在天然免疫细胞中，环状 GMP-AMP 合成酶（cGAS）是关键的胞质 DNA 传感器，能够识别微生物来源或异常的自身双链 DNA（dsDNA）。cGAS 被激活后可催化合成环状二核苷酸 2'3'-cGAMP，该分子进一步结合并激活适配蛋白 STING，从而启动 TBK1-IRF3 信号通路并诱导 I 型干扰素应答。近期多项研究表明，大量 cGAS 定位于细胞核并与核小体结合，这种机制可能是用于防止自身 DNA的异常激活。然而，在免疫细胞中维持如此大量核cGAS蛋白的生物学意义仍不清楚，仅靠其物理隔离作用似乎不足以解释其进化保守性。
有趣的是，cGAS 在富含 T 细胞的淋巴组织中普遍表达。在 CD8⁺ T 细胞中，cGAS 可通过 AKT 依赖性机制维持中心记忆 T 细胞表型，从而增强抗肿瘤免疫。尽管 CD4⁺ T 细胞也表达 cGAS，但其 DNA 识别能力却主要依赖 KU 复合物，而非 cGAS，这一点可通过 DNA 刺激无法诱导这些细胞产生 cGAMP 或分泌干扰素-β 来证明。这表明我们对 cGAS 在适应性免疫中，尤其是 CD4⁺ T 细胞生物学中的功能仍缺乏完整理解。
2025年9月16日，清华大学药学院尹航教授团队在Cell 子刊Cell Reports发表了一篇题为“T cell-intrinsic cGAS-CTCF regulation maintains regulatory T cell development and function”的研究论文。该研究揭示了核cGAS在适应性免疫中的STING非依赖性作用，建立了调控调节性T细胞（Treg）介导免疫耐受的cGAS-CTCF轴。在稳态下，cGAS主要位于Treg细胞核内，而在naïve CD4⁺ T细胞受到刺激后，cGAS的转录被激活并转位入核。通过T细胞和Treg特异性cGAS敲除小鼠实验，研究表明cGAS在胸腺阳性选择期间通过TNFRSF共刺激分子促进Treg分化，并稳定FOXP3表达。在细胞和动物层面，cGAS能够维持Treg的免疫抑制功能以及肿瘤免疫耐受。
01cGAS 通过维持 TCR 信号传导以促进 Treg 分化
首先，作者 d4CreCgasfl/fl与对照小鼠的CD4⁺CCR7⁺胸腺细胞进行转录组分析显示，这些细胞可分为13个亚群，其中Treg前体特征性表达Tnfrsf9（4-1BB）、Tnfrsf4（OX40）及Tnfrsf18（GITR）。在cGAS缺失胸腺细胞中，FOXP3⁺ Treg数量减少，成熟tTreg标志基因Nt5e（CD73）表达下降。同时，TCR信号强度报告基因Nr4a1的转录水平在Treg前体、preTreg及Treg中均显著减弱。TCR谱系分析进一步显示，cGAS缺失胸腺细胞的TCR克隆型复杂度下降，且cGAS缺失Treg群体中TCR克隆呈过度扩增，提示其多样性受损。综上，cGAS通过增强阳性选择中的TCR信号，维持tTreg分化与TCR库多样性。
图1. CD4⁺CCR7⁺胸腺细胞的scRNA-seq和TCR-seq分析
02 TNFRSFs 表达是 cGAS 介导 Treg 发育的关键环节
在胸腺正选择过程中，tTreg 前体依赖高强度 TCR 信号与 CD28 共刺激诱导 c-Rel 表达，从而上调 OX-40、GITR 等 TNFRSF 受体基因。单细胞转录组及流式分析提示，CD69⁺OX-40⁺ 胸腺细胞可作为 DP 阶段的早期 tTreg 前体标志。我们发现，cGAS 缺失并不影响 c-Rel 及 ThPOK、IRF4、Helios 等转录因子表达，说明 CD28 信号仍完整；但 CD69⁺OX-40⁺ 比例及 OX-40 表达在前体阶段即下降，后续 CD25、NRP1、CD73 等成熟标志物亦减少，关键的 CTLA-4 表达亦下调。胸腺选择过程中正向信号总量决定 TCR 亲和力阈值及库的形成，而 TNFRSF 信号竞争对高亲和力克隆偏倚具有决定性作用。作者发现，体内给予 4-1BB（TNFRSF9）激动性抗体可显著增加 CD25⁻FOXP3lo 前体比例，并挽救 cGAS 缺失小鼠的缺陷，同时恢复其 TCR Vβ5⁺ 克隆比例至野生型水平。这些结果表明，cGAS 通过维持 TNFRSF 表达和信号强度，保障 tTreg 的有效选择和 TCR 库的稳态。
