04｜信号通路指标系列：cGAS–STING 通路篇——DNA 识别与抗病毒应答

发表时间：2026-01-29

1. cGAS–STING 通路在“指标库”里的定位

cGAS–STING 通路是近年来病毒学、肿瘤免疫、放疗敏感性和自身炎症研究中的高频信号轴：胞质 DNA（来源于 DNA 病毒、线粒体损伤、核 DNA 泄漏或微核等）被 环状 GMP-AMP 合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）识别后合成 2′3′-环状 GMP-AMP（2′3′-cGAMP），激活内质网膜上的 干扰素基因刺激蛋白（stimulator of interferon genes，STING），随后驱动 TANK 结合激酶 1（TANK-binding kinase 1，TBK1）、 干扰素调节因子 3（interferon regulatory factor 3，IRF3） 与 核因子 κB（Nuclear Factor kappa B，NF-κB），诱导 干扰素-β（interferon beta，IFN-β） 和一系列 干扰素刺激基因（interferon-stimulated genes，ISGs）。

本篇只关心：cGAS–STING 通路要测哪些指标？各自代表什么？在什么实验平台上最好用？

快速印象： 可以把 cGAS–STING 的 readout 拆成三段： DNA 感知（cGAS/cGAMP）→ STING–TBK1–IRF3 激活 → IFN-β / ISGs / CXCL10 等下游输出，必要时再加上 NF-κB 支路（炎症因子输出）。

图1. cGAS–STING 信号轴关键步骤（示意图）：DNA 感知 → STING 激活与转运 → TBK1/IRF3 与 NF-κB → IFN-β/ISGs 输出。来源：Han 等，PLOS Pathogens（2024），Figure 8（开放获取，CC BY）。

2. 一眼看懂：cGAS–STING 通路核心 readout 列表

指标	常用位点 / 读出	代表意义	推荐样本 / 方法	使用提示
cGAS 表达与定位	cGAS 总蛋白；胞质 / 微核内 cGAS 斑点	细胞是否具备 DNA 感知能力；微核或损伤 DNA 是否被 cGAS “包裹”	免疫印迹（Western blot）；免疫荧光 / 共聚焦	放疗或基因不稳模型里，cGAS 在微核上形成斑点，叙事非常直观
cGAMP 水平	胞内 2′3′-cGAMP 含量	cGAS 催化活性的直接产物（机制性 readout）	液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）；cGAMP 检测试剂盒	适合验证 cGAS 突变或抑制剂是否真正影响“酶活”
STING 总蛋白与定位	STING 总蛋白；STING 从内质网向高尔基体/囊泡结构转运（puncta）	细胞是否具备 STING 轴；激活时出现“周核斑点”常有说服力	免疫印迹；免疫荧光 / 共聚焦	建议配合高尔基体标记（如 GM130）辅助解释“转运”
STING 磷酸化	p-STING（人 Ser366；鼠 Ser365）	STING 激活状态 readout	免疫印迹	通常与 p-TBK1、p-IRF3 联合检测，构成“轴是否被拉起”的证据链
TBK1 激活	p-TBK1（Ser172）	关键枢纽激酶是否被激活	免疫印迹	TBK1 也可被其他模式识别受体通路激活，需结合 STING/IRF3 指标定位输入来源
IRF3 激活	p-IRF3（Ser396/Ser386）；IRF3 二聚化或核转位	IRF3 是否进入转录激活状态（IFN-β 关键上游）	免疫印迹（单体/二聚体）；免疫荧光（核转位）	“p-IRF3 + IFN-β/ISGs”通常是最被接受的组合
NF-κB 支路	p-p65（Ser536）、IκBα 降解	STING 激活引发炎症支路（与 IFN 轴并行）	免疫印迹	如果课题偏“炎症 + 干扰素混合表型”，建议把 NF-κB readout 纳入 panel
IFN-β 输出	IFNB1 转录水平；IFN-β 蛋白分泌量	“轴最终有没有输出”的关键 readout	实时定量 PCR；酶联免疫吸附试验（ELISA）	常与 ISGs 联用，增强稳定性（单看 IFN-β 有时波动大）
ISGs 与趋化因子	ISG15、MX1、OAS1、CXCL10（IP-10）等	反映 I 型干扰素信号的扩增	实时定量 PCR；ELISA（CXCL10 等）	CXCL10 常用于肿瘤免疫场景中描述“免疫募集能力”
负调控因子	TREX1、USP18 等表达	限制通路、避免自身炎症的负反馈	实时定量 PCR；免疫印迹	放疗场景下 TREX1 上调可能“钝化”cGAS–STING 输出，值得单独监测

3. 组合搭配思路：按 DNA 来源与模型类型选 panel

cGAS–STING 被激活的 DNA 来源很多：外源 DNA（病原体 / 转染）、内源 DNA（微核、线粒体 DNA 泄漏）、放疗或化疗诱导 DNA 损伤等。Panel 设计建议围绕DNA 来源 + 模型类型来选，而不是把所有 ISGs 一次性测完。

**3.1 Panel A：poly(dA:dT) / 双链 DNA 转染急性刺激**

推荐组合：p-STING（Ser366）+ p-TBK1（Ser172）+ p-IRF3（Ser396）+ IFNB1（实时定量 PCR）/ IFN-β（ELISA）
适用问题：细胞对胞质 DNA 是否敏感？上游 cGAS–STING 轴是否完整？
读图习惯：早期（0.5–4 小时）看磷酸化；中后期（4–8 小时）看 IFN-β/ISGs 输出。

