JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的研究進(jìn)展

Effects of JAK-STAT signal transduction pathway in rheumatoid arthritis

張曉園1，3，王永輝2，李艷彥2，柴　智2，王悅堯3，周　然2（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，四川成都610075；2.山西中醫(yī)學(xué)院，山西太原030024；3.山西省中醫(yī)院，山西太原030012）

?

JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的研究進(jìn)展

Effects of JAK-STAT signal transduction pathway in rheumatoid arthritis

張曉園1，3，王永輝2，李艷彥2，柴智2，王悅堯3，周然2
（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，四川成都610075；2.山西中醫(yī)學(xué)院，山西太原030024；3.山西省中醫(yī)院，山西太原030012）

關(guān)鍵詞類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；JAK-STAT；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；研究進(jìn)展

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）是以多關(guān)節(jié)受累為主要表現(xiàn)的自身免疫性疾病，其病理特征主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)滑膜增生、血管翳生成、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、關(guān)節(jié)軟骨破壞，最終關(guān)節(jié)功能障礙，甚至畸形。雖然RA的病因及發(fā)病機(jī)制目前還未完全明確，但其病理過(guò)程主要由細(xì)胞因子參與和介導(dǎo)。這些細(xì)胞因子在RA滑膜病變中起著核心作用，其主要通過(guò)RA滑膜自分泌或旁分泌的形式大量產(chǎn)生，它們相互影響，相互促進(jìn)，構(gòu)成了一個(gè)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，最終引起免疫失衡、炎癥反應(yīng)、滑膜細(xì)胞增殖［1］。

滑膜細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路成為近些年來(lái)研究的熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)細(xì)胞因子與其受體結(jié)合后，通過(guò)一條共同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑非受體酪氨酸蛋白激酶JAK-STAT通路調(diào)控基因的表達(dá)。研究RA滑膜細(xì)胞中的這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的功能將有助于從一個(gè)新的角度探索滑膜細(xì)胞的病變發(fā)生機(jī)制，從而為治療RA提供新的作用靶點(diǎn)。許多細(xì)胞因子（cytokine）如：白介素（IL）、生長(zhǎng)激素（GH）、集落刺激因子（CSF）、干擾素（IFN）等，它們的受體為單次跨膜蛋白，這種蛋白不具有酶的活性，但其可以與配體結(jié)合后產(chǎn)生二聚化從而被激活，這類連接胞內(nèi)酪氨酸蛋白激酶（JAK）的信號(hào)通路稱為JAK－STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。在正常生理狀況下，細(xì)胞胞漿中的P-JAK和其下游的P-STAT含量很低，它們被一系列正負(fù)調(diào)控機(jī)制所調(diào)節(jié)，從而保持著動(dòng)態(tài)穩(wěn)定［2］。

1 JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

JAK（Janus Kinase）有4個(gè)家族成員（JAK1、JAK2、JAK3和TYK2），JAK3僅于骨髓、淋巴系統(tǒng)中存在，剩余3種廣布于機(jī)體的細(xì)胞和組織中。這4個(gè)家族成員均有7個(gè)同源區(qū)域（JH1～JH7），JH1、JH2分別為激酶區(qū)域和偽激酶區(qū)域。JAK被稱為Janus（兩面神激酶），它既能激活含特定SH2區(qū)域的信號(hào)因子，又能使與其相連的細(xì)胞因子受體發(fā)生酪氨酸磷酸化，從而被激活。

