針刺調(diào)控JAK-STAT通路對腦血管疾病影響的現(xiàn)代研究*

王東巖，楊海永，董 旭，何 雷，麻聰聰

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫(yī)藥大學附屬第二醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

Janus激酶/信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白(Janus kinase/Signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為生物體內(nèi)調(diào)控細胞增殖、細胞分化、細胞凋亡及體內(nèi)氧化應(yīng)激等多種生物學效應(yīng)，同時還介導(dǎo)機體免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)以及腫瘤生成等過程，是一條完整的且廣泛存在的細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[1-2]。目前,研究發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不但與神經(jīng)細胞的生長發(fā)育及衰老等生理過程有關(guān)，還與部分神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理過程有關(guān)，特別是腦血管疾病[3]。JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可能通過調(diào)節(jié)腦缺血后細胞因子反應(yīng)從而促進腦血管疾病的后期康復(fù)[4]。針刺能夠多水平、多通道、多靶點的保護和干預(yù)腦血管病引起的損傷，目前研究表明針刺可能通過調(diào)控生物體內(nèi)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性調(diào)節(jié)下游相關(guān)基因及蛋白的表達，從而抑制神經(jīng)元的凋亡，對腦血管疾病損傷具有明確的促修復(fù)和保護性作用[5]。

1 JAK-STAT通路概述

JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是多種細胞因子和生長因子在哺乳動物體內(nèi)進行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要通路之一，是由非跨膜型酪氨酸激酶JAKs(JAK1、JAK2、JAK3、TYK2)和STATs蛋白(STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b)組成[6]。激活本通路能夠誘導(dǎo)細胞增殖、分化、遷移及凋亡等活動，而細胞增殖、分化、遷移及凋亡在機體造血、免疫、發(fā)育和脂肪合成等生理反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[7-8]。當機體受到外界刺激時，跨膜受體識別胞外信號后經(jīng)過JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路直接將胞外信號傳遞到細胞核中的靶基因啟動子，從而調(diào)控靶基因的表達。細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)是細胞對胞外刺激作出反應(yīng)，進而產(chǎn)生特異性生物學效應(yīng)。目前研究表明JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路能夠被多種細胞因子激活，例如：①干擾素(IFN)家族：IFN-α/β、IFN-γ和IL-10等 ；②gp家族：IL-6、LIT和Leptin 等；③γC 家族：IL-2、IL-4和IL-7等；④單鏈家族：Epo和Tpo等[9-10]。

JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活主要有以下3部分：①外界刺激激活細胞因子并使其與相應(yīng)的受體結(jié)合，從而引起細胞質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，使與受體相關(guān)聯(lián)的Janus激酶被激活；②JAK激酶使特異性受體酪氨酸殘基磷酸化，并進一步使相應(yīng)的STAT磷酸化從而被激活；③磷酸化的STAT被激活后可以從受體上游離出來并且以二聚體的結(jié)構(gòu)從胞漿進入胞核中，與細胞核中γ激活位點(GAS)增強子家族成員結(jié)合從而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以調(diào)控多種疾病的發(fā)生發(fā)展，如炎性疾病、淋巴瘤、腦血管疾病等。

2 JAK-STAT通路的調(diào)控機制

JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路能夠接受多種細胞的調(diào)控，一般可分為負調(diào)控作用和正調(diào)控作用。負調(diào)控作用：由于STAT蛋白的激活持續(xù)時間短暫，因此STAT信號的衰減是能夠被調(diào)控的。目前研究表明受體與STAT信號分子能夠被JAK激酶與STAT蛋白調(diào)控。

2.1 受體

例如具有溶解特征的受體能夠競爭性地與受體上的配基相結(jié)合，從而抑制受體長期處于被持續(xù)激活狀態(tài)。梁俊君等[11]研究重組人促紅細胞生成素可能激活JAK2/STAT5信號機制通路起到抗凋亡的作用，該研究證明受體可能激活JAK-STAT通路。

2.2 靶點降解作用

泛素蛋白酶體降解能夠明顯下調(diào)細胞因子信號的表達。研究證實，蛋白酶體抑制劑能夠降低STAT1和IFN-γ蛋白受體的分解，并使酪氨酸磷酸的STAT4～6化亞型維持在穩(wěn)定狀態(tài)，該種特性對STAT1～3無明顯效果[12]。

2.3 JAK激酶去磷酸化作用

當JAK激酶酪氨酸位點被磷酸化后才可能被激活，而SHP1與SHP2的磷酸化在調(diào)控JAK激酶的活性方面起到負調(diào)控作用。研究證實,SHP1與SHP2對JAKs與STAT5 的去磷酸化作用具有直接的聯(lián)系，其機制可能是SHP2結(jié)構(gòu)域失活可以增加STAT 信號通路的激活時間。也有研究證明氧化應(yīng)激反應(yīng)也可以激活該通路[13]。

