STAT3與動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展

許 爽，倪煥爾，陳航煒，戴秋艷

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一人民醫(yī)院心內(nèi)科（上海 200080）

心血管疾?。–ardiovascular diseases,CVD）是當(dāng)今世界危害人類健康的首要因素。據(jù)中國(guó)疾病負(fù)擔(dān)研究報(bào)道，2017年中風(fēng)和缺血性心臟病成為中國(guó)居民的主要死因，從1990年至2017年，缺血性心臟病增加了4.6%的殘疾調(diào)整壽命年數(shù)（Disability adjusted life years, DALYs）[1]。缺血性心臟病是由于冠狀動(dòng)脈發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化（Atherosclerosis, AS）引起管腔狹窄或阻塞而導(dǎo)致的心肌缺血。在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，慢性炎癥、氧化應(yīng)激、自噬等都可以引起相應(yīng)信號(hào)通路的激活及下游轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，導(dǎo)致血管結(jié)構(gòu)功能的改變和斑塊的形成。其中，有代表性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（Signal transduction and activator of transcription 3, STAT3）在動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮著重要作用。本文就STAT3在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用進(jìn)行綜述。

1 STAT3信號(hào)通路

STAT3是STAT蛋白家族的成員，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡、癌變等多種生命活動(dòng)。外源和內(nèi)源刺激通過(guò)影響STAT3的磷酸化、STAT3基因表達(dá)、STAT3與靶基因的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)STAT3信號(hào)通路。STAT3的轉(zhuǎn)錄活性主要是由單個(gè)酪氨酸殘基Tyr705磷酸化激活，又稱為STAT3經(jīng)典激活途徑；STAT3的酪氨酸磷酸化可以直接由受體酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase, RTK）如EGFR、KDR、MET催化，也可以由非受體酪氨酸激酶（Janus kinase, JAK）催化。JAK-STAT信號(hào)通路由三個(gè)成分組成：酪氨酸激酶相關(guān)受體、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT。細(xì)胞因子及其他刺激因素與酪氨酸激酶相關(guān)受體結(jié)合后引起受體分子的二聚化，使得與受體偶聯(lián)的JAK相互接近并通過(guò)交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK催化STAT發(fā)生磷酸化修飾，形成同源或異源二聚體進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。

2 動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生與STAT3

動(dòng)脈粥樣硬化是由脂質(zhì)代謝紊亂引起的慢性炎癥性疾病。Ross在1976年提出了內(nèi)皮損傷反應(yīng)學(xué)說(shuō)[2]，認(rèn)為動(dòng)脈粥樣硬化病變是動(dòng)脈過(guò)度炎癥和纖維化增殖反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞損傷的結(jié)果。內(nèi)皮細(xì)胞凋亡引起單層內(nèi)皮通透性改變，為血管平滑肌細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)膜提供條件。血管平滑肌細(xì)胞由收縮型轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣尚?，分泌基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases, MMPs）并遷移至內(nèi)膜，最終導(dǎo)致內(nèi)膜增厚。炎癥是動(dòng)脈粥樣硬化的另一主要機(jī)制，巨噬細(xì)胞作為最重要的炎癥細(xì)胞，聚集在具有內(nèi)皮功能障礙和脂質(zhì)沉積的中膜中，吞噬大量膽固醇酯成為泡沫細(xì)胞，是動(dòng)脈粥樣硬化病變?cè)缙诘年P(guān)鍵步驟。