STAT（signal transducers and activators of transcription）被稱為信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子，屬于胞質(zhì)蛋白，因其含SH2、SH3，可通過(guò)靶基因調(diào)控區(qū)DNA結(jié)合特定含磷酸化酪氨酸的肽段。STAT有7種家族成員（STAT1～4、STAT5a、STAT5b及STAT6），STAT3、STAT5與人體血液系統(tǒng)的關(guān)系最為密切［3］。STAT在結(jié)構(gòu)上均含SH2、SH3區(qū)域，SH2、SH3分別處于第600-700、500-600位氨基酸之間，SH2序列高度保守，SH3差于SH2。在功能上，SH2和STATS的激活有關(guān)，而SH3可結(jié)合含脯氨酸的序列。不同的STAT中有相同的DNA結(jié)合域，但其最佳結(jié)合點(diǎn)是有區(qū)別的［4］。STAT處于JAK下游，JAK使其磷酸化后，形成二聚體而激活，活化的轉(zhuǎn)錄因子可進(jìn)入細(xì)胞核結(jié)合靶基因，并促其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。

在許多細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、增殖、凋亡等方面，JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮著顯著的影響力。該信號(hào)通路能夠被干擾素家族、單鏈家族、γC家族及gp130家族所激活。

JAK-STAT通路的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中，一種細(xì)胞因子可以激活多種JAK激酶，但STAT卻會(huì)被特異性地選擇。細(xì)胞因子受體中與STAT分子結(jié)合的特定氨基酸序列和STAT中的SH2結(jié)構(gòu)域共同決定了這種選擇的特異性［5］。例如IL-4激活STAT6，對(duì)STAT3可無(wú)作用；IL-6能夠激活STAT3，但對(duì)STAT6無(wú)作用；高濃度的IL-6能夠激活STAT1α；IL-12激活STAT4等。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)RA患者炎性滑膜組織中JAK、STAT1、STAT3高表達(dá)，但經(jīng)過(guò)治療后JAK、STAT1、STAT3的表達(dá)均降低，而這3種因子在正常人或骨關(guān)節(jié)炎患者中表達(dá)很少［6］。其中STAT3的激活僅存在于RA患者的滑膜組織中，而普通關(guān)節(jié)炎患者滑膜中檢測(cè)不到［7］。諸多細(xì)胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-12、IL-15、IL-17、IL-21等都是通過(guò)影響JAK-STAT通路從而在RA的發(fā)病中起到重要作用［8-9］。

2 JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制

JAK-STAT信號(hào)通路的負(fù)反饋是其自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，其負(fù)反饋可以避免該通路因持續(xù)開(kāi)放而造成的細(xì)胞代謝失調(diào)和生理功能紊亂。JAK-STAT信號(hào)通路的負(fù)反饋機(jī)制包括JAK-STAT的自身負(fù)反饋物質(zhì)細(xì)胞因子信號(hào)抑制蛋白（suppressor of cytokine signaling，SOCS）、細(xì)胞因子誘導(dǎo)含SH2結(jié)構(gòu)域蛋白（cytokine-inducible SH2 containing protein，CIS）和蛋白酪氨酸磷酸化酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）的去磷酸化作用等［10］。

SOCS家族通過(guò)與STAT競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合JAK酪氨酸磷酸化位點(diǎn)，抑制了其下游信號(hào)分子的傳遞。1997 年SOCS被成功克隆，SOCS家族（即SSI或CIS家族）由SOCS1～7和CIS這8種蛋白組成。許多細(xì)胞因子可誘導(dǎo)該家族產(chǎn)生，隨后抑制該信號(hào)通路進(jìn)行傳導(dǎo)。目前CIS、SOCS1和SOCS3被研究最多，JAKSTAT信號(hào)通路最主要的抑制因子就是SOCS1和SOCS3。一般在生理狀況下，由于這二者的表達(dá)水平很低而檢測(cè)不到，但許多細(xì)胞因子可以激活該通路，從而誘導(dǎo)它們的表達(dá)增高［11］。細(xì)胞因子誘導(dǎo)產(chǎn)生，而SOCS又反過(guò)來(lái)抑制了細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)，這雙方就構(gòu)成了一條經(jīng)典的負(fù)反饋抑制鏈條。研究表明，IL-6、IFN-γ、IFN-α/β等細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)可被SOCS1、SOCS3顯著抑制［12］。

