STAT4多態(tài)性與自身免疫性疾病相關(guān)性研究進(jìn)展①

張 薇 綜述 楊林花 審校(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院血液科，山西030001)

自身免疫性疾病是機(jī)體對(duì)自身成分發(fā)生免疫應(yīng)答而導(dǎo)致的疾病狀態(tài)，其基本特征是自身應(yīng)答性T淋巴細(xì)胞或自身抗體造成相應(yīng)的組織細(xì)胞損傷或功能障礙，血液中可檢測(cè)到高效價(jià)的自身應(yīng)答性T淋巴細(xì)胞和/或自身抗體，且病情的轉(zhuǎn)歸與自身免疫應(yīng)答的強(qiáng)度密切相關(guān)。T輔助細(xì)胞1型(T-helper cell type 1，Th1)、Th17細(xì)胞功能失調(diào)可誘導(dǎo)多種自身免疫性疾病的發(fā)生［1］。

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子4(Signal transducer and activators of transcription-4，STAT4)是STAT家族成員之一，和家族其他成員 STAT1、STAT2、STAT3、STAT5a、STAT5b及STAT6一樣屬于細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。STAT4基因位于人類染色體2q32.2-q32.3，毗鄰STATl基因，全長122.021 kb，包括24個(gè)外顯子和23個(gè)內(nèi)含子，編碼748個(gè)氨基酸組成的85 kD蛋白質(zhì)。STAT4蛋白在體內(nèi)介導(dǎo)多種細(xì)胞因子和生長因子信號(hào)的作用，包括IL-12和IL-23，參與細(xì)胞分化、增殖和凋亡［2］，其中包括參與 T細(xì)胞分化過程。

近年來，越來越多的研究顯示STAT4單核苷酸多態(tài)性與多種自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)，深入研究其調(diào)控方式不僅有利于研究這類疾病的發(fā)病機(jī)制，還有助于對(duì)自身免疫性疾病的精確診斷和靶向治療。

1 STAT4單核苷酸多態(tài)性與自身免疫性疾病

單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphisms，SNPs)，是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性，是人類基因組DNA序列變異的主要形式，已成為新一代分子標(biāo)記。SNPs是決定多基因疾病(包括自身免疫性疾病)易感性和藥物反應(yīng)性差異的核心信息。

1.1 STAT4單核苷酸多態(tài)性與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid Arthritis，RA)2006年有研究人員對(duì)北美類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)患者進(jìn)行SNPs分析時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)染色體長臂區(qū)域是一個(gè)連鎖高發(fā)區(qū)［3］。Remmers等［4］隨即對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行了大樣本的病例對(duì)照基因分型研究，在該區(qū)域的13個(gè)候選基因中挑選了82個(gè)標(biāo)簽 SNP(tag SNP)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)STAT4第3內(nèi)含子中一個(gè)SNP:rs7574865與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病呈顯著相關(guān)。進(jìn)一步對(duì)STAT4的詳細(xì)基因分型研究顯示STAT4第3內(nèi)含子區(qū)的4個(gè)SNPs:rs7574865、rs8179673、rs11889341、rs10181656與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)病顯著相關(guān)，這四個(gè)SNPs之間呈連鎖不平衡。其中rs7574865和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)病相關(guān)性最強(qiáng)，其在患者中的最小等位基因頻率(minor allele frequency，MAF)為0.27，正常人為0.22，研究還提示rs7574865與抗環(huán)瓜氨酸肽抗體(anticyclic citrullinated peptide antibody，anti-CCP antibody)的發(fā)生相關(guān)。在瑞典類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者中進(jìn)行的基因分型研究獲得了一致的結(jié)果。薈萃分析研究也證實(shí)了rs7574865與RA的相關(guān)性。

這一發(fā)現(xiàn)引起了眾多研究人員的注意，其后在韓國、中國、西班牙等多個(gè)國家進(jìn)行的大樣本研究均證實(shí) rs7574865、rs11889341、rs8179673和 rs101816-56與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎相關(guān)，是其發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［5-7］。

1.2 STAT4單核苷酸多態(tài)性與系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic Lupus Erythematosus，SLE) Remmers等［4］還在多個(gè)人群中發(fā)現(xiàn)rs7574865與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)病相關(guān)，患者中MAF 0.29-0.31，對(duì)照中MAF 0.22-0.23。其后在美國、中國等多國人群中進(jìn)行的研究均提示rs7574865與 SLE發(fā)病相關(guān)［8-10］。

STAT4 的另兩個(gè) SNPs——rs10181656、rs75826-94也被發(fā)現(xiàn)與SLE發(fā)病相關(guān)［10］。此外rs10181656還與SLE患者缺血性腦血管事件及抗磷脂抗體出現(xiàn)相關(guān)［11］。

