【原】南京大學(xué)王曉勇教授Chem. Sci.：錳配合物通過損傷DNA激活cGAS-STING通路發(fā)揮抗腫瘤免疫效應(yīng)

CBG資訊公眾號(hào) 2023-04-06 發(fā)布于江蘇

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腫瘤免疫治療是通過激活或恢復(fù)機(jī)體自身免疫功能治療腫瘤的一種新方法；但是，耐藥性、免疫激活不足和腫瘤特異性抗原靶點(diǎn)缺失會(huì)降低免疫治療的效果。適應(yīng)性抗腫瘤免疫高度依賴健全的先天免疫系統(tǒng)，因此激活先天免疫并促進(jìn)其與適應(yīng)性抗腫瘤免疫作用能提高免疫治療效果。

環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶（cGAS）-干擾素基因刺激因子（STING）是體內(nèi)感受胞質(zhì)DNA的重要信號(hào)通路。激活cGAS-STING通路能觸發(fā)一系列下游信號(hào)通路事件，包括刺激和募集TANK-結(jié)合激酶1（TBK1）和干擾素調(diào)節(jié)因子3（IRF3），從而誘導(dǎo)I型干擾素（IFN-I）和促炎因子IL-6和TNF-α的分泌和釋放。隨后，INF促進(jìn)樹突狀細(xì)胞（DC）成熟和遷移、增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞（NK）的毒性作用、交叉啟動(dòng)腫瘤特異性T細(xì)胞，借此調(diào)節(jié)先天及適應(yīng)性免疫以調(diào)控侵襲性腫瘤的行為。由于cGAS-STING通路在抗腫瘤免疫中發(fā)揮重要作用，是先天性免疫的重要組成部分，因此引起了人們的廣泛關(guān)注，成為腫瘤免疫治療的重要靶點(diǎn)。

錳是一種營養(yǎng)微量元素，在抗腫瘤免疫反應(yīng)等多種生理過程中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)Mn²⁺可以增強(qiáng)雙鏈DNA傳感器cGAS的靈敏度，并觸發(fā)第二信使cGAMP的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)STING和cGAMP之間的親和力；此外，它能在體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生INF，促進(jìn)CD8⁺ T細(xì)胞的功能，間接抑制腫瘤的進(jìn)展。然而，直接向體內(nèi)補(bǔ)充Mn²⁺不能保證腫瘤微環(huán)境中的有效濃度，因?yàn)檫^量的Mn²⁺可能引起系統(tǒng)毒性，如不可逆的神經(jīng)毒性和心血管毒性。由于配體的屏蔽作用，錳配合物對(duì)生物分子具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和惰性，可以減輕Mn²⁺的毒性，充分發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用。

最近，南京大學(xué)王曉勇教授研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了兩種多功能錳配合物MnPC和MnPVA（圖1），其中1,10-鄰菲啰啉（P）作為DNA嵌入劑可增強(qiáng)對(duì)DNA的損傷，丙戊酸（VA）作為組蛋白去乙?；福℉DAC）抑制劑可阻礙DNA損傷修復(fù)，從而促進(jìn)DNA片段滲入細(xì)胞質(zhì)，它們與錳形成的配合物可加劇DNA損傷，并誘導(dǎo)和激活抗腫瘤免疫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)、免疫雙重機(jī)制治療腫瘤的目的。

南京大學(xué)王曉勇教授Chem. Sci.：錳配合物通過損傷DNA激活cGAS-STING通路發(fā)揮抗腫瘤免疫效應(yīng)

圖1. MnPC和MnPVA的化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖片來源：Chem. Sci.）

一系列實(shí)驗(yàn)證明，在腫瘤細(xì)胞中MnPC或MnPVA破壞細(xì)胞核和/或線粒體DNA，導(dǎo)致磷酸化組蛋白γ-H2AX上調(diào)；同時(shí)，配合物抑制HDAC1/2和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1（PARP1）的活性，從而削弱DNA修復(fù)能力，加劇DNA損傷。積累的DNA損傷片段從細(xì)胞核和/或線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)，被cGAS識(shí)別并激活STING。STING轉(zhuǎn)而刺激TBK1和IRF3的磷酸化并轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN、IL-6和TNF-α。這些IFN和促炎細(xì)胞因子從細(xì)胞核分泌到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而分泌到腫瘤微環(huán)境，促進(jìn)DC和巨噬細(xì)胞成熟和抗原提呈，并進(jìn)一步激活細(xì)胞毒性T細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞。類似事件也發(fā)生在免疫細(xì)胞中，如巨噬細(xì)胞中cGAS-STING-TBK1通路也被激活。激活的cGAS-STING通路啟動(dòng)先天免疫反應(yīng)及腫瘤細(xì)胞與鄰近免疫細(xì)胞之間的雙向交流，從而增強(qiáng)對(duì)腫瘤的殺傷作用。由于化療和免疫治療的協(xié)同作用，錳配合物表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗腫瘤活性。以上過程如圖2所示。

