STING（Stimulator of interferon genes，干擾素基因刺激因子）是天然免疫過程中的重要調(diào)控分子，cGAS-STING通路可感知游離DNA并激活下游NF-κB和IRF3信號(hào)分子，產(chǎn)生Ⅰ型干擾素，對(duì)感染，自體免疫疾病，炎癥反應(yīng)及細(xì)胞衰老等過程均有重要作用 【1-5】。近年的研究也顯示STING介導(dǎo)了游離DNA或cGMAP引起的非經(jīng)典自噬過程，該過程往往不需要經(jīng)典自噬分子如ULK1 復(fù)合物或VPS34-Beclin1復(fù)合物的參與【6，7】。然而，目前對(duì)于STING在能量缺失誘導(dǎo)的經(jīng)典自噬通路中的功能仍不明確。
2022年5月5日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)系鐘清、留筱廈課題組聯(lián)合華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系榮岳光課題組及美國(guó)德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Helmut Kramer團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊 Journal of Cell Biology上發(fā)表了題為 STING controls energy stress-induced autophagy and energy metabolism via STX17的研究論文。在本研究中，研究者利用果蠅，小鼠和培養(yǎng)細(xì)胞體系，深入揭示了STING分子的激活可負(fù)調(diào)控能量缺失引起的自噬過程，其機(jī)制為STING可通過與自噬膜融合重要蛋白STX17結(jié)合，影響STX17蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)酵暾允审w的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，從而抑制自噬體-溶酶體融合效率并下調(diào)細(xì)胞自噬。該研究為揭示STING分子的非免疫功能，及其與自噬和能量代謝的關(guān)系提供了新的思路。
首先，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)缺失STING的果蠅脂肪體細(xì)胞（fat body cells）中的自噬表型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)STING的缺失可引起自噬通量升高，自噬體與溶酶體融合速率加快，且通過對(duì)自噬膜融合關(guān)鍵分子STX17的雙重敲除實(shí)驗(yàn)推斷STING缺失引起的自噬通量增加極有可能是通過STX17發(fā)揮作用。隨后，研究者利用小鼠運(yùn)動(dòng)模型再次證明，在STING敲除的小鼠中，急性運(yùn)動(dòng)引起的自噬水平升高，自噬底物降解加劇，且運(yùn)動(dòng)引起的能量代謝關(guān)鍵分子AMPK（Adenosine 5‘-monophosphate (AMP)-activated protein kinase）激活水平增加。通過進(jìn)一步對(duì)AMPK分子底物激活的分析的和糖，脂代謝指標(biāo)的檢測(cè)，證明STING缺失可能通過上調(diào)運(yùn)動(dòng)刺激下骨骼肌中AMPK活性，從而增加其下游TBC1D1 （TBC1 Domain Family Member 1）分子磷酸化水平及其所調(diào)控的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)分子GLUT4 （Glucose transporter type 4）向骨骼肌細(xì)胞質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，導(dǎo)致STING敲除小鼠骨骼肌細(xì)胞對(duì)血液中葡萄糖分子攝取水平顯著提升，運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)。而STING的缺失并沒有影響到急性運(yùn)動(dòng)模型中小鼠體內(nèi)脂肪的代謝水平。該部分實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性地提出了STING對(duì)于自噬的負(fù)調(diào)控功能和對(duì)機(jī)體能量代謝的影響，那么在分子機(jī)制上STING又是怎樣作用于自噬過程的呢？接下來，研究者通過對(duì)STING缺失細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，STING缺失可加速能量缺失誘導(dǎo)的自噬中的自噬體-溶酶體融合過程，且該功能依賴于經(jīng)典自噬途徑的調(diào)控蛋白，如STX17, ULK1/2, ATG14, ATG9A ATG5等。進(jìn)一步的分子機(jī)制研究顯示，駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的STING分子可直接結(jié)合自噬膜融合關(guān)鍵蛋白復(fù)合體SNAREs中的重要成分STX17蛋白，阻止其轉(zhuǎn)運(yùn)至自噬體上，抑制了與SNAP29, VAMP8組裝成自噬SNARE復(fù)合物的過程。且STING-STX17之間的相互作用可被能量缺失干擾，證明饑餓引起的自噬確是通過STING-STX17在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的相互作用控制自噬膜融合效率。