图2. T细胞cGAS条件性敲除tTreg的光谱流式分析
03 cGAS 协同 CTCF 调控 Treg 的染色质结构
作者使用ATAC-seq揭示了CTCF是cGAS调控tTreg染色质可及性的关键协作因子，并证明了cGAS与CTCF存在内源性相互作用。通过in situ Hi-C和CTCF转录因子CUT&Run差异分析，研究发现cGAS维持了Treg基因组的染色质环结构，且对招募CTCF至Tnfrsf位点起到关键作用。
图3. 野生型和cGAS缺失tTreg的in situ Hi-C差异分析
04 cGAS 对调节性 T 细胞在体内外的抑制功能至关重要
作者通过体外抑制试验证明了Treg的抑制功能依赖于cGAS。在 B16肿瘤模型中，Treg特异性缺失cGAS的小鼠（Foxp3Cre-YFPCgasfl/fl）表现出肿瘤体积和重量显著下降，与Treg稳定性受损的表型一致。单细胞流式分析显示，这些小鼠的肿瘤内Treg比例和数量减少，同时 CD8⁺ T细胞比例增加，且其中耗竭型CD8⁺ T细胞（Tex）减少。这表明，cGAS不仅维持Treg的发育，还在体内外发挥关键的免疫抑制功能。
图4. 野生型和Treg条件性cGAS敲除小鼠的B16肿瘤模型分析
综上，本研究揭示了一种cGAS的STING非依赖性的胸腺Treg发育调控机制。cGAS与CTCF协作，通过染色质重塑调控关键共刺激受体TNFRSF9和TNFRSF4的表达。Treg特异性cGAS敲除小鼠的Treg稳定性受损，且黑色素瘤生长显著减弱。这些发现不仅拓展了我们对cGAS在天然免疫范畴以外的认识，也揭示了其在维持免疫耐受中的核内功能。
致谢
该论文的第一作者是清华大学医学实验班（MD/PhD）李鸿鹏，通讯作者是清华大学药学院尹航教授。该项研究得到了国家自然科学基金、清华大学学术研究推进计划等项目资助。
科学家小档案
清华大学药学院尹航教授现任Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters主编、Journal of Extracellular Vesicle主编、Cell Chemical Biology编委、国际细胞外囊泡协会资深顾问、中国细胞外囊泡学会顾问、中国生物医药产业链创新与转化联盟重大需求专委会主任委员、全国中药标准化技术委员会委员、中国药学会药物化学专委会委员。尹航教授团队在本领域一流期刊发表研究论文超过170篇(引用超2.5万次, H-Index>65)；科研成果已申请专利20余项（授予中国、美国、欧盟、日本等专利十余项），首创的1.1类候选药物获得美国FDA和中国CDE临床试验IND批准。尹航教授先后获得中组部国家特聘专家及中国科协海智特聘专家称号、国家自然基金委杰出青年科学基金、北京市卓越青年科学家奖、吴阶平-保罗·杨森医学药学奖、中国药学会科学技术一等奖、教育部自然科学二等奖、美国化学学会大卫·罗伯特森杰出药物化学家奖、美国癌症研究学会格特魯德·埃利恩奖、霍华德·休斯医学研究院合作创新奖、以及美国国家卫生研究院的 NIDA 青年化学家奖等多个奖项。
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