综述：cGAS–STING激动剂设计及肿瘤免疫调控机制近期进展

《RSC Chemical Biology》：Recent progress in cGAS–STING agonist design and mechanisms of cancer immune modulation

　　

环状GMP–AMP合成酶（cGAS）–干扰素基因刺激因子（STING）信号通路是固有免疫的核心调控者，也是下一代肿瘤免疫治疗的重要靶点。目前已开发多种cGAS–STING激动剂，用于增强抗肿瘤免疫应答。环状二核苷酸（CDN）是最常用的天然STING激动剂，但存在膜通透性低与酶稳定性差等问题，推动了非CDN小分子激动剂的研发，包括理化性质可调、稳定性更高的有机骨架与金属基复合物。此外，近年来将金属复合物与STING激动剂联合或单独封装于纳米材料中的策略，成为实现强效治疗效应、靶向递送、可控释放以及与光动力疗法等其他治疗手段联用的新兴平台。本综述系统总结了过去两年STING调控剂在设计开发方面的进展，涵盖有机骨架、金属基复合物以及包载或偶联金属药物的纳米材料，重点阐述其化学结构与促进STING激活的分子机制，并讨论主要挑战与未来研究方向。

引言

免疫系统是由细胞、组织与可溶性介质构成的整合网络，能够感知稳态失衡并对病原体及细胞应激产生调控性应答，同时维持自身耐受并限制免疫病理损伤。传统观点认为获得性免疫仅存在于有颌脊椎动物，但细胞生物学与基因组学的发展表明，从无颌脊椎动物到无脊椎动物均存在类似的免疫防御机制，说明免疫是所有生命形式普遍具备的基础生物学功能。尽管免疫系统在抵御感染与维持稳态中发挥关键作用，其功能失常或失调可导致癌症等疾病。肿瘤免疫监视由自然杀伤（NK）细胞与细胞毒性T淋巴细胞（CTL）持续监测并清除携带致癌突变的异常细胞，但肿瘤可通过上调免疫检查点蛋白抑制T细胞活性、招募调节性T细胞（Treg）、髓源抑制细胞（MDSC）及肿瘤相关巨噬细胞（TAM）形成免疫抑制性肿瘤微环境（TME），从而促进增殖、血管生成与转移。针对这些相互作用，肿瘤免疫治疗策略包括免疫检查点抑制剂（ICI）、癌症疫苗、过继性细胞治疗以及cGAS–STING激动剂等，推动治疗模式从传统细胞毒疗法向基于免疫的精准医学转变。

1.1 cGAS–STING通路：生物学基础与作用原理

cGAS–STING通路是固有免疫防御的核心，可识别胞质双链DNA（dsDNA）并启动免疫应答。在健康细胞中，DNA局限于细胞核与线粒体；而在TME中，基因组不稳定性、放疗、化疗或线粒体破裂可导致胞质内异常积累DNA片段。cGAS作为胞质dsDNA的主要感受器，结合后发生构象改变并催化三磷酸腺苷（ATP）与三磷酸鸟苷（GTP）生成第二信使2′,3′-环状GMP–AMP（2′,3′-cGAMP）。后者与定位于内质网（ER）膜的跨膜适配蛋白STING结合，诱导其构象变化并通过ER–高尔基体中间区室转运至高尔基体，此过程依赖自噬相关基因ATG9a与VPS34。活化的STING募集TANK结合激酶1（TBK1），促使干扰素调节因子3（IRF3）磷酸化并转位入核，启动I型干扰素（IFN-I，主要为IFN-β）基因表达，同时激活核因子κB（NF-κB）通路，诱导促炎细胞因子生成。IFN-I可促进树突状细胞（DC）成熟、抗原呈递及CD8⁺CTL与NK细胞活化，并能直接诱导肿瘤细胞凋亡并抑制增殖；NF-κB则通过分泌TNF-α、IL-6、IL-12等细胞因子增强免疫细胞浸润与T细胞启动，并促进免疫原性细胞死亡（ICD），将“冷”肿瘤转化为富含CD8⁺T细胞浸润的“热”肿瘤，从而实现固有免疫与适应性免疫的协同抗肿瘤效应。

cGAS–STING激动剂：分类与作用机制

基于cGAS–STING通路在桥接固有与适应性免疫中的核心作用，药理学激活该通路已成为可行的肿瘤免疫治疗策略。激动剂按分子结构、作用机制及转化潜力分为环状二核苷酸（CDN）、合成小分子、金属基化合物及纳米材料等类别。

