在渐冻症中，异常积累的TDP-43可损伤线粒体，促使线粒体DNA进入细胞质。cGAS识别这些异常DNA后生成2′,3′-cGAMP并激活STING，继而启动TBK1–IRF3和NF-κB信号，将线粒体损伤转化为持续性神经炎症。cGAS–STING通路由此成为连接TDP-43病理与运动神经元损伤的重要分子轴。

        关键词：肌萎缩侧索硬化症；TDP-43；线粒体DNA；cGAS；STING；TBK1；IRF3；神经炎症

1 渐冻症与TDP-43病理

1.1 运动神经元为什么会持续退变

        肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一种以大脑皮质、脑干和脊髓运动神经元进行性丢失为主要特征的神经退行性疾病。运动神经元受损后，神经冲动无法正常传递至骨骼肌，患者逐渐出现肌无力、肌萎缩、吞咽困难和呼吸功能衰竭。

        ALS并非由单一分子异常引起。蛋白质稳态破坏、RNA代谢异常、轴突运输障碍、谷氨酸兴奋性毒性、线粒体功能障碍和神经炎症可同时存在，并在疾病进展过程中相互放大。

1.2 TDP-43的正常功能与病理转变

（1）正常TDP-43主要位于细胞核

        TAR DNA结合蛋白43（TAR DNA-binding protein 43，TDP-43）是一种DNA/RNA结合蛋白，正常情况下主要分布于细胞核，参与前体mRNA剪接、RNA稳定性调节、RNA运输和转录控制。TDP-43可在细胞核与细胞质之间动态穿梭，其定位受到严格调控。

（2）核内缺失与胞质聚集同时发生

        多数ALS病例可观察到TDP-43从细胞核向细胞质错误转位，并形成磷酸化、泛素化和异常切割的蛋白聚集体。这一变化同时造成两类后果：细胞核内TDP-43正常RNA调控功能下降，以及细胞质中异常TDP-43产生毒性功能。

（3）线粒体是TDP-43毒性的重要作用位点

        部分异常TDP-43可进入线粒体，干扰呼吸链、膜电位、ATP生成和活性氧平衡。线粒体内膜和外膜稳态受到破坏后，原本被限制在线粒体内部的线粒体DNA可能进入细胞质，并被先天免疫系统识别。

2 cGAS–STING通路如何识别异常DNA

2.1 cGAS是细胞质DNA传感器

        环状GMP-AMP合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）是一种胞质DNA传感器。正常细胞质中几乎不存在游离双链DNA；病毒DNA、细菌DNA、受损细胞核DNA或线粒体DNA进入细胞质后，均可能被cGAS识别。

        cGAS主要根据DNA的空间位置、双链结构和长度产生响应，而不是依赖特定核苷酸序列。这种识别方式有利于快速发现病原体，也意味着细胞自身DNA一旦出现在错误区室，同样可能触发炎症。

2.2 cGAS如何生成2′,3′-cGAMP

        双链DNA与cGAS结合后可促进cGAS二聚化和高阶聚集，使其催化结构域进入活化状态。活化的cGAS以ATP和GTP为底物，合成同时含有2′–5′和3′–5′磷酸二酯键的2′,3′-环状GMP-AMP（2′,3′-cGAMP）。

        2′,3′-cGAMP不是一般代谢中间体，而是负责传递胞质DNA信号的第二信使。它将“胞质中出现异常DNA”这一空间信息转化为可被下游膜蛋白识别的化学信号。

2.3 STING如何完成信号转导

（1）配体结合与构象变化

        干扰素基因刺激蛋白（stimulator of interferon genes，STING）是一种定位于内质网膜的跨膜衔接蛋白。2′,3′-cGAMP与STING胞质结构域结合后，可促使STING二聚体发生构象闭合并形成更高阶复合物。

（2）从内质网迁移至高尔基体

        活化后的STING离开内质网，经ER–Golgi中间区运输至高尔基体。STING在高尔基体发生棕榈酰化和聚集，这些变化是形成下游信号平台的重要步骤。未能完成正确转运或棕榈酰化的STING通常难以持续激活TBK1。

（3）激活TBK1–IRF3与NF-κB

        高尔基体上的STING募集TANK结合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）。TBK1可磷酸化STING羧基末端及干扰素调节因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3），促使IRF3二聚化并进入细胞核，诱导IFN-β及干扰素刺激基因表达。STING还可激活NF-κB相关信号，促进TNF、IL-6及其他炎症介质表达。

2.4 STING信号如何终止

        持续活化的STING会从高尔基体继续转运至内体和溶酶体，并通过降解限制信号强度。STING转运既是启动信号的必要条件，也是关闭信号的重要组成部分。若转运、降解或负反馈机制受损，短暂的DNA应答可能转变为持续性炎症。

3 TDP-43如何激活cGAS–STING通路

3.1 异常TDP-43破坏线粒体稳态

        进入线粒体的TDP-43可影响线粒体RNA代谢、呼吸链功能和氧化磷酸化，造成ATP生成下降、活性氧升高及膜电位异常。线粒体持续处于应激状态时，其膜结构和离子稳态逐渐失去控制，为线粒体内容物外泄创造条件。

3.2 mPTP介导线粒体DNA释放

        线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）持续开放可增加线粒体内膜通透性，引起基质肿胀、膜电位崩溃和能量代谢障碍。在TDP-43相关应激中，mPTP参与线粒体DNA向细胞质释放。

        mtDNA通常被限制在线粒体基质及类核结构中，不会直接接触胞质cGAS。进入细胞质后，mtDNA的身份没有发生变化，但其空间位置已经异常。cGAS将这种区室错位识别为危险信号，启动2′,3′-cGAMP合成。

