《Molecular Immunology》：Glutathione depletion activates cGAS-STING signaling via oxidative stress in preeclampsia
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胡思琪|刘文祥|董颖|吴少文|赵胜龙|郑圆圆|李春波|司丹丹|陈金梅|苏少飞|韩佳琪|曹艳|卢一帆|孟兰兰|徐正文|宋琳虹|王毅|卢天功|翟彦红|曹正中国解放军总医院第七医学中心儿科研究所，儿科高级部门，北京摘要氧化应激可能导致先兆子痫（PE）患者的DNA双链断裂，但干扰素基因的
胡思琪|刘文祥|董颖|吴少文|赵胜龙|郑圆圆|李春波|司丹丹|陈金梅|苏少飞|韩佳琪|曹艳|卢一帆|孟兰兰|徐正文|宋琳虹|王毅|卢天功|翟彦红|曹正
中国解放军总医院第七医学中心儿科研究所，儿科高级部门，北京
摘要
氧化应激可能导致先兆子痫（PE）患者的DNA双链断裂，但干扰素基因的环GMP-AMP合成酶（cGAS）刺激途径是否参与其中仍不清楚。本研究显示，PE患者的胎盘中谷胱甘肽（GSH）代谢受损，导致氧化应激增加和cGAS-STING途径激活。通过代谢组学和CRISPR-Cas9技术生成的cGAS/STING敲除人类滋养层细胞，我们发现GSH耗竭会提高HTR-8/SVneo细胞中的活性氧（ROS）水平，从而导致细胞DNA损伤和双链DNA（dsDNA）释放到细胞质中。这激活了cGAS-STING信号通路，促进了NF-κB介导的炎症和I型干扰素反应。这一机制突显了ROS介导的DNA损伤和cGAS-STING依赖性炎症在PE发展中的关键作用，为干预措施提供了潜在的治疗靶点。
引言
先天免疫反应是在细胞模式识别受体（PRRs）识别入侵病原体后启动的，这些受体能够检测病原体相关分子模式（PAMPs）。这会触发细胞内信号级联反应，调节基因表达并刺激I型干扰素（IFNs）、趋化因子和促炎细胞因子的产生，从而激活广泛的抗病原体免疫反应（Takeuchi和Akira，2010）。
在能够感知细胞质DNA的PRRs中，环鸟苷5′-单磷酸-腺苷5′-单磷酸（cGAMP）合成酶（cGAS）可以检测细胞质DNA和RNA:DNA杂交体（Sun等人，2013；Mankan等人，2014）。它还定位于单基因自身炎症小鼠模型或具有外源性DNA损伤的人类癌细胞中的微核中，监测基因组完整性（Mackenzie等人，2017）。cGAS与双链DNA（dsDNA）结合后，会合成环二核苷酸cGAMP（Sun等人，2013），这是内质网（ER）驻留蛋白STING（干扰素基因刺激因子，也称为MITA、MPYS、TMEM173和ERIS）的配体（Barber，2011）。除了cGAMP外，细菌产生的环二核苷酸和小分子如DMXAA也可以激活STING。激活的STING会招募激酶TBK1（TRAF家族成员，NF-κB激活因子[TANK]结合激酶1），导致干扰素调节因子3（IRF3）磷酸化并转移到细胞核，从而驱动I型IFN的表达。STING还通过转录因子核因子κB（NF-?B）诱导促炎细胞因子（如IL-6和TNF-α）的产生（Cai等人，2014）。此外，cGAS-STING途径的一个独特且重要的特点是它能够强烈激活自噬（Gui等人，2019）。在氧化应激下，核DNA和线粒体DNA会触发cGAS-STING信号通路（Mackenzie等人，2017；Harding等人，2017；Zheng等人，2020）。值得注意的是，STING的缺失会改变ROS的稳态，减少DNA损伤并促进治疗抵抗性（Hayman等人，2021）。
先兆子痫（PE）是一种产科疾病，其特征是妊娠20周后出现高血压和蛋白尿超过300毫克/天，影响约3-5%的孕妇（Tomimatsu等人，2017）。尽管其病因尚不清楚，但子宫内环境和母体内皮的炎症反应增强及抗血管生成因子被认为是主要驱动因素（Bennett等人，1998）。
