Путь cGAS/STING играет двойственную роль при раке. Он может запускать противоопухолевый иммунный ответ, но при определенных условиях способен, напротив, поддерживать рост опухоли, метастазирование и устойчивость к лечению.
В норме cGAS/STING помогает клеткам обнаруживать ДНК, которая оказалась в цитозоле — там, где ее обычно быть не должно. Белок cGAS связывается с такой ДНК и синтезирует сигнальную молекулу 2′3′-cGAMP. Она активирует белок STING, после чего клетка запускает выработку интерферонов I типа (ИФН) и других провоспалительных молекул.
Этот механизм работает и в микроокружении опухоли. Аномальная ДНК и cGAMP могут воздействовать на опухолевые, иммунные и стромальные клетки. В благоприятных условиях активация cGAS/STING усиливает противоопухолевый иммунитет: повышает выработку ИФН-I, улучшает способность дендритных клеток представлять опухолевые антигены и поддерживает цитотоксические ответы Т-клеток.
Однако сигнализация cGAS/STING может иметь и противоположный эффект. При длительной активации или активации в определенных типах клеток путь cGAS/STING может, напротив, способствовать прогрессированию опухоли и снижать эффективность терапии.
Эти результаты объясняют, почему прямые агонисты STING показали лишь ограниченную способность вызывать устойчивый противоопухолевый ответ. Новые терапевтические подходы должны быть направлены не только на усиление cGAS/STING, но и на более точное управление его активностью. Их задача — поддержать противоопухолевый ответ и одновременно избежать длительной или пагубно направленной сигнализации, которая может работать в пользу опухоли.
От чего зависит действие cGAS/STING при раке
Эффект cGAS/STING при раке определяется не только активацией этого сигнального пути, но и ее продолжительностью, доступностью источника активации, длительностью сигнала и механизмами его ограничения. Кратковременная активация может усиливать противоопухолевый иммунитет, тогда как хроническая — поддерживать воспаление и адаптацию опухолевых клеток к неблагоприятным условиям.
Источником активации cGAS/STING служит ДНК, которая оказывается в цитозоле из-за повреждения генома, хромосомной нестабильности или дисфункции митохондрий. При этом само появление ДНК в цитозоле еще не гарантирует иммунного ответа. cGAS активируется только тогда, когда может связаться с доступной ДНК в цитозоле. В микроядрах, которые образуются при хромосомной нестабильности, ДНК может быть плотно упакована в составе хроматина, что затрудняет ее распознавание cGAS. Кроме того, белок BAF конкурирует с cGAS за связывание с ДНК. Поэтому даже разрушение оболочки микроядра не всегда приводит к активации пути cGAS/STING.
Важную роль играет и внутриклеточное перемещение STING. Для продуктивного сигнала STING должен перейти из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи. Затем STING направляется в эндолизосомы, где разрушается, что ограничивает продолжительность сигнала. Сигнал cGAS/STING также ограничивают аутофагия, удаляющая цитозольную ДНК, и ферменты, которые разрушают активирующую STING молекулу cGAMP.
Противоопухолевые функции cGAS/STING
Сигнализация cGAS/STING действует одновременно в опухолевых и иммунных клетках. Особенно важны для противоопухолевого ответа классические дендритные клетки cDC1. Дендритные клетки распознают опухолевую ДНК через cGAS или получают cGAMP непосредственно из опухолевых клеток. cGAMP активирует STING и запускает выработку ИФН-I и других молекул иммунного ответа. В результате cDC1 эффективнее представляют опухолевые антигены, активируют CD8 Т-клетки и привлекают их в опухоль.
Активность cGAS/STING в cDC1 регулируют рецепторы иммунных контрольных точек. В частности, рецептор TIM-3 мешает дендритным клеткам поглощать внеклеточную ДНК, поэтому cGAS активируется слабее и снижается выработка ИФН-I. Блокада TIM-3 антителами восстанавливает поглощение ДНК и активирует cGAS/STING. В результате усиливается выработка ИФН-I, в опухоль проникает больше CD8 Т-клеток и противоопухолевый иммунный ответ становится более эффективным.
Сами опухолевые клетки также участвуют в противоопухолевом ответе. Повреждение ДНК и хромосомная нестабильность приводят к появлению ДНК в цитозоле и активации cGAS. Активация cGAS внутри опухоли приводит к образованию cGAMP, выработке ИФН-I и повышению активности генов, стимулируемых ИФН (ISG), что способствует иммуногенности опухоли.
cGAS/STING также участвует в подавлении роста клеток с поврежденной ДНК и их удалении, препятствуя онкогенной трансформации. Кроме того, в модели аденокарциномы легкого активность STING сдерживала развитие метастазов, а применение агонистов STING помогало устранять покоящиеся метастатические клетки и предотвращать возобновление их роста.
