JAK/STAT信號(hào)通道與相關(guān)疾病的研究進(jìn)展*

程初勇,黃照河

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生院，廣西 百色 533000;2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

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JAK/STAT信號(hào)通道與相關(guān)疾病的研究進(jìn)展*

程初勇1,黃照河2**

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院研究生院，廣西 百色 533000;2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

JAK；STAT；信號(hào)通道

近年來，在進(jìn)行干擾素誘導(dǎo)細(xì)胞培養(yǎng)，調(diào)控特定基因轉(zhuǎn)錄的研究中發(fā)現(xiàn)酪氨酸激酶(janus kinase，JAK)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(signal transducer and activator of transcription，STAT)(JAK/STAT)信號(hào)通道涉及細(xì)胞分化、增殖、凋亡及免疫調(diào)節(jié)等病理生理過程，與癌癥、支氣管哮喘、心血管疾病、糖尿病等多種疾病密切相關(guān)。

1 JAK/STAT信號(hào)通道

JAK/STAT信號(hào)通道包括三部分：酪氨酸相關(guān)受體，酪氨酸激酶(JAK)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(STAT)，酪氨酸激酶偶聯(lián)酪氨酸相關(guān)受體的胞內(nèi)段。JAK包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2，JAK的N端結(jié)構(gòu)域稱為JAK同源區(qū)(JAK homology)或JH結(jié)構(gòu)域，與受體結(jié)合，不具備酪氨酸激酶活性[1]。其C端有兩個(gè)酪氨酸激酶活性結(jié)構(gòu)域，C端末是JAK的催化活性區(qū)，另一個(gè)沒有激活活性，可能是其他信號(hào)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)[2]。STAT包括7個(gè)成員：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。

相關(guān)細(xì)胞因子，如:干擾素(interferon,IFN)，某些激素，集落刺激因子(colomy-stimulating factor，CSF)，促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)等，與酪氨酸相關(guān)受體結(jié)合，受體二聚化，JAK相互靠近，彼此交叉性激活JAK。JAK繼而激活受體上酪氨酸殘基，這些活化的殘基形成一個(gè)反應(yīng)位置，此反應(yīng)位置將吸引STAT結(jié)合到受體上，繼而JAK磷酸化STAT的酪氨酸，兩個(gè)激活的STAT分子形成同源二聚體，隨即游離受體，暴露出其核定位序列NLS，STAT轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)結(jié)合特定基因的調(diào)控序列，調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)[3]。

2 JAK/STAT信號(hào)通道研究新發(fā)現(xiàn)

Sobhkhez等[4]從大西洋鮭魚分離出兩個(gè)不同的STAT2同源物和一個(gè)干擾素反應(yīng)因子9(IRF9)同源物。STAT2、IRF9與哺乳動(dòng)物的STAT2、IRF9直系同源，鮭魚兩個(gè)STAT2命名為STAT2a、STAT2b，STAT2b是由STAT2a剪接而成的變異體，具有較高的序列同源性，但具有不同的轉(zhuǎn)錄激活域(TAD)。既往的研究表明STAT2參與Ⅰ類IFN信號(hào)通道，而鮭魚的STAT2s特別是STAT2a亞基，同IRF9通過γ干擾素活化點(diǎn)(GAS)元件參與INFc信號(hào)傳導(dǎo)，因此，在干擾素作用下JAK/STAT信號(hào)通道具有多樣性作用。

眾所都知STAT蛋白活化后要進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)行基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控，而Sehgal等[5]發(fā)現(xiàn)STAT5a/b和STAT6蛋白還有另外一種作用，并不進(jìn)入核內(nèi)，而是參與胞內(nèi)膜性器官內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體的構(gòu)成。人肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的STAT5a(包括STAT5a-GFP)與高爾基體組成相關(guān)。STAT5a/b與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)組成相關(guān)。實(shí)驗(yàn)中快速用siRNA敲低STAT5a/b后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)結(jié)構(gòu)性蛋白網(wǎng)狀蛋白-4(reticulon-4，RTN4,也叫Nogo-B)沉積，ER常駐GTP酶atlastin-3(ALT-3)沿著囊膜沉積，碎片化的高爾基體沉積于囊膜邊界區(qū)。導(dǎo)致ER功能改變：順向性交換減少，應(yīng)激反應(yīng)(GRP78/Bip)增加，最終線粒體破裂。這種改變是非基因性的，實(shí)驗(yàn)中來源于無核細(xì)胞質(zhì)。特發(fā)性動(dòng)脈性肺動(dòng)脈高壓(idiopathic pulmonary arterial hypertension,IPAH)的發(fā)病機(jī)制包括ER/高爾基功能失調(diào)，顯示出IPAH與STAT6相關(guān)。STAT5a-GFP(1-459)N末端截短，缺乏SH2結(jié)構(gòu)域和Tyr磷酸化位點(diǎn)，與線粒體構(gòu)成性相關(guān)。因此，實(shí)驗(yàn)證明STAT蛋白參與胞內(nèi)膜性器官線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的構(gòu)成。

