环 GMP-AMP 合酶 (cGAS, Cyclic GMP-AMP synthase) 是一种胞质 DNA 传感器，充当核苷酸转移酶，催化 ATP 和 GTP 形成环 GMP-AMP (cGAMP)，在先天免疫中发挥关键作用。cGAS-STING 信号的过度激活会导致过度炎症反应，因此，cGAS被认为是治疗炎症性疾病的一个有前景的靶点。这里总结cGAS作用机制及抑制剂研究进展。
cGAS 与 dsDNA 复合（PDB:4O6A）
先天免疫系统是一道天然防线，利用模式识别受体 (PRR)识别病原体入侵，其中包括细胞质 DNA 传感器和 cGAS，其作用主要取决于cGAS-STING信号通路。如下图所示，cGAS可以识别致病性双链DNA（dsDNA）并与之相互作用，诱导cGAS活性位点发生构象变化，从而催化三磷酸腺苷（ATP）和鸟苷合成cGAMP三磷酸 (GTP)。然后，作为第二信使，cGAMP可以与下游信号分子干扰素基因刺激因子（ STING ）结合并诱导其构象变化，成为活性聚合物。激活的 STING 从内质网易位至核周囊泡，并招募并激活 TANK 结合激酶 1 (TBK1) 和 IκB 激酶 (IKK)，以诱导 I 型干扰素 (IFN) 和促炎细胞因子的表达。
cGAS对DNA识别没有核苷酸序列特异性，这意味着它也可以被自身DNA激活。由于核酸泄漏或线粒体损伤而导致自身DNA引起的cGAS-STING信号过度激活，很可能导致自身免疫和炎症性疾病。例如，编码哺乳动物 3'-5'DNA 核酸外切酶的Trex1基因的缺陷或突变会导致细胞质 DNA 积累并随后激活 cGAS-STING 信号通路，从而导致 Aicardi-Goutières 综合征 (AGS) 和系统性红斑狼疮（SLE）。cGAS 的敲除可以挽救Trex1−/− 小鼠的自身免疫和炎症表型。此外，胞浆dsDNA的积累通过cGAS-STING途径导致类风湿性关节炎，而cGAS沉默可抑制促炎细胞因子的产生并缓解类风湿性关节炎。此外， cGAS 还参与炎症性肠病 (IBD) 的发病机制。cGAS 的促炎作用基本上依赖于下游 STING 依赖性炎症通路的激活。肠道共生菌诱导的 cGAS-STING 通路异常激活可导致肠道炎症，而 cGAS 沉默可减轻相关表型。特异性抑制剂 RU.521 抑制 cGAS 可减轻 GSDMD 缺陷小鼠的肠结肠炎。因此，抑制cGAS依赖性先天免疫信号通路对于治疗自身免疫和炎症性疾病至关重要。
cGAS、dsDNA 和 ATP 三元复合物的结构
cGAS 作用模型
目前已有的 cGAS抑制剂总结如下图：
报道了通过高通量筛选鉴定出的第一个小鼠 cGAS (mcGAS) 选择性抑制剂 RU.521，它与 mcGAS 的催化口袋结合并选择性抑制小鼠巨噬细胞中 cGAS 介导的信号传导(10.1038/s41467-017-00833-9)。RU.521是目前唯一报道的具有良好细胞活性的mcGAS选择性抑制剂。
cGAS 、 dsDNA 和 RU.365 的晶体结构
RU.365 与其衍生物 RU.521 的结构比较
辉瑞使用STD-NMR 筛选发现了PF-06928215是第一个人类 cGAS (hcGAS) 选择性抑制剂，对催化位点具有高亲和力，但在细胞水平上没有表现出活性 [ 10.1371/journal.pone.0184843]。
化合物 S2 和 S3 是一类新型选择性 hcGAS 抑制剂，在细胞水平上也无活性，类似于 PF-06928215 [ 10.1021/acs.jcim.0c00171]。
h-cGASCD 与 PF-06928215 复合物的晶体结构
通过分子对接揭示了抑制剂（化合物 18、S2 和 S3）与 hcGAS 的结合模式
G150、CU32 和 CU76 被描述为新型小分子 hcGAS 抑制剂，具有高体外结合能力以及良好的细胞活性 [10.1038/s41467-019-08620-4]。
G150 与 h-cGASCD共结晶结构
化合物 25 是 G140 的结构修饰，对 hcGAS 和 mcGAS 的 IC 50值分别为 1.38 μM 和 11.4 μM[10.1021/acs.jmedchem.1c00398]。
化合物 25与 hcGAS 的分子对接结合模式
尽管这些化合物已在体外显示出效力，但模型中的体内验证仍然不足。需要开发更多具有良好体内活性的cGAS抑制剂来研究cGAS在疾病发病机制中的作用。
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References:
1. 10.1038/s41401-022-01002-5
2. 10.1016/j.celrep.2014.01.003
