陳志堅(jiān)教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)揭示免疫通路分子機(jī)制和全新功能

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來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯

2019-03-08

本周在中國(guó)上海舉行的藥明康德健康產(chǎn)業(yè)論壇上，“2019生命科學(xué)突破獎(jiǎng)”得主、德克薩斯西南醫(yī)學(xué)中心的陳志堅(jiān)教授以《炎癥2030——現(xiàn)代疾病，千年病根》為題，娓娓道來(lái)他的獲獎(jiǎng)工作如何解開(kāi)免疫系統(tǒng)感知DNA的百年謎題。

專題演講余音未消，隔天我們就高興地看到，陳志堅(jiān)教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與其合作者在《自然》一天內(nèi)共在線發(fā)表三篇論文！這三篇論文同時(shí)上線，不僅讓細(xì)胞內(nèi)DNA激活免疫反應(yīng)的信號(hào)傳遞過(guò)程愈加清晰，并且首次揭示了該信號(hào)通路在細(xì)胞自噬中的新功能，為靶向這一通路治療或預(yù)防自身免疫性疾病、傳染病以及某些癌癥提供了更清晰透徹的理論依據(jù)。

先天免疫是我們抵御外來(lái)病原體感染的第一道防線。在先前的研究工作中，陳志堅(jiān)教授就鑒定出了在外源DNA侵入細(xì)胞后感知DNA的環(huán)鳥(niǎo)苷酸-腺苷酸合成酶（cyclic GMP-AMP synthase， cGAS），并且發(fā)現(xiàn)，與DNA結(jié)合的cGAS會(huì)催化生成信號(hào)分子環(huán)鳥(niǎo)腺苷酸（cGAMP），信號(hào)分子繼而與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的干擾素刺激蛋白STING結(jié)合。被激活的STING蛋白招募并激活絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶（TBK1），激活下游的一系列轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)與炎癥相關(guān)的基因表達(dá)。

除了微生物的DNA會(huì)入侵細(xì)胞，有些自身病變也會(huì)讓本該局限在細(xì)胞核和線粒體內(nèi)的DNA分子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。cGAS對(duì)自身DNA的識(shí)別同樣會(huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。因此，陳志堅(jiān)教授發(fā)現(xiàn)的cGAS-STING通路也為治療自身免疫疾病提供了重要靶點(diǎn)。

在陳志堅(jiān)教授與德克薩斯西南醫(yī)學(xué)中心生物物理學(xué)家白曉晨博士、張學(xué)武博士課題組合作的兩篇論文中，一項(xiàng)工作集中解決了cGAS-STING通路中STING蛋白被信使分子cGAMP激活的分子機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合冷凍電鏡技術(shù)和生化實(shí)驗(yàn)，首次對(duì)跨膜蛋白STING的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)做出解析，回答了蛋白二聚體如何活化的問(wèn)題。非活性的二聚體結(jié)構(gòu)和活性狀態(tài)下二聚體、四聚體的結(jié)構(gòu)顯示，STING蛋白跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū)交叉組裝的構(gòu)象變化形成了完整的二聚體。據(jù)報(bào)道，這組工作中，蛋白二聚體約80kDa，而結(jié)構(gòu)解析的分辨率達(dá)到了4.0 ?，在技術(shù)上達(dá)到了一個(gè)里程碑。

另一項(xiàng)工作則集中解決了STING蛋白如何招募TBK1并被TBK1磷酸化的分子機(jī)制。根據(jù)結(jié)合cGAMP的全長(zhǎng)雞源STING蛋白與人源TBK1蛋白形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，三個(gè)課題組組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，STING的C末端特異性地插入TBK1二聚體的溝槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)TBK1的招募；而TBK1反過(guò)來(lái)又磷酸化STING。關(guān)鍵位點(diǎn)的突變分析進(jìn)一步驗(yàn)證了STING與TBK1聚合體相互作用的這個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)模式。

而在第三篇文章中，陳志堅(jiān)教授率先的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，cGAS-STRING信號(hào)通路的下游不僅通過(guò)激活TBK1誘導(dǎo)干擾素和細(xì)胞因子等炎癥相關(guān)基因的表達(dá)，還通過(guò)不依賴于TBK1激活和干擾素誘導(dǎo)的機(jī)制激活另一種重要的代謝過(guò)程——細(xì)胞自噬。

說(shuō)到細(xì)胞自噬，這是細(xì)胞清除受損或多余蛋白質(zhì)、細(xì)胞器以及微生物的過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)形成被稱為自噬體的膜結(jié)構(gòu)，像垃圾袋一樣包裹著待清除的物質(zhì)，隨后被溶酶體吞噬。

研究人員發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的STING在與信使分子cGAMP結(jié)合后會(huì)易位，轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體中間體（ERGIC）再到高爾基體。ERGIC是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間的物質(zhì)運(yùn)輸小泡，而含有STING蛋白的ERGIC在自噬體形成過(guò)程中作為重要的膜來(lái)源，幫助關(guān)鍵蛋白LC3的脂質(zhì)化。

那么，由cGAS-cGAMP通路誘導(dǎo)的自噬起著什么作用呢？在熒光標(biāo)記LC3的細(xì)胞中，研究人員觀察到，STING誘導(dǎo)的自噬對(duì)于清除細(xì)胞質(zhì)中的DNA和病毒都起到了重要作用。

更有意思的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)簡(jiǎn)單的動(dòng)物中，例如一種叫作Nematostella vectensis的?？?，還有非洲爪蟾，它們的STING蛋白C端缺少相應(yīng)結(jié)構(gòu)域，在cGAMP的刺激下不誘導(dǎo)干擾素，但可以激活自噬，由此可見(jiàn)cGAS-STING通路在細(xì)胞自噬的功能上可能更加古老。

陳志堅(jiān)教授對(duì)于cGAS-STING通路開(kāi)創(chuàng)性的工作過(guò)去已經(jīng)催生了對(duì)自體免疫疾病的新認(rèn)識(shí)和潛在新療法，而這些新的突破將繼續(xù)挖掘cGAS-STING通路的潛力，提供更多的靶點(diǎn)對(duì)免疫反應(yīng)做出調(diào)控。最后，我們?cè)俅巫ＹR陳志堅(jiān)教授與合作團(tuán)隊(duì)取得的重要成果！

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