张学敏/李涛团队发现“百年老药”阿司匹林参与干扰素通路的调控功能与机制

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2013年，美国德克萨斯大学西南医学中心的陈志坚教授在Science同期发表两篇研究论著，首次报道cGAS-STING通路以cGAMP为第二信使参与胞质内识别DNA病毒感染的固有免疫功能【1, 2】。随后，关于cGAS-STING通路的研究成为免疫领域的热点之一。

cGAS-STING Pathway

cGAS（cyclic GMP–AMP synthase）是胞质内环状GMP-AMP合成酶，其可识别胞质内DNA发生活化，产生2’,3’-cGAMP以激活STING（stimulator of interferon genes），继而激活干扰素IFN表达发挥抗病毒作用。

在去年12月，军事医学研究院国家生物医学分析中心张学敏/李涛团队在Nature Immunology上发表了题为G3BP1 promotes DNA binding and activation of cGAS的研究论文【3】，首次发现G3BP1可参与调控cGAS，并发现一种来自绿茶的天然小分子化合物EGCG可以抑制G3BP1与cGAS的结合，从而抑制cGAS激活。（详见：Nat Immu丨张学敏/李涛合作组揭示绿茶提取物EGCG抑制cGAS激活的机理）

2月21日，张学敏/李涛团队在Cell发表题为Acetylation Blocks cGAS Activity and Inhibits Self-DNA-Induced Autoimmunity的研究论文，首次揭示cGAS的乙酰化修饰可抑制其酶活性，进而抑制下游干扰素通路。且该乙酰化可受阿司匹林（乙酰水杨酸）作用产生，这也是首次发现“百年老药”阿司匹林参与干扰素通路的调控的功能和具体机制。

研究人员首先通过质谱检测技术鉴定到未活化状态下cGAS的六个乙酰化修饰位点（K7, K50, K384, K392, K394和K414）。在HEK-293T细胞中对乙酰化模拟突变（K-to-Q）的cGAS进行功能测试，发现其中三处位点突变可明显抑制cGAS活性（K384, K394 or K414）。研究人员随后引入了定点乙酰化蛋白质纯化技术，在细菌中合成特定位点乙酰化的cGAS重组蛋白质，通过体外cGAMP合成实验验证并评价了乙酰化修饰对cGAS活性的抑制作用。进一步的研究揭示，当细胞在静息状态，乙酰化修饰有助于维持cGAS处于相对低活性状态，而当细胞遭遇胞质DNA刺激时，cGAS发生去乙酰化并激活。研究人员进一步鉴定并验证HDAC3参与了去乙酰化过程。

阿司匹林（乙酰水杨酸）是最为经典的非甾体消炎药，既往研究已发现阿司匹林处理可乙酰化修饰蛋白【4, 5】。为探究阿司匹林是否可以调控cGAS乙酰化，通过质谱和色谱分析技术、同位素标记的阿司匹林以及特异位点乙酰化的cGAS抗体等，研究人员验证了阿司匹林对cGAS的直接乙酰化和抑制作用。

图片引自：https://www.medicalnewstoday.com/articles/301766.php

艾卡迪综合征（Aicardi-Goutieres syndrome，AGS）是一组罕见的以神经系统及皮肤受累为主的遗传性自身免疫性疾病，常可见TREX1基因突变【6, 7】。TREX1（DNA 30 repair exonuclease 1）是胞质内DNA外切酶，其突变后无法降解胞质内DNA，从而引起cGAS-STING通路过度活化引起自身免疫疾病。利用Trex1基因敲除鼠作为AGS综合征模型，研究人员发现阿司匹林可以显著抑制该疾病模型鼠心脏中干扰素激活基因（ISG）的表达，并有效延长小鼠的生存。

为进一步证实阿司匹林对cGAS抑制作用，研究人员寻找并分离了国内一例AGS综合征患者及其健康的亲兄长的外周血白细胞PBMCs。通过阿司匹林处理，可明显抑制患者PBMCs中过度免疫反应表型。

本研究是张学敏/李涛团队在cGAS领域的另一项重要研究。通过发表在去年Nature Immunology和本文的工作，该团队发现了调控cGAS活性的两条关键通路，且均找到了相应的小分子调节剂（绿茶提取物EGCG和阿司匹林）。这两项研究加深了我们对cGAS-STING通路的认识，也为这条通路安装了两个可控的“闸门”。同时，该研究再次拓宽了“百年老药”阿司匹林的应用，使其在抗炎、抗肿瘤等功能后具有抗自身免疫的新功能。

据悉，本文章的第一作者是：戴江博士、博士研究生黄怡娇、何新华博士，通讯作者为张学敏院士和李涛研究员。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30049-2

1. Sun L, Wu J, Du F, Chen X, Chen ZJ. Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway.Science2013;339(6121):786-91.

2. Wu J, Sun L, Chen X, Du F, Shi H, Chen C, et al. Cyclic GMP-AMP is an endogenous second messenger in innate immune signaling by cytosolic DNA.Science2013;339(6121):826-30.

3. Liu ZS, Cai H, Xue W, Wang M, Xia T, Li WJ, et al. G3BP1 promotes DNA binding and activation of cGAS.Nature immunology2019;20(1):18-28.

4. Vane JR, Botting RM. The mechanism of action of aspirin.Thrombosis research2003;110(5-6):255-8.

5. Roth GJ, Majerus PW. The mechanism of the effect of aspirin on human platelets. I. Acetylation of a particulate fraction protein.The Journal of clinical investigation1975;56(3):624-32.

6. Crow YJ, Manel N. Aicardi-Goutieres syndrome and the type I interferonopathies.Nature reviews Immunology2015;15(7):429-40.

7. Aicardi J, Goutieres F. A progressive familial encephalopathy in infancy with calcifications of the basal ganglia and chronic cerebrospinal fluid lymphocytosis.Annals of neurology1984;15(1):49-54.