2.1 环状二核苷酸类cGAS–STING激动剂

CDN是最早进入药物开发的STING激动剂，结构与内源性2′,3′-cGAMP相似。天然2′,3′-cGAMP在人类细胞中具有强免疫刺激活性，而细菌来源的3′,3′-cGAMP对人STING（hSTING）同种型的活性显著较低，限制了其临床应用。为克服CDN膜通透性差、易被酶降解及种属特异性受限等问题，研究人员开发了ADU-S100（MIW815）、MK-1454、E-7766与TAK-676等合成CDN。ADU-S100为硫代磷酸修饰的CDN，用于瘤内注射，可在TME中诱导强IFN应答并促进T细胞浸润，单药或与抗PD-1抗体联用已进入转移性三阴性乳腺癌与黑色素瘤的I期临床试验，但在复发性鳞状细胞癌的II期试验因疗效不足终止。MK-1454在晚期实体瘤临床试验中单药响应率低，但与帕博利珠单抗联用时客观缓解率达24%，肿瘤缩小明显，但治疗相关不良事件发生率高达82%–83%，剂量递增时出现细胞因子风暴样反应，II期头颈部鳞癌试验中联合组严重不良事件达62.5%，导致37.5%患者停药。E-7766为非核苷酸大环结构，临床前与早期临床显示良好抗肿瘤活性，但因商业决策已终止临床开发。TAK-676在临床研究中显示出可控安全性与剂量依赖性免疫激活，但仍需更多数据验证其治疗潜力。

2.2 合成小分子cGAS–STING激动剂

由于CDN类药物的药代动力学缺陷限制了临床应用，有机骨架小分子的设计成为新的研究方向。这类激动剂具有更好的药代动力学特征，并在小鼠模型中表现出显著的T细胞激活与肿瘤消退效应。

2.2.1 经典（直接结合型）小分子STING激动剂

此类化合物直接结合STING蛋白并诱导其构象改变、二聚化及下游信号激活，模拟天然CDN配体。早期代表性化合物包括DMXAA，仅激活小鼠STING（mSTING），在人类临床试验中无效；对其结构的反向优化产生了广谱激活hSTING与mSTING的OS-1及选择性协同激动剂OS-2。近期研究人员在保留三环拓扑的基础上，通过引入含硫杂环、烷氧取代及酯前药策略，开发了OS-3与OS-4，显著提升膜通透性与抗肿瘤活性，并在免疫抑制性胰腺癌模型中与抗PD-1联用取得高肿瘤生长抑制率。另一系列硒取代的三环激动剂OS-5在口服给药下实现完全肿瘤消退与长期生存获益，疗效优于第一代口服激动剂MSA-2。其他新结构如OS-6、OS-7与OS-8分别在人源化小鼠模型及多种同源肿瘤模型中展示了强效STING激活与抗肿瘤免疫效应。以SR-717为模板优化的双吡哒嗪衍生物OS-9与咪唑骨架激动剂OS-10，在保留关键氢键网络的同时延长半衰期、降低清除率，并在黑色素瘤模型中显著提高CTL浸润与转移抑制。

2.2.2 非经典小分子STING激动剂

此类激动剂不直接结合STING，而是通过诱导DNA损伤、基因组不稳定或G-四链体稳定化，促使胞质内核或线粒体DNA积累，从而间接激活cGAS–STING通路。例如，磺酸化苝酰亚胺OS-11通过产生活性氧（ROS）破坏线粒体与核DNA，延长2′,3′-cGAMP半衰期，并增强T细胞活化。靶向线粒体DNA G-四链体的三苯胺衍生物OS-12在三阴性乳腺癌中诱导mtDNA损伤与cGAS–STING激活，抑制肿瘤生长与转移。聚集诱导发光（AIE）光敏剂OS-13在光照下引起线粒体损伤与DNA片段释放，激活STING通路并诱导ICD。多功能光敏剂OS-14通过溶酶体积累与线粒体Ca²⁺超载诱导mtDNA释放，激活cGAS–STING并触发焦亡样细胞死亡，在体内实现完全肿瘤抑制。