3.2 Panel B：DNA 病毒感染 / STING 激动剂药效

推荐组合：STING 定位（免疫荧光）+ p-TBK1/p-IRF3（免疫印迹）+ IFN-β + CXCL10
适用问题：感染或给药是否通过 cGAS–STING 轴驱动 I 型干扰素与趋化因子？
读图习惯：STING 出现周核斑点（puncta），同时 p-IRF3 上升并伴随 IFN-β/CXCL10 上调。

3.3 Panel C：放疗 / DNA 损伤诱导免疫原性

推荐组合：cGAS 微核斑点 + STING 转位 + p-TBK1/p-IRF3 + CXCL10/ISG15
适用问题：放疗或 DNA 损伤药是否通过“微核 → cGAS–STING”把肿瘤从“冷”推向“热”？

3.4 Panel D：cGAS / STING / TBK1 抑制剂或遗传敲除验证

推荐组合：p-STING + p-TBK1 + p-IRF3 + IFN-β/ISGs ± p-p65（NF-κB 支路）
适用问题：候选干预是否真在 cGAS–STING–TBK1–IRF3 轴上起作用？

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图2. cGAS–STING 通路“指标 × 平台”匹配矩阵（自制示意图）：用于快速选 panel，不涉及第三方版权。

4. 不同实验平台怎么选 cGAS–STING 指标？

**4.1 免疫印迹（Western blot）：IFN 轴“三件套”最省心**

核心三件套：p-STING（Ser366）+ p-TBK1（Ser172）+ p-IRF3（Ser396）
建议补充：STING 总蛋白、cGAS、p-p65（NF-κB 支路）、TREX1（负调控）
时间窗口：0.5–4 小时抓磷酸化峰值最关键，建议做 0、0.5、1、2、4 小时梯度

4.2 免疫荧光 / 共聚焦：看“微核 cGAS”与“STING 周核斑点”

优势：图像层面把“DNA 从哪里来、被谁识别、信号在哪里被拉起”讲清楚。
推荐组合：cGAS、STING、IRF3（核转位），配合 DAPI；放疗场景可加 γH2AX。

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图3. STING 信号激活的代表性实验示例（含细胞成像与免疫印迹等面板）。来源：Han 等，PLOS Pathogens（2024），Figure 4（开放获取，CC BY）。

4.3 实时定量 PCR / ELISA：用“输出指标”把信号落到功能上

实时定量 PCR：IFNB1、ISG15、MX1、OAS1、CXCL10 等
ELISA：IFN-β、CXCL10（IP-10）等可分泌 readout
联用逻辑：先用 p-TBK1/p-IRF3 确认“轴被拉起”，再用 IFN-β/ISGs 证明“功能输出”

4.4 报告基因：药物筛选与机制拆分的“放大器”

常用报告：IFN-β promoter-luc、ISRE-luc、NF-κB-luc
用途：区分“主要走 IRF3–IFN 轴”还是“NF-κB 主导炎症输出”

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图4. 典型采样时间窗示意（自制）：0.5–4 小时优先抓磷酸化 readout；4–8 小时更适合看 IFN-β/ISGs 输出。

5. 小结：cGAS–STING 通路的「必备四件套」

如果只想用最少的指标覆盖 cGAS–STING 通路，建议优先考虑：

p-STING（Ser366）+ STING 总蛋白：作为 STING 激活与表达的基础 readout。
p-TBK1（Ser172）+ p-IRF3（Ser396）：作为 IFN 轴的核心双磷酸化 readout。
IFN-β + CXCL10：作为可分泌的功能 readout，便于用 ELISA / 实时定量 PCR 评估强度。
一个定位 readout（cGAS 微核或 STING 斑点）：用于把机制讲清楚并提高图像说服力。

参考文献（均可在 PubMed 检索）

1、Ishikawa H, Ma Z, Barber GN. STING regulates intracellular DNA-mediated, type I interferon-dependent innate immunity. Nature. 2009;461(7265):788-792. DOI

2、Sun L, Wu J, Du F, Chen X, Chen ZJ. Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway. Science. 2013;339(6121):786-791. DOI

3、Wu J, Sun L, Chen X, et al. Cyclic GMP-AMP is an endogenous second messenger in innate immune signaling by cytosolic DNA. Science. 2013;339(6121):826-830. DOI

4、Ablasser A, Goldeck M, Cavlar T, et al. cGAS produces a 2′-5′-linked cyclic dinucleotide second messenger that activates STING. Nature. 2013;498(7454):380-384. DOI

5、Tanaka Y, Chen ZJ. STING specifies IRF3 phosphorylation by TBK1 in the cytosolic DNA signaling pathway. Science Signaling. 2012;5(214):ra20. DOI

6、Konno H, Konno K, Barber GN. Cyclic dinucleotides trigger ULK1 (ATG1) phosphorylation of STING to prevent sustained innate immune signaling. Cell. 2013;155(3):688-698. DOI

7、Motwani M, Pesiridis S, Fitzgerald KA. DNA sensing by the cGAS–STING pathway in health and disease. Nature Reviews Genetics. 2019;20(11):657-674. DOI

8、Hopfner K-P, Hornung V. Molecular mechanisms and cellular functions of cGAS–STING signalling. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2020;21(9):501-521. DOI

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