溶酶體是細(xì)胞內(nèi)至關(guān)重要的細(xì)胞器，發(fā)揮著“回收與消化中心”的功能。它們負(fù)責(zé)降解細(xì)胞內(nèi)的各種廢棄物、受損的細(xì)胞器以及外來入侵物，并將分解產(chǎn)物回收再利用，從而維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定和健康 。 當(dāng)溶酶體功能發(fā)生障礙時(shí)，廢物無法被有效清除，會(huì)導(dǎo)致多種嚴(yán)重疾病。除了已知的70多種罕見的溶酶體貯積癥（lysosome storage disorders,LSDs）外，溶酶體功能紊亂還被發(fā)現(xiàn)與多種常見的神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病、家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和額顳葉癡呆（FTD）等密切相關(guān)【1】。 盡管溶酶體對(duì)細(xì)胞生存至關(guān)重要，但細(xì)胞如何感知溶酶體的功能異常以及啟動(dòng)修復(fù)機(jī)制，這背后的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和具體分子機(jī)制仍有許多未知之處 。
STING蛋白（干擾素基因刺激蛋白）是細(xì)胞內(nèi)先天免疫系統(tǒng)cGAS-STING通路的核心接頭蛋白。該通路通常負(fù)責(zé)感知細(xì)胞質(zhì)中異常存在的DNA（如病毒或自身來源的DNA），激活下游信號(hào)，產(chǎn)生I型干擾素和其他炎癥因子以抵抗病毒或者細(xì)菌感染。之前的研究表明，在靜息狀態(tài)下，STING蛋白自身會(huì)不斷地通過內(nèi)吞途徑運(yùn)輸?shù)饺苊阁w進(jìn)行降解，以維持其穩(wěn)態(tài)水平【2】。 當(dāng)內(nèi)吞溶酶體通路或溶酶體功能本身發(fā)生障礙時(shí)（例如在Niemann-Pick C1型疾病、以及與ALS/FTD相關(guān)的C9orf72功能缺陷等情況下【3,4】），STING的正常降解途徑受阻，導(dǎo)致其異常積累和持續(xù)激活，進(jìn)而在神經(jīng)系統(tǒng)中引發(fā)病理性的炎癥反應(yīng)。盡管STING激活與溶酶體功能障礙導(dǎo)致的病理性炎癥之間的聯(lián)系日益清晰，但STING在此過程中是否存在除了驅(qū)動(dòng)炎癥之外的其他未知功能，以及這種聯(lián)系對(duì)細(xì)胞整體穩(wěn)態(tài)的全部意義，仍有待深入探索和闡明。
為進(jìn)一步揭示STING蛋白與溶酶體之間的聯(lián)系，2025年4月3日，德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心閆楠（Dr. Nan Yan）團(tuán)隊(duì)（第一作者為湯震）在Molecular Cell上發(fā)表了文章STING mediates lysosomal quality control and recovery through its proton channel function and TFEB activation in lysosome storage disorders。
為了探究STING在LSDs中的具體作用，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了Krabbe病小鼠模型（Galctwi/twi）與STING基因敲除小鼠（Sting?/?）的雙基因敲除鼠（Galctwi/twiSting?/?）。 通過對(duì)野生型、Galctwi/twi以及Galctwi/twiSting?/?小鼠在疾病發(fā)病時(shí)的大腦組織進(jìn)行基因表達(dá)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Galctwi/twi小鼠大腦中I型干擾素及其誘導(dǎo)基因（Interferon Stimulated Genes, ISGs）、炎癥因子/趨化因子以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化相關(guān)基因的表達(dá)顯著升高，而敲除STING能夠顯著抑制這些基因的升高。 這一發(fā)現(xiàn)在另外兩種LSD模型（Ppt1?/?和Cln7?/?）與Sting?/?的雜交小鼠中也得到了驗(yàn)證。