于淮海,孫雨飛,金昌洙,付 強(qiáng)
自然殺傷(natural killer, NK)細(xì)胞是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分,是機(jī)體抗感染和防止細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的重要免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞。NK細(xì)胞不表達(dá)特異性的抗原識(shí)別受體,不需預(yù)先活化就能夠識(shí)別并殺傷異常細(xì)胞,在機(jī)體抗感染、抗腫瘤、正常妊娠和免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要作用。因其毒副作用小,近年來(lái)已初步應(yīng)用于臨床的相關(guān)治療。但目前對(duì)NK細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育和功能調(diào)控還有許多機(jī)制尚未闡明,限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)信號(hào)通路廣泛參與NK細(xì)胞的各項(xiàng)生理功能并發(fā)揮著重要的調(diào)控作用,因此對(duì)這條通路的研究具有重要的意義。STAT信號(hào)通路的上游有酪氨酸激酶相關(guān)受體、酪氨酸激酶。細(xì)胞因子與相應(yīng)受體結(jié)合引起受體分子的二聚化,然后與受體偶聯(lián)的酪氨酸激酶相互接近并通過(guò)交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。活化的STAT蛋白以二聚體的形式進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合,調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[1]。STAT作為最終的轉(zhuǎn)錄激活子,負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因或影響其他因子的活性,進(jìn)而影響NK細(xì)胞相應(yīng)的功能活性?,F(xiàn)就以不同的STAT為序,探討STAT信號(hào)通路對(duì)NK細(xì)胞功能的影響。
STAT1可以促進(jìn)NK細(xì)胞的發(fā)育,增強(qiáng)NK細(xì)胞的抗感染和抗腫瘤能力。STAT1促進(jìn)NK細(xì)胞的發(fā)育,Cardif是一種胞內(nèi)受體蛋白,介導(dǎo)Ⅰ型干擾素和其他炎癥因子的產(chǎn)生,Ⅰ型干擾素對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)STAT1的水平至關(guān)重要,敲除Cardif的NK細(xì)胞表達(dá)STAT1水平低,其增殖能力和細(xì)胞毒性均降低[2]。STAT1增強(qiáng)NK細(xì)胞的抗感染作用,其對(duì)NK細(xì)胞介導(dǎo)的抗病毒作用至關(guān)重要,尤其在干擾素介導(dǎo)的一系列抗病毒反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。STAT1基因敲除鼠發(fā)育正常,對(duì)其他細(xì)胞因子反應(yīng)正常,但對(duì)干擾素?zé)o應(yīng)答,極易受病毒感染死亡[3]。STAT1增強(qiáng)NK細(xì)胞的抗腫瘤作用,轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者與正常人相比較,其體內(nèi)NK細(xì)胞的STAT1表達(dá)水平下降[4]。姜黃素類(lèi)化合物不僅可以通過(guò)抑制核因子-κB起到抑制腫瘤增殖的作用,同時(shí)也抑制了STAT1在腫瘤細(xì)胞中的抗腫瘤增殖作用和NK細(xì)胞干擾素(interferon,IFN)-γ的分泌,但姜黃素類(lèi)化合物與Ω-3脂肪酸聯(lián)合使用,可以減少STAT1磷酸化水平降低而致的NK細(xì)胞的失活,增強(qiáng)對(duì)腫瘤的殺傷作用[5]。另有研究發(fā)現(xiàn)STAT1蛋白一個(gè)磷酸化位置S727的點(diǎn)突變可顯著增加NK細(xì)胞穿孔素和顆粒酶B的釋放,從而大大提高了NK細(xì)胞的抗腫瘤活性[6]。以上研究表明STAT1促進(jìn)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性,因而增加STAT1在NK細(xì)胞的表達(dá)有利于發(fā)揮NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用。但關(guān)于STAT1通路的詳細(xì)機(jī)制還未研究透徹,值得進(jìn)一步研究探討。
