JAK/STAT信號(hào)通路在炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

張淑華， 遲宏罡， 鄭學(xué)寶

廣東醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 東莞 523808

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一種病因不明的腸道慢性非特異性炎癥疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)兩種類(lèi)型[1]，通常累及回腸、直腸、結(jié)腸。臨床表現(xiàn)為腹瀉、腹痛，甚至可有血便。UC是大腸黏膜層和黏膜下層的連續(xù)性炎癥，通常先累及直腸，逐漸向全結(jié)腸蔓延。CD可累及全消化道，為非連續(xù)性腸壁全層炎癥，最常累及部位為末端回腸及鄰近右側(cè)結(jié)腸。流行病學(xué)研究[2]表示，盡管IBD在全世界發(fā)病的地域性很大，但其發(fā)病率不斷攀升[3]，一直受到人們的關(guān)注和重視。雖然IBD的病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚，但許多研究表明，其與遺傳易感性、環(huán)境、腸道微生物菌群、免疫系統(tǒng)有關(guān)[4-5]。IBD常被一些細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素(IL)、干擾素調(diào)控，而這些炎癥因子通過(guò)JAK/STAT信號(hào)通路發(fā)揮作用。本文就JAK/STAT信號(hào)通路在IBD發(fā)病中的作用作一概述。

1 JAK/STAT信號(hào)通路的結(jié)構(gòu)和傳導(dǎo)

JAK/STAT途徑是參與IBD的許多關(guān)鍵細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)的主要傳導(dǎo)途徑。細(xì)胞因子與相應(yīng)受體的結(jié)合可以激活相關(guān)的JAK激酶，其選擇性地磷酸化STAT，活化的STAT轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并在靶基因的轉(zhuǎn)錄中起關(guān)鍵作用[6]。

1.1 JAKJAK是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶(PTK)，家族成員包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2[7]。它們的長(zhǎng)度>1 000個(gè)氨基酸，分子量為120～140 kDa。家族的三個(gè)成員(JAK1、JAK2和TYK2)普遍表達(dá)，而JAK3主要在造血細(xì)胞中表達(dá)[8]。該族成員有7個(gè)同源區(qū)(JH1～7)，其中JH1區(qū)為激酶區(qū)，JH2區(qū)為偽激酶區(qū)。與其他PTK不同，JAK內(nèi)無(wú)Src同源區(qū)2(SH2)結(jié)構(gòu)，因其既能催化與之相連的細(xì)胞因子受體發(fā)生酪氨酸磷酸化，又能磷酸化多種含特定SH2區(qū)的信號(hào)分子從而使其激活，故稱(chēng)之為Janus。Janus激酶家族JAK1、JAK2、JAK3和TYK2受許多細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，包括IL、干擾素和激素如促紅細(xì)胞生成素、血小板生成素和生長(zhǎng)激素[9]。它們與不同的細(xì)胞因子受體結(jié)合并激活信號(hào)傳導(dǎo)和STAT家族的特定成員作為下游效應(yīng)子，因此關(guān)鍵地參與許多基本過(guò)程，包括免疫細(xì)胞發(fā)育和信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡、干細(xì)胞維持和造血。JAK1/3信號(hào)傳導(dǎo)參與炎癥性疾病的發(fā)病機(jī)制，而JAK1/2信號(hào)傳導(dǎo)參與幾種惡性腫瘤的發(fā)展，包括白血病、淋巴瘤及骨髓增生性腫瘤[10]。

1.2 STATSTAT家族由7個(gè)成員組成，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其大小為750～850個(gè)氨基酸[11]。STAT含有SH2和SH3結(jié)構(gòu)域，可與特定的含磷酸化酪氨酸的肽段結(jié)合。SH2結(jié)構(gòu)域是STAT活化和功能的基本特征，將蛋白質(zhì)與酪氨酸磷酸化受體亞基對(duì)接。當(dāng)STAT被磷酸化后，發(fā)生聚合成為活化的轉(zhuǎn)錄激活因子形式，進(jìn)入胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄。但結(jié)構(gòu)不包括分子的氨基和羧基末端部分。另外，STAT2和STAT1在配體結(jié)合之前與未活化的非磷酸化IFNAR結(jié)合，然后與受體結(jié)合的STATs由JAKs在保守的酪氨酸殘基上磷酸化，且SH2結(jié)構(gòu)域通過(guò)相互的磷酸酪氨酸/SH2相互作用介導(dǎo)二聚化，因此，STAT-SH2域?qū)τ谂c激活JAK的關(guān)聯(lián)也很重要。

1.3 JAK/STAT信號(hào)通路的傳導(dǎo)JAK/STAT通路在配體與細(xì)胞因子(如IL)受體結(jié)合后，該受體建立構(gòu)象變化，使JAK進(jìn)入受體的近端結(jié)合位點(diǎn)，JAK磷酸化細(xì)胞因子受體細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域上的酪氨酸殘基，從而轉(zhuǎn)為信號(hào)分子激活信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白STAT使其磷酸化直接導(dǎo)致基因的表達(dá)。具有SCR同源性的STAT能夠?qū)⑦@些磷酸酪氨酸殘基的2個(gè)結(jié)構(gòu)域募集到受體中。在STAT磷酸化和活化后，STATs形成同源或異源二聚體，可以轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并激活靶基因的轉(zhuǎn)錄[12]。STAT的SH2結(jié)構(gòu)域(信號(hào)傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子)與受體磷酸酪氨酸結(jié)合，從而促進(jìn)Janus激酶的STAT磷酸化并隨后激活。STAT二聚體易位至細(xì)胞核，參與數(shù)千種蛋白質(zhì)表達(dá)的調(diào)節(jié)以啟動(dòng)參與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡和蛋白酶體降解的效應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄[13]。在JAK2的情況下，募集STAT3和STAT5并直接磷酸化，而TYK2主要通過(guò)STAT4和STAT1磷酸化起作用[14]。

