cGAS-STING通路是负责识别胞质DNA并启动免疫应答的主要通路。cGAS作为胞质DNA受体，可以被病原微生物或者泄露到细胞质的自身DNA和/或Mn²⁺ 激活并利用ATP和GTP合成第二信使2’3’-cGAMP，后者进一步激活STING并诱导I型干扰素等细胞因子的产生，从而介导抗感染/肿瘤免疫反应或抗自身DNA的应激反应。STING的活化伴随着其从内质网到高尔基体的转位。蒋争凡教授实验室的方润、蒋启飞博士2021年在Immunity发文报道了高尔基体合成的硫酸化糖胺聚糖（sGAGs）通过诱导STING寡聚体的形成帮助STING活化，揭示了STING需要转运至高尔基体才能活化的原因。但是STING在后高尔基体囊泡（post-Golgi vesicles）的转运及活化机制仍不清楚。

在本研究中，他们通过CRISPR-Cas9介导的全基因组筛选系统寻找在cGAS-STING通路活化中必不可少的基因，发现一个可能具有对小G蛋白Arf1有GEF活性的ARMH3对STING的激活十分关键（图1A）。而已有的多个工作暗示Arf1对于激活PI4KB在反式高尔基体（TGN）生成PI4P及STING活化有重要作用，但是其中的分子机制并不清楚。免疫共沉淀实验表明ARMH3可以招募PI4KB与STING共同结合（图1B）。通过在STING中引入突变破坏STING和ARMH3的互作，或者通过CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术原位删除PI4KB负责结合ARMH3的区域都会显著削弱cGAS-STING通路的激活，表明ARMH3招募PI4KB帮助STING的激活。进一步，通过雷帕霉素诱导的FKBP和FRB的互作直接招募PI4KB-GFP-FKBP到STING-mCherry-FRB会显著促进STING聚集体的形成及下游信号通路的激活（图1C），且这种协同效果完全依赖于PI4KB的激酶活性。相反，招募PI4P的磷酸酶SAC1到STING则会抑制STING聚集体的形成及下游信号通路的激活。敲除ARMH3或者消除PI4KB-ARMH3结合，STING在上游通路活化后几乎呈现完全的内质网定位，暗示高尔基体的STING如果无法被转运离开高尔基体，将会被细胞内COPI介导的从高尔基体向内质网的逆向转运运回内质网，并完全抑制STING的活化。这些实验共同表明1）为什么STING需要离开反式高尔基体继续被转运；2）PI4KB通过在STING周围合成大量PI4P促进STING的转运及持续活化。

那么，ARMH3-（Arf1）-PI4KB生成的PI4P如何促进STING的转运及活化呢？通过对23个PI4P结合蛋白进行敲低，方润及蒋启飞博士发现其中9个成员的降低表达会使STING的激活严重受损（图1D）。进一步的功能分析发现PI4P可能通过两类作用机制不同的PI4P结合蛋白帮助STING激活。其中AP-1和GGA2通过形成网格蛋白小泡（clathrin-coated vesicles）介导高尔基体到内体的膜泡运输。由于内体中相对更低的pH值有利于STING与sGAGs的结合，他们推测PI4P可以通过AP-1和GGA2介导STING从高尔基体到内体的转运从而帮助STING激活。其它对STING激活重要的PI4P结合蛋白均为脂质转运蛋白，主要负责胆固醇和神经酰胺从内质网到高尔基体或内体的转运。由于神经酰胺在高尔基体上会在SGSM1的催化下转化为鞘磷脂，他们通过特异的化学小分子分别破坏胆固醇和鞘磷脂在脂膜上的分布，发现胆固醇或鞘磷脂的删除都会使STING聚集体逐渐消散并显著抑制STING下游信号通路的激活，表明胆固醇和鞘磷脂对STING聚集体的形成和激活十分关键。以上结果共同表明PI4P还可以通过脂质转运蛋白维持STING活化所需的脂膜环境进而影响STING的激活。此外，Lyz-Cre介导的Armh3条件敲除小鼠实验表明Armh3在机体对抗DNA病毒感染过程中发挥关键作用。

综上所述，该研究揭示了STING在到达高尔基体后继续转运及活化的必要性及转运的分子机制，表明STING的高尔基体后转运（post-Golgi trafficking）及脂膜环境对STING的活化十分关键。

本研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部国家重点基础研究项目、北京大学“细胞增殖与分化”教育部重点实验室及“北大-清华生命科学联合中心”的资助。

Cell Press细胞出版社公众号特别邀请蒋争凡教授代表研究团队接受了专访，请他为大家进一步详细解读。