Ⅰ型干擾素和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)可以通過(guò)STAT2對(duì)NK細(xì)胞進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。Ⅰ型干擾素通過(guò)激活蛋白酪氨酸激酶(Janus kinase,JAK)1和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2,TYK2)從而激活STAT1和STAT2,形成相應(yīng)的二聚體調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的一系列生物效應(yīng),其中包括對(duì)STAT4的調(diào)節(jié),影響NK細(xì)胞釋放IFN-γ。TYK2基因敲除小鼠的NK細(xì)胞細(xì)胞毒性降低,對(duì)腫瘤的抵抗力下降[7]。IFN-α可以減少NK細(xì)胞IL-21受體mRNA表達(dá),調(diào)節(jié)NK細(xì)胞IL-21受體的表達(dá),這一過(guò)程需要STAT2的參與[8]。另外IL-15受體信號(hào)通路也可以激活下游的STAT2從而影響NK細(xì)胞的生物活性[9]。Ⅰ型干擾素在抗病毒中發(fā)揮著重要的作用,并已應(yīng)用于臨床治療某些病毒感染疾病和惡性腫瘤。而Ⅰ型干擾素作用于細(xì)胞受體所介導(dǎo)的一系列信號(hào)通路離不開(kāi)STAT2的參與[10]。Clr-b是NK細(xì)胞抑制性受體NKR-P1B的配體,在巨細(xì)胞病毒感染模型鼠中,旁鄰細(xì)胞在Ⅰ型干擾素的刺激下高表達(dá)Clr-b,保護(hù)其免受NK細(xì)胞的殺傷。在這一過(guò)程中,STAT2對(duì)于Clr-b的誘導(dǎo)是必不可少的[11]。值得注意的是,Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的經(jīng)典的信號(hào)通路是通過(guò)STAT1/STAT2/IRF9三聚體作用的,但有研究發(fā)現(xiàn)STAT2可以不依賴(lài)STAT1與干擾素調(diào)節(jié)因子9(inter feron regulatory factors 9,IRF9)形成STAT2/IRF9二聚體就可以對(duì)病毒感染做出反應(yīng)[12]。目前對(duì)STAT2與NK細(xì)胞之間聯(lián)系的研究較少,除與STAT1共同介導(dǎo)Ⅰ型干擾素對(duì)NK細(xì)胞調(diào)節(jié)之外的其他功能有待進(jìn)一步闡明。
STAT3抑制NK細(xì)胞的活性,抑制NK細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷,但有時(shí)會(huì)起到相反的作用。實(shí)驗(yàn)表明敲除STAT3基因的NK細(xì)胞表達(dá)更高的顆粒酶B、穿孔素和DNAM-1,提高對(duì)腫瘤的免疫監(jiān)視殺傷作用[13]。Schnurri-2是細(xì)胞內(nèi)一類(lèi)含鋅指樣結(jié)構(gòu)調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的蛋白,參與細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的信號(hào)傳導(dǎo),Schnurri-2敲除小鼠NK細(xì)胞的STAT3表達(dá)上升,其顆粒酶B、穿孔素釋放減少,表明Schnurri-2對(duì)NK細(xì)胞的發(fā)育功能有重要影響,并通過(guò)STAT3信號(hào)通路發(fā)揮作用,STAT3的激活抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性[14]。在腫瘤微環(huán)境中,腫瘤細(xì)胞可以分泌多種細(xì)胞因子激活腫瘤微環(huán)境內(nèi)的STAT3信號(hào)通路,STAT3在NK細(xì)胞的激活可以抑制NK細(xì)胞的活性,表現(xiàn)在NK細(xì)胞激活性受體DNAM-1、NKp30、NKp44和NKG2D的表達(dá)下調(diào),以及穿孔素A和顆粒酶B的表達(dá)下降,從而降低了NK細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷作用。STAT3在腫瘤細(xì)胞的激活既可以抑制NK細(xì)胞釋放趨化因子,減少招募到腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞的數(shù)量,又可以減少NKG2D配體MICA和ULBP的表達(dá),從而抑制NK細(xì)胞的活性,并且還發(fā)現(xiàn)STAT3的激活可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞程序性死亡受體配體-1(Programmed cell death-ligand 1,PD-L1)表達(dá)增高,PD-L1與NK細(xì)胞表達(dá)的程序性細(xì)胞死亡蛋白-1結(jié)合降低NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性。腫瘤細(xì)胞和骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞共同釋放吲哚胺2,3-雙加氧酶和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β抑制NK細(xì)胞的發(fā)育、增殖、活性。NK細(xì)胞可以與體內(nèi)的各種免疫細(xì)胞相互作用,促進(jìn)其對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用,但是STAT3的激活會(huì)抑制這一活性[15]。