3 JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)RA的發(fā)病研究最多的方面［13］。實(shí)驗(yàn)證明JAK和STAT1、SOCS3在正常人或關(guān)節(jié)炎病人滑膜中很少表達(dá)，而在RA患者滑膜組織中表達(dá)較高，且經(jīng)過(guò)治療后其表達(dá)明顯降低［14］。其中STAT3的激活僅存在于RA患者的滑膜組織中，而普通關(guān)節(jié)炎患者滑膜中檢測(cè)不到［12］。

Kasperkovitz P等［15］實(shí)驗(yàn)顯示，相對(duì)于反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎和骨關(guān)節(jié)炎（OA）患者，RA患者FLS、T、B細(xì)胞中可見(jiàn)大量STAT1、P-STAT1蛋白表達(dá)。De Hooge A S等［16］研究表明，在STAT1-/-鼠酵母多糖誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎中，可見(jiàn)肉芽腫形成和關(guān)節(jié)炎進(jìn)行性加重并伴有SOCS1蛋白驟減，表明可能是由于STAT1缺陷導(dǎo)致其誘導(dǎo)的SOCS1蛋白表達(dá)降低，使其抗炎作用減弱的結(jié)果。從上述研究推斷，在RA的炎癥滑膜組織中STAT1可能具有致炎和抗炎的雙重機(jī)制。Krause A等［17］研究表明，在RA患者中，滑膜組織的促凋亡機(jī)制可能由STAT1激活，對(duì)滑膜組織的增生起到了良好的抑制作用。

STAT3能夠促進(jìn)T細(xì)胞存活及其抗體的產(chǎn)生，并抑制FLS的凋亡，在RA發(fā)病過(guò)程中起到關(guān)鍵性作用。STAT3缺失會(huì)導(dǎo)致RA滑膜細(xì)胞異常增殖，STAT3主要由IL-6、IL-10、IFNα/β激活。1995年Sengupta T K等［18］首先發(fā)現(xiàn)在炎癥性關(guān)節(jié)炎患者滑液的單核細(xì)胞中STAT3DNA具有結(jié)合活性，而且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明了STAT3能使關(guān)節(jié)的炎癥反應(yīng)發(fā)生變化。

STAT4和STAT6二者介導(dǎo)炎癥反應(yīng)中多種具有重要作用的細(xì)胞因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。IL-12是Thl細(xì)胞的誘導(dǎo)物，其信號(hào)通過(guò)STAT4轉(zhuǎn)導(dǎo)，在RA其水平明顯升高，它能夠?qū)е耇hl/Th2免疫失衡，使炎性細(xì)胞因子受體、調(diào)黏附分子及IFN-γ增多。Walker Jg等［19］應(yīng)用免疫組織化學(xué)及免疫熒光方法檢測(cè)RA、脊柱關(guān)節(jié)病、OA患者活檢的滑膜組織中JAK3、STAT4、STAT6的表達(dá)情況，結(jié)果表明只有RA滑膜組織中的樹(shù)突狀細(xì)胞高度表達(dá)STAT4及JAK3蛋白，這可能成為早期診斷RA的標(biāo)志。與之相對(duì)照，IL-4是Th2型細(xì)胞因子，具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)和免疫刺激的特性，在調(diào)節(jié)Th細(xì)胞亞型的平衡中起重要作用，而其信號(hào)是通過(guò)STAT6轉(zhuǎn)導(dǎo)的。

