JAK/STAT 及其中藥干預在糖尿病腎病中的研究現(xiàn)狀

陳爭躍， 步世忠， 包蓓艷

(1. 寧波大學糖尿病研究中心 潤良糖尿病研究室，浙江 寧波315211;2. 寧波市泌尿腎病醫(yī)院，浙江 寧波315192)

糖尿病腎病(Diabetic Nephropathy，DN)是糖尿病最嚴重的慢性并發(fā)癥之一，也是導致終末期腎臟疾病的重要原因［1］。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟2013 年最新數(shù)據(jù)顯示，目前全球糖尿病患者已達到3.66 億人，而中國大約有1.14 億患者，20 歲以上人群患病率已達9.7%，其中伴有慢性腎臟病變的約占25% ～60%。DN 的確切發(fā)病機制至今尚未闡明，致炎因子引起的多條炎癥信號通路激活起著重要作用，研究表明，Janus 激酶/信號轉導與轉錄激活子(Janus activated kinase/signal transducer and activator of transcriptions，JAK/STAT)信號通路的活化可以引起腎組織的免疫性炎癥反應［2-4］。據(jù)報道，單味中藥及其提取物(如黨參、芍藥等)及一些中藥復方制劑(如腎益膠囊等)可以通過調(diào)節(jié)腎組織JAK/STAT 信號通路而抑制炎癥因子的活化，從而改善腎損傷，延緩DN 的進展。

1 JAK/STAT 信號通路概述

1.1 JAK/STAT 信號通路的生理特征 JAK-STAT 信號通路主要由三部分組成，即酪氨酸激酶相關受體、酪氨酸激酶JAKs 和轉錄因子STATs［5］。受體主要包括激素類(如生長激素、催乳素)受體，淋巴細胞抗原特異性受體及某些細胞因子受體(如白細胞介素和干擾素)。細胞因子信號需要通過受體偶聯(lián)的酪氨酸蛋白激酶傳遞，該激酶即JAK家族，有4 個成員，即JAKl、JAK2、TYK2 及JAK3，前三者存在于各種細胞和組織中，而JAK3 僅存在于骨髓和淋巴系統(tǒng)。JAK 包含7 個JAK 同源結構域(JAK homology domain，JH)，其中JH1 為激酶區(qū)，JH6 和JH7 是受體結合區(qū)。動物實驗發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導的腎臟細胞因子信號抑制物(Suppressor of cytokine signaling，SOCS)2 表達上調(diào)，能夠顯著抑制鏈脲霉素誘導的JAK2 和STAT3/5 磷酸化增加，證實SOCS2 通過JAK/STAT 通路降低糖尿病大鼠的有關的腎損害［6］。STATs 是一類與靶基因調(diào)控區(qū)DNA 結合的胞質(zhì)蛋白，是JAKs 的下游物質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有6 個成員，即STAT1 ～STAT6。STAT 蛋白在結構上可分為N-端保守序列、SH (Src homology，SH)2、3 結構域、DNA 結合域及C-端轉錄激活區(qū)。已有研究表明，STAT5 抑制劑可針對STAT5 多方面的活性，其活性受磷酸化的DNA 結合活性影響，獨立于上游激酶［7-9］。體內(nèi)實驗證實，STAT5 的初始活化(磷酸化或核轉)既不受去乙?；敢种苿└蓴_，也不與DNA 結合。相反，上述藥物通過阻止基礎轉錄的正確裝配，最終導致轉錄抑制［10］。另有實驗表明，SOCS1-衍生肽注射療法抑制糖尿病小鼠動脈粥樣硬化斑塊組織STAT1/3的激活，并顯著降低早晚期斑塊大小及斑塊進展［11］。因此，抑制SOCS 蛋白負性調(diào)節(jié)JAK/STAT 已成為有前途的靶向抗炎療法。

