《SCIENCE ADVANCES》：PROTAC-based synthetic lethality strategy endogenously activates systemic STING to boost antitumor immunity
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為克服傳統STING激動劑生物利用度低、腫瘤選擇性差等問題，本研究巧妙利用PROTAC技術同時降解PARP1和BRD4，誘導合成致死，破壞DNA修復機制，驅動核內DNA泄漏至胞質，從而激活cGAS-STING天然免疫通路。該策略在多種腫瘤模型中展現出優異的抗腫瘤功效，并能夠抑制肺轉移進展，為下一代癌癥免疫治療提供了新范式。
在癌癥免疫治療的戰場上，激活患者自身的免疫系統來攻擊腫瘤是一個充滿前景的方向。其中，STING通路扮演著“警報器”的關鍵角色，它能感應到細胞內的異常DNA并拉響警報，召集自然殺傷細胞和T細胞等“免疫部隊”對腫瘤發起攻擊。然而，現有的“人工警報器”——外源性STING激動劑——卻存在諸多局限：它們通常需要直接注射到腫瘤內部，系統給藥效果不佳，且設計和優化平衡其活性與選擇性是一項艱巨挑戰。那么，有沒有可能巧妙地利用腫瘤細胞自身的“故障”，來觸發這個天然的“警報系統”呢？
這正是發表于《SCIENCE ADVANCES》的這項研究試圖解答的核心問題。研究人員將目光投向了細胞內源性激活STING通路的核心——胞質DNA的積累。當細胞核DNA因損傷而產生碎片并泄漏到細胞質中時，就會被cGAS蛋白識別，進而激活下游的STING通路。但腫瘤細胞擁有強大的DNA損傷修復能力，就像一支高效的“維修隊”，能及時清理這些碎片，防止警報被拉響。因此，要觸發強效免疫反應，就必須突破這道修復防線。
為此，研究團隊設計了一個精妙的“組合拳”策略。他們利用了新興的PROTAC（蛋白降解靶向嵌合體）技術，這是一種能像“特洛伊木馬”一樣，將特定的目標蛋白標記上“降解標簽”，從而引導細胞自身的蛋白酶體將其徹底銷毀的分子。在這項工作中，研究人員合成了兩種PROTAC分子：PROP和PROB，分別用于降解兩個關鍵的DNA修復相關蛋白——PARP1和BRD4。PARP1是DNA單鏈斷裂修復的核心蛋白，而BRD4則是一個表觀遺傳調控因子，能控制同源重組修復等關鍵DNA修復基因的表達。當兩者被同時降解時，就如同同時拆掉了“維修隊”的兩大核心工具，導致DNA損傷無法修復，大量DNA碎片在細胞內堆積并泄漏到細胞質中，最終超越閾值，強力激活cGAS-STING通路。
為了驗證這一策略，研究人員運用了多種關鍵技術方法。在機制驗證層面，他們通過蛋白質印跡和免疫熒光技術確認了PROTAC分子在多種腫瘤細胞系中能有效降解PARP1和BRD4；通過彗星實驗和γ-H2AX免疫熒光檢測DNA損傷程度；通過酶聯免疫吸附測定檢測胞質DNA積累觸發的第二信使cGAMP和下游效應分子干擾素-β的產生。在功能研究層面，他們利用克隆形成實驗和細胞毒性實驗評估合成致死效應；通過流式細胞術分析樹突狀細胞成熟、T細胞和NK細胞活化以及免疫檢查點蛋白PD-L1的表達變化。在動物模型驗證中，研究構建了B16F10、4T1、CT26等多種小鼠皮下移植瘤模型以及B16F10-Luc肺轉移模型，并使用免疫健全的C57BL/6、BALB/c小鼠以及免疫缺陷的NCG小鼠進行對比，以闡明免疫系統在治療中的關鍵作用。藥物輸送方面，研究人員將兩種PROTAC封裝進脂質納米顆粒中形成LNP@PROP+B，以實現系統給藥和腫瘤靶向。此外，還通過轉錄組測序分析治療后的基因表達變化。
PROP+B有效降解靶蛋白并誘導DNA損傷
研究人員成功合成了PROP和PROB。實驗表明，兩者聯合使用能在B16F10、4T1、H22等多種小鼠腫瘤細胞系中有效且特異地降解PARP1和BRD4蛋白。這種雙靶點降解導致了顯著的DNA損傷，表現為DNA雙鏈斷裂標志物γ-H2AX的水平顯著升高，以及彗星實驗中明顯的DNA拖尾現象，證明修復機制被破壞后基因組不穩定性急劇增加。
