基于PROTAC的合成致死策略内源性激活系统性STING通路以增强抗肿瘤免疫

《SCIENCE ADVANCES》：PROTAC-based synthetic lethality strategy endogenously activates systemic STING to boost antitumor immunity

为克服传统STING激动剂生物利用度低、肿瘤选择性差等问题，本研究巧妙利用PROTAC技术同时降解PARP1和BRD4，诱导合成致死，破坏DNA修复机制，驱动核内DNA泄漏至胞质，从而激活cGAS-STING天然免疫通路。该策略在多种肿瘤模型中展现出优异的抗肿瘤功效，并能够抑制肺转移进展，为下一代癌症免疫治疗提供了新范式。

　　

在癌症免疫治疗的战场上，激活患者自身的免疫系统来攻击肿瘤是一个充满前景的方向。其中，STING通路扮演着“警报器”的关键角色，它能感应到细胞内的异常DNA并拉响警报，召集自然杀伤细胞和T细胞等“免疫部队”对肿瘤发起攻击。然而，现有的“人工警报器”——外源性STING激动剂——却存在诸多局限：它们通常需要直接注射到肿瘤内部，系统给药效果不佳，且设计和优化平衡其活性与选择性是一项艰巨挑战。那么，有没有可能巧妙地利用肿瘤细胞自身的“故障”，来触发这个天然的“警报系统”呢？

这正是发表于《SCIENCE ADVANCES》的这项研究试图解答的核心问题。研究人员将目光投向了细胞内源性激活STING通路的核心——胞质DNA的积累。当细胞核DNA因损伤而产生碎片并泄漏到细胞质中时，就会被cGAS蛋白识别，进而激活下游的STING通路。但肿瘤细胞拥有强大的DNA损伤修复能力，就像一支高效的“维修队”，能及时清理这些碎片，防止警报被拉响。因此，要触发强效免疫反应，就必须突破这道修复防线。

为此，研究团队设计了一个精妙的“组合拳”策略。他们利用了新兴的PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）技术，这是一种能像“特洛伊木马”一样，将特定的目标蛋白标记上“降解标签”，从而引导细胞自身的蛋白酶体将其彻底销毁的分子。在这项工作中，研究人员合成了两种PROTAC分子：PRO_P和PRO_B，分别用于降解两个关键的DNA修复相关蛋白——PARP1和BRD4。PARP1是DNA单链断裂修复的核心蛋白，而BRD4则是一个表观遗传调控因子，能控制同源重组修复等关键DNA修复基因的表达。当两者被同时降解时，就如同同时拆掉了“维修队”的两大核心工具，导致DNA损伤无法修复，大量DNA碎片在细胞内堆积并泄漏到细胞质中，最终超越阈值，强力激活cGAS-STING通路。

为了验证这一策略，研究人员运用了多种关键技术方法。在机制验证层面，他们通过蛋白质印迹和免疫荧光技术确认了PROTAC分子在多种肿瘤细胞系中能有效降解PARP1和BRD4；通过彗星实验和γ-H2AX免疫荧光检测DNA损伤程度；通过酶联免疫吸附测定检测胞质DNA积累触发的第二信使cGAMP和下游效应分子干扰素-β的产生。在功能研究层面，他们利用克隆形成实验和细胞毒性实验评估合成致死效应；通过流式细胞术分析树突状细胞成熟、T细胞和NK细胞活化以及免疫检查点蛋白PD-L1的表达变化。在动物模型验证中，研究构建了B16F10、4T1、CT26等多种小鼠皮下移植瘤模型以及B16F10-Luc肺转移模型，并使用免疫健全的C57BL/6、BALB/c小鼠以及免疫缺陷的NCG小鼠进行对比，以阐明免疫系统在治疗中的关键作用。药物输送方面，研究人员将两种PROTAC封装进脂质纳米颗粒中形成LNP@PRO_P+B，以实现系统给药和肿瘤靶向。此外，还通过转录组测序分析治疗后的基因表达变化。

PRO_P+B有效降解靶蛋白并诱导DNA损伤

研究人员成功合成了PRO_P和PRO_B。实验表明，两者联合使用能在B16F10、4T1、H22等多种小鼠肿瘤细胞系中有效且特异地降解PARP1和BRD4蛋白。这种双靶点降解导致了显著的DNA损伤，表现为DNA双链断裂标志物γ-H2AX的水平显著升高，以及彗星实验中明显的DNA拖尾现象，证明修复机制被破坏后基因组不稳定性急剧增加。