2.4 負反饋回路

STAT信號通路的激活可以提高細胞因子抑制劑(SOCS)的表達水平，過度表達的SOCS能夠拮抗STAT蛋白的活化，兩者之間組成一條負反饋回路[14]。

2.5 STAT蛋白的修飾

去磷酸化可以直接使STAT蛋白失活，從而使轉(zhuǎn)錄和翻譯時生成的C-末端剪接亞型抑制STAT蛋白的功能[14]。

2.6 正調(diào)控作用

主要是絲氨酸激酶及相互作用的蛋白因子及轉(zhuǎn)錄因子參與STAT的激活作用。①絲氨酸磷酸化：研究表明STAT3的PMSP基序的絲氨酸結(jié)合位點可以磷酸化，同時磷酸化的絲氨酸能夠增強STAT3的轉(zhuǎn)錄活性;②相互作用的蛋白質(zhì)及轉(zhuǎn)錄因子：GBP/p300是第1個被發(fā)現(xiàn)能夠與STAT蛋白相互作用的染色體修飾蛋白。研究發(fā)現(xiàn),STAT3蛋白與c-Jun、Sp1及糖皮質(zhì)激素等均存在相互作用。細胞及多種因子通過以上正負反饋兩條通路來調(diào)控JAK-STAT，從而使JAK與STAT維持動態(tài)平衡[15]。

3 JAK-STAT通路與腦血管疾病的關(guān)系

腦缺血后JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活，導(dǎo)致細胞因子和生長因子的釋放，被激活的信使通過識別細胞膜上的受體后與受體特異性結(jié)合，使胞漿內(nèi)產(chǎn)生JAK蛋白的特異性結(jié)合位點，同時磷酸化JAK暴露STAT的結(jié)合點，使STAT被磷酸化而激活并移向胞核內(nèi)，從而促進促凋亡因子、炎性因子、形膠質(zhì)細胞等升高或降低，導(dǎo)致腦血管疾病的加重或阻礙腦血管疾病的康復(fù)[16-17]。

JAK-STAT通路與腦血管病之間具有密切的關(guān)系，當腦缺血發(fā)生后導(dǎo)致大量能夠激活JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的細胞因子和生長因子的釋放。研究發(fā)現(xiàn)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡對腦組織缺血性損傷后再灌注引起的局部炎性反應(yīng)過程中發(fā)揮重要的作用，其中STAT1激活可能與細胞凋亡相關(guān)，而STAT3、STAT5激活可能參與細胞生存和修復(fù)過程[18]。腦缺血及再灌注損傷過程中，JAK2-STAT3信號傳導(dǎo)路徑為信使物質(zhì)被細胞外的各種刺激所激活，被激活的信使物質(zhì)能夠特異性識別胞膜上的受體并與之結(jié)合，從而使胞漿內(nèi)出現(xiàn)JAK2結(jié)合位點，同時使JAK2磷酸化將STAT3的錨定點暴露，STAT3磷酸化后被激活并向細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，在細胞核內(nèi)實現(xiàn)調(diào)控目的基因的表達[17,19]。研究發(fā)現(xiàn)激活JAK2-STAT3通路可以降低抗凋亡因子絲氨酸/蘇氨酸激酶(Serine/threonine Kinase,AKT)的激活量，從而促進Caspase-3及Caspase-9等促凋亡因子的活化，加重腦血管病后神經(jīng)元的凋亡，而當小鼠STAT基因被敲除后，其體內(nèi)的Akt活性增強，導(dǎo)致促凋亡因子Caspase-3等表達的減少，從而抑制細胞的凋亡[20]。還有研究發(fā)現(xiàn),腦血管病發(fā)病后，在缺血再灌注損傷后大腦半暗帶區(qū)域磷酸化的JAK2與磷酸化STAT3蛋白表達明顯增加，缺血區(qū)腦組織的神經(jīng)細胞死亡數(shù)增多，腦缺血發(fā)生后體內(nèi)JAK2與STAT3的磷酸化表達能夠明顯被JAK2抑制劑AG490或STAT3干擾劑所抑制，從而減少缺血損傷導(dǎo)致的腦組織損傷面積，減少其損傷區(qū)域腦神經(jīng)細胞凋亡數(shù)，改善缺血損傷導(dǎo)致的腦神經(jīng)功能缺損癥狀，明顯緩解缺血導(dǎo)致的神經(jīng)細胞損傷[21]。JAK2-STAT3信號傳導(dǎo)通路的激活不僅可以通過損傷腦組織神經(jīng)元及介導(dǎo)多種炎性反應(yīng)的病理過程誘發(fā)腦血管病的繼發(fā)性損傷，同時還能夠調(diào)控星形膠質(zhì)細胞的增殖分化從而激活星形膠質(zhì)細胞，阻礙腦卒中后的神經(jīng)功能的恢復(fù)[22]。Yamashita T等[23]通過IL-6受體單克隆抗體阻斷IL-6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)小鼠皮層缺血半暗帶磷酸化STAT3表達顯著減少，梗死區(qū)域神經(jīng)凋亡細胞數(shù)明顯增多，梗死面積顯著增加，神經(jīng)功能缺損惡化，結(jié)果顯示機體可能通過激活STAT3介導(dǎo)內(nèi)源性IL-6在腦缺血急性期阻止受損神經(jīng)元凋亡中發(fā)揮重要作用。