在動(dòng)脈粥樣硬化中，炎癥相關(guān)的STAT3通路發(fā)揮著重要作用，很多研究已經(jīng)證實(shí)了二者的相關(guān)性。Gharavi等[3]發(fā)現(xiàn)STAT3基因敲除小鼠的主動(dòng)脈根部粥樣硬化的面積與對(duì)照組小鼠相比明顯減少，證明了STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)參與動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。Wang等[4]使 用 白 細(xì) 胞 介 素 -1β（Interleukin-1β, IL-1β）的外膜給藥激活了血管組織的JAK2-STAT3通路，導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞的增殖遷移和新生血管形成；而抑制STAT3磷酸化具有相反的效應(yīng)[5-7]。Dal Monte等[8]在體外人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中抑制STAT3磷酸化明顯下調(diào)了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor, VEGF）表達(dá)水平，進(jìn)而下調(diào)VEGF誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞遷移和增殖，延緩動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成。此外，VEGF還參與斑塊內(nèi)新生血管的形成，繼而加速動(dòng)脈粥樣斑塊的進(jìn)展，而STAT3可結(jié)合在VEGF基因的啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控其轉(zhuǎn)錄[9]，VEGF165b也可以抑制STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[10]。Albasanz-Puig等[11]發(fā)現(xiàn)制瘤素M受體缺陷可通過(guò)抑制JAK2-STAT3通路降低血管平滑肌細(xì)胞增殖遷移和細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生，進(jìn)而減輕動(dòng)脈粥樣硬化病變程度。Zhong等[12]在動(dòng)脈粥樣硬化患者血清中檢測(cè)出心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物MIAT，其通過(guò)調(diào)控miR-181b/STAT3軸促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣硬化模型中的細(xì)胞增殖。與之類似，miR-19b通過(guò)抑制STAT3活化來(lái)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖遷移和血管形成，減少動(dòng)脈粥樣硬化患者不穩(wěn)定斑塊的進(jìn)展[13]。Qin等[14]在SOCS3（JAK-STAT信號(hào)通路的反饋抑制劑）缺陷小鼠中證實(shí)，脂多糖通過(guò)增強(qiáng)和延長(zhǎng)JAK/STAT信號(hào)通路激活使巨噬細(xì)胞向M1促炎癥表型分化，從而上調(diào)巨噬細(xì)胞內(nèi)IL-1β、1L-6和IL-12等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)?；赟OCS1的靶向JAK/STAT療法是抑制糖尿病小鼠動(dòng)脈粥樣硬化形成的關(guān)鍵機(jī)制，可以防止斑塊形成、增加斑塊穩(wěn)定性等[15]。高密度脂蛋白相關(guān)鞘氨醇-1-磷酸（S1P）通過(guò)激活STAT3的磷酸化來(lái)抑制巨噬細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[16]。我們課題組研究發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中存在STAT3與尼古丁受體nAChRα1的相互作用，抑制STAT3的活化可以減輕尼古丁誘導(dǎo)的小鼠動(dòng)脈粥樣硬化病變程度[17]。

越來(lái)越多的證據(jù)表明自噬貫穿于動(dòng)脈粥樣硬化的整個(gè)過(guò)程。自噬是指細(xì)胞在自噬相關(guān)基因的調(diào)控下利用溶酶體或液泡降解受損大分子物質(zhì)和細(xì)胞器的過(guò)程，可以分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬三種。正常情況下很少發(fā)生細(xì)胞自噬，而缺氧、凋亡、饑餓、病原感染等會(huì)激活細(xì)胞自噬：細(xì)胞質(zhì)中的線粒體等細(xì)胞器首先被來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的“隔離膜”所包被，隔離膜逐漸閉合形成雙層膜結(jié)構(gòu)，即自噬體；溶酶體可以結(jié)合和降解自噬體。在早期動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，自噬激活劑雷帕霉素顯著降低巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量并防止它們轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞，而自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤顯著增加細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)累積[18]。在小鼠血管平滑肌細(xì)胞中敲除自噬相關(guān)基因Atg7可引起MMP9、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）和趨化因子CXCL12表達(dá)升高，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展加速[19]；在巨噬細(xì)胞中敲除自噬相關(guān)基因Atg5促進(jìn)了巨噬細(xì)胞的凋亡，從而促進(jìn)斑塊破裂[20]。Razani等[21]發(fā)現(xiàn)自噬缺陷與動(dòng)脈粥樣硬化的炎癥體激活有關(guān)，Atg5基因敲除小鼠的巨噬細(xì)胞分泌促炎因子IL-1β和TNF-α顯著增加；與之相一致的，他還發(fā)現(xiàn)粥樣硬化主動(dòng)脈的p62水平升高，提示動(dòng)脈粥樣硬化病變的自噬水平降低。