4阻斷JAK-STAT通路在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎治療中的應(yīng)用

IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-12、IL-15、IL-17、IL-21等諸多細(xì)胞因子都是通過(guò)影響JAK-STAT通路從而在RA的發(fā)病中起到重要作用［20］。此通路在RA的發(fā)病中呈持續(xù)激活狀態(tài)，參與滑膜細(xì)胞的增殖、炎性細(xì)胞因子的釋放等過(guò)程，因此針對(duì)性阻斷JAK-STAT通路將能達(dá)到調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)、改善RA病理過(guò)程的目的。因STAT不具有酶活性，所以任何針對(duì)STAT的治療藥物只能通過(guò)阻斷STAT的表達(dá)、二聚體的形成或與DNA的結(jié)合而發(fā)揮作用。以這些位點(diǎn)作為靶目標(biāo)具有發(fā)揮治療作用的可能性，目前還沒(méi)有成功研制出小分子STAT抑制劑，但諸多JAK阻斷劑已經(jīng)應(yīng)用于臨床。

Tofacitinib是輝瑞公司2012年研發(fā)的針對(duì)JAK通路的抑制劑，已獲得美國(guó)食品與藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)上市。Tofacitinib可以有效抑制JAK1、JAK3，通過(guò)III期臨床試驗(yàn)證實(shí)了其治療RA的療效。美國(guó)風(fēng)濕病學(xué)會(huì)曾統(tǒng)計(jì)，口服Tofacitinib片劑6個(gè)月，50%以上患者的癥狀明顯改善，而口服阿達(dá)木單抗的患者只達(dá)到47.2%［21］。AG49O結(jié)構(gòu)和酪氨酸類似，屬于人工合成的苯亞甲基丙二腈的酯類衍生物，它可與酪氨酸激酶競(jìng)爭(zhēng)受體結(jié)合位點(diǎn)，從而對(duì)JAK-STAT起到阻斷作用，影響了下游的一系列免疫反應(yīng)，其中對(duì)JAK2、JAK3抑制作用最為明顯［22］。這些阻滯劑可以通過(guò)阻斷免疫介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來(lái)緩解臨床癥狀。近十幾年的臨床數(shù)據(jù)表明，抑制促炎細(xì)胞因子介導(dǎo)的JAK-STAT通路，使其不被激活，可以有效緩解類風(fēng)濕患者的臨床癥狀［23］。

綜上，JAK-STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在RA滑膜細(xì)胞因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及免疫細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等方面發(fā)揮著重要作用，JAK-STAT通路抑制劑的臨床應(yīng)用可能為治療帶來(lái)新的策略。盡管近幾年來(lái)對(duì)JAK-STAT信號(hào)通路在RA中的作用進(jìn)行了大量研究，但仍有很多問(wèn)題尚不清楚，需要進(jìn)一步探索。因此，深入研究JAK-STAT信號(hào)通路及其負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子將有助于RA發(fā)病機(jī)制的闡明，對(duì)更安全有效藥物的開(kāi)發(fā)也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

參考文獻(xiàn)

［1］Niu X，Cheng.Clinical biomarkers and pathogenic-related cytokines in rheumatoid arthritis［J］.J Immv Re，2014：698 192.

［2］Cooper J C，Boustead J N，Yu C L.Characterization of STAT5B phosphory-lation correlating with expression of cytokine-inducible SH2-containing protein（CIS）［J］.Cell Signal，2006，18（6）：851-60.

［3］Yu H，Jove R.The STATs of cancer-new molecular targets come of age［J］.Nat Rev Cancer，2004，4（2）：97-105.

［4］Hle J N.STATs：signal transducers and activators of transcription［J］.Cell，1996，84（3）：331-334.

［5］Jenkins B J.Transcriptional regulation of pattern recognition receptors by JAK-STAT signaling，and the implications for disease pathogenesis［J］.Interferon Cytokine Res，2014，34（10）：750-758.

［6］Monari C，Bevilacqua S，Piccioni M，et al.A microbial polysaccharide reduces the severity of rheumatoid arthritis by influencing Th17 differentiation and proinflammatory cytokines production［J］.Immunol，2009，183（1）：191-200.

［7］Shouda T，Yoshida T.Induction of the cytokine signal regulator SOCS3/CIS3 as a therapeutic strategy for treating inflammatory arthritis［J］.2001，108（12）：1 781-1 788.