為了更全面地了解STING調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)Krabbe病三種基因型小鼠的大腦皮層進(jìn)行了RNA測(cè)序（RNA-seq）分析 ，確認(rèn)了LSD模型中STING介導(dǎo)的免疫和炎癥通路的廣泛激活。也在Galctwi/twi小鼠中顯著上調(diào) 。在分析中，研究人員意外的發(fā)現(xiàn)，不僅IFN和神經(jīng)炎癥信號(hào)通路依賴于STING，由轉(zhuǎn)錄因子TFEB調(diào)控的溶酶體基因網(wǎng)絡(luò)CLEAR通路中大量溶酶體基因的上調(diào)也同樣依賴于STING的存在 。這些結(jié)果首次表明，在LSD的病理環(huán)境下，STING不僅介導(dǎo)炎癥，還參與調(diào)控溶酶體自身的基因表達(dá)程序。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞和蛋白水平上的體現(xiàn)，研究人員進(jìn)行了免疫熒光染色。結(jié)果顯示，在Galctwi/twi小鼠大腦的小膠質(zhì)細(xì)胞中，溶酶體標(biāo)志性蛋白Cathepsin D（CtsD）的水平顯著升高，而這種升高在Galctwi/twiSting?/?小鼠中被顯著降低，說明STING調(diào)控溶酶體相關(guān)蛋白的表達(dá) 。 此外，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)另一種LSD模型，Niemann-Pick C型疾病小鼠的小腦組織進(jìn)行了單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）。 通過比較單敲除鼠（Npc1?/?）和雙敲除鼠（Npc1?/?Sting?/?）的測(cè)序數(shù)據(jù)，他們確認(rèn)在小膠質(zhì)細(xì)胞這個(gè)特定的細(xì)胞群體中，Npc1?/?模型中觀察到的大量溶酶體基因的表達(dá)上調(diào)，都顯著地依賴于STING的存在。綜合多種LSD模型以及mRNA和蛋白質(zhì)水平的數(shù)據(jù)，這些結(jié)果首次有力地證明，在LSD的病理環(huán)境下，STING不僅是神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)者，也參與調(diào)控溶酶體自身的基因表達(dá)程序。
既然STING能調(diào)控溶酶體基因，那么它是如何做到的呢？建立了STING在LSD模型中調(diào)節(jié)溶酶體基因表達(dá)的現(xiàn)象后，研究團(tuán)隊(duì)接下來轉(zhuǎn)向機(jī)制研究，聚焦于溶酶體生成的關(guān)鍵調(diào)控因子TFEB。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論是在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（MEFs）還是人成纖維細(xì)胞（BJ1）中， STING激動(dòng)劑（DMXAA，diABZI或者cGAMP）處理能使TFEB蛋白條帶發(fā)生明顯的向下遷移，這是TFEB去磷酸化和激活的典型標(biāo)志。 同時(shí)，通過免疫熒光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)STING激動(dòng)劑處理能誘導(dǎo)內(nèi)源性的TFEB（通過添加Myc標(biāo)簽追蹤）從細(xì)胞質(zhì)快速轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中。 對(duì)STING激動(dòng)劑處理的細(xì)胞進(jìn)行RNA-seq也證實(shí)了STING的激活誘導(dǎo)了下游一系列TFEB調(diào)控的溶酶體相關(guān)基因表達(dá)的上調(diào)，這在。這些證據(jù)表明，STING激活后能夠通過促進(jìn)TFEB的去磷酸化和核轉(zhuǎn)位來上調(diào)溶酶體基因的表達(dá)。