Сигнализация cGAS в опухолевых клетках оказывает противоопухолевое действие не за счет их прямого уничтожения. Опухолевые клетки вырабатывают cGAMP, который передается дендритным клеткам и активирует в них STING. Поэтому для эффективного противоопухолевого ответа особенно важно сочетание cGAS в опухолевых клетках и STING в иммунных клетках.
Путь cGAS/STING действует непосредственно в CD8 Т-клетках и влияет на их противоопухолевую активность. Умеренная и кратковременная активация этого пути поддерживает популяцию Т-клеток, способных длительно сохранять иммунный ответ, и препятствует их истощению. Удаление cGAS или STING, напротив, снижает способность Т-клеток размножаться, сохраняться в организме и контролировать опухоль.
Эффект cGAS/STING зависит от силы и продолжительности сигнала. Сильная или длительная активация STING нарушает функцию митохондрий и может приводить к гибели Т-клеток. Особенно чувствительны к этому длительно стимулируемые или истощенные Т-клетки. Напротив, слабая и кратковременная активация cGAS/STING помогает поддерживать CD8 Т-клетки, способные длительно сохранять противоопухолевую активность.
Активация cGAS/STING повышает способность NK-клеток уничтожать опухолевые клетки, а в эндотелии способствует нормализации опухолевых сосудов и проникновению иммунных клеток в опухоль. Однако длительная активация cGAS/STING в опухолевых клетках может давать противоположный эффект — стимулировать образование патологических сосудов.
Кроме того, cGAS/STING может поддерживать образование третичных лимфоидных структур, наличие которых связано с лучшим ответом на иммунотерапию.
Проопухолевая, прометастатическая, имуносупрессивная роль cGAS/STING
Хотя ограниченная активация пути cGAS/STING запускает противоопухолевый ответ, хроническая или нарушенная сигнализация способствует прогрессированию опухоли, метастазированию и нарушению иммунной функции.
При хромосомной нестабильности в опухолевых клетках постоянно образуются микроядра и появляется ДНК в цитозоле, что приводит к длительной активации cGAS/STING. В этих условиях вместо противоопухолевого ответа стимулируется хроническое воспаление, которое способствует выживанию и распространению опухолевых клеток.
В частности, длительная активация cGAS/STING усиливает неканонический путь NF-κB, связанный с инвазией и метастазированием. При трижды негативном раке молочной железы она также стимулирует сигнальный путь IL-6/STAT3, который защищает опухолевые клетки от гибели. Кроме того, при хронической активации клетки постепенно слабее реагируют на ИФН-I.
Помимо обнаружения цитозольной ДНК, cGAS также способствует нестабильности генома и развитию опухолей независимо от сигнализации STING. При повреждении ДНК cGAS перемещается в ядро и мешает работе механизмов репарации ДНК, что увеличивает количество генетических нарушений и может способствовать прогрессированию опухоли.
При некоторых условиях активация cGAS/STING не усиливает, а подавляет противоопухолевый иммунитет. Сильная активация STING нарушает функцию митохондрий Т-клеток, снижает их способность к размножению и выживанию, а также может способствовать образованию регуляторных Т-клеток, тем самым снижая инфильтрацию CD8 T-клеток и противоопухолевую активность. Кроме того, системная или опухолевая активация STING увеличивает количество регуляторных B-клеток, производящих IL-35, которые подавляют пролиферацию NK-клеток и цитотоксическую функцию, способствуя уклонению от иммунитета и прогрессированию опухоли.
Активация STING также может привлекать в опухоль иммуносупрессивные миелоидные клетки и повышать экспрессию PD-L1, что способствует устойчивости к терапии агонистами STING, создавая более толерантную нишу для опухолевых клеток. Кроме того, при метастазах в мозге передача cGAMP от опухолевых клеток астроцитам активирует STING и запускает выработку провоспалительных цитокинов, включая ИФН-α и TNF, которые в этих условиях повышают выживаемость опухолевых клеток и их устойчивость к химиотерапии.
Таким образом, в определенных условиях активация cGAS/STING может создавать среду, которая ослабляет противоопухолевый иммунитет и способствует прогрессированию рака.
