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STING作为细胞内在代谢检查点通过靶向HK2抑制有氧糖酵解

期刊:nature cell biologyDOI:10.1038/s41556-023-01185-x

这篇文档属于类型a,是一篇关于STING蛋白在肿瘤代谢调控中作用的原创研究论文。以下为详细学术报告:


一、研究团队与发表信息

本研究由Liting ZhangCongqing Jiang等来自武汉大学口腔生物医学国家重点实验室、武汉大学医学研究院等机构的团队完成,通讯作者为Junjie Zhang。论文于2023年6月在线发表于Nature Cell Biology(DOI: 10.1038/s41556-023-01185-x),标题为《STING is a cell-intrinsic metabolic checkpoint restricting aerobic glycolysis by targeting HK2》。


二、学术背景

科学领域:肿瘤免疫与代谢调控。
研究动机:STING(Stimulator of Interferon Genes,干扰素基因刺激因子)是先天免疫信号适配蛋白,在抗肿瘤免疫中通过激活I型干扰素(IFN)通路发挥作用。然而,STING在多种人类恶性肿瘤中表观遗传沉默,其独立于免疫功能的细胞内在抑癌机制尚不明确。
关键背景
1. 肿瘤细胞依赖有氧糖酵解(aerobic glycolysis,即“瓦氏效应”)支持增殖,并形成免疫抑制微环境。
2. STING的经典功能是通过cGAS-cGAMP-STING-TBK1-IRF3通路激活IFN反应,但其是否直接调控代谢未被探索。
研究目标:揭示STING如何通过靶向HK2(己糖激酶II)抑制糖酵解,从而促进抗肿瘤免疫。


三、研究流程与方法

1. STING抑制糖酵解的发现

  • 实验对象:L929细胞(小鼠成纤维细胞)、THP-1细胞(人单核细胞)、MC38/CT26小鼠结直肠癌细胞模型。
  • 关键实验
    • 乳酸测定:STING敲除(KO)细胞分泌乳酸显著增加(图1b),且DNA刺激或HSV-1感染(诱导STING降解)进一步升高乳酸水平(图1c-d)。
    • 糖酵解能力检测:通过Seahorse分析仪发现STING KO细胞的细胞外酸化率(ECAR)升高(图1j)。
    • 代谢组学:STING缺失导致糖酵解中间产物(如果糖-6-磷酸、丙酮酸)积累(图3b)。

2. STING功能独立于先天免疫的验证

  • 突变体构建:使用STING(S366A)(无法招募IRF3)和STING(R238A)(无法结合cGAMP)突变体。
  • 结果:两种突变体均能抑制乳酸产生(图2b,e),证明STING的代谢调控不依赖免疫信号。

3. STING靶向HK2的机制

  • 互作鉴定:质谱分析发现STING与HK2结合(图3d),Co-IP和GST pull-down验证直接互作(图3e-f)。
  • HK2活性调控
    • STING KO细胞线粒体HK2结合增加,HK活性升高(图3h)。
    • STING通过N端跨膜域(1-160aa)与HK2结合,其P2位点突变(P2A)破坏互作(图4e-g)。

4. 体内功能验证

  • 小鼠模型
    • MC38模型:STING过表达降低肿瘤生长和乳酸水平,增加CD8+ T细胞浸润(图5b-e)。
    • CT26模型:STING KO促进肿瘤生长和糖酵解(图5k-m)。
    • 免疫缺陷模型(NSG小鼠):STING的抑瘤作用依赖免疫系统(图5f-h)。

5. 临床相关性分析

  • 人类结直肠癌样本:STING表达与乳酸水平负相关,且高STING样本中CD8+ T细胞浸润更多(图8a-b)。

四、主要结果与逻辑链条

  1. STING抑制糖酵解:通过靶向HK2阻断其线粒体定位和活性(图3-4)。
  2. 独立于免疫的功能:STING(S366A/R238A)突变体保留代谢调控能力(图2)。
  3. 体内抗肿瘤效应:STING-HK2轴通过减少乳酸分泌改善免疫微环境(图5-6)。
  4. 临床意义:STING低表达与肿瘤高糖酵解和免疫抑制相关(图8)。

五、研究结论与价值

科学价值
1. 首次揭示STING作为细胞内在的代谢检查点,直接调控HK2活性。
2. 提出“STING-HK2-糖酵解-免疫微环境”轴的全新机制,为肿瘤免疫治疗提供新靶点。
应用价值
1. STING激动剂或HK2抑制剂可能联合免疫检查点抑制剂(如PD-1抗体)增强疗效。
2. STING表达水平可作为结直肠癌免疫治疗响应的潜在标志物。


六、研究亮点

  1. 创新性发现:STING的非经典功能(代谢调控)与其经典免疫功能解耦。
  2. 方法学创新:结合超分辨率显微镜(STED)和同位素标记代谢流分析([U-13C]葡萄糖示踪)。
  3. 转化意义:从分子机制到临床样本验证,形成完整证据链。

七、其他有价值内容

  • 罕见SNV的发现:STING(P2S)自然突变体丧失HK2结合能力(图8c-g),提示人群遗传变异可能影响肿瘤易感性。
  • 技术细节:使用Tet-on系统实现STING的诱导表达(图6),精确控制基因功能的时间窗口。

(总字数:约1,800字)

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