胞质DNA释放

正如理论所预测，PRO_P+B处理在多种肿瘤细胞中引发了强烈的胞质双链DNA聚集，其积累水平显著高于单药处理组。这为后续激活天然免疫通路提供了关键的“触发器”。

cGAS-STING通路在肿瘤细胞中被激活

胞质DNA的积累成功启动了完整的cGAS-STING信号级联反应。检测发现，经PRO_P+B处理的肿瘤细胞内cGAMP水平显著升高，同时cGAS蛋白表达上调，STING及其下游转录因子IRF3发生磷酸化，最终导致I型干扰素IFN-β的大量分泌。值得注意的是，虽然PARP1降解会伴随免疫抑制分子PD-L1的上调，但同时降解BRD4可以逆转这一效应，从而在激活免疫的同时避免免疫逃逸。

cGAS-STING通路在免疫细胞中被激活

研究进一步发现，经PRO_P+B处理的肿瘤细胞不仅能“自主”激活STING通路，还能通过释放信号“教育”周边的免疫细胞。当与树突状细胞或巨噬细胞共培养时，肿瘤细胞释放的胞质DNA和cGAMP能扩散至免疫细胞，同样激活其内部的STING通路，并促进这些抗原提呈细胞的成熟，为启动适应性免疫应答做好准备。

PRO_P+B在多种癌症谱系中显示合成致死效应

体外细胞毒性实验和克隆形成实验证明，LNP@PRO_P+B在BRCA1/2野生型等多种肿瘤细胞中均能产生强烈的合成致死效应，其协同作用指数小于1，表明双药联用具有显著协同增效作用。

LNP@PRO_P+B的系统给药在体内显示出强大的抗肿瘤效果

在B16F10黑色素瘤、4T1乳腺癌和CT26结肠癌等多种小鼠模型中，静脉注射LNP@PRO_P+B能显著抑制肿瘤生长，延长小鼠生存期，并诱导部分小鼠长期存活。肿瘤组织分析证实，治疗后肿瘤内PARP1和BRD4被有效降解，DNA损伤标志物γ-H2AX升高，cGAS-STING通路被激活。在免疫缺陷的NCG小鼠模型中，该疗法的效果大打折扣，证明其疗效高度依赖完整的免疫系统。

系统性STING通路激活用于抗肿瘤免疫治疗

深入的免疫分析揭示了该疗法起效的机制。治疗后，肿瘤引流淋巴结中的树突状细胞成熟比例显著增加。肿瘤和脾脏中浸润的细胞毒性CD8⁺T细胞和自然杀伤细胞数量大幅上升，并且这些细胞高表达效应分子IFN-γ和颗粒酶B，表明其处于高度活化的杀伤状态。同时，肿瘤微环境中的调节性T细胞比例下降。通过抗体清除CD8⁺T细胞和NK细胞的实验进一步证实，这两种免疫细胞对于LNP@PRO_P+B介导的肿瘤抑制是不可或缺的。

LNP@PRO_P+B引发系统性免疫记忆

在B16F10肺转移模型中，LNP@PRO_P+B治疗能有效抑制肺部转移结节的生长。治疗后小鼠脾脏中不仅效应T细胞增多，更重要的是形成了大量的中枢记忆T细胞和效应记忆T细胞，这表明该疗法有潜力诱导长期的免疫记忆，防止肿瘤复发和转移。转录组分析也印证，治疗后的肿瘤组织在基因水平上显示出免疫激活通路上调和DNA修复通路抑制的特征。

研究结论与意义

本研究成功开发了一种创新的癌症免疫治疗策略：通过PROTAC技术同时降解PARP1和BRD4，在肿瘤细胞内诱导合成致死，破坏DNA修复屏障，驱动内源性胞质DNA积累，从而突破阈值激活cGAS-STING天然免疫通路。这项工作在多个层面具有重要意义。首先，它提出了一种全新的STING通路激活思路，即从外部“给药激活”转变为内部“诱导激活”，解决了传统激动剂的递送和选择性难题。其次，它将合成致死（一种直接杀伤肿瘤细胞的策略）与免疫原性应激反应（一种调动全身免疫的策略）战略性整合，实现了“1+1>2”的协同抗肿瘤效果。再者，该策略不依赖于肿瘤先天的同源重组修复缺陷状态，通过降解BRD4创造“获得性”修复缺陷，有望扩大受益患者人群。最后，研究在多种免疫特性不同的肿瘤模型中都验证了疗效，展示了其广谱应用潜力。这项研究不仅为克服当前STING靶向治疗的瓶颈提供了新范式，也为PROTAC技术在免疫治疗领域的应用开辟了新方向，是迈向下一代癌症免疫疗法的重要一步。