1.3 STAT4單核苷酸多態(tài)性與其他自身免疫性疾病 rs7574865和其他自身免疫性疾病的發(fā)病也具有相關(guān)性。多個(gè)研究提示rs7574865與干燥綜合征、1型糖尿病、系統(tǒng)性硬化癥、抗磷脂綜合征、銀屑病、潰瘍性結(jié)腸炎、自身免疫性甲狀腺疾病的發(fā)病相關(guān)［12-18］。

STAT4的SNPs和自身免疫性疾病的關(guān)聯(lián)并未在所有研究中得到重復(fù)，在漢族人群中發(fā)現(xiàn)rs11889341與RA發(fā)病不相關(guān)，但與類風(fēng)濕因子出現(xiàn)相關(guān)［19］;非洲裔美國人中 rs7574865、rs8179673、rs11889341、rs10181656 與 RA 發(fā)病不相關(guān)［20］;在英國人群中進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)rs7574865與抗CCP抗體陽性的RA患者弱關(guān)聯(lián)，而與抗CCP抗體陰性的RA患者無關(guān)［21］;土耳其人中rs7574865則與SLE發(fā)病不相關(guān)［22］，提示STAT4多態(tài)性對(duì)自身免疫性疾病發(fā)病的影響有種族差異。

1.4 STAT4單核苷酸多態(tài)性與血液系統(tǒng)疾病 自身免疫功能異常尤其是Th1功能亢進(jìn)也參與很多血液系統(tǒng)疾病的發(fā)病過程，因而STAT4基因多態(tài)性可能也與這些血液系統(tǒng)疾病發(fā)病相關(guān)。現(xiàn)已有研究發(fā)現(xiàn)rs7574865可能與中國人再生障礙性貧血(Aplastic Anemia，AA)發(fā)病相關(guān)［23］。另外，有實(shí)驗(yàn)顯示原發(fā)免疫性血小板減少癥(Primary immune thrombocytopenia，ITP)患者的Th1及Th1/Th2的水平較正常對(duì)照組升高，經(jīng)治療后病情有緩解的病人會(huì)下降，提示ITP的發(fā)病除自身抗體形成外，Th1功能亢進(jìn)也起到一定作用［24］;也有研究表明Th17細(xì)胞與成人慢性ITP有一定相關(guān)性［25］。STAT4基因多態(tài)性是否參與ITP發(fā)病過程中的免疫功能異常還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

2 STAT4單核苷酸多態(tài)性影響自身免疫性疾病發(fā)病的機(jī)制

STAT4單核苷酸多態(tài)性影響自身免疫性疾病發(fā)病的機(jī)制尚未研究明確，但STAT4表達(dá)水平與這一類疾病發(fā)病的相關(guān)性已得到確證。目前認(rèn)為STAT4多態(tài)性參與自身免疫性疾病發(fā)病主要是通過影響STAT4表達(dá)水平來進(jìn)行。

2.1 STAT4表達(dá)水平與自身免疫性疾病發(fā)病STAT4表達(dá)于淋巴系統(tǒng)，包括T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、自然殺傷(Natural killer，NK)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞;還表達(dá)于髓系細(xì)胞，以及睪丸、脾、胸腺、心臟、大腦等器官［24］。表達(dá)于 T淋巴細(xì)胞的STAT4主要功能是接受相應(yīng)細(xì)胞因子作用后分別調(diào)節(jié)初始CD4+T細(xì)胞向Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞分化。

2.1.1 STAT4通過調(diào)控Th1細(xì)胞分化參與自身免疫性疾病發(fā)病 STAT4是調(diào)節(jié)Th1細(xì)胞分化的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子，這種調(diào)控作用是在IL-12作用下進(jìn)行的［1］。IL-12與T淋巴細(xì)胞膜上IL-12受體亞單位之一的 IL-12Rβ1膜外位點(diǎn)特異性結(jié)合以后，IL-12Rβ1與另一亞單位 IL-12Rβ2分別結(jié)合 Janus激酶(Janus kinase，JAK)Tyk2和Jak2，引發(fā)JAK的自磷酸化和轉(zhuǎn)磷酸化，從而激活JAK。激活的Tyk2和Jak2引起IL-12受體細(xì)胞內(nèi)催化位點(diǎn)酪氨酸激酶的磷酸轉(zhuǎn)移作用，磷酸化的IL-12 Rβ2胞膜尾部上特定酪氨酸殘基(人類為酪氨酸800)成為STAT4蛋白結(jié)合的位點(diǎn)。結(jié)合于受體的STAT4發(fā)生酪氨酸磷酸化，形成二聚體，并由細(xì)胞漿轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)與IFN-γ的啟動(dòng)子序列結(jié)合，激活I(lǐng)FN-γ表達(dá)、促進(jìn)初始CD4+T細(xì)胞向Th1分化。