自噬可以和很多信號(hào)通路相聯(lián)系，共同決定細(xì)胞的存活或死亡，其中就包括STAT3信號(hào)通路。近年來(lái)很多文獻(xiàn)已經(jīng)指出，STAT3與不同的靶基因結(jié)合會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)或拮抗自噬的不同效應(yīng)，如STAT3上調(diào)抗凋亡基因BCL2的表達(dá)最終導(dǎo)致自噬抑制和細(xì)胞增殖[22]，STAT3上調(diào)促凋亡基因BNIP3的表達(dá)發(fā)揮促自噬作用[23]。在肺癌細(xì)胞中，STAT3直接結(jié)合在自噬相關(guān)基因BECLIN1的啟動(dòng)子區(qū)域，募集組蛋白去乙?；?（HDAC3）起到抑制其轉(zhuǎn)錄的效果，近而發(fā)揮抗自噬作用[24]。STAT3可以上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α的表達(dá)，而HIF-1α對(duì)于自噬的調(diào)節(jié)具有兩面性，其在缺氧時(shí)促進(jìn)自噬的發(fā)生，而在正常氧時(shí)抑制自噬[25]。Aarup等[26]發(fā)現(xiàn)小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的缺氧區(qū)域有大量表達(dá)HIF-1α的巨噬細(xì)胞，而骨髓HIF-1α缺陷的小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊面積較對(duì)照組減少了72%；體外實(shí)驗(yàn)沉默巨噬細(xì)胞的HIF-1α基因后，其向促炎M1表型的分化減少。不僅核內(nèi)磷酸化STAT3可以發(fā)揮自噬調(diào)節(jié)作用，胞質(zhì)中的非磷酸化STAT3以不依賴于轉(zhuǎn)錄的方式作為自噬的負(fù)調(diào)節(jié)因子起作用。STAT3將真核翻譯起始因子2A激酶2（EIF2AK2）錨定在細(xì)胞質(zhì)中，使其無(wú)法入核調(diào)控下游自噬基因[27]。STAT3與磷酸化FOXO互相作用，使其無(wú)法去磷酸化，而只有去磷酸化的FOXO3可以易位至細(xì)胞核并上調(diào)多種自噬相關(guān)基因；當(dāng)JAK-STAT通路激活時(shí)，F(xiàn)OXO1和FOXO3重新定位于細(xì)胞核[28]?？梢?jiàn)STAT3主要通過(guò)影響自噬相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而參與到自噬過(guò)程中，而它對(duì)自噬的抑制或者激活作用可能取決于不同的微環(huán)境和外界刺激。這也提示STAT3在細(xì)胞自噬中發(fā)揮著不可或缺的調(diào)控作用。

3 動(dòng)脈粥樣硬化的有限治療與STAT3

轉(zhuǎn)錄因子STAT3的持續(xù)激活已在多種惡性腫瘤中被證實(shí)，如白血病、淋巴瘤、結(jié)腸癌、 骨肉瘤等，針對(duì)JAK-STAT通路的幾種藥物如蘆可替尼（Ruxolilinib），已在癌癥治療的臨床試驗(yàn)中得到滿意的療效。然而，不同于腫瘤治療，STAT3在心血管疾病中的作用研究主要集中在基礎(chǔ)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的臨床試驗(yàn)主要針對(duì)JAK2-STAT3抑制對(duì)其他疾病治療中心血管損害及心血管事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響。

