從而限制其接觸細胞質DNA。

DC攝取DNA受損：腫瘤來源DNA被DC攝取對于誘導有效的抗腫瘤免疫至關重要。然而，吞噬抑制蛋白CD47在所有人類實體瘤細胞表面表達。使用小鼠和人類結腸癌模型的研究表明，腫瘤細胞上的CD47與DC上的信號調節蛋白α之間的相互作用抑制了腫瘤來源DNA在DC細胞質中的積累。相反，吞噬體內的DNA降解增加，阻止了cGAS–STING激活。此外，DC上的免疫檢查點受體TIM3表達抑制了從輻射產生的腫瘤細胞碎片中攝取HMGB1結合的細胞外DNA。在DC中條件性敲除TIM3的小鼠在MC38結腸腫瘤模型中表現出強大的抗腫瘤免疫。至關重要的是，阻斷CD47或TIM3增強了DC通過cGAS–STING通路感知外源DNA的能力，這表明靶向這些受體是增強抗腫瘤免疫的一種有前景的治療策略。

cGAS或STING的表觀遺傳沉默：在多種人類癌細胞系中，cGAS表達通過啟動子甲基化被抑制。STING也存在類似記錄。一個促成因素是缺氧，它誘導miR-25和miR-93介導的核受體共激活因子3抑制，而NCOA3是維持基礎cGAS表達水平所必需的表觀遺傳調節因子。此外，將人類肺腺癌細胞系注射到小鼠體內后，休眠腫瘤細胞中發生STING啟動子高甲基化，并加速了多個小鼠器官中的轉移性爆發。這一效應部分由DNA甲基轉移酶1和增強子zeste同源物2過度激活介導。全身給予STING激動劑單藥可消除這些休眠轉移并預防自發性復發，這一過程依賴于T細胞和NK細胞。這些發現支持了在某些背景下將STING激動劑與去甲基化劑聯合使用以提高治療療效的潛在有效性。

代謝紊亂：人類癌癥常表現出膽固醇水平升高，這通過抑制免疫反應促進腫瘤進展。一個促成機制涉及膽固醇介導的抑制STING從內質網向高爾基體的運輸，這是STING介導的IFN-I信號的關鍵步驟。基因沉默人類THP1單核細胞中參與膽固醇生物合成的酶可以激活IFN-I信號。這些研究表明，靶向膽固醇代謝可能增強STING激動劑在促進抗腫瘤免疫方面的療效。

乳酸水平在癌癥中也常常升高。在化療耐藥腫瘤中，積累的乳酸促進癌細胞中的DNA修復，從而抑制cGAS–STING信號。通過敲低乳酸轉運蛋白MCT1抑制這種乳酸驅動的DNA修復，可使腫瘤對化療敏感。在病毒感染模型中，乳酸的增加被丙氨酰-tRNA合成酶感知，后者介導cGAS的乳酸化，導致其失活。阻斷乳酸轉運蛋白MCT1可防止小鼠免疫細胞中cGAS的乳酸化并恢復先天免疫監視。此外，發現乳酸水平與人類結直腸癌中的STING表達呈負相關。

2. 負調控機制

負反饋機制：多個負反饋機制在癌癥和其他非癌癥環境中調控cGAS–STING通路。激活的cGAS誘導強大的自噬體形成，導致細胞質DNA的自噬清除]和STING降解，從而限制cGAS–STING信號。值得注意的是，自噬相關遺傳特征與乳腺癌患者的不良預后相關，并且與I型干擾素信號和免疫效應反應呈負相關。