2.3 金属基cGAS–STING激活剂

金属基化合物凭借多样的配位几何、可变氧化态及独特的相互作用模式，成为新型STING激活剂。三核铂配合物MC-1选择性损伤mtDNA并强效激活cGAS–STING通路，活性优于顺铂。通过将STING激动剂MSA-2偶联至四价铂前药轴位，研究人员构建了MC-2与MC-3，其中MC-2可同时释放顺铂与MSA-2，增强先天与适应性免疫应答。靶向碳酸酐酶IX的四价铂前药MC-4在缺氧条件下特异性激活STING通路并重塑TME。对乙酰氨基酚修饰的四价铂配合物MC-5通过抑制Sam50蛋白释放mtDNA，诱导焦亡并逆转“冷”肿瘤免疫状态。铜配合物MC-6与MC-7的比较研究表明，线粒体靶向的MC-7通过铜死亡显著增强cGAS–STING激活与DC成熟。铑配合物MC-8通过插入mtDNA干扰核苷酸代谢并诱导表观遗传重塑，从而激活STING通路。钌配合物MC-9至MC-12分别通过光动力治疗、诱导铁死亡与焦亡、靶向内质网及响应硫化氢等方式激活STING通路，在体内外均表现出强效抗肿瘤免疫效应。钴(III)–环糊精前药MC-15在TME中局部释放MSA-2并激活STING，与抗PD-1联用几乎完全消除肿瘤。金(I)–N-杂环卡宾配合物MC-16通过线粒体靶向与ROS生成促进mtDNA释放，激活cGAS–STING并抑制肝癌移植瘤生长。

2.4 负载金属基化合物的纳米材料激活cGAS–STING通路

纳米技术可提高药物溶解度、生物利用度并降低全身毒性。谷胱甘肽响应型纳米粒NP2共递送四价铂前药与WEE1激酶抑制剂，在还原性TME中释放顺铂并阻断DNA修复，显著激活STING通路并增强DC成熟与CTL浸润。含三硫键聚合物纳米粒NP(3S)s通过消耗GSH与激活STING通路克服顺铂耐药，并减少肝毒性。合成高密度脂蛋白仿生纳米盘sHDL@Pt在肿瘤部位高效蓄积并激活cGAS–STING，联合抗PD-1实现近完全肿瘤消退。pH与氧化还原双重响应纳米粒DHP/MnO₂NPs通过共释放Mn²⁺与顺铂，协同激活STING并逆转免疫抑制性TME。共载TPA-Mn与Cis-C8的ROS响应纳米粒NPPt+NPMn在晚期卵巢癌模型中增强DC成熟与CTL浸润，抑制免疫逃逸。3D打印骨支架PDA@Pt NPs结合光热治疗与STING激活，在骨肉瘤治疗中同时促进新骨形成与抗肿瘤免疫。钌配合物插层DNA脂质体Ru-DNA@Lipo在光照下诱导DNA光裂解并激活cGAS–STING，伴随强效ICD效应。铁蛋白包裹的锇–花青配合物OsNIR@HFn NPs在近红外光照射下损伤mtDNA并显著上调cGAS与pSTING表达，在体内将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤并实现高效抑制。

结论、挑战与未来方向

cGAS–STING通路在连接固有与适应性免疫中具有核心地位，其激动剂单独或联合ICI与化疗均显示出广阔前景。然而，CDN类激动剂在临床中响应率低且毒性显著，主要受hSTING多态性及药代动力学特性限制。小分子有机激动剂在结构优化与活性提升方面进展迅速，部分候选物在动物模型中实现完全肿瘤消退。金属基化合物通过DNA损伤与直接STING激活的双重机制，在联合治疗与单药策略中均表现出强效免疫刺激作用。纳米载体通过提高稳定性与靶向性，进一步拓展了金属基STING激动剂的临床应用潜力。未来需解决跨物种通路差异、系统性炎症风险及纳米制剂规模化生产等挑战，并结合计算机辅助药物设计、单细胞转录组学与智能递送平台，推动STING靶向免疫治疗的临床转化。