4 針刺調(diào)控JAK/STAT促進腦血管病恢復(fù)的機制研究

針刺是一種對腦血管疾病有確切療效的治療手段，已經(jīng)在臨床中得到了廣泛的應(yīng)用，雖然大量的臨床試驗證明針刺治療腦缺血性損傷具有效性、可行性及可信性，針刺能夠多水平、多通道、多靶點的對腦血管疾病引起的腦損傷產(chǎn)生保護和干預(yù)作用，目前研究表明針刺能夠緩解缺血引起的神經(jīng)元損傷，抑制缺血導(dǎo)致的神經(jīng)元凋亡，促進腦組織損傷后神經(jīng)組織的修復(fù)對缺血組織具有一定的保護作用。針刺調(diào)控JAK-STAT促進腦血管病恢復(fù)的機制可能有以下幾點。

4.1 改善免疫調(diào)節(jié)

免疫調(diào)節(jié)是腦血管病相應(yīng)腦組織損傷恢復(fù)的重要原因，目前研究表明針刺的腦保護作用可能是通過介導(dǎo)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中mRNA的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控該通路下游相關(guān)基因的表達，調(diào)控機體的免疫應(yīng)答。劉智斌等[24]研究發(fā)現(xiàn)，針刺能夠調(diào)節(jié)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中mRNA轉(zhuǎn)錄水平及和相應(yīng)DNA的結(jié)合能力。通過不同手法針刺足三里穴后，發(fā)現(xiàn)針刺足三里穴采用補法手法能夠顯著提高人體外周血液單核細胞中STAT5 mRNA的轉(zhuǎn)錄水平，同時能夠提高STAT5和特定DNA相結(jié)合的能力，說明針刺足三里穴采用補法手法能夠介導(dǎo)JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路改善機體免疫調(diào)節(jié)作用。于濤[25]采用電針治療局灶性腦缺血模型大鼠，研究結(jié)果顯示電針治療能夠促進腦缺血模型大鼠體內(nèi)固有的保護與修復(fù)系統(tǒng)，在模型大鼠腦缺血的早期階段發(fā)現(xiàn)STAT3與STAT5的表達及STAT3 mRNA與STAT5 mRNA表達的增加能夠抑制腦組織缺血誘發(fā)的組織損傷，隨著腦缺血時間的延長大鼠體內(nèi)自身保護和修復(fù)能力逐漸減弱；當腦組織缺血發(fā)作的第3天大鼠體內(nèi)STAT1 mRNA的表達到達了巔峰水平。根據(jù)以上結(jié)果推斷電針治療可以促進腦缺血大鼠模型體內(nèi)STAT3、STAT5及STAT3 mRNA、STAT5 mRNA的表達，并且能夠使其發(fā)揮作用時間延長，同時抑制STAT1、STAT1 mRNA的表達，從而增強缺血導(dǎo)致的受損腦細胞的自我保護作用和修復(fù)能力，最終降低缺血導(dǎo)致的半暗帶區(qū)域細胞的凋亡數(shù)，促進受損腦組織細胞功能的恢復(fù)。

