靶向STING的癌症免疫治疗

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在过去十几年中，使用免疫检查点抑制剂的癌症免疫疗法在癌症治疗中取得了前所未有的成功；然而，只有一小部分（10-35%）患者可以从这种治疗中获得临床益处，因此，迫切需要确定新的策略来提高免疫检查点抑制剂的临床疗效。

最近，越来越多的临床证据证实，ICIs癌症免疫治疗的有效性取决于肿瘤中预先存在的抗肿瘤T细胞反应，肿瘤中的T细胞浸润与免疫治疗的预后呈正相关。然而，T细胞反应的发生和维持依赖于先天免疫反应，这也是抗癌免疫的关键因素。

作为一种先天性胞浆DNA传感途径，环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）信号通路因其激活先天性和适应性免疫的能力而备受关注，其有助于宿主防御癌症。基于cGAS-STING信号通路在抗癌免疫中的关键作用，各种STING激动剂已被开发出来，并被证明是一种有前途的癌症治疗策略。

先天免疫系统可以通过模式识别受体识别病原体或损伤相关模式，其中就包括cGAS。cGAS是胞浆双链DNA（dsDNA）的先天免疫传感器，具有一个催化结构域和两个主要DNA结合位点。胞质DNA，无论是外源的还是内源的，都可以通过其磷酸主链和cGAS的带正电位点之间的相互作用以序列无关的方式结合，形成2:2复合物。与DNA结合后，cGAS在催化袋中发生实质性构象变化，有助于cGAS的活化，从而增强了由三磷酸腺苷（ATP）和三磷酸鸟苷（GTP）合成第二信使cGAMP。

与cGAMP结合后，内质网（ER）结合的STING二聚体经历了从非激活开放型到激活封闭型的实质构象转变，并触发其从内质网向高尔基体的易位， STING被募集的Tank结合激酶1（TBK1）磷酸化，导致干扰素调节因子3（IRF3）的募集。被TBK1磷酸化后，IRF3二聚化并进入细胞核，以驱动I型干扰素的表达。新表达的I型干扰素通过与异二聚体受体IFNAR1/2结合，以自分泌和旁分泌方式发挥作用，然后激活Janus激酶1（JAK1）和酪氨酸激酶2（TYK2），导致信号转导子和转录激活子1（STAT1）和STAT2的磷酸化。STAT1/2异二聚体与IRF9结合，随后易位至细胞核，触发IFN刺激基因（ISG）的转录。在一定程度上，STING还募集IκB激酶（IKK），其磷酸化核因子-κB（NF-κB）抑制剂IκBα，导致NF-κB易位至细胞核，随后表达促炎细胞因子（如IL-6、TNF等）。

除了cGAS，STING信号通路的激活也可以由其他DNA传感器介导，这些传感器包括干扰素γ诱导蛋白16（IFI16）、DEAD盒解旋酶41（DDX41）、减数分裂重组11同系物A（MRE11）、DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）和DNA依赖性IRF激活剂（DAI）。

cGAS-STING信号通路已被证明参与了癌症免疫周期的不同阶段，激活这种胞浆DNA传感通路可以在多个方面促进癌症免疫周期。

STING激活诱导癌细胞死亡

癌细胞固有的cGAS-STING信号通路对抗癌免疫很重要，因为癌细胞中的胞浆DNA积累以cGAS-STI依赖的方式促进IFN-β的产生，从而抑制肿瘤生长并提高肿瘤对检查点阻断的敏感性，而癌细胞固有cGAS-STING信号的丢失导致T细胞浸润减少，对检查点阻断的抵抗力升高。cGAS-STING信号通路已被发现在多种癌症中被抑制，并且癌细胞固有cGAS/STING表达的下调也被证明与癌症患者的不良临床结果相关。癌细胞中STING的激活有助于癌细胞死亡和T细胞反应的诱导。

STING激活增强抗原加工和呈递

肿瘤微环境中肿瘤细胞衍生的DNA也可以通过吞噬作用被DC吸收，随后激活cGAS-STING途径，促进I型IFN的产生，该IFN增强DC成熟并介导T细胞的活化。

STING激活促进T细胞启动和激活

T细胞通常被认为是抗肿瘤免疫的主要参与者。然而，T细胞的启动和激活需要三种信号，包括主要组织相容性复合物上的肿瘤抗原（信号1）、共刺激分子（信号2）以及某些促炎细胞因子（信号3）。所有这些信号都可以通过激活STING途径来增强。