氧化应激是由于活性氧（ROS）过多和抗氧化防御机制受损所致，是PE的标志（Aouache等人，2018）。细胞内的氧化还原平衡主要由谷胱甘肽（GSH）维持，GSH是一种关键的细胞内抗氧化剂（Deneke和Fanburg，1989）。ROS参与多种生理和病理生理过程，包括缺氧、内皮功能障碍和炎症（D'Autreaux和Toledano，2007；Guerby等人，2021；Brieger等人，2012）。它们与SARS相关细胞因子风暴、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、类风湿关节炎等病症有关，并影响癌症免疫治疗（Kozlov等人，2021；Sutti等人，2014；Zhou等人，2017；Shah等人，2023）。尽管许多关于PE机制的研究集中在氧化应激和免疫反应上，但这两者之间的分子联系仍不清楚。
本研究基于我们之前在预印本中报告的观察结果（
https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-39243/v1），并结合了额外数据和改进的方法，以更深入地了解PE的发病机制。我们确认PE患者的GSH水平降低，代谢组学分析显示血清和胎盘样本中的GSH代谢发生了显著变化。此外，我们发现GSH耗竭会增加ROS的产生，并随后引发双链断裂（DSBs），这些由GSH耗竭引起的DSBs会激活cGAS依赖的免疫反应。
部分摘要
研究人群
2017年8月至2018年2月期间，从北京妇产医院招募了被诊断为PE的单胎孕妇，在治疗前采集了她的静脉血液。PE的诊断依据是国际妊娠高血压研究学会（ISSHP）提出的标准，该标准将PE定义为先前血压正常的孕妇出现妊娠期高血压（收缩压/舒张压≥140/90毫米汞柱）
血清和胎盘代谢组学谱型可以区分PE患者和对照组
代谢组学研究共纳入了90份血清样本，其中60份来自PE患者，30份来自健康孕妇对照组。对于组织研究，每组有10名患者同意捐赠胎盘用于本研究。每组收集了5份胎盘组织用于代谢分析。然而，由于组织质量和数量不足，最终只有4份PE胎盘组织和5份对照胎盘组织接受了代谢组学分析。
讨论
严重妊娠并发症（如PE）的病理生理机制尚未完全明了，目前唯一有效的治疗方法是分娩（Nobakht，2018）。在本研究中，我们使用HPLC-QTOF-MS技术分析了PE患者的代谢变化。共分析了90份血清样本和9份胎盘组织，随后进行了代谢途径分析。这些结果与先前的研究一致（Prameswari等人，2022；Yao等人，2022；Yang等人）
结论
总之，这些数据首次证实了GSH耗竭引起的ROS对PE发病机制的影响与cGAS-STING途径相关。这些结果表明，抗氧化剂或cGAS-STING抑制剂可能成为未来的新型抗PE药物。
局限性
本研究存在一些局限性。首先，样本量相对较小，尤其是胎盘代谢组学方面的样本量，可能会限制我们发现的统计功效和普遍性。其次，机制实验主要在HTR-8/SVneo滋养层细胞中进行，可能无法完全反映胎盘复杂的体内微环境。第三，细胞质dsDNA激活cGAS-STING信号通路的精确分子机制尚不清楚
伦理批准
本研究遵循《赫尔辛基宣言》的指南，并获得了北京妇产医院的伦理委员会批准（2024-KY-029–01）。所有参与者均签署了知情同意书。
作者贡献
胡思琪和刘文祥对这项工作贡献均等，共同担任第一作者。他们设计了实验，进行了大部分实验并分析了数据。董颖参与了数据分析和图表制作。吴少文、赵胜龙和郑圆圆协助样本收集。李春波、司丹丹、陈金梅和苏少飞提供了实验支持和技术协助。韩佳琪、曹艳、卢一帆和孟兰兰提供了帮助
出版同意
所有作者均已审阅并批准了手稿的最终版本，并同意将其提交发表。
资助
本研究得到了北京市医院孵化计划（编号：PX2024051）；北京妇产医院；首都医科大学；北京市妇幼保健院‘学科骨干’计划专项基金（编号：XKGG201802）；首都医科大学临床机构和部门开放项目培训基金（编号：CCMU2022ZKYXZ006）；国家自然科学基金（编号：82341095）；创新人才的支持
CRediT作者贡献声明
卢一帆：研究。孟兰兰：研究。董颖：可视化、形式分析。徐正文：写作 – 审稿与编辑。吴少文：资源获取。宋琳虹：写作 – 审稿与编辑。赵胜龙：资源。王毅：写作 – 审稿与编辑、资源获取。郑圆圆：资源。卢天功：写作 – 审稿与编辑。李春波：方法学。翟彦红：写作 – 审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
