摘 要

生物体内存在有模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs），天然免疫系统能够借助这些模式识别受体监测细胞内外的病原微生物以及自身细胞的受损成分。其中cGAS-STING抗病毒天然免疫信号通路占据着重要地位。

cGAS全名为环鸟苷酸-腺苷酸合成酶，是一种核苷酸转移酶。cGAS结构包含一个高度保守核苷酸转移酶结构域和两个DNA结合域，可以用来识别并结合胞质中的DNA，后构象改变催化GTP、ATP合成cGAMP。合成的cGAMP随后会被IRF3活化介导子（stimulator of interferon genes，STING）所识别并结合。

由TMEM173基因编码，含有378个氨基酸的STING是一种多功能接头蛋白。它的氨基端存在跨膜区域，可以锚定到内质网膜上，而其羧基端则延伸向细胞质。在被cGAMP激活后，STING构象会发生，随后开始招募并激活TBK1、IRF3。随后活化的IRF3二聚化入核，调节诱导I型干扰素与细胞因子的转录表达。

近些年来，有关cGAS-STING抗病毒天然免疫信号通路的报道研究越来越多。研究发现，不仅外源DNA可以激活cGAS-STING信号通路，异常积累的自身DNA也会激活这条通路，从而引发炎症和免疫疾病。研究表明，对cGAS-STING信号通路进行不同类型、不同程度的干扰，可以影响病原微生物感染、肿瘤、炎症性免疫疾病的治疗。由此可见，我们需要全方面深入理解cGAS-STING通路的激活机制，了解该通路与相关疾病之间的治疗关系。基于这些，我们可以对cGAS-STING信号通路进行适当调节，从而可以治疗这些疾病。本文中，我们对一系列激酶进行了筛选，发现其中几种激酶可能对cGAS-STING通路存在磷酸化修饰。除此之外，本文还总结了近些年来有关cGAS-STING通路的调节机制，有助于我们深入理解cGAS-STING信号通路，为自身免疫疾病及肿瘤免疫的药物设计提供了理论基础。

关键词：天然免疫；cGAS；STING；激酶

Abstract

In the host, the innate immune system can use pattern-recognition receptors to monitor and detect pathogens and damaged components of self cells. And, in antiviral innate immune signaling pathway, cGAS-STING pathway plays an important role.

cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) belongs to the nucleotide transferase family. CGAS has a highly conserved nucleotide transferase domain and two DNA binding domains, binding to intracellular DNA and then converts GTP and ATP into cGAMP. Then the cGAMP product binds to the stimulator of interferon genes (STING).

Encoded by the gene TMEM173, STING consists of 378 amino acids. STING is anchored to the endoplasmic reticulum membrane through the amino-terminal transmembrane region, and its carboxy-terminal extends to the cytoplasm. After being activated by cGAMP, STING undergoes a conformational change, followed by recruiting and activating of TBK1 and IRF3. Then activated IRF3 was dimerized into the nucleus, and regulated the expression of type I interferon and cytokines.

Recently more and more studies about the cGAS-STING pathway have been reported. Studies have found that the cGAS-STING pathway not only can be activated by exogenous DNA, but aslo can be activated by self DNA, which leading to autoinflammation and autoimmune diseases. Researches have shown that specific interference with the activation of the cGAS-STING pathway may affect the treatment of pathogen infection, tumor and immune diseases. Therefore, we should well understand the activation mechanism of cGAS-STING pathway and its therapeutic relationship with diseases, and then properly regulate the cGAS-STING pathway. In this paper, we filtrated a series of kinases and found several of them which may phosphorylate the cGAS-STING pathway. In addition, this paper also summarized the regulatory mechanism of cGAS-STING pathway, which can help us to understand the cGAS-STING pathway and provide a theoretical basis for drug design of autoimmune diseases and tumor immunity.

Key Words：innate immune；cGAS；STING；kinase

目 录

第1章 绪论 1

1.1 天然免疫系统 1

1.2 cGAS-STING抗病毒天然免疫信号通路 2

1.2.1 cGAS 2

1.2.2 STING 2

1.3 激酶 3

1.4 研究目的与内容 3

第2章 材料与方法 4

2.1 实验材料 4

2.1.1 细胞和激酶 4

2.1.2 试剂及相关配方 4

2.1.3 仪器耗材 5

2.2 实验方法 5

2.2.1 细胞培养及传代 5

2.2.2 细胞转染 5

2.2.3 免疫印迹（Western Blot） 6

第3章 实验结果与分析 7

3.1 cGAS与激酶共转 7

3.2 STING与激酶共转 8

第4章 讨论 9

4.1 cGAS-STING信号通路的激活 9

4.2 cGAS-STING信号通路的调节 9

4.2.1 DNA与cGAS 10

4.2.2 磷酸化修饰 10

4.2.3 SUMO化修饰 11

4.2.4 谷氨酰化修饰 11

4.2.5 泛素化修饰 12

4.2.6 蛋白质相互作用 12

4.2.7 STING、TBK1及IRF3的调控机制 13

第5章 结论 14

参考文献 16

致谢 20

第1章 绪论

1.1 天然免疫系统

天然免疫又被称为固有免疫或是非特异性免疫。它是生物体在漫长的历史长河中，为了适应生存环境，而不断发育、进化的结果。天然免疫系统是生物体与生俱来的，它是生物体赖以生存的关键所在。而与之相对的适应性免疫则需要经历一个免疫过程才能够获得，可以看出天然免疫是整个生物体免疫系统的重要基石。同样，天然免疫是机体在抵御病原体入侵感染时的第一道防线，在病原微生物入侵感染机体时，它能够迅速反应，产生免疫应答，同时天然免疫在适应性免疫的启动和效应过程中具有关键作用^[1]。

天然免疫系统通过多种组分构建了免疫防御体系，用来区分识别非我的细胞及物质，抵御外来的伤害。天然免疫系统是由组织屏障，免疫细胞，免疫分子这三个组分共同构成的。面对病原微生物的入侵，这些免疫组分共同作用，相互调节，从而维持机体的稳定。

在抵御病原体的感染时，生物体内的天然免疫系统需要利用模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）来监测并发现细胞内的病原体以及自身细胞的受损成分^[2]。模式识别受体PRRs监控着细胞内外和细胞核内的环境情况，可以预防感染。然而当模式识别受体PRRs检测识别到病原微生物及其相关的产物后，受体就会被迅速激活，触发相关的抗病毒信号通路，产生细胞因子协调天然免疫系统的防御，同时可以激活适应性免疫系统，两者共同抵御病原体的入侵。