STAT4對(duì)具有完整功能的Th1細(xì)胞的發(fā)育必不可少［25］，并參與了由Th1亢進(jìn)引發(fā)的自身免疫性疾病的發(fā)病過程。Western blot方法檢測(cè)炎癥性腸病(Inflammatory bowel diseases，IBD)患者STAT4的蛋白表達(dá)，可見胞漿中 STAT4及胞核中磷酸化的STAT4表達(dá)均增加［26］。STAT4基因敲除小鼠對(duì)由Th1細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病具有耐受性，在實(shí)驗(yàn)性非肥胖型糖尿病(non-obese diabetics，NODs)小鼠模型中，與野生型小鼠相比，STAT4基因敲除小鼠表現(xiàn)出更輕的炎癥反應(yīng)和更低的糖尿病發(fā)病率［27］。相反STAT4缺陷對(duì)主要由抗體介導(dǎo)的自身免疫性疾病不存在保護(hù)作用，在這一類疾病重癥肌無力的小鼠模型中，STAT4基因敲除小鼠和野生型小鼠的罹患率無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異［28］。

2.1.2 STAT4也可通過調(diào)控Th17細(xì)胞分化參與自身免疫性疾病發(fā)病 IL-23是IL-12家族成員之一，由IL-12p40亞單位和p19亞單位組成異二聚體結(jié)構(gòu)。相應(yīng)細(xì)胞膜上的受體復(fù)合體則由IL-12Rβ1和IL-23R組成。在體內(nèi)，IL-23主要是作用于記憶T細(xì)胞，促進(jìn)其增殖，也可以激活STAT4，促進(jìn)Th17細(xì)胞分化。IL-23和細(xì)胞膜上受體結(jié)合后，同樣可以激活Tyk2、Jak2，引起STAT4的磷酸化、二聚體化并轉(zhuǎn)入核內(nèi)，不同的是IL-23誘導(dǎo)IL-17表達(dá)，維持分泌IL-17的Th17細(xì)胞數(shù)量及能力［29］。Th17細(xì)胞可以分泌效應(yīng)分子:IL-17、IL-21、IL-22、GM-CSF 和CCL20，并與自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)［30］。

2.1.3 STAT4與其他免疫細(xì)胞 除T細(xì)胞外，STAT4還表達(dá)于B細(xì)胞、NK細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，這些細(xì)胞上STAT4的變異也可能通過產(chǎn)生炎癥性細(xì)胞因子、抑制凋亡、遞呈自身抗原、產(chǎn)生自身抗體來影響自身免疫性疾病進(jìn)程［31］。

2.2 STAT4單核苷酸多態(tài)性影響STAT4表達(dá)水平

STAT4可通過調(diào)控下游Th1及Th17細(xì)胞分化來影響自身免疫性疾病的發(fā)病，而STAT4的表達(dá)和功能除受上游IL-12、IL-23等細(xì)胞因子調(diào)控外，也受自身單核苷酸多態(tài)性調(diào)控［32］，因而STAT4的SNPs也與多種自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)。

與自身免疫性疾病相關(guān)的 rs7574865、rs11889341、rs8179673、rs10181656、rs7582694 均位于STAT4第3內(nèi)含子區(qū)域而并非外顯子區(qū)域，這些SNPs調(diào)控STAT4表達(dá)水平的機(jī)理尚未完全明確，有研究證實(shí)rs7574865可影響STAT4的DNA甲基化水平，從而影響 STAT4表達(dá)水平［33］。另一方面其影響自身免疫性疾病發(fā)病可能是通過形成不同剪接體STAT4α和STAT4β，也可能是通過截?cái)噢D(zhuǎn)錄因子或者是組蛋白結(jié)合位點(diǎn)來完成［31］。

3 結(jié)論

STAT4是調(diào)節(jié)Th1和Th17細(xì)胞分化的重要轉(zhuǎn)錄因子，是機(jī)體自身免疫的重要組成部分。STAT4的 SNPs——rs7574865、 rs8179673、 rs11889341、rs10181656和rs7582694被發(fā)現(xiàn)與RA、SLE等多種自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)，其他自身免疫相關(guān)疾病是否也與這些SNPs相關(guān)有待進(jìn)一步研究發(fā)掘。研究STAT4基因多態(tài)性影響自身免疫性疾病發(fā)病的機(jī)制有助于我們對(duì)于這一類疾病的更深入理解，并為診斷和治療提供新的思路。

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