1.2 JAK/STAT 信號通路的信號轉導機制 細胞因子與其特異性受體結合后，通過酪氨酸磷酸化作用而激活JAK 激酶及細胞因子受體本身。JAK 一旦被激活，將激活下游的信號分子，包括STAT 本身。激活的STATs 將形成二聚體并易位至細胞核，激活特定的基因表達。JAK/STAT 通路受不同的機制調(diào)控，包括酪氨酸磷酸酶、活化的STAT 蛋白抑制劑和細胞因子信號抑制物 (Suppressor of cytokine signaling，SOCS)［2］。SOCS 包括8 種細胞內(nèi)受體，即細胞因子誘導蛋白(CIS，SOCS1 ～SOCS7)，每種都包含一個N-端結構域、一個中心SH2 結構域和一個保守的C-末端SOCS 區(qū)域，其中SOCS1 和SOCS3 通過多種機制來控制JAK/STAT 信號的幅度和持續(xù)時間，包括直接抑制JAK 與STAT 的結合，以及靶向受體復合物和其他信號轉導蛋白酶體的降解［12-13］。

因此，JAK/STAT 信號通路被認為是連結細胞表面受體和核轉錄，促使細胞生長的重要通路。除了細胞因子外，SOCS1 和SOCS3 參與的生物過程還能被許多病理刺激(如血管緊張素Ⅱ，趨化因子，胰島素等)誘導［14-15］。目前，已發(fā)現(xiàn)JAK/STAT 信號傳導途徑的活化參與多種疾病的發(fā)展，如動脈粥樣硬化、高血壓及糖尿病腎臟和血管并發(fā)癥等［16-17］。

2 JAK/STAT 信號通路與糖尿病腎病的關系

2.1 JAK/STAT 信號通路的激活 在DN 的高糖環(huán)境下，生長因子、細胞因子、血管緊張素Ⅱ、活性氧或其他上游信號被認為是JAK/STAT 信號通路的主要活化信號。以往研究表明，與血管緊張素Ⅱ受體激活過程類似，高血糖通過多元醇通路，誘導細胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生增加，刺激細胞內(nèi)信號傳導，包括JAK2［18］。

Marrero［19］等發(fā)現(xiàn)，高血糖通過活性氧介導的多元醇通路使血管緊張素Ⅱ生成增加，誘導JAK/STAT 通路，從而促使腎小球系膜細胞增殖。在血管平滑肌細胞中，JAK2/STAT3/SOCS3 通路可以被血管緊張素Ⅱ激活，導致JAK2和STAT 蛋白酪氨酸磷酸化并向細胞核易位，而血管緊張素轉化酶2 能夠拮抗血管緊張素Ⅱ介導的氧化應激和血管平滑肌細胞增殖［20］。在小鼠的腎小球中，高糖同樣可以通過血管緊張素Ⅱ誘導JAK2 激酶和STAT 蛋白的磷酸化從而活化JAK/STAT 通路。因此，通過抑制JAK2 酪氨酸磷酸化，或通過JAK2 抑制劑，或封閉抗STAT1/STAT3 抗體，即可阻斷血管緊張素Ⅱ誘導的JAK/STAT 通路激活。

2.2 JAK/STAT 信號通路的激活對DN 的影響 體外培養(yǎng)系膜細胞時發(fā)現(xiàn)，磷酸化JAK2 和其下游底物激活加強，能使活性氧產(chǎn)生增多，可能導致高血糖和糖尿?。?9，21］。史永紅［22］等通過檢測大鼠腎皮質(zhì)磷酸化STAT1、STAT3 和轉化生長因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β)蛋白的表達，推測JAK/STAT 信號途徑可能參與糖尿病早期腎臟病變。Berthier［16］對早期腎病患者的腎小管間質(zhì)和腎小球組織cDNA 樣品進行分析，發(fā)現(xiàn)JAK/STAT 基因在這兩個區(qū)域中的表達均較高。另外，在無激動劑刺激的情況下，腎小球系膜細胞JAK2 的表達增加，導致JAK/STAT 信號通路激活，STAT3 磷酸化增強。由此表明，JAK/STAT 信號通路可能參與DN 的發(fā)生發(fā)展。