另外，近年對(duì)STX17的研究發(fā)現(xiàn)該分子不僅介導(dǎo)了自噬膜融合，也由于TBK1（TANK-binding kinase 1）對(duì)其的磷酸化，參與了自噬體初始結(jié)構(gòu)mPAS的形成過程【8】，那么STING-STX17相互作用是否影響了mPAS的形成呢？研究者發(fā)現(xiàn)被TBK1磷酸化后的STX17 pS202并不能與STING結(jié)合，并且更多地分布于DFCP1（Double FYVE-containing protein 1）標(biāo)記的初始自噬體結(jié)構(gòu)；相反的，S202位點(diǎn)磷酸化失活形式的STX17則表現(xiàn)出與STING較好的相互作用，且分布于LC3+-LAMP2+ ( Lysosome-associated membrane glycoprotein 2)標(biāo)記的完整自噬體結(jié)構(gòu)。該部分實(shí)驗(yàn)指出STING可能作用于未被TBK1磷酸化的STX17蛋白，從而特異性地影響自噬體-溶酶體融合，而不作用于自噬體形成階段。接下來，研究者探究了STING-STX17相互作用是否會(huì)被cGAMP導(dǎo)致的STING激活水平影響。研究者發(fā)現(xiàn)STING-STX17的解離會(huì)發(fā)生于cGAMP激活STING分子或STING分子發(fā)生ER-ERGIC轉(zhuǎn)運(yùn)后，且與疾病相關(guān)的STING過激活形式表現(xiàn)出與STX17相互作用的增強(qiáng)及對(duì)自噬的抑制。并且，研究者發(fā)現(xiàn)STING C148位點(diǎn)是與STX17結(jié)合的關(guān)鍵作用位點(diǎn)，在敲除細(xì)胞中回補(bǔ)STING C148位點(diǎn)的失活突變形式表現(xiàn)出了較弱的自噬抑制功能。該部分證明了STING的激活干擾了其與STX17的結(jié)合，且揭示了STING-STX17相互作用的生化機(jī)制。
最后，研究者發(fā)現(xiàn)，STING-STX17作用軸與STING分子本身在PAMPs誘導(dǎo)的非經(jīng)典自噬途徑中是相互獨(dú)立的，表現(xiàn)為HT-DNA誘導(dǎo)下STX17與STING解離后分布于不同的自噬相關(guān)結(jié)構(gòu)，且STX17的敲除不影響STING分子的降解和轉(zhuǎn)運(yùn)過程。
本研究表明，在營(yíng)養(yǎng)充足和先天免疫未被激活的環(huán)境中，STING分子可通過與自噬膜融合重要蛋白STX17結(jié)合，使其駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，從而抑制了STX17參與的自噬體-溶酶體融合過程，下調(diào)了自噬通量。在STING缺失，或被cGAMP激活，及發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-ERGIC轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，STX17被STING釋放，導(dǎo)致自噬水平上調(diào)，從而增強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)體糖代謝水平和運(yùn)動(dòng)能力。總之，該研究揭示了全新的STING非免疫功能，即對(duì)能量缺失引起的經(jīng)典自噬通路的空間調(diào)控作用，提示了先天免疫與能量代謝之間的新關(guān)聯(lián)。
圖文摘要
華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院榮岳光教授，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理研究員張燊博士，德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Nilay Nandi博士以及華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院博士研究生吳哲為該論文的共同第一作者，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院鐘清研究員，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院榮岳光教授，德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心 Helmut Kramer教授及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院留筱廈副研究員為該論文的共同通訊作者。
原文鏈接： https://rupress.org/jcb/article-abstract/221/7/e202202060/213198/STING-controls-energy-stress-induced-autophagy-and?redirectedFrom=fulltext
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