4.2 抑制細胞凋亡

細胞凋亡是腦組織損傷研究中非常重要的因素。針刺可能調(diào)控JAK-STAT通路介導(dǎo)Caspase-3及Caspase-9等促凋亡因子的活化、炎性因子的釋放、P53蛋白和Bcl-2蛋白等相關(guān)因子的表達有關(guān)。董正妮[26]通過電針作用于局灶性腦缺血大鼠結(jié)果表明，治療3天治療組中細胞凋亡指數(shù)較對照組明顯下降，JAK 1蛋白表達顯著上升，表明腦缺血損傷中JAK 1的活化及表達在保護神經(jīng)元、抑制神經(jīng)細胞死亡中具有重要作用。推斷電針可能激活JAK 1蛋白抑制細胞的凋亡，降低神經(jīng)細胞的損傷程度，發(fā)揮保護腦缺血引起的腦組織損傷?？琢⒓t等[27]采用針刺治療腦缺血模型大鼠觀察對其腦組織中STAT表達的影響，結(jié)果顯示電針治療明顯促進STAT3蛋白的表達，促進STAT3蛋白從胞漿中轉(zhuǎn)位到細胞核內(nèi)，調(diào)控與STAT3蛋白作用有關(guān)基因的表達，從而抑制缺血導(dǎo)致的神經(jīng)元凋亡，緩解腦缺血導(dǎo)致的腦組織損傷。韓德雄等[28]研究表明，電針大鼠局灶性腦缺血再灌注大鼠百會穴、內(nèi)關(guān)穴可以抑制急性腦缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的大鼠神經(jīng)元凋亡，調(diào)控JAK 2 mRNA與STAT 3 mRNA的過度表達，抑制其過度升高，從而起到保護腦組織、改善神經(jīng)功能的作用。徐虹[29]研究電針腦缺血再灌注損傷大鼠百會、足三里穴發(fā)現(xiàn)，電針治療能夠上調(diào)P-JAK2、P-STAT3蛋白的表達，同時能夠上調(diào)Epo、EpoR、JAK2、STAT3 mRNA的表達，減少神經(jīng)細胞凋亡，保護缺血再灌注引起的腦組織損傷。

4.3 調(diào)節(jié)突觸可塑性

JAK2-STAT3信號通路介導(dǎo)腦血管疾病恢復(fù)與突觸可塑性密切相關(guān)，其介導(dǎo)突觸可塑性可能與NMDA-LTD有關(guān)。實驗研究表明電針能夠抑制JAK2-STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化，從而下調(diào)JAK2、STAT3的磷酸化水平，降低其活化程度間接調(diào)控突觸的可塑性[30]。相關(guān)研究顯示電針作用腦缺血模型大鼠后，能夠明顯抑制缺血皮層p-JAK2、p-STAT3表達量[31-32]。Luo Ya等[33]電針作用局灶性腦缺血大鼠的百會、大椎穴發(fā)現(xiàn)大鼠突觸超微結(jié)構(gòu)明顯改變，主要表現(xiàn)在突觸數(shù)目密度的增加與突觸界面曲率改善。利用透射電鏡觀察電針干預(yù)腦缺血模型大鼠缺血側(cè)海馬區(qū)突觸超微結(jié)構(gòu)的改變，觀察發(fā)現(xiàn)缺血側(cè)海馬區(qū)突觸后致密物質(zhì)厚度較對照組明顯增厚，突觸界面曲率的彎曲度明顯增加、突觸間隙明顯縮小，根據(jù)以上研究結(jié)果推測針刺能夠改善腦血管病后突觸超微結(jié)構(gòu)的改變?yōu)橥挥|之間的傳遞提供物質(zhì)基礎(chǔ)，使突觸受體與遞質(zhì)更好的結(jié)合，改善突觸的可塑性，從而促進腦血管病的恢復(fù)[34-35]。

綜上所述,在腦血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路起到關(guān)鍵作用，針刺通過調(diào)控JAKs、STATs、P-JAK、P-STAT、JAK mRNA、STAT mRNA等的表達，介導(dǎo)其下游Caspase-3、Caspase-9、Bcl-2等促凋亡因子的釋放及炎性因子的釋放從而改善缺血后腦血流變、改善缺血組織微循環(huán)、增加損傷導(dǎo)致缺血區(qū)域的腦血流量、減輕缺血后氧化應(yīng)激反應(yīng)、緩解腦血管疾病誘發(fā)的炎性反應(yīng)、改善突觸可塑性等，從而減輕腦組織缺血后引起的神經(jīng)元損傷、抑制缺血組織神經(jīng)元細胞凋亡，最后減少腦血管疾病引起的腦組織損傷體積、減輕腦血管疾病引起的肢體功能障礙。

5 展望

JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控生物體內(nèi)多種細胞因子的表達及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在腦血管疾病中發(fā)揮重要作用，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育以及神經(jīng)細胞的增殖、生存、分化等。腦血管疾病能引起JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常活化，目前針刺調(diào)控JAK-STAT 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對腦血管疾病影響的機制仍不明確。目前研究只局限于JAK2和STAT3這兩個在該通路上的相關(guān)蛋白，而對此通路上下游的蛋白研究處于空白。因此進一步研究針刺調(diào)控JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在腦血管疾病導(dǎo)致腦組織損傷后的康復(fù)中發(fā)揮作用的機制，尤其是與其他信號通路之間的聯(lián)系是目前需要解決的重點問題，該研究能夠為闡明針灸治療腦血管疾病的機制提供重要的研究方向，也將為腦血管疾病的預(yù)防、診斷及治療提供重要的思路。