藥學(xué)院蒯銳、張從剛課題組合作報(bào)道沉默PCSK9增強(qiáng)天然免疫激活的分子機(jī)制及重塑機(jī)體STING時(shí)空激活特征的方法
清華新聞網(wǎng)12月3日電 cGAS–STING信號通路作為天然免疫系統(tǒng)的核心抗病毒防御機(jī)制，能夠特異性識別胞質(zhì)內(nèi)異常存在的DNA（腫瘤或病毒來源），啟動I型干擾素免疫反應(yīng)，進(jìn)而激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答，最終清除病毒或腫瘤細(xì)胞。遺憾的是，近些年多項(xiàng)STING激動劑相關(guān)臨床試驗(yàn)均顯示出抗腫瘤有效性不足以及不良反應(yīng)嚴(yán)重等問題。盡管近年來人們開發(fā)出了多種藥物遞送系統(tǒng)向腫瘤組織的天然免疫細(xì)胞高效遞送STING激動劑，從一定程度上解決了有效性問題，但由于cGAS-STING信號通路中未知負(fù)調(diào)控因子的存在，STING激動劑單藥療法依然無法滿足臨床有效治療的需求。
近日，清華大學(xué)藥學(xué)院蒯銳、張從剛課題組合作報(bào)道沉默PCSK9增強(qiáng)天然免疫激活的分子機(jī)制及重塑機(jī)體STING時(shí)空激活特征的方法，該研究發(fā)現(xiàn)了前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（PCSK9）這一膽固醇代謝的關(guān)鍵調(diào)控因子對cGAS-STING信號通路具有負(fù)調(diào)控作用，揭示了PCSK9通過競爭性阻斷STING由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)而限制STING激活的分子機(jī)制，并基于PCSK9在肝臟中表達(dá)水平遠(yuǎn)高于腫瘤的組織分布特征設(shè)計(jì)了同時(shí)裝載PCSK9 siRNA與低劑量STING激動劑的脂質(zhì)納米制劑，證明了該制劑經(jīng)系統(tǒng)給藥后能增強(qiáng)腫瘤組織STING激活同時(shí)顯著減少肝臟STING激活，從而同時(shí)解決STING激動劑在實(shí)際應(yīng)用中面臨的安全性與有效性問題。
為克服STING激動劑在臨床試驗(yàn)中面臨的有效性與安全性問題的雙重挑戰(zhàn)，研究人員首先對臨床結(jié)腸癌樣本的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)PCSK9可能是cGAS-STING信號通路的關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子。細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)沉默或敲除PCSK9均可增強(qiáng)低劑量STING激動劑的免疫激活效應(yīng)。分子機(jī)制研究表明，PCSK9對cGAS-STING信號通路的調(diào)控作用獨(dú)立于膽固醇代謝水平變化以及其對膜蛋白的經(jīng)典調(diào)控作用，而是與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)貨運(yùn)受體蛋白SURF4相關(guān)。SURF4是調(diào)控COPII囊泡貨物蛋白分揀的關(guān)鍵貨運(yùn)受體，廣泛參與多種蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間的順向轉(zhuǎn)運(yùn)，這一過程同時(shí)也是PCSK9分泌與STING激活的限速環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)SURF4是PCSK9與STING由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體的共同貨運(yùn)受體，并且PCSK9對SURF4有更強(qiáng)的親和力。這一親和力的差異最終導(dǎo)致天然免疫細(xì)胞（樹突狀細(xì)胞或巨噬細(xì)胞）在免疫穩(wěn)態(tài)/激活狀態(tài)下PCSK9始終擁有更高的轉(zhuǎn)運(yùn)優(yōu)先級，從而限制STING的持續(xù)/爆發(fā)式激活（圖1）。由于PCSK9同時(shí)也是膽固醇代謝的重要調(diào)控元件，因此這一分子機(jī)制進(jìn)一步加深了研究者對膽固醇代謝與天然免疫信號通路之間獨(dú)特調(diào)控模式的理解。
圖1.PCSK9調(diào)控cGAS-STING信號通路的分子機(jī)制
值得注意的是，PCSK9是主要由肝細(xì)胞以及肝駐留免疫細(xì)胞表達(dá)的分泌蛋白，在組織層面有明顯的肝臟高表達(dá)特征。因此，研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了同時(shí)裝載PCSK9 siRNA與低劑量STING激動劑的脂質(zhì)納米顆粒，盡管該制劑在靜脈給藥后仍然在肝臟內(nèi)觀察到80%左右藥物蓄積，但由于肝臟PCSK9表達(dá)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外周或腫瘤浸潤天然免疫細(xì)胞，導(dǎo)致肝臟中PCSK9在基因沉默后仍有超過50%的蛋白表達(dá)，足以抑制肝臟STING激活產(chǎn)生的不良反應(yīng)，而腫瘤中的PCSK9幾乎實(shí)現(xiàn)完全的基因沉默，這導(dǎo)致腫瘤中的低劑量STING激動劑引起了強(qiáng)烈STING激活以及抗腫瘤免疫反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)了安全有效的免疫治療（圖2）。
圖2.含PCSK9 siRNA與低劑量STING激動劑的制劑調(diào)控STING時(shí)空激活特征示意圖
該研究發(fā)現(xiàn)了PCSK9獨(dú)立于膽固醇代謝調(diào)控作用的新功能，揭示了PCSK9對天然免疫系統(tǒng)進(jìn)行“剎車”的分子機(jī)制，證明了靶向PCSK9可以重塑cGAS-STING信號通路的“時(shí)空”激活特性，在腫瘤部位強(qiáng)力激活免疫反應(yīng)的同時(shí)，有效保護(hù)了肝臟這一重要代謝器官，為長期困擾STING激動劑臨床試驗(yàn)的安全性與有效性難題提供了一種具有轉(zhuǎn)化潛力的解決方案。
研究成果以“沉默PCSK9重塑STING時(shí)空激活以實(shí)現(xiàn)安全有效的癌癥免疫治療”（Silencing PCSK9 reshapes the spatiotemporal activation of STING for safe and effective cancer immunotherapy）為題，于11月25日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)藥學(xué)院研究員蒯銳、張從剛為論文共同通訊作者，藥學(xué)院2020級博士生孫鵬博、2021級博士生韓芳平為論文共同第一作者。研究得到國家高層次人才計(jì)劃青年項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心、清華大學(xué)前沿交叉專項(xiàng)、篤實(shí)專項(xiàng)等的支持。
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