［8］Walker Jg，Smith M D.The Jak-STAT pathway in rheumatoid arthritis［J］.Journal of Rheumatology，2005，32（9）：1 650-1 653.

［9］Gadina M，Hilton D，Johnston J A，et al.Signaling by type I and II cytokine receptors：ten years after［J］.Current Opinion in Immunology，2001，13（3）：363-373.

［10］Ram P A，Waxman D J.Interaction ofgrowth hormne-activated STATS with SH2-containing phosphatase SHP-1 and nuclear JAK2 tyrosine kinase［J］.J Biol Chem，1997（272）：17 694-17 702.

［11］Song M M，Shuai K.The suppressor of cytokine signaling SOCS1 and SOCS3 but not SOCS2 proteins inhibit interferon-mediated antiviral and antiproliferative activities［J］.J Biol Chem，1998（273）：35 056.

［12］Shouda T，Yoshida T，Hanada T，et al.Induction of the cytokine signal regulator SOCS3/C153 as a therapeutic strategy for treating inflammatory arthritis［J］.J Clin Invest，2001，108（12）：1 781-1 788.

［13］羅莉，羅德梅，劉盼盼，等.調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β與初發(fā)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎相關(guān)性研究［J］.中華實(shí)用診斷與治療雜志，2011，25 （7）：680-683.

［14］Monari C，Bevilacqua S，Piccioni M，et al.A microbial polysaccharide reduces the severity of rheumatoid arthritis by influencing Th17 differentiation and proinflammatory cytokines production［J］.Immunol，2009，183（1）：191-200.

［15］Kasperkovitz P，Verbeet N，Smeets T，et al.Activation of STAT1 pathway in rheumatoid arthritis［J］.Ann Reum Dis，2004，63（3）：233-239.

［16］De Hooge A S，van de Loo F A，Koenders M I，et al.Local activation of STAT-1 and STAT-3 in the inflamed synovium during zymosan-induced arthritis［J］.Arthritis Rheum，2004，50（6）：2 014-2 023.

［17］Krause A，Scaletta N，Ji J，et al.Rheumatoid arthritis synovicyte survival is dependent on Stat3［J］.J Immunol，2002，169（11）：6 610-6 616.

［18］Sengupta T K，Chen A，Zhong Z，etal.Activation of monoccyte effcetorgenes and Stat family transcription factors by inflammatory synovial fluid is independent of interferongamma［J］.J Exp Med，1995，181（3）：1 015-1 025.

［19］Walker Jg，Ahern M J，Coleman M，et al.Expression of JAK3，STAT1，STAT4 and STAT6 in inflammatory arthritis：unique JAK3 and STAT4 expression in dendritic cells in seropositive rheumatoid arthritis［J］.Ann Reum Dis，2006，65（2）：149-156.

［20］Walker Jg，Smith M D.The JAK-STAT pathway in rheumatoid arthritis［J］.Journal of Rheumatology，2005，32（9）：1 650-1 653.

［21］Cutolo M，Meroni M.Clinical utility of the oral JAK inhibitor tofacitinib in the treatment of rheumatoid arthritis［J］.J Inflamm Res，2013（6）：129-137.

［22］Yoshikawa H，Matsubara K，Qiang S，et al.SOCS-l，a negative regulator of the JAK-STAT pathway is silenced by methylation human hepatocellular carcinoma and showsgrowth-suppression activity［J］.Natgenet，2001，28（1）：29-35.

［23］Malemud C J.Intracellular signaling pathways in rheumatoid arthritis［J］.Cell Immunol，2014（1）：68-72.

（編輯：梁葆朱）

中圖分類號(hào)：R593.22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0258（2016）02-0063-03

［基金項(xiàng)目］國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目（81473589）

［作者簡(jiǎn)介］張曉園，在讀博士研究生，主治醫(yī)師，E-mail：love-zxy518@163.com

［通訊作者］周然，博士，教授，博士生導(dǎo)師