另外，Víctor等[6]實(shí)驗(yàn)證實(shí)，由催乳素(PRL)介導(dǎo)金頭鯛白細(xì)胞活化過程中STAT和NF-κB參與其中，在魚類專嗜吞嗜細(xì)胞的細(xì)胞中PRL是一個(gè)關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。TLR/NF-κB和PRLR/JAK/STAT信號(hào)通道之間存在交叉作用。是第一次報(bào)道在脊椎動(dòng)物里PRL通過JAK/STAT信號(hào)通道調(diào)節(jié)吞噬細(xì)胞NADPH氧化酶的活性。

3 JAK/STAT信號(hào)通道與疾病

3.1 JAK/STAT信號(hào)通道與腫瘤 腫瘤的出現(xiàn)與免疫監(jiān)視功能不足和/或缺失密切相關(guān)。免疫監(jiān)視依賴于細(xì)胞表達(dá)MHCⅠ、MHCⅡ。MHCⅠ分子表達(dá)腫瘤相關(guān)抗原(TAA)提呈到CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞，MHCⅡ表達(dá)TAA提呈到CD4+輔助T細(xì)胞。在有核細(xì)胞內(nèi)，MHCⅠ、MHCⅡ均可被干擾素γ(IFN-γ)誘導(dǎo)在細(xì)胞表面表達(dá)，并通過JAK/STAT信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。IFN-γ與IFN-γR1結(jié)合，激活JAK1、JAK2，繼而激活STAT1，形成STAT1同源二聚體(稱為γ活化因子，GAF)，GAF轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，結(jié)合到γ-活化序列(GAS)干擾素應(yīng)答元件IRF1、IRF2的啟動(dòng)子上，轉(zhuǎn)錄生成IRF1、IRF2并形成二聚體，隨著GAF結(jié)合到Ⅱ類反式作用子Ⅳ的啟動(dòng)子上(CⅡTA)。MHCⅡ轉(zhuǎn)錄時(shí)CⅡTA是必須的但不充分，而且缺乏DNA內(nèi)在結(jié)合能力。MHCⅡ轉(zhuǎn)錄要求增強(qiáng)子復(fù)合體結(jié)合CⅡTA。該增強(qiáng)子由cAMP調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(CREB)、核因子Y(NFY)、調(diào)節(jié)因子X(RFX)組成。CⅡTA結(jié)合在增強(qiáng)子上時(shí)才允許RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合，導(dǎo)致MHCⅡ轉(zhuǎn)錄。Osborn等[7]研究惡性黑色素瘤時(shí)，發(fā)現(xiàn)在徑直生長期、垂直生長期惡性黑色素瘤細(xì)胞都表達(dá)MHCⅡ，而在轉(zhuǎn)移生長期不僅缺失MHCⅡ，而且缺乏轉(zhuǎn)錄因子干擾素反應(yīng)因子(IRF)以及它的上游激活物STAT，因此，惡性黑色素瘤是因?yàn)橐种芐TAT1表達(dá)，導(dǎo)致IRF表達(dá)下調(diào)，致使MHCⅡ不能在細(xì)胞表面表達(dá)，因而不能將TAA提呈給CD4+輔助T細(xì)胞，逃避免疫監(jiān)視，從而獲得垂直生長能力，促發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移。