輻射療法也誘導了負反饋機制。例如，3‘核酸外切酶1通過降解細胞質DNA來抑制cGAS–STING信號，研究表明其在響應高劑量輻射時以IFN-I依賴性方式被誘導，但在重復低劑量輻射時則不然。值得注意的是，野生型p53促進TREX1降解。因此，優化輻射劑量、靶向表達野生型p53的腫瘤或使用TREX1抑制劑，可能增強cGAS–STING通路的激活。此外，外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1有效降解cGAMP并消除輻射的治愈效果。靶向ENPP1或其他cGAMP水解酶（如ENPP3或SMPDL3A）可能是提高抗腫瘤效應的一個有前景的策略。這在E0771乳腺癌小鼠模型中得到了ENPP1抑制劑療效的例證。

信號重連：下游信號通路的改變使腫瘤能夠逃避cGAS–STING–IFN介導的腫瘤抑制免疫，同時增強促腫瘤炎癥信號。例如，在多種人類癌細胞系中，突變體p53（包括p53-R249S、p53-R280K和p53-R248W）結合并抑制TBK1，破壞cGAS–STING–TBK1–IRF3信號軸，從而抑制IFN-I信號。這種IFN-I抑制促進了誘導M2樣巨噬細胞極化的細胞因子的分泌。在放療期間，非經典NF-κB信號通路的組分RelB抑制經典NF-κB因子RelA向Ifnb啟動子的募集，從而減少小鼠骨髓源性DC中的IFN-I表達。癌癥中的染色體不穩定性常常誘導非經典NF-κB信號和內質網應激，而非IFN-I信號，從而加速腫瘤生長和免疫抑制。其潛在機制仍僅部分被理解。例如，響應依托泊苷誘導的核DNA損傷，非經典DNA感知復合物ATM–p53–IFI16–STING被發現激活NF-κB而非TBK1–IRF3–IFN-I通路。類似地，在永生化人角質形成細胞和鼠胚胎成纖維細胞中，ULK1介導的STING在S366的磷酸化抑制了IRF3–IFN-I軸，同時在雙鏈DNA或cGAMP刺激下維持NF-κB信號。此外，在人類食管鱗狀細胞癌中，輻射誘導的cGAS表達（而非STING）與CD8? T細胞浸潤呈正相關。所有這些研究揭示了經典cGAS–STING–IFN-I信號的重連。

3. 致耐受性免疫細胞

慢性cGAS–STING激活可以將免疫細胞行為轉向致耐受狀態，從而抑制抗腫瘤免疫。

先天免疫：cGAS–STING可以通過調節細胞因子分泌影響先天免疫細胞。例如，B細胞中的STING激活通過IL-35分泌驅動免疫抑制表型，從而抑制NK細胞增殖和功能，進而損害NK介導的腫瘤控制。IL-35阻斷逆轉了這種抑制并增強了STING激動劑介導的腫瘤控制。宿主細胞中STING–IFN-I通路的激活在局部消融輻射后以CCR2依賴性方式促進髓源性抑制細胞的募集，導致小鼠MC38結腸腫瘤的放療抵抗和復發。抑制CCR2依賴性趨化可減輕髓源性抑制細胞介導的免疫抑制，并增強STING激動劑和放療的療效。

在DC中，輻射和STING激動劑都會上調免疫抑制因子（如PD-L1和吲哚胺2,3-雙加氧酶）的表達。TLR2預激活通過抑制單核細胞中的IFN-I產生來抑制STING誘導的PD-L1水平，從而與STING激動劑協同控制小鼠B16F10黑色素瘤。類似地，IDO抑制劑在與STING激動劑聯合時也能產生協同抗腫瘤效應。DC在介導STING激動劑ADU-S100誘導的全身抗腫瘤反應中也起著至關重要的作用。然而，療效似乎是劑量依賴性的；低劑量瘤內注射ADU-S100可誘導全身T細胞活化，而較高劑量則不能。這一悖論或許可以通過STING激活對免疫細胞的細胞毒性效應來解釋。例如，cGAMP誘導漿細胞樣DC和常規DC的細胞死亡。類似地，輻射在小鼠骨髓源性單核細胞中觸發cGAS依賴、IFN-I非依賴的死亡。在人類原代單核細胞中，cGAS–STING激活誘導NLRP3炎癥小體形成和溶酶體膜透化，最終導致細胞死亡。值得注意的是，用小分子化合物MCC950抑制NLRP3可完全消除NLRP3炎癥小體激活，而不影響TBK1–IFN-I信號，這突顯了一種保留有益STING信號同時限制其細胞毒性效應的潛在策略。這些發現表明，STING激動劑可能因誘導先天免疫細胞亞群的免疫耐受和細胞死亡而無效。因此，最佳給藥和靶向策略需要仔細考慮。

