Mol Cell | 闫楠团队报道STING在溶酶体健康中扮演的双重角色

摘要：溶酶体是细胞内至关重要的细胞器，发挥着“回收与消化中心”的功能。它们负责降解细胞内的各种废弃物、受损的细胞器以及外来入侵物，并将分解产物回收再利用，从而维持细胞内部环境的稳定和健康。当溶酶体功能发生障碍时，废物无法被有效清除，会导致多种严重疾病。除了已知的

溶酶体是细胞内至关重要的细胞器，发挥着“回收与消化中心”的功能。它们负责降解细胞内的各种废弃物、受损的细胞器以及外来入侵物，并将分解产物回收再利用，从而维持细胞内部环境的稳定和健康。当溶酶体功能发生障碍时，废物无法被有效清除，会导致多种严重疾病。除了已知的70多种罕见的溶酶体贮积症（lysosome storage disorders,LSDs）外，溶酶体功能紊乱还被发现与多种常见的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、家族性肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）等密切相关【1】。尽管溶酶体对细胞生存至关重要，但细胞如何感知溶酶体的功能异常以及启动修复机制，这背后的调控网络和具体分子机制仍有许多未知之处。

STING蛋白（干扰素基因刺激蛋白）是细胞内先天免疫系统cGAS-STING通路的核心接头蛋白。该通路通常负责感知细胞质中异常存在的DNA（如病毒或自身来源的DNA），激活下游信号，产生I型干扰素和其他炎症因子以抵抗病毒或者细菌感染。之前的研究表明，在静息状态下，STING蛋白自身会不断地通过内吞途径运输到溶酶体进行降解，以维持其稳态水平【2】。当内吞溶酶体通路或溶酶体功能本身发生障碍时（例如在Niemann-Pick C1型疾病、以及与ALS/FTD相关的C9orf72功能缺陷等情况下【3,4】），STING的正常降解途径受阻，导致其异常积累和持续激活，进而在神经系统中引发病理性的炎症反应。尽管STING激活与溶酶体功能障碍导致的病理性炎症之间的联系日益清晰，但STING在此过程中是否存在除了驱动炎症之外的其他未知功能，以及这种联系对细胞整体稳态的全部意义，仍有待深入探索和阐明。

为进一步揭示STING蛋白与溶酶体之间的联系，2025年4月3日，德克萨斯大学西南医学中心闫楠（Dr. Nan Yan）团队（第一作者为汤震）在Molecular Cell上发表了文章STING mediates lysosomal quality control and recovery through its proton channel function and TFEB activation in lysosome storage disorders。

为了探究STING在LSDs中的具体作用，研究团队首先构建了Krabbe病小鼠模型（Galctwi/twi）与STING基因敲除小鼠（Sting−/−）的双基因敲除鼠（Galctwi/twiSting−/−）。通过对野生型、Galctwi/twi以及Galctwi/twiSting−/−小鼠在疾病发病时的大脑组织进行基因表达分析，研究人员发现Galctwi/twi小鼠大脑中I型干扰素及其诱导基因（Interferon Stimulated Genes, ISGs）、炎症因子/趋化因子以及神经胶质细胞活化相关基因的表达显著升高，而敲除STING能够显著抑制这些基因的升高。这一发现在另外两种LSD模型（Ppt1−/−和Cln7−/−）与Sting−/−的杂交小鼠中也得到了验证。为了更全面地了解STING调控的基因网络，研究团队对Krabbe病三种基因型小鼠的大脑皮层进行了RNA测序（RNA-seq）分析，确认了LSD模型中STING介导的免疫和炎症通路的广泛激活。也在Galctwi/twi小鼠中显著上调。在分析中，研究人员意外的发现，不仅IFN和神经炎症信号通路依赖于STING，由转录因子TFEB调控的溶酶体基因网络CLEAR通路中大量溶酶体基因的上调也同样依赖于STING的存在。这些结果首次表明，在LSD的病理环境下，STING不仅介导炎症，还参与调控溶酶体自身的基因表达程序。为了进一步验证这一发现在细胞和蛋白水平上的体现，研究人员进行了免疫荧光染色。结果显示，在Galctwi/twi小鼠大脑的小胶质细胞中，溶酶体标志性蛋白Cathepsin D（CtsD）的水平显著升高，而这种升高在Galctwi/twiSting−/−小鼠中被显著降低，说明STING调控溶酶体相关蛋白的表达。此外，研究团队还对另一种LSD模型，Niemann-Pick C型疾病小鼠的小脑组织进行了单核RNA测序（snRNA-seq）。通过比较单敲除鼠（Npc1−/−）和双敲除鼠（Npc1−/−Sting−/−）的测序数据，他们确认在小胶质细胞这个特定的细胞群体中，Npc1−/−模型中观察到的大量溶酶体基因的表达上调，都显著地依赖于STING的存在。综合多种LSD模型以及mRNA和蛋白质水平的数据，这些结果首次有力地证明，在LSD的病理环境下，STING不仅是神经炎症的关键驱动者，也参与调控溶酶体自身的基因表达程序。