3.3 TDP-43–mtDNA–cGAS–STING信号轴

        TDP-43相关信号过程可概括为：TDP-43异常积累→TDP-43进入线粒体→线粒体功能和膜稳态受损→mPTP介导mtDNA释放→cGAS合成2′,3′-cGAMP→STING活化→TBK1–IRF3和NF-κB信号增强。该信号轴将蛋白质聚集、细胞器损伤和先天免疫反应连接起来，使TDP-43病理从细胞内部扩展至炎症信号网络。

4 cGAS–STING如何放大神经炎症

4.1 Ⅰ型干扰素反应

        STING激活后，TBK1介导IRF3磷酸化，促进IFN-β表达。分泌的IFN-β可结合细胞表面Ⅰ型干扰素受体，激活JAK–STAT信号并诱导干扰素刺激基因。短期干扰素反应有助于抗感染，但在缺乏病原体的情况下持续存在，可能改变神经元代谢、突触功能和细胞存活状态。

4.2 NF-κB相关炎症反应

        STING还可通过NF-κB通路促进TNF、IL-6和多种趋化因子表达。这些炎症介质能够激活小胶质细胞和星形胶质细胞，增强局部免疫细胞募集及炎症信号传播。运动神经元长期暴露于炎症介质、氧化应激和兴奋性毒性环境中，损伤更容易累积。

4.3 线粒体损伤与炎症形成正反馈

        炎症因子和活性氧可进一步损伤线粒体，促进更多mtDNA进入细胞质。新增的胞质mtDNA继续激活cGAS–STING，使“线粒体损伤—DNA外泄—先天免疫激活—继发性线粒体损伤”形成正反馈环路。

        这一机制说明，ALS中的神经炎症不只是神经元死亡后的被动反应，也可能主动参与病程推进。TDP-43病理提供上游损伤信号，cGAS–STING则负责将该信号放大并传递至更广泛的细胞环境。

5 靶向cGAS–STING通路的干预层级

5.1 抑制cGAS：阻断异常DNA信号的起点

        cGAS抑制剂可减少2′,3′-cGAMP生成，阻止胞质mtDNA信号向STING传递。这一策略位于通路上游，适合针对DNA依赖性STING活化，但不能阻断由外源环状二核苷酸或其他STING直接激动因素产生的信号。

5.2 抑制STING：阻断共同信号枢纽

        STING位于cGAS下游，是连接2′,3′-cGAMP与TBK1–IRF3信号的关键枢纽。抑制STING配体结合、内质网至高尔基体转运、寡聚化或棕榈酰化，均可能降低Ⅰ型干扰素和NF-κB相关炎症输出。

        STING承担多类胞质DNA信号的汇聚功能，抑制范围通常比单独阻断cGAS更广。与此同时，STING参与抗病毒免疫和免疫监视，长期系统性抑制可能削弱宿主防御能力。

5.3 限制mtDNA释放：控制上游危险信号

        稳定线粒体膜、降低mPTP异常开放或改善线粒体蛋白质稳态，可减少mtDNA进入细胞质。这类策略不直接抑制先天免疫核心蛋白，而是减少触发通路的内源性DNA来源。

        线粒体损伤在ALS中涉及多个相互关联的过程，单独控制mtDNA释放未必能够纠正TDP-43引起的全部RNA代谢、轴突运输和蛋白质稳态异常。

5.4 抑制TBK1及下游炎症输出

        TBK1抑制可降低IRF3磷酸化和Ⅰ型干扰素表达，但TBK1还参与自噬、选择性蛋白降解和细胞存活调控。多靶点TBK1抑制剂产生的效应不能全部归因于cGAS–STING通路，解释时需要考虑其对IKKε、PDK1及其他激酶的影响。

5.5 cGAS–STING并非单纯的致病开关

        cGAS–STING在急性感染和组织损伤早期具有保护作用，持续或过度激活才更可能形成慢性炎症。ALS病程长、细胞类型复杂，通路作用可能随疾病阶段、组织区域和免疫状态改变。干预目标不是完全消除先天免疫，而是限制由自身mtDNA持续驱动的异常信号。

6 cGAS–STING通路相关产品

6.1 cGAS–STING通路调控产品

6.2 靶点表达与信号分析产品

6.3 线粒体损伤与下游炎症输出产品

        TDP-43可通过mPTP介导的mtDNA释放激活cGAS–STING通路，使线粒体损伤转化为TBK1–IRF3、NF-κB及Ⅰ型干扰素反应。该机制为理解ALS神经炎症提供了新的分子框架，也为限制TDP-43病理引起的炎症放大效应提供了潜在干预方向。

参考文献

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[2] Motwani M, et al. DNA sensing by the cGAS-STING pathway in health and disease. Nat Rev Genet. 2019;20(11):657–674.

[3] Yu CH, et al. TDP-43 Triggers Mitochondrial DNA Release via mPTP to Activate cGAS/STING in ALS. Cell. 2020;S0092-8674(20)31161-2.

[4] Wang R, et al. Activation of interferon signaling pathways in spinal cord astrocytes from an ALS mouse model. Glia. 2011;59(6):946–958.

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[1] CRAT缺失介导的mtDNA应激及cGAS–STING/AIM2先天免疫激活