那么，STING激活TFEB是依賴其經(jīng)典的免疫信號(hào)通路，還是存在新的機(jī)制？ 為了進(jìn)一步剖析STING介導(dǎo)TFEB激活的具體分子機(jī)制，研究人員在STING敲除的細(xì)胞中重新導(dǎo)入了野生型人STING或其關(guān)鍵功能域突變體。S366A突變阻斷了IFN信號(hào)通路，而ΔCTT突變則阻斷了包括IFN和NF-κB在內(nèi)的所有已知免疫信號(hào)。 結(jié)果顯示，即使在免疫信號(hào)被阻斷的情況下（S366A或ΔCTT突變體），STING激動(dòng)劑仍然能夠有效誘導(dǎo)TFEB的去磷酸化和核轉(zhuǎn)位，以及下游溶酶體基因的表達(dá)。 這有力地證明了STING激活TFEB是一個(gè)獨(dú)立于其免疫功能的全新分支。最近的研究揭示了STING蛋白一個(gè)令人驚訝的新功能：其N端的跨膜結(jié)構(gòu)域（TM domain）可以作為一個(gè)質(zhì)子（H+）通道【5,6】。當(dāng)STING被激活并轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體或胞內(nèi)囊泡（包括溶酶體）時(shí)，其質(zhì)子通道活性會(huì)改變這些細(xì)胞器的內(nèi)部酸堿度（pH），進(jìn)而可以觸發(fā)一種被稱為“非經(jīng)典自噬”或“ATG8蛋白單層膜綴合（CASM）”的過程，這一過程通常伴隨著LC3等ATG8家族蛋白的脂化修飾。進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，使用人STING特異性質(zhì)子通道抑制劑C53能夠完全阻斷STING激動(dòng)劑誘導(dǎo)的TFEB激活。 此外，抑制液泡型ATP酶（V-ATPase）介導(dǎo)的CASM功能（使用細(xì)菌效應(yīng)蛋白SopF），或干擾ATG8（LC3/GABARAP）脂化過程（使用細(xì)菌效應(yīng)蛋白R(shí)avZ或siRNA敲低ATG5），也同樣能夠阻斷STING介導(dǎo)的TFEB激活。這些機(jī)制研究揭示STING通過其N端跨膜區(qū)的質(zhì)子通道功能和V-ATPase-ATG5-ATG8信號(hào)軸，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)TFEB的激活，且此過程完全獨(dú)立于其C端介導(dǎo)的免疫信號(hào)。
為了探究獨(dú)立于免疫信號(hào)的STING-TFEB通路在生理上的功能，研究團(tuán)隊(duì)利用常用的溶酶體損傷劑LLOME處理細(xì)胞來模擬急性溶酶體損傷模型。 通過免疫熒光染色觀察溶酶體損傷標(biāo)志物Galectin-3（Gal3）和ALIX的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在LLOME誘導(dǎo)損傷后的恢復(fù)階段，表達(dá)野生型STING的細(xì)胞相比于STING敲除細(xì)胞，能夠更快地清除并修復(fù)受損的溶酶體。 重要的是，這種由STING介導(dǎo)的溶酶體修復(fù)加速作用，同樣依賴于STING的質(zhì)子通道功能（可被C53阻斷）和下游的TFEB（敲低TFEB會(huì)減弱修復(fù)效果），但不依賴于IFN信號(hào)通路（S366A突變體仍具有正常的修復(fù)促進(jìn)功能）。這些功能實(shí)驗(yàn)表明，新發(fā)現(xiàn)的STING質(zhì)子通道-TFEB通路在細(xì)胞應(yīng)對(duì)急性溶酶體損傷、促進(jìn)溶酶體修復(fù)和功能恢復(fù)中扮演著重要的、有益的角色。
這項(xiàng)研究揭示了STING在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)控中一個(gè)功能上相互分離的雙重作用。 STING不僅是免疫系統(tǒng)的哨兵，感應(yīng)病原體入侵或細(xì)胞損傷并觸發(fā)炎癥，同時(shí)它也是溶酶體健康的監(jiān)護(hù)者。通過其質(zhì)子通道功能，STING能夠感知溶酶體功能障礙，并獨(dú)立于免疫信號(hào)通路，激活TFEB依賴的溶酶體生成和修復(fù)程序，以幫助細(xì)胞應(yīng)對(duì)溶酶體壓力，實(shí)現(xiàn)功能恢復(fù)。 這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對(duì)STING生物學(xué)功能復(fù)雜性的理解，也為認(rèn)識(shí)溶酶體相關(guān)疾?。ㄌ貏e是伴有神經(jīng)炎癥的LSDs）的發(fā)病機(jī)制提供了新的分子基礎(chǔ)。 更重要的是，它提示了新的治療策略的可能性：未來或許可以通過設(shè)計(jì)新型藥物，選擇性地靶向STING的不同功能結(jié)構(gòu)域，例如，在治療LSDs時(shí)，抑制其致病的免疫炎癥信號(hào)，同時(shí)保留或增強(qiáng)其有益的溶酶體修復(fù)功能，從而達(dá)到更精準(zhǔn)有效的治療效果。
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.03.008
制版人： 十一
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