2023年8月24日，清华大学药学院尹航课题组在《Cell Reports》上发表了题为“4-Octyl itaconate restricts STING activation by blocking its palmitoylation”的研究文章。发现衣康酸的衍生物4-辛基衣康酸（4-Octyl itaconate, 4-OI）能够直接烷基化修饰STING的Cys91，从而阻断了STING Cys91位点的棕榈化修饰，抑制了STING的寡聚和下游信号的激活。

天然免疫系统是哺乳动物抵抗外来病原入侵的第一道防线。cGAS-STING信号通路是胞内识别双链DNA的主要天然免疫信号通路。cGAS识别胞质中病毒或者自身来源的双链DNA，以ATP和GTP为底物合成信使分子2’,3’-环状鸟苷酸-腺苷酸 (2’,3’-cGAMP) 激活下游接头蛋白STING。在静息状态下STING以二聚体的形式存在于内质网上，cGAMP和STING结合，STING发生构象变化并寡聚，寡聚后的STING由内质网迁移至反式高尔基体。STING寡聚化可促进与STING结合的TBK1之间的相互磷酸化。磷酸化激活后的TBK1接着可磷酸化STING，STING的磷酸化为IRF3的结合提供锚定，随后IRF3再被TBK1磷酸化。磷酸化的IRF3二聚化并转运至细胞核发挥转录活性，促进I型干扰素等炎症细胞因子的转录产生[1]。cGAS-STING通路主要参与到机体的抗病原微生物尤其是DNA病毒的免疫反应过程中。同时由于cGAS并不能很好区分自身和外源DNA，其异常激活也会造成一些自身免疫疾病。因此对cGAS-STING通路在不同环境下进行精准的调控，不仅可以增强人们对其功能的理解，也便于通过调控该通路去更好的应对感染和相关的自身免疫疾病。

近年来越来越多的研究关注到免疫和代谢之间的相互调控。研究团队通过筛选三羧酸循环常见代谢物或其衍生物对cGAS-STING通路激活的影响，发现衣康酸衍生物4-辛基衣康酸（4-OI）能够明显抑制DNA诱导的cGAS-STING信号通路的激活。之前有报道4-OI能够通过激活Nrf2抑制炎症因子产生，但研究团队发现Nrf2的敲除并不影响4-OI对cGAS-STING的抑制，因此4-OI对cGAS-STING通路的抑制并不依赖于Nrf2。进一步研究发现4-OI并不影响通路中cGAS, TBK1和IRF3的活性，4-OI直接抑制STING的激活。

图1 衣康酸（Itaconate）和4-OI的结构

衣康酸以及4-OI都含有一个亲电子的不饱和双键，能和蛋白质半胱氨酸巯基发生加成反应，共价修饰蛋白质来调控蛋白的功能（图1）。因此接下来，研究人员探究4-OI是否能够通过直接共价修饰STING发挥抑制作用。通过4-OI的化学生物学探针点击化学标记实验，以及LC-MS/MS蛋白质质谱研究分析，研究团队发现4-OI能够直接修饰STING的Cys91位点，同时4-OI对Cys91位点突变体STING丧失了抑制活性，进一步证明了4-OI是通过靶向STING的Cys91位点发挥抑制作用的。STING Cys91位点的棕榈酰化对于其寡聚激活起到重要作用。进一步利用棕榈酰化Click探针标记实验，发现4-OI能够抑制STING的棕榈酰化修饰，同时利用Native PAGE实验也发现4-OI能够抑制激活诱导的STING寡聚。随后，在双链DNA病毒单纯疱疹病毒HSV-1感染模型以及cGAS-STING相关自身免疫炎症模型中，研究团队也证明了4-OI对cGAS-STING激活的抑制作用。

4-OI作为衣康酸的衍生物，先前的研究大多将其视为衣康酸的替代物，认为4-OI相比衣康酸本身更容易通过细胞膜，同时在细胞内4-OI被能转化为衣康酸发挥免疫调节作用。研究团队接下来便验证内源性衣康酸是否会影响STING的激活。出人意料的是，不管是直接的高浓度衣康酸处理或者是将衣康酸生成的酶IRG1敲除都不会影响cGAS-STING的激活，这表明衣康酸并不影响cGAS-STING的激活，4-OI和衣康酸并不能被简单的等同，4-OI在胞内并没有被完全降解为衣康酸从而发挥其独特的免疫调节功能。 

另外值得一提的是，Cell Reports在2023年3月份发表了一篇类似的文章，发现4-OI能够烷基化修饰STING的Cys147抑制STING的二聚从而抑制STING激活，且衣康酸也能够抑制STING的激活[2]。而本研究发现4-OI是通过烷基化修饰STING的Cys91位点阻断STING棕榈酰化，从而抑制STING的寡聚和激活，同时内源性衣康酸的作用和4-OI并不相同。

图2 4-OI烷基化修饰STING抑制STING棕榈酰化和寡聚激活

总之，本研究发现衣康酸衍生物4-OI能够通过烷基化修饰STING，抑制了STING的棕榈酰化从而抑制了STING的激活，展现了STING不同翻译后修饰之间存在相互影响（图2）。同时本研究也表明4-OI能够抑制cGAS-STING介导的免疫炎症，或可为相关自身免疫疾病的治疗提供新的策略。

本研究的通讯作者是清华大学药学院尹航教授，文章的第一作者为清华大学药学院2019级博士生苏超飞。

参考文献：

1.    Hopfner, K.P. and V. Hornung, Molecular mechanisms and cellular functions of cGAS-STING signalling. Nat Rev Mol Cell Biol, 2020. 21(9): p. 501-521.

2.    Li, W., et al., 4-octyl itaconate as a metabolite derivative inhibits inflammation via alkylation of STING. Cell Rep, 2023. 42(3): p. 112145.