胞質DNA釋放
正如理論所預測，PROP+B處理在多種腫瘤細胞中引發了強烈的胞質雙鏈DNA聚集，其積累水平顯著高于單藥處理組。這為后續激活天然免疫通路提供了關鍵的“觸發器”。
cGAS-STING通路在腫瘤細胞中被激活
胞質DNA的積累成功啟動了完整的cGAS-STING信號級聯反應。檢測發現，經PROP+B處理的腫瘤細胞內cGAMP水平顯著升高，同時cGAS蛋白表達上調，STING及其下游轉錄因子IRF3發生磷酸化，最終導致I型干擾素IFN-β的大量分泌。值得注意的是，雖然PARP1降解會伴隨免疫抑制分子PD-L1的上調，但同時降解BRD4可以逆轉這一效應，從而在激活免疫的同時避免免疫逃逸。
cGAS-STING通路在免疫細胞中被激活
研究進一步發現，經PROP+B處理的腫瘤細胞不僅能“自主”激活STING通路，還能通過釋放信號“教育”周邊的免疫細胞。當與樹突狀細胞或巨噬細胞共培養時，腫瘤細胞釋放的胞質DNA和cGAMP能擴散至免疫細胞，同樣激活其內部的STING通路，并促進這些抗原提呈細胞的成熟，為啟動適應性免疫應答做好準備。
PROP+B在多種癌癥譜系中顯示合成致死效應
體外細胞毒性實驗和克隆形成實驗證明，LNP@PROP+B在BRCA1/2野生型等多種腫瘤細胞中均能產生強烈的合成致死效應，其協同作用指數小于1，表明雙藥聯用具有顯著協同增效作用。
LNP@PROP+B的系統給藥在體內顯示出強大的抗腫瘤效果
在B16F10黑色素瘤、4T1乳腺癌和CT26結腸癌等多種小鼠模型中，靜脈注射LNP@PROP+B能顯著抑制腫瘤生長，延長小鼠生存期，并誘導部分小鼠長期存活。腫瘤組織分析證實，治療后腫瘤內PARP1和BRD4被有效降解，DNA損傷標志物γ-H2AX升高，cGAS-STING通路被激活。在免疫缺陷的NCG小鼠模型中，該療法的效果大打折扣，證明其療效高度依賴完整的免疫系統。
系統性STING通路激活用于抗腫瘤免疫治療
深入的免疫分析揭示了該療法起效的機制。治療后，腫瘤引流淋巴結中的樹突狀細胞成熟比例顯著增加。腫瘤和脾臟中浸潤的細胞毒性CD8+T細胞和自然殺傷細胞數量大幅上升，并且這些細胞高表達效應分子IFN-γ和顆粒酶B，表明其處于高度活化的殺傷狀態。同時，腫瘤微環境中的調節性T細胞比例下降。通過抗體清除CD8+T細胞和NK細胞的實驗進一步證實，這兩種免疫細胞對于LNP@PROP+B介導的腫瘤抑制是不可或缺的。
LNP@PROP+B引發系統性免疫記憶
在B16F10肺轉移模型中，LNP@PROP+B治療能有效抑制肺部轉移結節的生長。治療后小鼠脾臟中不僅效應T細胞增多，更重要的是形成了大量的中樞記憶T細胞和效應記憶T細胞，這表明該療法有潛力誘導長期的免疫記憶，防止腫瘤復發和轉移。轉錄組分析也印證，治療后的腫瘤組織在基因水平上顯示出免疫激活通路上調和DNA修復通路抑制的特征。
研究結論與意義
本研究成功開發了一種創新的癌癥免疫治療策略：通過PROTAC技術同時降解PARP1和BRD4，在腫瘤細胞內誘導合成致死，破壞DNA修復屏障，驅動內源性胞質DNA積累，從而突破閾值激活cGAS-STING天然免疫通路。這項工作在多個層面具有重要意義。首先，它提出了一種全新的STING通路激活思路，即從外部“給藥激活”轉變為內部“誘導激活”，解決了傳統激動劑的遞送和選擇性難題。其次，它將合成致死（一種直接殺傷腫瘤細胞的策略）與免疫原性應激反應（一種調動全身免疫的策略）戰略性整合，實現了“1+1>2”的協同抗腫瘤效果。再者，該策略不依賴于腫瘤先天的同源重組修復缺陷狀態，通過降解BRD4創造“獲得性”修復缺陷，有望擴大受益患者人群。最后，研究在多種免疫特性不同的腫瘤模型中都驗證了療效，展示了其廣譜應用潛力。這項研究不僅為克服當前STING靶向治療的瓶頸提供了新范式，也為PROTAC技術在免疫治療領域的應用開辟了新方向，是邁向下一代癌癥免疫療法的重要一步。