適應性免疫：在CD8? T細胞中，細胞自主的cGAS–STING通路激活維持了干細胞樣CD8? T細胞，但STING激活與TCR接合同時發生會嚴重損害T細胞功能。STING和TCR的聯合激活導致細胞凋亡增加、增殖減少和代謝受損——這些效應在很大程度上獨立于IFN-I信號。支持這一點的是，來自癌癥患者的T細胞的轉錄組分析顯示，增強的IFN-I反應性（暗示T細胞中的STING激活）與較差的生存結果相關。這些發現讓人聯想到臨床試驗的失敗，其中將激活cGAS的PARPi與抗PD1療法聯合使用，在腫瘤接合的T細胞中誘導DNA損傷，最終導致T細胞死亡。盡管化療與免疫檢查點阻斷聯合被批準作為幾種癌癥類型的一線療法，但它們的治療協同作用仍然有限。化療或放療對T細胞的直接、STING依賴性細胞毒性效應可能是一個促成因素。因此，需要精確靶向cGAS–STING通路。在這種情況下，抗體-藥物偶聯物代表了一種有前景的策略；例如，HER2靶向ADC DS-8201在HER2?惡性腫瘤中顯示出顯著的臨床療效。一項研究報告稱，DS-8201在體外誘導人KPL-4乳腺癌細胞系發生具有DNA損傷跡象的細胞死亡；然而，需要進一步研究來檢查其是否激活腫瘤固有的cGAS–STING并隨后影響抗腫瘤療效。值得注意的是，在晚期尿路上皮癌中，基于單甲基澳瑞他汀E的ADC與抗PD1療法聯合，與一線化療相比，使無進展生存期和完全緩解率翻倍。相比之下，化療與抗PD1療法聯合并未顯示出明顯益處，這意味著非靶向細胞毒劑（如化療）僅微弱刺激甚至抑制適應性免疫。臨床前研究進一步支持了這一觀點，證明基于STING激動劑的ADC引發了強大的抗腫瘤免疫反應，并且至少有一個候選藥物目前正在進行早期臨床評估。

除了CD8? T細胞，CD4? T細胞中的STING激活也被發現影響抗腫瘤免疫。CD4? T細胞固有的STING激活獨立于IRF3和IFN-I驅動調節性T細胞分化，可能促成促腫瘤免疫環境。這些研究共同強調了腫瘤靶向STING激動劑遞送作為一種利用抗腫瘤免疫同時最小化對效應T細胞附帶損傷的策略的前景。

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結論與展望

盡管cGAS–STING通路在癌癥中表現出雙重作用，但其在抑制腫瘤發生和觸發抗腫瘤免疫方面的基本作用，使其成為重塑免疫腫瘤微環境、增加對免疫檢查點阻斷反應性的一個有前景的靶點。然而，背景特異性的通路激活可能是優化臨床獲益所必需的。將STING激動劑直接遞送至腫瘤，有望在最小化全身毒性的同時重振抗腫瘤免疫，但實現高效和靶向遞送仍然是一個重大挑戰。未來，精確調控cGAS–STING通路，有效靶向其負調控機制，并破壞腫瘤對該信號軸的適應，可能會帶來協同治療機會。

參考資料：

Opportunities and challenges of targeting cGAS-STING in cancer. Nat Rev Cancer. 2026 Jan 5

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