圖2. 錳配合物激活cGAS-STING通路和抗腫瘤免疫反應(yīng)的作用機(jī)制（圖片來源：Chem. Sci.）

支持上述機(jī)理的主要實(shí)驗(yàn)證據(jù)如圖3?7所示。

南京大學(xué)王曉勇教授Chem. Sci.：錳配合物通過損傷DNA激活cGAS-STING通路發(fā)揮抗腫瘤免疫效應(yīng)

圖3. 化合物（6 μM）處理MDA-MB-231三陰性乳腺癌細(xì)胞24 h后細(xì)胞內(nèi)γ-H2AX蛋白表達(dá)（A）及dsDNA的釋放（B），說明錳配合物能損傷DNA（圖片來源：Chem. Sci.）

圖4. 化合物（6 μM）與MDA-MB-231細(xì)胞孵育48 h后HDCA1/2蛋白表達(dá)（A）及蛋白相對(duì)含量（B）；用化合物（1.3 mg Mn kg^?1）治療16天后4T1小鼠腫瘤組織中HDAC1的免疫熒光變化（C），證明錳配合物能抑制組蛋白去乙酰化酶（圖片來源：Chem. Sci.）

南京大學(xué)王曉勇教授Chem. Sci.：錳配合物通過損傷DNA激活cGAS-STING通路發(fā)揮抗腫瘤免疫效應(yīng)

圖5. 化合物（6 μM）與MDA-MB-231細(xì)胞孵育48 h后DNA修復(fù)和凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，說明錳配合物能阻止DNA損傷修復(fù)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡（圖片來源：Chem. Sci.）

圖6. MDA-MB-231細(xì)胞（A）和THP-1細(xì)胞（B）分別與6 μM和3 μM化合物孵育24 h后cGAS-STING通路相關(guān)蛋白的表達(dá)及相對(duì)含量，證明錳配合物能激活cGAS-STING通路（圖片來源：Chem. Sci.）

圖7. 化合物（1.3 mg Mn kg^?1）治療4T1荷瘤小鼠16天后，腫瘤引流淋巴結(jié)中成熟樹突細(xì)胞（CD11c⁺CD80⁺CD86⁺）及相關(guān)定量分析（A、B）、腫瘤組織中巨噬細(xì)胞極化（CD11b⁺CD206⁺CD86⁺）及相關(guān)定量分析（C?E）、血清中IFN-β（F）和TNF-α（G）的含量（圖片來源：Chem. Sci.）

總之，錳(II)配合物MnPC和MnPVA是潛在的化學(xué)免疫治療劑，通過損傷DNA激活先天免疫反應(yīng)，抑制腫瘤發(fā)展。與Mn²⁺相比，其特點(diǎn)為：（1）作為DNA損傷劑，誘導(dǎo)DNA氧化損傷并產(chǎn)生DNA片段；（2）作為HDAC和PARP1抑制劑，阻止修復(fù)DNA損傷，使損傷加??；（3）作為cGAS-STING通路激動(dòng)劑，誘導(dǎo)IFN和促炎細(xì)胞因子的分泌以促進(jìn)DC和巨噬細(xì)胞成熟，進(jìn)而激活腫瘤特異性T細(xì)胞以殺死腫瘤細(xì)胞。

論文原文“Manganese(II) complexes stimulate antitumor immunity via aggravating DNA damage and activating cGAS-STING pathway”發(fā)表在Chem. Sci. 2023, 14（DOI: 10.1039/D2SC06036A）上，第一作者是南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生蔡林祥，通訊作者是南京大學(xué)醫(yī)藥生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王曉勇教授。

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