糖尿病患者的高血糖水平通過各種途徑損害腎功能，包括JAK/STAT 途徑，同時其血漿內(nèi)皮素和細胞內(nèi)活性氧水平顯著升高［23］。此外，JAK/STAT 通路通過調(diào)節(jié)TGF-β、細胞外基質(zhì)蛋白、Ⅳ型膠原和纖維連接蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)的生成，從而導致腎小球系膜增生和腎組織纖維化，最終發(fā)展成DN。Zhou［6］等發(fā)現(xiàn)，腎內(nèi)注射SOCS2 腺病毒可以降低鏈脲霉素誘導的腎臟病變，包括腎小球肥大、腎小球高濾過、異常炎癥和纖維化。SOCS2 基因轉染后，糖尿病腎臟中的促炎因子(如單核細胞趨化因子-1，腫瘤壞死因子-α 和白介素-6)表達水平增加，致纖維化因子(TGFβ，Ⅳ型膠原和FN)表達減少。此外，腺病毒介導的腎臟SOCS2 的表達上調(diào)可明顯抑制JAK2、STAT3、STAT5 磷酸化表達水平的增加［6］。因此，SOCS2 可以降低糖尿病大鼠的腎臟損傷。

3 中藥對JAK/STAT 信號通路的干預作用

3.1 單味中藥對JAK/STAT 信號通路的影響 目前，中醫(yī)藥對JAK/STAT 信號通路影響的研究較少，主要集中于單味中藥或中藥復方制劑的動物實驗，包括黨參、芍藥、藕節(jié)、黃芪及其有效成分等［24］。黨參主要來源為桔?？浦参稂h參、素花黨參、川黨參等的干燥根，具有補中益氣，除煩渴之功效，常用于治療脾肺虛弱，氣短心悸，食少倦怠，內(nèi)熱消渴等癥狀。藥理實驗證實，黨參多糖是黨參的有效成分之一，并且黨參對DN 的治療具有良好的臨床效果。一項利用黨參治療db/db 小鼠模型的研究［21］發(fā)現(xiàn)，給藥12周后，采用基因芯片檢測db/db 小鼠腎臟組織中的基因表達，同時采用實時熒光定量PCR 法來確認其差異性，并進行JAK/STAT/SOCS 信號傳導途徑的研究，結果提示黨參可以降低db/db 小鼠的血糖和尿蛋白水平，治療組和正常對照組(氯沙坦鉀片)基因芯片實驗數(shù)據(jù)的差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05)。同時，黨參治療組JAK1、JAK2 和STAT3 的表達均增加，而STAT4 表達下降，JAK 的上調(diào)可以激活SOCS1、3、7，而后者又能夠負反饋調(diào)節(jié)JAK/STAT/SOCS 途徑的其他相關基因。由此可知，黨參能夠通過調(diào)節(jié)JAK/STAT/SOCS 信號通路，從而有利于治療DN。

白芍系毛莨科屬植物的干燥根，性微寒，具有抗炎、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)等功效［25］，而白芍總苷是其有效提取物之一。蘇靜［26］等采用不同劑量(50、100、200 mg/kg/d)的白芍總苷干預STZ 誘導的DN 大鼠模型，發(fā)現(xiàn)給藥8 周后，白芍總苷不僅呈劑量依賴性地降低DN 大鼠24 h 尿白蛋白排泄率，而且腎組織磷酸化JAK2 (phosphorylated-JAK2，p-JAK2)、p-STAT3、Ⅳ型膠原以及TGFβ1的表達均降低。由此證實，白芍總苷可改善糖尿病大鼠早期腎損害，其機制可能與其部分抑制腎組織JAK/STAT 信號通路的激活有關。

藕節(jié)系睡蓮科植物蓮的干燥根莖節(jié)部，主治止血、消瘀，用于尿血、崩漏等。王金晶［27］等發(fā)現(xiàn)，與正常組比較，DN 組大鼠腎臟腎小球肥大、系膜基質(zhì)增多、細胞凋亡明顯，尿素氮、血肌酐、24 h 尿蛋白定量明顯升高，腎組織Bcl-2 表達下調(diào)，Bax、p-JAK2、p-STAT3 表達明顯上調(diào)。然后，用中、高劑量(3.0、6.0 g/kg/d)藕節(jié)治療DN 大鼠，12 周后與DN 組相比，藕節(jié)組腎臟病理改變減輕、細胞凋亡減少，24 h 尿蛋白定量明顯降低，同時腎組織Bcl-2表達上調(diào)，Bax、p-JAK2、p-STAT3 表達下調(diào)。該研究表明，藕節(jié)可能通過活化STAT3，從而上調(diào)Bcl-2 等下游靶基因的表達，繼而調(diào)節(jié)細胞增殖、分化及凋亡，最終延緩DN進展。