但也有實(shí)驗(yàn)表明,STAT3會(huì)起到完全相反的作用,會(huì)促進(jìn)NK細(xì)胞的活性,促進(jìn)NK細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷。用表達(dá)CD137L和mbIL21的K562細(xì)胞從外周血擴(kuò)增NK細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)可以明顯促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖和細(xì)胞毒性,但STAT3抑制劑JSI-124可以抑制這一過(guò)程,使K562細(xì)胞的作用失效,表明STAT3的激活有利于NK細(xì)胞的發(fā)育和細(xì)胞毒性[16]。IL-10和IL-21通過(guò)激活STAT3使NK細(xì)胞激活性受體NKG2D、DAP10、DAP12表達(dá)上升,STAT3抑制劑會(huì)抑制NKG2D的表達(dá),STAT3基因敲除的NK細(xì)胞表達(dá)低水平的NKG2D,這使得NK細(xì)胞的殺傷活性降低[17]。IL-21作用于NK細(xì)胞會(huì)增強(qiáng)NK細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷從而延長(zhǎng)腫瘤小鼠模型的生存期,這一作用是NKG2D依賴(lài)的。使用NKG2D抗體或抑制小鼠模型內(nèi)NK細(xì)胞的活性后,IL-21對(duì)小鼠的保護(hù)作用消失,小鼠生存期減少[18]。這些實(shí)驗(yàn)表明,IL-21可以通過(guò)激活STAT3,增加NK細(xì)胞表面NKG2D的表達(dá),從而增加NK細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。研究發(fā)現(xiàn),慢性NK細(xì)胞增殖性疾病與STAT3基因的突變有關(guān),突變位于二聚化界面上的SH2區(qū)域,介導(dǎo)STAT3的激活。STAT3通路不僅可以調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性,突變還可造成NK細(xì)胞的癌變[19]。STAT3既可抑制又可促進(jìn)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性,但以抑制為主,因此減少STAT3在NK細(xì)胞中的表達(dá)有利于NK細(xì)胞發(fā)揮其細(xì)胞毒性作用,但需根據(jù)不同的微環(huán)境而定。對(duì)于某些腫瘤,STAT3抑制劑不僅起不到治療的作用還會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng),抑制NK細(xì)胞的活性,其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。
STAT4的激活可以促進(jìn)NK細(xì)胞釋放IFN-γ和穿孔素從而增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,并在移植免疫和抗感染中發(fā)揮著重要的作用。STAT4在NK細(xì)胞可經(jīng)IL-12信號(hào)通路活化,IL-12通過(guò)激活JAK2和TYK2從而激活STAT4,活化的STAT4促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖,增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,增加IFN-γ的釋放[20]。IL-12還可以通過(guò)激活STAT4促進(jìn)NK細(xì)胞穿孔素的釋放,這與STAT4促進(jìn)穿孔素相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄有關(guān)[21]。在移植免疫中,使用地塞米松可有效抑制NK細(xì)胞STAT4的表達(dá),從而抑制NK細(xì)胞的免疫活性,這有利于抑制器官移植的排斥反應(yīng)[22]。接受肝移植的非丙型肝炎患者體內(nèi)NK細(xì)胞的活性降低,表達(dá)低水平的NKp46和NKp30,IFN-γ釋放減少,細(xì)胞毒性降低。與健康人和丙型肝炎肝移植患者對(duì)比,接受肝移植的非丙型肝炎患者體內(nèi)NK細(xì)胞的STAT4的水平明顯降低,這表明STAT4和NK細(xì)胞介導(dǎo)的免疫耐受有關(guān)[23]。研究發(fā)現(xiàn),STAT4還可通過(guò)誘導(dǎo)T-bet和IL-10產(chǎn)生記憶性NK細(xì)胞,進(jìn)一步增強(qiáng)NK細(xì)胞的抗感染能力[24]。分泌IFN-γ和穿孔素是NK細(xì)胞行使免疫功能的重要體現(xiàn),因而增加STAT4在NK細(xì)胞中的表達(dá)有利于NK細(xì)胞發(fā)揮其細(xì)胞毒性作用,抑制STAT4信號(hào)通路則有利于減少來(lái)自NK細(xì)胞的免疫排斥反應(yīng)。
STAT5促進(jìn)NK細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育并增強(qiáng)NK細(xì)胞毒性和抗腫瘤能力。STAT5對(duì)NK細(xì)胞的發(fā)育起重要的作用,STAT5的缺失可導(dǎo)致NK細(xì)胞數(shù)量的減少,STAT5對(duì)小鼠的生存是必不可少的,失去STAT5的NK細(xì)胞不能存活[25]。Schnurri-2基因敲除小鼠NK細(xì)胞的STAT5表達(dá)下調(diào),其顆粒酶、穿孔素釋放減少[15]。IL-15可以增強(qiáng)NK細(xì)胞的抗腫瘤作用,由Cish編碼的CIS蛋白是IL-15信號(hào)通路的抑制調(diào)節(jié)因子,敲除Cish基因,NK細(xì)胞對(duì)IL-15的敏感性增高,促進(jìn)NK細(xì)胞的增殖和IFN-γ的分泌,增強(qiáng)其對(duì)腫瘤的殺傷作用,而這一過(guò)程離不開(kāi)STAT5的參與[26]。V2O5可以通過(guò)抑制STAT5的磷酸化,致使NK細(xì)胞的增殖能力和IFN-γ釋放水平下降,促使腫瘤在機(jī)體內(nèi)的發(fā)生[27]。