STING激活促进T细胞向肿瘤的归巢和浸润

T细胞从脉管系统向肿瘤微环境的外渗和迁移是T细胞识别并随后消除肿瘤细胞的先决条件。STING途径的激活以多种方式促进T细胞向肿瘤的运输和浸润。首先，DC中的STING途径激活以STING依赖的方式促进趋化因子CXCL9和CXCL10的表达，这两种因子对于T细胞向肿瘤中的运输都是必不可少的。此外，肿瘤内皮细胞中STING的激活上调内皮细胞上的粘附分子，如E-选择素、血管细胞粘附蛋白1（VCAM-1）和整合素配体细胞间粘附分子1（ICAM-1），增强T细胞从血管系统的外渗。

STING激活增强T细胞对癌细胞的识别和根除

癌细胞中STING的激活可以上调癌细胞上的MHC I类分子，改善肿瘤抗原呈递，从而促进其被细胞毒性T细胞识别和消除。相反，STING信号通路的缺陷使癌细胞免于细胞毒性T淋巴细胞的免疫识别，并限制其对细胞毒性T细胞裂解的敏感性。此外，用激动剂激活STING可增强肿瘤中细胞毒性T细胞的浸润和活性，有助于诱导肿瘤消退。

STING激活重塑免疫抑制肿瘤微环境

免疫抑制性肿瘤相关免疫细胞，包括肿瘤相关巨噬细胞、髓系衍生抑制细胞（MDSCs）和调节性T细胞，已被证明直接或间接抑制T细胞介导的免疫反应。事实上，STING的激活不仅使肿瘤相关巨噬细胞向抗肿瘤M1巨噬细胞极化，而且还将M2巨噬细胞重编程为M1巨噬细胞。此外，STING激活抑制MDSCs的扩张和T细胞抑制作用，同时诱导MDSCs产生髓系归巢趋化因子，从而抑制MDSCs的免疫抑制功能，并将大量免疫细胞如单核细胞、巨噬细胞和T细胞招募到肿瘤部位。STING激动剂还降低了肿瘤微环境中调节性T细胞的水平。

STING信号在抗肿瘤免疫应答中的关键作用使STING成为癌症免疫治疗的一个有吸引力的治疗靶点。因此，学术界和制药行业都对开发STING激动剂产生了新的兴趣。目前，已经报道了许多具有临床前益处的STING激动剂，其中一些已进入临床试验。

天然CDN STING激动剂

随着cGAS-STING信号通路的分子机制越来越明确，STING激动剂的开发一直集中在环状二核苷酸（CDNs）上，环状二核苷酸是STING的天然配体，如c-diGMP、c-diAMP、3′,3′-cGAMP以及2′,3′-cGAMP。天然CDN在临床前研究中显示出作为治疗性疫苗佐剂和免疫治疗剂的前景。然而，天然CDN的临床开发受到被磷酸二酯酶快速水解、胞浆递送不良以及缺乏激活所有人类STING亚型能力的限制。

合成CDN STING激动剂

由于天然CDNs在抗癌治疗中的缺点，人们开始努力开发基于CDN的STING合成激动剂，以提高其稳定性和治疗效果。其中，ADU-S100（MIW815）与未修饰的CDNs相比，其对小鼠和人类STING的亲和力更高。在肿瘤内注射后，ADU-S100不仅有效地消除了多种肿瘤类型，还诱导了强大的CD8+T细胞反应。然而，在一项针对晚期/转移性癌症患者的I期研究（NCT02675439）中，尽管ADU-S100被证明具有良好的耐受性并触发全身免疫激活，但ADU-S100作为单一疗法的临床活性有限。

除了ADU-S100，还设计了其他基于CDN的STING激动剂。MK-1454是一种新型修饰的CDN，由默克公司开发。在体外，MK-1454对STING表现出高亲和力，并显示出强烈的诱导IFN-β分泌的能力。此外，瘤内注射MK-1454诱导了肿瘤的完全消退，并增强了抗PD1治疗对小鼠同基因肿瘤模型的抗肿瘤作用。正在进行的临床试验评估了MK-1454联合Pembrolizumab治疗晚期实体瘤或淋巴瘤患者的安全性和有效性（NCT03010176）。初步数据表明，尽管MK-1454单药治疗无效，但MK-1454和Pembrolizumab的组合产生了令人鼓舞的疗效。基于这些数据，MK-1454联合Pembrolizumab治疗头颈部鳞状细胞癌患者的II期临床试验（NCT04220866）正在探索中，临床结果尚未公开。

此外，其他基于CDN的STING激动剂，包括SB11285、BI1387446和IMSA101，也正在进行临床评估。

小分子STING激动剂

与基于CDN的STING激动剂相比，小分子STING激动药具有一些明显的优势，如优越的药代动力学和简单的化学合成。因此，STING激动剂开发的重点已转向非CDN衍生的小分子STING激动剂。