JAK/STAT異常激活參與到許多癌細(xì)胞增殖和存活生理過程中。在許多癌如造血系統(tǒng)腫瘤激活STAT3信號(hào)通道可促進(jìn)癌的發(fā)展。急性早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞系HT93A誘導(dǎo)分化時(shí)可能必需激活JAK/STAT信號(hào)通道[8]。有研究[9]表明,JAK1/2抑制劑AZD1480可以抑制STAT3表達(dá)，從而抑制頭頸鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系的增殖，以劑量依賴性方式下調(diào)磷酸化STAT3的表達(dá)，同時(shí)AZD1480降低病人來源的異種移植頭頸鱗狀細(xì)胞癌模型中腫瘤的生長速度。大約96%真性紅細(xì)胞增多癥發(fā)現(xiàn)JAK2基因V617激活突變，JAK2過度激活自發(fā)性地激活下游信號(hào)通道,導(dǎo)致不可調(diào)節(jié)腫瘤樣的造血活動(dòng)[10]。血液系統(tǒng)惡性腫瘤中也發(fā)現(xiàn)V617突變的JAK2，造成非同義氨基酸替換，可導(dǎo)致JAK信號(hào)通道功能改變。JAK2是BCR-ABL信號(hào)網(wǎng)絡(luò)途徑的一部分，并在慢性髓系白血病(CML)細(xì)胞中激活。用伊馬替尼治療CML后殘存細(xì)胞能夠存活下來，可能是通過細(xì)胞因子觸發(fā)了JAK2/STAT5信號(hào)通道。Okabe等[11]用JAK2的抑制劑TG-101348實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在TG-101348濃度很高時(shí)，BCR-ABL和STAT5磷酸化減少。無論體內(nèi)體外，JAK2抑制劑聯(lián)合伊馬替尼能夠阻止這種細(xì)胞因子信號(hào)通道，能夠提高伊馬替尼治療CML的效果，減少基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子。Kang等[12]在研究肝癌細(xì)胞中過度表達(dá)B7-同源物3(B7-H3)的早期侵入機(jī)制時(shí)，病例統(tǒng)計(jì)學(xué)分析得出，B7-H3高表達(dá)組見于TNM分型晚期，傾向血管浸潤，微衛(wèi)星腫瘤形成，淋巴轉(zhuǎn)移。在人肝細(xì)胞癌(HCC)組織中，B7-H3表達(dá)與HCC的轉(zhuǎn)移正相關(guān)。下調(diào)B7-H3可減少細(xì)胞轉(zhuǎn)移，顯著減少HCC基質(zhì)浸潤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人吃驚，B7-H3對(duì)細(xì)胞增殖沒有明顯影響。這些結(jié)果可能由于B7-H3通過JAK2/STAT3/Slug通道，調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，促進(jìn)肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和浸潤。

Zhou等[13]研究得出，EPO激活乳腺腫瘤原始細(xì)胞(TICs)JAK/STAT信號(hào)通道，促進(jìn)腫瘤發(fā)生，促進(jìn)TIC自我更新。既然JAK/STAT信號(hào)通道參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，那么針對(duì)腫瘤的治療同樣可以通過影響JAK/STAT信號(hào)通道而實(shí)現(xiàn)。MiRNAs可以調(diào)節(jié)干擾素通路中JAK/STAT下游組件，為干擾素調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡提供了一個(gè)新的調(diào)節(jié)層級(jí)[14]。在研究卵巢癌異種移植模型小鼠中證實(shí)，治療良性前列腺增生α1腎上腺受體阻滯劑多沙唑嗪，通過JAK/STAT信號(hào)通道，上調(diào)P53表達(dá)導(dǎo)致凋亡細(xì)胞死亡，調(diào)節(jié)IFNα/γ的細(xì)胞凋亡作用，而c-Myc表達(dá)卻是顯著性降低，從而顯著性抑制腫瘤生長[15]。Li等[16]將彼此功能無相關(guān)的巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GMCSF)受體和白介素9(IL-9)受體人為類聚而成一個(gè)雙功能細(xì)胞因子，命名為GIFT9。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在處理MC-9細(xì)胞系時(shí)，GIFT9 可以將GMCSF受體上結(jié)合的JAK2的磷酸化轉(zhuǎn)移給IL-9受體上結(jié)合的STAT1；同樣，結(jié)合在IL-9受體上JAK1/JAK3能提高GMCSF受體上STAT5的磷酸化；兩個(gè)功能無關(guān)的受體通過人工設(shè)計(jì)類聚而成的新的復(fù)合體，能夠通過JAK/STAT信號(hào)通道而表現(xiàn)出功能協(xié)調(diào)性作用，此實(shí)驗(yàn)運(yùn)用諸如GIFT9融合物人為調(diào)節(jié)細(xì)胞生理，為治療類如腫瘤等疾病打開了一個(gè)嶄新的生物之門。