既然STING能调控溶酶体基因，那么它是如何做到的呢？建立了STING在LSD模型中调节溶酶体基因表达的现象后，研究团队接下来转向机制研究，聚焦于溶酶体生成的关键调控因子TFEB。实验发现，无论是在小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）还是人成纤维细胞（BJ1）中， STING激动剂（DMXAA，diABZI或者cGAMP）处理能使TFEB蛋白条带发生明显的向下迁移，这是TFEB去磷酸化和激活的典型标志。同时，通过免疫荧光显微镜观察，发现STING激动剂处理能诱导内源性的TFEB（通过添加Myc标签追踪）从细胞质快速转移到细胞核中。对STING激动剂处理的细胞进行RNA-seq也证实了STING的激活诱导了下游一系列TFEB调控的溶酶体相关基因表达的上调，这在。这些证据表明，STING激活后能够通过促进TFEB的去磷酸化和核转位来上调溶酶体基因的表达。

那么，STING激活TFEB是依赖其经典的免疫信号通路，还是存在新的机制？为了进一步剖析STING介导TFEB激活的具体分子机制，研究人员在STING敲除的细胞中重新导入了野生型人STING或其关键功能域突变体。S366A突变阻断了IFN信号通路，而ΔCTT突变则阻断了包括IFN和NF-κB在内的所有已知免疫信号。结果显示，即使在免疫信号被阻断的情况下（S366A或ΔCTT突变体），STING激动剂仍然能够有效诱导TFEB的去磷酸化和核转位，以及下游溶酶体基因的表达。这有力地证明了STING激活TFEB是一个独立于其免疫功能的全新分支。最近的研究揭示了STING蛋白一个令人惊讶的新功能：其N端的跨膜结构域（TM domain）可以作为一个质子（H+）通道【5,6】。当STING被激活并转运至高尔基体或胞内囊泡（包括溶酶体）时，其质子通道活性会改变这些细胞器的内部酸碱度（pH），进而可以触发一种被称为“非经典自噬”或“ATG8蛋白单层膜缀合（CASM）”的过程，这一过程通常伴随着LC3等ATG8家族蛋白的脂化修饰。进一步探索发现，使用人STING特异性质子通道抑制剂C53能够完全阻断STING激动剂诱导的TFEB激活。此外，抑制液泡型ATP酶（V-ATPase）介导的CASM功能（使用细菌效应蛋白SopF），或干扰ATG8（LC3/GABARAP）脂化过程（使用细菌效应蛋白RavZ或siRNA敲低ATG5），也同样能够阻断STING介导的TFEB激活。这些机制研究揭示STING通过其N端跨膜区的质子通道功能和V-ATPase-ATG5-ATG8信号轴，最终实现对TFEB的激活，且此过程完全独立于其C端介导的免疫信号。

为了探究独立于免疫信号的STING-TFEB通路在生理上的功能，研究团队利用常用的溶酶体损伤剂LLOME处理细胞来模拟急性溶酶体损伤模型。通过免疫荧光染色观察溶酶体损伤标志物Galectin-3（Gal3）和ALIX的动态变化，发现在LLOME诱导损伤后的恢复阶段，表达野生型STING的细胞相比于STING敲除细胞，能够更快地清除并修复受损的溶酶体。重要的是，这种由STING介导的溶酶体修复加速作用，同样依赖于STING的质子通道功能（可被C53阻断）和下游的TFEB（敲低TFEB会减弱修复效果），但不依赖于IFN信号通路（S366A突变体仍具有正常的修复促进功能）。这些功能实验表明，新发现的STING质子通道-TFEB通路在细胞应对急性溶酶体损伤、促进溶酶体修复和功能恢复中扮演着重要的、有益的角色。

这项研究揭示了STING在细胞稳态调控中一个功能上相互分离的双重作用。 STING不仅是免疫系统的哨兵，感应病原体入侵或细胞损伤并触发炎症，同时它也是溶酶体健康的监护者。通过其质子通道功能，STING能够感知溶酶体功能障碍，并独立于免疫信号通路，激活TFEB依赖的溶酶体生成和修复程序，以帮助细胞应对溶酶体压力，实现功能恢复。这一发现不仅加深了我们对STING生物学功能复杂性的理解，也为认识溶酶体相关疾病（特别是伴有神经炎症的LSDs）的发病机制提供了新的分子基础。更重要的是，它提示了新的治疗策略的可能性：未来或许可以通过设计新型药物，选择性地靶向STING的不同功能结构域，例如，在治疗LSDs时，抑制其致病的免疫炎症信号，同时保留或增强其有益的溶酶体修复功能，从而达到更精准有效的治疗效果。

制版人：十一

参考文献

1.Udayar, V., Chen, Y., Sidransky, E. & Jagasia, R. Lysosomal dysfunction in neurodegeneration: emerging concepts and methods.Trends Neurosci.45, 184–199 (2022).

2.Jeltema, D., Abbott, K. & Yan, N. STING trafficking as a new dimension of immune signaling.J. Exp. Med. 220, e20220990 (2023).

3.Chu, T.-T. et al. Tonic prime-boost of STING signalling mediates Niemann–Pick disease type C.Nature596, 570–575 (2021).

4.McCauley, M. E. et al. C9orf72 in myeloid cells suppresses STING-induced inflammation. Nature 585, 96–101 (2020).

5.Liu, B. et al. Human STING is a proton channel.Science381, 508–514 (2023).

6.Xun, J. et al. A conserved ion channel function of STING mediates noncanonical autophagy and cell death.EMBO Rep.25, 544–569 (2024).

学术合作组织