最近，葛兰素史克（GlaxoSmithKline）的科学家通过高通量筛选确定了一系列基于氨基苯并咪唑（ABZI）的衍生物作为STING激动剂。它们在人外周血单核细胞（PBMC）中的STING激活能力是cGAMP的400倍，并且在小鼠PBMC中也显示出了有效的STING活化。静脉注射显著抑制了肿瘤生长，并提高了结直肠癌小鼠的存活率，80%的治疗小鼠在研究结束时达到了无瘤状态。

默克公司最近的一项研究报告了一种名为MSA-2的口服苯并噻吩STING激动剂，它触发了TBK1和IRF-3的磷酸化，并以STING依赖的方式在人单核细胞THP-1细胞中诱导分泌IFN-β。由于其低pKa，MSA-2在酸性肿瘤微环境中表现出比正常组织更高的细胞渗透性和效力，这表明MSA-2可以选择性靶向肿瘤组织，因此适合全身给药，这是相对于CDNs的显著优势。MSA-2在携带MC38同基因肿瘤的小鼠中显示出剂量依赖性抗肿瘤活性，并且在80%–100%的治疗小鼠中观察到完全的肿瘤消退。

除了以上提到的小分子STING激动剂外，还有几个未公开的小分子STING激动剂正在进行临床试验。其中，SNX281是一种具有良好药代动力学特性的新型STING激动剂。SNX281联合抗PD-1抗体在包括MC38、CT26和B16-F10的肿瘤模型中显示出显著的抗肿瘤活性和生存益处。目前，正在晚期实体瘤和淋巴瘤中进行单药和联合pembrolizumab的I期试验（NCT04609579）。此外，其他STING激动剂如TAK-676（NCT04420884）、GSK3745417（NCT05424380）和MK-2118（NCT03249792）也在I期试验中作为单药以及抗PD-1抗体联合疗法进行评估。

尽管STING激动剂的治疗潜力已在临床前和临床研究中得到证实，但STING激动剂的开发仍处于起步阶段，面临严重挑战，阻碍其临床开发。

首先，STING激活在癌症免疫中是一把双刃剑。STING的激活不仅促进T细胞启动和激活，同时激活STING也被证明可诱导免疫抑制分子如PD-L1和IDO的表达。令人惊讶的是，发现长期暴露于高剂量的STING激动剂可诱导T细胞凋亡，这与激动剂的预期效果完全相反，而低剂量的STING激动剂可引发强健的T细胞反应，并与免疫检查点抑制剂协同作用。因此，为了使STING激动剂获得最佳的抗肿瘤效果，有必要优化STING激动剂的剂量和给药时间，以避免过度刺激和负调节。

其次，由于STING基因的单核苷酸多态性，人类存在五种主要类型的STING变体，包括R232（57.9%）、HAQ（20.4%）、R232H（13.7%）、AQ（5.2%）和R293Q（1.5%）。这些人类STING变体已被证明对STING激动剂具有不同的反应性。此外，这些变体在不同人种中的分布不同，例如，HAQ变体在东亚人种中很常见，而在非洲人中很少见。因此，在招募患者进行临床试验时，应考虑STING变体在人群中的偏倚分布。总的来说，人类STING基因在人群中具有很大的异质性和偏倚分布，这对STING激动剂的开发构成了障碍。

第三，STING在许多细胞类型中广泛表达，包括癌细胞和非癌细胞。目前，尽管已经开发出适合全身给药的STING激动剂，但几乎所有激动剂都缺乏肿瘤特异性（MSA-2除外）。因此，STING激动剂的全身给药有可能无差别地系统性地激活STING，从而诱导肿瘤和非肿瘤组织中促炎细胞因子的分泌，甚至引发细胞因子风暴。因此，全身给药的STING激动剂应特异性靶向肿瘤组织，并在肿瘤微环境中引发抗肿瘤免疫反应，从而最大限度地提高抗肿瘤效力并减轻针对正常组织的副作用。

总之，cGAS-STING信号通路是一种重要的先天免疫通路，在癌症免疫监测中起着至关重要的作用。STING激活已被证明可以促进癌症免疫循环，并将免疫抑制肿瘤微环境转变为免疫支持的微环境。由于STING的免疫刺激作用，近年来已开发出多种STING激动剂，许多目前已进入临床试验。

然而，STING激动剂的发展仍面临许多挑战，包括STING信号的双重作用，以及STING的异质性和普遍表达。此外，我们对cGAS-STING信号通路的理解仍然有待深入。例如，目前尚不清楚癌症中cGAS-STING信号抑制的潜在机制。同样，STING激活如何诱导免疫抑制分子（包括PD-L1和IDO）的表达也尚未阐明。这些挑战和未知将有助于推动对这一途径的持续研究，这一领域新的发现将使STING激动剂在癌症免疫治疗中发挥更大的作用。

参考文献：

1. Targeting STING for cancer immunotherapy: From mechanisms to translation. Int Immunopharmacol.2022 Dec;113(Pt A):109304

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