STAT3抑制劑 S3I-201和stattic降低AngII誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、內(nèi)皮功能紊亂和高血壓[8]。JAK抑制劑WP1066在抑制腫瘤血管形成的同時(shí)，也抑制了新生內(nèi)膜形成，改善了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性[29]。JAK2抑制劑魯索替尼可顯著減少高脂飲食和主動(dòng)脈球囊損傷誘導(dǎo)的兔動(dòng)脈粥樣硬化斑塊面積，也顯著降低了血漿中促炎因子IL-6、IL-1β、IFN-γ 和 TNF-α 的 水 平[30]。 多STAT靶向化合物（Multi-STAT targeting compounds）可用于抑制干擾素γ 聯(lián)合脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞遷移、白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附以及腸系膜動(dòng)脈收縮性的損害，提示了其用于心血管疾病的潛在療效[31]。他汀類藥物（一種HMG-CoA抑制劑）是最常見(jiàn)的降脂藥，其對(duì)血管的保護(hù)作用部分可歸因于JAK-STAT信號(hào)通路的阻斷。在血管平滑肌細(xì)胞和單核-巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)體系里，他汀類藥物和阿司匹林聯(lián)合運(yùn)用可以完全抑制IL-6的產(chǎn)生和STAT3的磷酸化[32]；氟伐他汀和纈沙坦聯(lián)合抑制STAT3的磷酸化、抑制新生內(nèi)膜的形成和血管平滑肌細(xì)胞的增殖[33]；阿托伐他汀通過(guò)IL-6/STAT3/ET-1通路抑制了自發(fā)性高血壓大鼠的心肌纖維化[34]。

婦女健康協(xié)會(huì)（Women's Health Initiative）一項(xiàng)包含了25 458例心血管病患者和1 0 0 7 4 0健康對(duì)照的研究（NCT0000611）表明，IL-6受體（STAT3通路的上游靶點(diǎn)）阻滯劑托珠單抗（tocilizumab）可以降低冠心病風(fēng)險(xiǎn)[35]。類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者使用托珠單抗能夠提高內(nèi)皮細(xì)胞功能，降低血管硬化，改善脂代謝情況[36-37]。奧斯陸大學(xué)醫(yī)院發(fā)起的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)“IL-6受體阻滯劑托珠單抗在非ST段抬高型心肌梗死（non-ST elevated myocardial infarction, NSTEMI）中的作用（NCT01491074）”，120名受試者隨機(jī)分為兩組，分別給予藥物和生理鹽水治療，主要觀察終點(diǎn)為急性炎癥反應(yīng)（高敏C反應(yīng)蛋白），次要終點(diǎn)為內(nèi)皮功能、冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備、血管和心臟再生情況和梗塞面積。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在NSTEMI的急性期，托珠單抗治療增加了患者體內(nèi)干擾素γ誘導(dǎo)蛋白（IP-10）和巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1β（MIP-1β）的水平，降低了中性粒細(xì)胞的數(shù)量和肌鈣蛋白T的水平[38-39]。使用電子健康記錄生物庫(kù)數(shù)據(jù)建立模型預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，具有IL-6受體單核苷酸多態(tài)性的個(gè)體主動(dòng)脈瘤和冠心病的風(fēng)險(xiǎn)降低[40]。這些結(jié)果都提示，IL-6/STAT3通路的抑制可以降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)、使動(dòng)脈粥樣硬化患者受益。

4 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展與STAT3信號(hào)通路的激活密切相關(guān)。在細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，阻斷STAT3通路可以有效地降低血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的增殖遷移水平、減少促炎因子的分泌、減少新生血管形成、繼而延緩動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)展。在臨床試驗(yàn)中，STAT3信號(hào)通路的抑制能夠改善脂代謝情況、減少炎癥反應(yīng)、降低冠心病的風(fēng)險(xiǎn)。然而，其對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的臨床療效仍有待研究，未來(lái)仍需大量的臨床數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。