2023年8月24日，清華大學藥學院尹航課題組在《Cell Reports》上發(fā)表了題為“4-Octyl itaconate restricts STING activation by blocking its palmitoylation”的研究文章。發(fā)現衣康酸的衍生物4-辛基衣康酸（4-Octyl itaconate, 4-OI）能夠直接烷基化修飾STING的Cys91，從而阻斷了STING Cys91位點的棕櫚化修飾，抑制了STING的寡聚和下游信號的激活。
天然免疫系統(tǒng)是哺乳動物抵抗外來病原入侵的第一道防線。cGAS-STING信號通路是胞內識別雙鏈DNA的主要天然免疫信號通路。cGAS識別胞質中病毒或者自身來源的雙鏈DNA，以ATP和GTP為底物合成信使分子2’,3’-環(huán)狀鳥苷酸-腺苷酸 (2’,3’-cGAMP) 激活下游接頭蛋白STING。在靜息狀態(tài)下STING以二聚體的形式存在于內質網上，cGAMP和STING結合，STING發(fā)生構象變化并寡聚，寡聚后的STING由內質網遷移至反式高爾基體。STING寡聚化可促進與STING結合的TBK1之間的相互磷酸化。磷酸化激活后的TBK1接著可磷酸化STING，STING的磷酸化為IRF3的結合提供錨定，隨后IRF3再被TBK1磷酸化。磷酸化的IRF3二聚化并轉運至細胞核發(fā)揮轉錄活性，促進I型干擾素等炎癥細胞因子的轉錄產生[1]。cGAS-STING通路主要參與到機體的抗病原微生物尤其是DNA病毒的免疫反應過程中。同時由于cGAS并不能很好區(qū)分自身和外源DNA，其異常激活也會造成一些自身免疫疾病。因此對cGAS-STING通路在不同環(huán)境下進行精準的調控，不僅可以增強人們對其功能的理解，也便于通過調控該通路去更好的應對感染和相關的自身免疫疾病。
近年來越來越多的研究關注到免疫和代謝之間的相互調控。研究團隊通過篩選三羧酸循環(huán)常見代謝物或其衍生物對cGAS-STING通路激活的影響，發(fā)現衣康酸衍生物4-辛基衣康酸（4-OI）能夠明顯抑制DNA誘導的cGAS-STING信號通路的激活。之前有報道4-OI能夠通過激活Nrf2抑制炎癥因子產生，但研究團隊發(fā)現Nrf2的敲除并不影響4-OI對cGAS-STING的抑制，因此4-OI對cGAS-STING通路的抑制并不依賴于Nrf2。進一步研究發(fā)現4-OI并不影響通路中cGAS, TBK1和IRF3的活性，4-OI直接抑制STING的激活。
圖1 衣康酸（Itaconate）和4-OI的結構
衣康酸以及4-OI都含有一個親電子的不飽和雙鍵，能和蛋白質半胱氨酸巰基發(fā)生加成反應，共價修飾蛋白質來調控蛋白的功能（圖1）。因此接下來，研究人員探究4-OI是否能夠通過直接共價修飾STING發(fā)揮抑制作用。通過4-OI的化學生物學探針點擊化學標記實驗，以及LC-MS/MS蛋白質質譜研究分析，研究團隊發(fā)現4-OI能夠直接修飾STING的Cys91位點，同時4-OI對Cys91位點突變體STING喪失了抑制活性，進一步證明了4-OI是通過靶向STING的Cys91位點發(fā)揮抑制作用的。STING Cys91位點的棕櫚酰化對于其寡聚激活起到重要作用。進一步利用棕櫚酰化Click探針標記實驗，發(fā)現4-OI能夠抑制STING的棕櫚酰化修飾，同時利用Native PAGE實驗也發(fā)現4-OI能夠抑制激活誘導的STING寡聚。隨后，在雙鏈DNA病毒單純皰疹病毒HSV-1感染模型以及cGAS-STING相關自身免疫炎癥模型中，研究團隊也證明了4-OI對cGAS-STING激活的抑制作用。
4-OI作為衣康酸的衍生物，先前的研究大多將其視為衣康酸的替代物，認為4-OI相比衣康酸本身更容易通過細胞膜，同時在細胞內4-OI被能轉化為衣康酸發(fā)揮免疫調節(jié)作用。研究團隊接下來便驗證內源性衣康酸是否會影響STING的激活。出人意料的是，不管是直接的高濃度衣康酸處理或者是將衣康酸生成的酶IRG1敲除都不會影響cGAS-STING的激活，這表明衣康酸并不影響cGAS-STING的激活，4-OI和衣康酸并不能被簡單的等同，4-OI在胞內并沒有被完全降解為衣康酸從而發(fā)揮其獨特的免疫調節(jié)功能。
另外值得一提的是，Cell Reports在2023年3月份發(fā)表了一篇類似的文章，發(fā)現4-OI能夠烷基化修飾STING的Cys147抑制STING的二聚從而抑制STING激活，且衣康酸也能夠抑制STING的激活[2]。而本研究發(fā)現4-OI是通過烷基化修飾STING的Cys91位點阻斷STING棕櫚酰化，從而抑制STING的寡聚和激活，同時內源性衣康酸的作用和4-OI并不相同。
圖2 4-OI烷基化修飾STING抑制STING棕櫚酰化和寡聚激活
總之，本研究發(fā)現衣康酸衍生物4-OI能夠通過烷基化修飾STING，抑制了STING的棕櫚酰化從而抑制了STING的激活，展現了STING不同翻譯后修飾之間存在相互影響（圖2）。同時本研究也表明4-OI能夠抑制cGAS-STING介導的免疫炎癥，或可為相關自身免疫疾病的治療提供新的策略。
本研究的通訊作者是清華大學藥學院尹航教授，文章的第一作者為清華大學藥學院2019級博士生蘇超飛。
參考文獻：
1. Hopfner, K.P. and V. Hornung, Molecular mechanisms and cellular functions of cGAS-STING signalling. Nat Rev Mol Cell Biol, 2020. 21(9): p. 501-521.
2. Li, W., et al., 4-octyl itaconate as a metabolite derivative inhibits inflammation via alkylation of STING. Cell Rep, 2023. 42(3): p. 112145.
