Nature文章揭示细胞质中的染色质在衰老和癌症中触发炎症的机制 | 文献精读

前言：
染色质作是传统意义上调节基因表达和沉默的核实体。但是研究发现从衰老原代细胞的完整的细胞核上断裂的染色质片段出现在胞质中——一种与促炎反应相关的细胞终末期表现形式。

胞质染色质的功能尚不清楚。本研究揭示了胞质染色质通过激活cGas-Sting固有免疫通路在短期炎症中抑制原癌基因的激活而慢性炎症中却与组织破坏和癌症相关。胞质染色质-cGas-Sting通路在人和鼠的原代细胞中促进了衰老相关分泌表型。Sting缺陷小鼠表现出对癌基因RAS的免疫监视受损以及减少组织的电离辐射相关炎症。此外，在人类癌细胞中上述通路被激活并与促炎基因表达相关。总的来说，此研究表明，基因组DNA能够在衰老和癌症中用作启动促炎通路的储库。
靶向始终处于开启状态的炎性通路的分子可能有望治疗与多种疾病（特别是老化方面的疾病，如关节炎、动脉粥样硬化、神经退化、肥胖，甚至可能是头发灰白和脱发）相关的慢性炎症。

背景：

Lamin B1作为核纤层重要组成部分，提供了核内染色质锚定点或者形成包裹屏障

cGas酶结合CCF后下游产物会与Sting结合

文章概要：
一、正常细胞和癌细胞都具备cGas感受器来感受胞内染色质碎片；
二、cGas与Sting都位于ccf-cGas-Sting 炎症通路的关键位置，其中Sting还具备部分抗老化能力

第一部分：cGas-Sting在衰老细胞中的促炎机制

S1a-f：通过两种方式诱导细胞进入衰老状态后，通过衰老阳性对照染色标示出细胞核外的染色质片段（CCF）。并且s1d,s1e还表示出与CCF结合时的cGas的表现形式是聚集态。

S1b-c：在不同的原代细胞自然复制衰老中，CCF与SAHF均随衰老加重而表达上调。并且CCF与cGas的共定位阳性细胞比例也在衰老细胞中得到验证。

F1a：在三种老化模型中证明了胞质内染色质激活cGas（箭头所示）。

F1b：采用液相色谱-串联质谱法（左）
和串联质谱法（右）对cGAS催化产物cGAMP分别进行测定，证实cGAS的激活状态

S1c-j: WB证明原癌基因的激活所导致的衰老标志p16激活，Sting的同源二聚体激活、Sting的再分布现象、以及促炎因子IL1a表达升高

S2a-f: 证实原癌基因诱导和ＤＮＡ损伤诱导老化下游激活了NF-κ B而不是IRF3（可能是p38 MAPK被激活抑制干扰素所致，给予p38抑制剂可见 ）
S2g-i: 说明OIS（原癌基因诱导老化）的培养基中所含SASP(衰老相关分泌表型)中的IL1a可能起到了抑制干扰素的作用，推测可能与干扰素应答所引起的免疫检查点激活相关

F2a-c以及S3a-d: 干扰掉cGAS或者Sting，并不能缓解衰老表征，但是却能够缓解SASP（衰老相关分泌表型）

S3d-f: 干扰cGAS后，与对照组相比（采用GO分析），下调的基因类型：证实cGAS-Sting通路确实介导SASP相关分泌

F2f-h: cGAS与Sting确实在蛋白分泌水平对SASP有影响

S3i-k: cGAS与Sting不能逆转衰老，但是能够下调SASP基因表达
在清除了IFI16后，并没有抑制SASP（IL1、IL6、IL8）的表达
反复证明cGas Sting 通路在诱导和维持SASP当中的必要性

F2g,S4a-b: cGas Sting通路主要是影响了p-p65，而对p-ATM、p-p53、γ H2AX影响有限

S4c-d: cGas Sting通路影响p65入核，同时p65 chip也证实促炎因子启动子相关
上述结果说明cgas sting通路通过NFkb调节SASP

S4f-g: 过表达Lamin B1 减少ccf，sting二聚体、p65磷酸化、以及SASP表达

S4i-k: 外源性给予染色质碎片能够诱导cGas依赖的SASP激活

总结：ccf-cGas-Sting通路在人原代细胞中促进SASP分泌

S5a-b: 非致死量辐射小鼠（Sting-/-）:cGAMP 和胞质染色质片段出现在细胞中

F3a-b: 体内试验证实，ko小鼠中的IL1表达量低于WT。同时花白的毛色也显示出ko鼠更加年轻的状态

第二部分：cGas-Sting在癌症细胞中的促进机制。

F3c-d: 构建共表达Nras和活体报告基因的转座子（跳跃基因）以获得稳定且特异的Nras表达

S6b,F3e-f: Sting ko小鼠中免疫缺失（炎症反应轻），肿瘤细胞清除率低。同时在肝脏细胞中可见胞质染色质

S6 c-e: 比较WT和KO肝脏的老化指标：没有差异

S6f: sting ko小鼠的肝脏中sasp基因和免疫细胞标记聚集表达降低

F3g-h,S6g:活体示踪显示ko小鼠的肿瘤细胞清除能力缺陷。8个月后仍然可见瘤体。

S7a-e: 再恢复sting的表达后，能够重建细胞因子水平、炎症反应、以及免疫介导的抗癌功能。

总结：sting参与到了Ras介导sasp和免疫豁免作用中

F4a-c, S8a: 构建逃脱原癌基因诱导老化的永生细胞系：OIS-evaded。其特征是仍然保留了大量的染色质碎片以激活cGas。

F4e-f, Sb-c: 构建逃脱原癌基因诱导老化的永生细胞系：OIS-evaded。同时，cGas Sting通路仍然介导SASP通路

S8d-f: OIS-evaded：多种肿瘤细胞系证实衰老发生的同时，胞质染色质确实存在
同时被层连蛋白B1负性调节

S8g:促炎基因由cGas、Sting、lamin B1调节
S8h: 10种肿瘤细胞系证实染色质碎片与炎症因子表达相关

S9g: 数据库中比对不同Sting表达丰度的肿瘤细胞系中与促炎因子相关关键基因的表达差异情况：sting与促炎基因表达正相关；
同理比对lamin B1和促炎基因表达情况：lamin B1 与促炎因子负相关（实质为说明cGas与促炎基因）。

参考文献：

1 Dou Z, Ghosh K, Vizioli MG et al. Cytoplasmic chromatin triggers inflammation in senescence and cancer. Nature 2017; 550:402-406.

各位读者：