质粒DNA转染是生物研究和基因治疗中的关键技术，但其对宿主细胞天然免疫系统的影响仍缺乏系统研究。哺乳动物细胞通过模式识别受体（PRRs）感知外源核酸（如DNA和RNA），激活下游信号通路以抵御病原体入侵。应激颗粒（Stress Granules, SG）和cGAS-DNA凝聚体（cGAS condensates, cGC）是两类重要的天然免疫应答结构：SG通过抑制翻译起始来应对细胞应激，而cGC则通过激活干扰素信号通路响应DNA入侵。然而，质粒DNA如何同时调控这两种结构及其相互作用目前仍不清楚。

近日，美国国立卫生研究院国家癌症研究所郑志明和Vladimir Majerciak研究团队在hLife上发表题为“Induction of translation-suppressive G3BP1⁺ stress granules and interferon-signaling cGAS condensates by transfected plasmid DNA”的研究论文（图1），该研究通过脂质体介导的质粒转染实验，结合荧光显微成像、siRNA敲低及病毒蛋白共表达等技术，揭示了质粒DNA触发宿主天然免疫的双重机制。

图1 论文标题及作者信息

质粒DNA作为基因递送工具，广泛被应用于基础研究与临床治疗，但其引发的天然免疫反应可能干扰实验结果或降低疗效。尽管SG与cGC均参与抗病毒防御，但二者如何被同时调控以及它们如何相互影响，此前尚未被阐明。本研究首次揭示，脂质体介导的质粒转染会同时激活两条独立免疫通路：其一，质粒转录产生的双链RNA通过PKR-eIF2α磷酸化触发SG形成，抑制蛋白质翻译；其二，质粒DNA直接激活cGAS-STING通路，形成干扰素信号相关的cGC。进一步研究发现，这两种免疫结构在单细胞水平上相互排斥，而病毒蛋白ORF57和ORF52可分别阻断SG与cGC的形成，显著提升转基因表达效率。

研究团队首先发现，质粒DNA剂量依赖性地诱导SG与cGC形成。在HeLa等细胞中，SG（以G3BP1为标志物）和cGC（以cGAS为标志物）的数量随质粒浓度增加显著上升，且这一现象与转染试剂的毒性并无相关性（图2）。

图2 质粒DNA在常用细胞系转染中诱导SG形成

进一步分析表明，SG的形成严格依赖质粒启动子驱动的转录活动：真核表达载体转染后，会激活PKR-eIF2α通路诱导SG（图3）。

图3 质粒DNA诱导的SG形成依赖PKR激活

与此形成对比的是，cGC的激活仅需DNA本身，无启动子的原核质粒亦可触发。通过实验验证，敲低PKR或使用转录抑制剂，SG的形成可完全被阻断，而cGC通路不受影响（图4）。

图4 SG的形成需质粒DNA主动转录，而cGC无需转录

值得注意的是，SG与cGC在单细胞中极少共存，仅约3%的细胞会同时出现两者，这也提示了天然免疫通路存在竞争性调控机制（图5）。

图5 质粒DNA诱导的SG与cGAS凝聚体在HeLa细胞中相互排斥

基于上述发现，研究团队利用卡波西肉瘤相关疱疹病毒（KSHV）蛋白ORF57和ORF52，分别抑制SG与cGC通路。结果显示，ORF57通过阻断PKR激活解除翻译抑制，显著提升了转基因表达效率，使报告基因表达量大幅增加（图6）。

图6 KSHV病毒蛋白拮抗质粒DNA诱导的SG与cGAS凝聚体形成

以上这些发现填补了质粒DNA免疫调控机制的空白。在理论层面，研究首次阐明SG与cGC的互斥性，为天然免疫通路的交互提供了新的理解（图7）；在技术层面，利用病毒蛋白或基因编辑工具设计低免疫原性质粒，有望成为提升基因治疗效率的关键策略。

图7 质粒DNA转染激活双重免疫应答

这项研究不仅揭示了质粒DNA的“双刃剑”效应——既是基因递送工具，也是免疫激活触发器，更提出了精准调控免疫应答的创新策略，为提高基因治疗的安全性与高效性奠定基础。

*此微信稿为翻译稿，如有歧义请以英文原文为准。

作者简介

Vladimir Majerciak 资深科学家

第一作者

通讯作者

机构：美国国立卫生研究院国家癌症研究所

研究方向：病毒感染对人类癌症发展的贡献

郑志明 教授

第二作者

机构：美国国立卫生研究院国家癌症研究所

研究方向：蛋白与RNA相互作用及其调节病毒致癌过程

引用格式：Majerciak V, Zheng ZM. Induction of translation-suppressive G3BP1+ stress granules and interferon-signaling cGAS condensates by transfected plasmid DNA. hLife 2025; 3: 21–37. https://doi.org/10.1016/j.hlife.2024.11.005.

期刊简介

hLife 由高福院士、董晨院士和Jules A. Hoffmann教授（2011诺奖获得者）领衔，是中国科学院微生物研究所主办，中国生物工程学会，浙江大学陈廷骅大健康学院，西湖大学医学院，上海市免疫治疗创新研究院和广州霍夫曼免疫研究所联合支持，与国际出版商爱思唯尔合作的健康科学领域综合性英文期刊。

hLife 聚焦健康科学领域的前沿进展，旨在促进基础研究与临床应用的融合发展。期刊发表与医学相关各研究领域最新成果，学科领域包括（但不限于）病原生物学、流行病学、生理学、免疫学、结构生物学、疾病监测、肿瘤、药物、疫苗和健康政策等。

hLife是一本金色开放获取期刊，月刊出版；2022年成功入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”；2023年11月正式创刊；2024年5月被DOAJ收录；2024年8月被Scopus收录。

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期刊网址：

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