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STING作为细胞内在代谢检查点通过靶向HK2抑制有氧糖酵解的研究

作者及机构
本研究由Liting Zhang、Congqing Jiang等来自武汉大学口腔生物医学与病毒学国家重点实验室、武汉大学中南医院、美国南加州大学等多家机构的研究团队共同完成，通讯作者为Junjie Zhang。研究成果于2023年8月发表在《Nature Cell Biology》（Volume 25, Pages 1208–1222），DOI: 10.1038/s41556-023-01185-x。

学术背景
STING（Stimulator of Interferon Genes，干扰素基因刺激蛋白）是先天免疫信号通路的关键适配蛋白，在抗肿瘤免疫中通过协调髓系细胞的免疫监视发挥重要作用。尽管已知STING在多种人类恶性肿瘤中表观遗传沉默，并具有细胞内在的肿瘤抑制功能，但其具体机制尚不明确。同时，有氧糖酵解（aerobic glycolysis，即瓦氏效应）是肿瘤代谢重编程的标志之一，但STING是否通过调控代谢影响肿瘤免疫微环境仍是未解之谜。本研究旨在揭示STING作为代谢检查点抑制有氧糖酵解的新机制，并阐明其与抗肿瘤免疫的关联。

研究流程
1. STING抑制有氧糖酵解的发现
- 研究对象：L929细胞（小鼠成纤维细胞系）、THP-1细胞（人单核细胞系）及基因敲除模型（STING1−/−）。
- 实验方法：通过乳酸测定、细胞外酸化率（ECAR）分析及代谢组学检测糖酵解活性；利用HSV-1病毒感染和DNA刺激模拟STING降解条件。
- 关键结果：STING缺失导致乳酸分泌增加和糖酵解中间产物积累；STING降解（如HSV-1感染后）进一步加剧糖酵解活性。

1. STING功能独立于先天免疫的验证

   • 突变体设计：构建STING(S366A)（无法招募IRF3）和STING(R238A)（无法结合cGAMP）突变体。
     
   • 实验验证：在STING1−/−细胞中回补野生型或突变体STING，发现所有变体均能抑制乳酸生成，表明其代谢调控功能不依赖经典免疫通路。
     

2. STING靶向HK2的机制解析

   • 相互作用验证：通过免疫共沉淀（Co-IP）和质谱分析鉴定HK2（Hexokinase II，己糖激酶II）为STING结合蛋白；GST pull-down证实直接结合。
     
   • 功能调控：STING通过N端跨膜域（1-160aa）与HK2结合，阻断其线粒体定位（通过VDAC1相互作用），从而抑制HK2的激酶活性。
     
   • 关键突变：STING(P2A)突变体丧失与HK2结合能力，无法抑制糖酵解。
     

3. 体内肿瘤模型验证

   • MC38结直肠癌模型：过表达STING显著降低肿瘤内乳酸水平，促进CD8+ T细胞浸润并减少耗竭表型（PD1+Tim3+细胞减少）。在免疫缺陷（NSG）小鼠中，STING的抑瘤效应消失，证实其依赖免疫调节。
     
   • CT26模型：STING1敲除增强糖酵解并加速肿瘤生长，而HK2共敲除可逆转此表型。
     

4. 临床相关性分析

   • 患者样本：84例结直肠癌组织中，STING表达与乳酸水平负相关，且高STING样本中CD8A、IFNG等T细胞激活标志物表达更高。
     

主要结果
- 代谢调控：STING缺失导致糖酵解通路代谢物（如6-磷酸果糖、乳酸）显著积累（图3b-c）。
- HK2抑制：STING直接结合HK2，降低其线粒体定位（图4a-b），HK活性下降50%（图3h）。
- 免疫调节：STING表达使肿瘤内CD8+ T细胞比例从5%升至15%，耗竭细胞比例从16%降至5%（图5e）。
- 临床意义：STING低表达患者中，乳酸水平与CD8+ T细胞浸润呈负相关（r = -0.3747，p = 0.0004）。

结论与价值
本研究首次揭示STING通过靶向HK2抑制有氧糖酵解的新功能，独立于其经典免疫活性。这一发现为理解肿瘤代谢-免疫互作提供了新视角：
1. 科学价值：拓展了STING的肿瘤抑制机制，提出“代谢检查点”概念。
2. 应用潜力：针对STING沉默肿瘤，靶向MCT4（单羧酸转运蛋白4）或HK2可能成为联合免疫治疗的新策略。

研究亮点
- 创新性机制：发现STING-HK2互作及其对线粒体定位的调控。
- 方法学贡献：结合超分辨率显微（STED）和同位素标记代谢流分析（[U-13C]葡萄糖示踪）。
- 临床转化：通过患者队列验证STING表达与免疫微环境的负相关性。

其他发现
- 罕见变异：发现STING(P2S)自然突变体丧失糖酵解抑制能力，为个体化治疗提供潜在标志物。
- 药物启示：溶酶体抑制剂（如氯喹）可通过稳定STING增强代谢调控效应。

该报告完整涵盖了研究的背景、方法、结果和意义，符合学术传播的严谨性要求。