3.2 JAK/STAT與心血管疾病 活性氧來自氧代謝，過去認(rèn)為它對(duì)機(jī)體有毒副作用，現(xiàn)在普遍認(rèn)為活性氧是各種生物過程和病理狀態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑?；钚匝跄苷{(diào)節(jié)血管發(fā)展過程中不同階段，包括平滑肌細(xì)胞分化，血管細(xì)胞遷移，內(nèi)皮祖細(xì)胞募集，血管形成[17]。氧化應(yīng)激是心肌缺血再灌注損傷一個(gè)重要機(jī)制，H2O2可以激活STAT3。Ng等[18]用白血病抑制因子(LIF)和H2O2共同處理細(xì)胞模型，LIF和H2O2都能促進(jìn)STAT3磷酸化，STAT3轉(zhuǎn)入核內(nèi)，但會(huì)減慢STAT3直接靶基因細(xì)胞因子信號(hào)3抑制物(SOCS3)表達(dá)速度，導(dǎo)致JAK/STAT信號(hào)通道負(fù)反饋?zhàn)饔脺p弱，同時(shí)輸入的蛋白-α3和Ran在細(xì)胞質(zhì)/細(xì)胞核的分布遭受破壞，這些改變一方面減慢STAT3的堆積，另一方面導(dǎo)致STAT3持續(xù)存在于細(xì)胞核，表現(xiàn)出STAT3持續(xù)活化的狀態(tài)。心肌缺血導(dǎo)致細(xì)胞凋亡時(shí)STAT1表達(dá)增加，轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)；STAT3激活時(shí)抑制細(xì)胞凋亡的同時(shí)保護(hù)心肌[19]。在巨噬細(xì)胞來源的THP-1泡沫細(xì)胞中晚期氧化蛋白產(chǎn)物(AOPPs)，激活NADPH氧化酶，激活JAK/STAT通道，肝X受體α(LxRα)表達(dá)下調(diào)，ATP三磷酸腺苷結(jié)合盒(ABCA1)的表達(dá)顯著性地減少，抑制THP-1泡沫細(xì)胞膽固醇的流出，參與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病過程[20]。降脂藥物瑞舒伐他汀可以激活JAK2/STAT3信號(hào)通道，提高心肌梗死后細(xì)胞移植的治療效果[21]。高密度脂蛋白(HDL)能夠逆轉(zhuǎn)運(yùn)膽固醇，保護(hù)心肌。HDL包括兩部分：結(jié)構(gòu)蛋白載脂蛋白AⅠ，神經(jīng)鞘脂鞘氨醇-1-磷酸(SIP)，激活STAT3和TNF-α可以保護(hù)缺血再灌注損傷[22]。心肌梗死后心室壁機(jī)械牽拉激活JAK/STAT信號(hào)通道，引起心肌肥大，抑制JAK/STAT信號(hào)通道可以抑制心肌肥大和膠原基質(zhì)沉淀，JAK/STAT信號(hào)通道參與心肌梗死發(fā)病過程，同時(shí)也參與心肌梗死后左室重構(gòu)[23]。

JAK/STAT信號(hào)通道可以介導(dǎo)血管緊張素Ⅱ(ANGⅡ)觸發(fā)基因轉(zhuǎn)錄，JAK/STAT信號(hào)通路反過來作為一個(gè)放大系統(tǒng)，進(jìn)一步促進(jìn)腎內(nèi)RAS激活，促使區(qū)域性ANGⅡ合成，增加細(xì)胞因子IL-6、IFN-γ表達(dá)水平，循環(huán)性地導(dǎo)致JAK/STAT激活，從而導(dǎo)致高血壓及高血壓組織損傷[24]。Banes-Berceli等[25]實(shí)驗(yàn)性地緩慢靜脈注入ANGⅡ?qū)⒁鸶哐獕?，鈉潴留，GFR降低，血管收縮，腎臟JAK2激活并介導(dǎo)腎臟ANGⅡ活化加強(qiáng)。ANGⅡ誘導(dǎo)的高血壓，JAK2磷酸化水平顯著提高，用AG490緩慢抑制JAK2，鈉排泄增多，GFR升高，顯著地改善高血壓。因此，ANGⅡ誘導(dǎo)的高血壓JAK/STAT信號(hào)通道具有關(guān)鍵作用。

4 展 望

JAK/STAT信號(hào)通路雖然組成相對(duì)簡單，但是它與其他的信號(hào)通道交織在一起，相互影響，相互作用，形成一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。JAK/STAT參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡及免疫調(diào)節(jié)等生理病理過程，對(duì)其作用環(huán)節(jié)中的調(diào)控及與其它細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)途徑的聯(lián)系仍有待深入研究。充分了解JAK/STAT作用過程，有望為臨床相關(guān)疾病提供更具特異性的治療途徑。

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廣西自治區(qū)中醫(yī)藥管理局科研項(xiàng)目(N0:GZZC14-63)，百色市科技局科研項(xiàng)目(NO:20150819)

R392

A

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2016-05-13)

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