上述幾種中藥能通過調(diào)節(jié)JAK/STAT 信號通路，抑制炎癥因子、減弱氧化應激反應等多途徑來減緩DN 病理損害，而且由于單味中藥價格相對低廉，毒副反應較少，更適合DN 的長期治療。然而，目前單味中藥在DN 的治療中往往僅扮演輔助藥物的角色，其自身的治療作用和機制并沒有得到充分重視，因而其應用受到很大的限制［28-30］。

3.2 中藥復方對JAK/STAT 信號通路的影響 黃芪系豆科草本植物蒙古黃芪和膜莢黃芪的根，具有補氣固表、利水退腫、免疫調(diào)節(jié)、抗衰老等功效［31］。動物研究［32］發(fā)現(xiàn)，將黃芪總皂苷和丹參總酚酸按組分1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1 的比例喂養(yǎng)糖尿病大鼠，結果3 種組分均具有降低大鼠腎組織JAK2、STAT1、STAT3 蛋白表達、降低血糖、延緩腎纖維化的作用，但與劑量比例變化關系不大。

另外，益腎膠囊也被證實有利于治療DN，其為純中藥制劑，由黃芪、當歸、澤瀉、芡實、紅景天等制成。丁武杰［33］等建立DN 大鼠模型，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，益腎膠囊治療組的24 h 尿蛋白定量、尿素氮、血清肌酐表達降低(P ＜0.05)，腎組織形態(tài)學改變較輕，磷酸化JAK2、STAT3、α 平滑肌肌動蛋白、FN 表達降低(P ＜0.05)，可能是益腎膠囊通過抑制DN 大鼠腎組織JAK/STAT 信號通路的活化，抑制了α 平滑肌肌動蛋白和FN 表達，從而延緩DN 的進展。

3.3 中成藥對JAK/STAT 信號通路的影響 有實驗報道［34］，采用腎康丸(由黃芪、金櫻子、水蛭、益母草等制成)干預治療糖尿病大鼠，結果與對照組相比，發(fā)現(xiàn)腎康丸組的尿素氮、血清肌酐、腎臟組織磷酸化STAT3 表達明顯降低，表明其對DN 大鼠具有腎臟保護作用。由此推測，其機制可能是降低腎小球系膜間質(zhì)中腫瘤壞死因子-α 表達，減少其誘導白介素-6 合成，后者與相應受體結合，可激活JAK/STAT3 信號通路，導致STAT3 蛋白表達增加，磷酸化STAT3 表達增強，促進TGF-β 分泌，最終引起腎臟損害。

綜上所述，一方面高血糖、血流動力學異常、氧化應激以及炎癥因子等因素誘導JAK/STAT 信號通路激活;另一方面，活化的JAK/STAT 信號通路可以通過誘導炎癥細胞活化、促進炎癥介質(zhì)表達、增加促炎因子產(chǎn)生等途徑，導致糖尿病腎組織炎性損傷。中藥能夠調(diào)節(jié)JAK/STAT 信號通路，從而改善糖尿病腎組織的炎癥性損傷，主要包括抑制炎癥因子表達、降低磷酸化JAK2 和STAT3 表達、減少細胞凋亡及纖維化因子表達等。然而，由于中藥成分復雜，其調(diào)節(jié)JAK/STAT 信號通路的具體機制還不完全明確，加上質(zhì)量難以控制等缺點，限制了在臨床中的廣泛應用。隨著醫(yī)學的發(fā)展及對中藥作用機制的深入研究，人們將逐步加深對中藥在治療疾病方面的認識和應用，相信在不久的將來，中藥會為人類健康做出更大貢獻。

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