Путь cGAS/STING — терапевтическая мишень при раке
Терапевтические стратегии можно разделить на четыре категории:
- прямые агонисты STING;
- усиление внеклеточной сигнализации cGAMP;
- внутренняя активация опухолей через повреждение ДНК;
- вирусные/онколитические платформы.
Прямые агонисты STING
Клинические исследования показали, что прямые агонисты STING успешно активируют врожденный иммунный ответ, однако у пациентов с запущенными солидными опухолями это редко приводит к устойчивому уменьшению опухоли. Добавление ингибиторов PD-1 несколько повышало эффективность при отдельных типах рака, но устойчивый системный контроль наблюдался редко.
Системные агонисты STING позволили улучшить доставку препарата, однако их применение ограничивает воспалительная токсичность. Поэтому сейчас разрабатываются препараты, которые доставляют агонисты STING непосредственно в опухоль с помощью антител: такой подход позволяет активировать STING в опухолевой ткани и уменьшить системное воспаление.
Таким образом, фармакологической активации STING самой по себе недостаточно для длительного противоопухолевого эффекта. Его ограничивают быстрое прекращение сигнализации, снижение чувствительности к повторной стимуляции ИФН-I и включение механизмов, подавляющих иммунный ответ.
Усиление внеклеточной сигнализации cGAMP
Опухолевые клетки могут выделять cGAMP, который активирует STING в соседних дендритных клетках и макрофагах и стимулирует противоопухолевый ответ. Фермент ENPP1 разрушает внеклеточный cGAMP и ограничивает эту межклеточную сигнализацию.
В доклинических моделях блокада ENPP1 повышала уровень cGAMP, усиливала иммунный ответ и повышала эффективность лучевой терапии и ингибиторов иммунных контрольных точек. Ингибитор ENPP1 ISM5939 уже изучается в клиническом исследовании I фазы, однако данных о его эффективности у пациентов пока нет.
Внутренняя активация опухолей через повреждение ДНК
Лучевая терапия и препараты, нарушающие репарацию ДНК, увеличивают количество поврежденной ДНК в цитозоле опухолевых клеток и тем самым могут активировать cGAS/STING. Этот механизм способствует выработке ИФН-I, привлечению Т-клеток в опухоль и усилению противоопухолевого иммунного ответа. При этом эффект лучевой терапии зависит от дозы: слишком высокая доза активирует фермент TREX1, который ограничивает накопление цитозольной ДНК и ослабляет сигнализацию cGAS/STING.
Сходный эффект показан для ингибиторов PARP и ATR — белков, которые участвуют в ответе клетки на повреждение ДНК и помогают сохранять целостность генома. В доклинических исследованиях ингибиторы PARP и ATR активировали cGAS/STING и повышали чувствительность опухолей к блокаде иммунных контрольных точек. Клинические исследования комбинации ингибиторов PARP с иммунотерапией также показали противоопухолевую эффективность, однако роль cGAS/STING в этом эффекте еще требует подтверждения.
Основной нерешенный вопрос — какие пациенты получат наибольшую пользу от этого терапевтического подхода. Чтобы ответить на него, необходимо определить биомаркеры, отражающие активность cGAS/STING, накопление цитозольной ДНК и уровни ИФН-I в опухоли и периферической крови.
Вирусные/онколитические платформы
Онколитические вирусы и вирусные векторы могут активировать cGAS/STING и другие механизмы врожденного иммунитета. При этом терапевтический эффект связан не только с разрушением опухолевых клеток вирусом, но и с запуском иммунного ответа. В доклинических моделях даже неспособные к размножению вирусы вызывали выраженный ответ ИФН-I и активировали противоопухолевые Т-клетки.
Клинические результаты различаются в зависимости от вирусной платформы и типа опухоли. T-VEC — онколитический вирус на основе генетически модифицированного вируса простого герпеса 1 типа — уже применяется при меланоме, а аденовирусные и другие герпесвирусные платформы показали эффективность при глиобластоме и раке мочевого пузыря. Однако их комбинации с ингибиторами иммунных контрольных точек не всегда улучшали результаты лечения.
Важное преимущество вирусных платформ состоит в том, что они могут активировать несколько механизмов врожденного иммунитета одновременно. Поэтому вирусные платформы способны запускать иммунный ответ даже при нарушении сигнализации cGAS/STING в опухолевых клетках.
Источник
The cGAS/STING pathway in cancer: translating innate DNA sensing into therapeutic potential
