Molecular Cell：尚桂军/高福等团队合作揭示STING的自我抑制和激活机制

STING由N端的跨膜结构域（TMD）和C端的胞质配体结合结构域（LBD）组成。以往的研究发现，STING定位在内质网上，以同源二聚体的形式存在，而LBD处于开放状态。与cGAMP结合后，STING的LBD相对于TMD顺时针旋转180°，并形成一个盖子结构，将配体包在其中。分析还发现活化的STING形成更高阶的寡聚体，但STING-cGAMP复合物组装的细节仍不清楚。

内质网滞留对维持STING的非活性状态至关重要，而STING的异常转运会导致其以不依赖配体的方式激活。由于STING没有明显的内质网滞留信号，STIM1蛋白被认为是STING的结合伙伴，使其滞留在内质网上。近年来报道了几例婴儿STING相关血管病变（SAVI）患者，他们的STING被组成型激活。于是，研究人员想了解STING如何被抑制以及如何滞留在内质网上。

研究人员首先通过非变性凝胶电泳（native PAGE）实验，发现多个物种的STING在静息状态下以寡聚体形式存在。apo-STING（未结合配体的）寡聚体在非变性胶中不稳定，而cGAMP刺激能够提高STING寡聚体的稳定性。通过冷冻电镜分析，他们发现apo-STING表现出一种头对头和肩并肩的双层结构，像拉链一样将内质网两层膜连在一起（图1）。此外，这种类型的STING组装也出现在鸡、牛和猪等其他物种中，表明这种组装方式在进化上是保守的。

apo-STING寡聚体的结构^[1]

通过对寡聚体结构的进一步分析，研究人员发现只有每个STING二聚体的LBD介导了相互作用，而TMD没有参与，彼此之间的距离约为15A°。LBD α2螺旋与α3螺旋之间的环（LBDα2-α3 loop）介导了apo-STING寡聚体的肩并肩组装。有研究表明位于STING二聚体的突变会以推动LBD的旋转，从而导致STING的异常激活，而引入外源点突变的STING很难解释这种现象，为了更好的确认这些位点突变的影响，作者委托赛业生物进行THP-1/STING点突变细胞株的构建，模拟STING内源突变是否导致会以不依赖cGAMP的方式激活STING。

将Q273残基突变为E273残基后，研究人员发现STING通路的基础磷酸化水平要高得多，且IFN-β活性升高，即使没有cGAMP的刺激，STING foci的形成也会增加。当S275突变为N275时，蛋白变体在没有cGAMP的情况下变得高度激活，表明这一替换极大破坏了STING自我抑制构象的稳定性。这些结果显示，LBDα2-α3 loop在维持STING的自我抑制方面起着重要作用。

在头对头的STING相互作用中，由残基L230和P231组成的疏水性LP motif发挥了关键作用。令人惊讶的是，他们发现非活性状态的STING采用了一种封闭构象，带有一个盖子，与以往的开放构象形成了鲜明的对比。其中，一个单体内的LP motif由于翻转90°导致盖子区域内经典LBDβ2-β3 loop中的返回链与非经典LBDβ2-β3 loop中的起始链之间形成平行β折叠片层结构，而不同于结合cGAMP后的反平行β折叠片层结构（图2）。这种由LP motif和LBD的疏水裂隙介导的头对头相互作用将STING的两层粘在一起。

apo-STING双层的头对头相互作用^[1]

2.STING-cGAMP复合物的结构

此外，通过晶体堆积分析和冷冻电镜研究，研究人员发现STING-cGAMP复合物通过肩并肩堆积形成了多聚结构（图3）。高分辨率的电镜图像显示，STING-cGAMP复合物的整体结构从侧面看呈弯曲状。其他多个物种的STING-cGAMP复合物结构也类似，表明这种构象在进化上是保守的。相邻的STING二聚体之间的相互作用不仅发生在LBD上，也存在于TMD之间。

STING-cGAMP复合物的整体结构^[1]

根据前面的分析，STING在静息和活化状态下都能形成寡聚体，明显的区别在于，自我抑制的STING形成了双层丝状结构，而活化的STING则形成弯曲的单层丝状结构。STING的静息状态是由LBD通过顺式和反式的头对头和肩并肩堆积来维持的，而STING的活化状态则仅通过顺式LBD和TMD的相互作用来稳定。尽管STING的两种状态都采用封闭构象，但这两个盖子的构象是不同的（图2）。

在比较两种状态下的结构后，研究人员认为弯曲的STING寡聚体可以使内质网膜变形，并推动STING向前运输。相比之下，在静息状态下，STING的双层结构让两层平行的内质网膜紧密接触，使得STING滞留在内质网中。这些结果表明，apo-STING寡聚体结构代表了STING的自我抑制状态，而LBD在维持其自我抑制方面起了重要作用。

综上所述，研究人员发现apo-STING在静息状态下形成双层结构的寡聚体，将内质网的两层膜连在一起，STING据此完成了内质网滞留和自我抑制。活化的STING则采用弯曲的构象，使内质网膜变形，便于其前向运输。这种自我抑制和活化的结构为人们了解STING的生理和病理作用提供了大量信息，并为合理设计药物以控制STING活性提供了可能。