STAT5被抑制了的NK細(xì)胞可被Bcl-2過(guò)表達(dá)所營(yíng)救,并且通過(guò)增加血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-A的水平促進(jìn)腫瘤的形成,抑制NK細(xì)胞的STAT5水平可以增加腫瘤的血管生成,促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[28]。STAT5增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,是NK細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育所必需的,抑制NK細(xì)胞內(nèi)STAT5的表達(dá)會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng),因而增加NK細(xì)胞內(nèi)STAT5的水平有利于NK細(xì)胞行使其正常的免疫功能。
STAT6既可增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性又可抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞活性。STAT6促進(jìn)NK細(xì)胞釋放IFN-γ,增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性。IL-4和IL-13通過(guò)調(diào)節(jié)JAK3和STAT6的磷酸化水平來(lái)調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的生物活性,IL-4促進(jìn)NK細(xì)胞釋放IFN-γ,這一過(guò)程是STAT6依賴(lài)的,IL-4不能刺激STAT6敲除小鼠NK細(xì)胞釋放IFN-γ。IL-4可以協(xié)同IL-2和IL-12共同刺激NK細(xì)胞釋放IFN-γ,不同的是IL-4協(xié)同IL-2刺激NK細(xì)胞釋放IFN-γ是STAT6依賴(lài)的,協(xié)同IL-12是非STAT6依賴(lài)的[29]。STAT6亦可抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞活性,降低其對(duì)病毒的殺傷作用。在STAT6基因敲除小鼠體內(nèi),NK細(xì)胞細(xì)胞毒性增強(qiáng),增強(qiáng)其對(duì)病毒感染細(xì)胞的殺傷作用[30]。此外,STAT6對(duì)維持母胎界面免疫平衡有一定的積極作用,研究發(fā)現(xiàn)IL-4在固有免疫細(xì)胞(包含NK細(xì)胞)中通過(guò)STAT6信號(hào)通路可誘導(dǎo)Tim-3表達(dá),在妊娠期間,Tim-3作為一個(gè)調(diào)節(jié)分子,調(diào)控固有免疫和適應(yīng)性免疫,從而調(diào)控Th1和Th2之間的平衡,影響母胎界面的免疫平衡[31]。CKJOT是韓國(guó)傳統(tǒng)方法治療女性不孕不育中使用的一種中草藥,研究發(fā)現(xiàn)CKJOT可以讓Th1相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子T-bet明顯下調(diào),而Th2相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子GATA3及STAT6明顯上調(diào),這表明韓國(guó)傳統(tǒng)中藥CKJOT對(duì)維持母胎界面免疫平衡有一定的作用,STAT6參與母胎界面免疫平衡的調(diào)節(jié)[32]。對(duì)于STAT6在NK細(xì)胞中的作用研究較少,STAT6在NK細(xì)胞中的調(diào)控以及對(duì)蛻膜NK細(xì)胞的影響有待于進(jìn)一步研究。
近年研究發(fā)現(xiàn)激活NK細(xì)胞內(nèi)的STAT1、STAT4、STAT5可以促進(jìn)NK細(xì)胞的細(xì)胞活性,增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,有利于NK細(xì)胞行使其抗感染、抗腫瘤的作用。抑制NK細(xì)胞內(nèi)的STAT3、STAT6亦可增強(qiáng)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性,但有些情況下會(huì)起到相反的作用,提示STAT3、STAT6可能在自身免疫耐受有重要的作用。因而在利用STAT通路調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的生物學(xué)功能時(shí),要根據(jù)實(shí)際情況,兼顧STAT1/STAT4、STAT1/STAT3及STAT4/STAT6等信號(hào)通路的平衡來(lái)增強(qiáng)或抑制某一類(lèi)STAT蛋白以發(fā)揮出NK細(xì)胞的最佳功能狀態(tài)。另外,細(xì)胞因子作用于NK細(xì)胞不僅僅激活STAT信號(hào)通路,往往可能與多條其他信號(hào)通路共同作用,信號(hào)通路之間的相互作用值得進(jìn)一步探討。鑒于STAT信號(hào)通路在NK細(xì)胞生物活性中的重要性,在進(jìn)一步闡明相關(guān)機(jī)制的基礎(chǔ)上,精確抑制或促進(jìn)這條通路的某些靶點(diǎn),亦或是將來(lái)在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實(shí)踐中治療某些腫瘤、感染以及生殖相關(guān)疾病的有效手段。
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