2 JAK/STAT與IBD

2.1 JAK/STAT與UCJAK/STAT信號(hào)通路在IBD發(fā)病機(jī)制中起重要作用，如控制維持黏膜免疫系統(tǒng)和Th細(xì)胞的發(fā)育和分化[15]。在UC中，固有層T細(xì)胞向Th2細(xì)胞的分化由IL-4介導(dǎo)，它產(chǎn)生Th2型細(xì)胞因子IL-4、IL-5和IL-13，幼稚T細(xì)胞是通過(guò)JAK1-JAK3發(fā)出信號(hào)并激活STAT6。IL-5是嗜酸性粒細(xì)胞活化的關(guān)鍵介質(zhì)，它通過(guò)JAK2和激活STAT3-STAT5-STAT6的信號(hào)傳導(dǎo)并促進(jìn)B細(xì)胞生長(zhǎng)。IL-13促進(jìn)纖維化并誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞中的細(xì)胞凋亡和緊密連接的降解，即IL-5、IL-13均不直接通過(guò)JAK/STAT信號(hào)通路參與UC的發(fā)病[16]。Barrett等[17]研究發(fā)現(xiàn)，與UC相關(guān)的rs10758669風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)位于JAK2區(qū)域。在模式識(shí)別受體(pattern-recognition receptor，PRR)誘導(dǎo)UC的模式中，其抗炎細(xì)胞因子隨著JAK2表達(dá)的降低而逐漸降低。PRR誘導(dǎo)的炎癥因子如IL-10、IL-4、IL-22分泌的減少依賴(lài)JAK調(diào)節(jié)炎[18]，從而改善UC。JAK3缺陷小鼠的結(jié)腸炎被認(rèn)為是腸屏障缺陷導(dǎo)致的。JAK3敲除(KO)小鼠模型，表現(xiàn)出IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-15的傳導(dǎo)缺陷，IL-6和IL-17A水平升高及嚴(yán)重的免疫缺陷，屏障功能缺陷導(dǎo)致UC[19-20]。在UC患者中發(fā)現(xiàn)STAT1的表達(dá)增加，尚未發(fā)現(xiàn)STAT2在腸道炎癥中的重要參與[21]。Suzuki等[22]給葡聚糖硫酸鈉鹽(DSS)誘導(dǎo)的小鼠敲除IL-6基因后，結(jié)腸炎嚴(yán)重程度和活化的STAT3水平均明顯降低，且IL-22激活STAT3以促進(jìn)腸上皮細(xì)胞(IEC)穩(wěn)態(tài)和組織愈合，這說(shuō)明STAT3的活化是結(jié)腸炎癥持續(xù)存在的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，UC患者的腸炎樣本中IL-9 mRNA表達(dá)顯著增加，IL-9R在腸上皮細(xì)胞上過(guò)表達(dá)，并且誘導(dǎo)STAT5活化，其研究結(jié)果提示IL-9通過(guò)JAK/STAT通路參與UC的發(fā)病[23]。

2.2 JAK/STAT與CDKaur等[24]通過(guò)臨床、血清學(xué)和遺傳變量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，JAK-STAT途徑與CD遺傳變異有關(guān)。CD患者結(jié)腸黏膜T細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)活化的STAT3[25]，其基因組危險(xiǎn)的因子除STAT3外還有JAK2區(qū)域[26-27]。當(dāng)用組織特異性STAT3血細(xì)胞生成期間缺失的小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小鼠在出生后4～6周內(nèi)死亡，它們的小腸和大腸中均有CD樣炎癥表現(xiàn)[28]。病理生理學(xué)家認(rèn)為，CD與Th1細(xì)胞介導(dǎo)的過(guò)量細(xì)胞因子活性有關(guān)[29]。IL-12是啟動(dòng)Th1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵細(xì)胞因子[30]。這與Bevivino等[31]研究結(jié)果一致：IL-23和IL-12是CD中靶向的致病細(xì)胞因子，可誘導(dǎo)或促進(jìn)促炎性Th1和Th17細(xì)胞的產(chǎn)生，且通過(guò)JAK/STAT信號(hào)通路發(fā)揮作用，在該通路中JAK2和JAK1或TYK2介導(dǎo)IL-12細(xì)胞因子受體家族相關(guān)STAT的磷酸化[32]，進(jìn)而導(dǎo)致炎癥的進(jìn)展。這與STAT4和IL-23-Th17途徑參與炎癥疾病的發(fā)展相符合[33]。STAT1可以被JAK1和JAK2或JAK1和TYK2磷酸化，通過(guò)IFN-γ受體和相關(guān)受體家族的信號(hào)傳導(dǎo)[34]，這對(duì)CD發(fā)生、發(fā)展具有特殊意義，因?yàn)榕c作為啟動(dòng)因子IL-12不同的是，IFN-γ是Th1細(xì)胞的重要效應(yīng)細(xì)胞因子[35]。即這些異?；顒?dòng)的細(xì)胞因子在通過(guò)JAK/STAT通路啟動(dòng)和效應(yīng)Th1從而參與CD的發(fā)生。

3 JAK抑制劑與IBD

JAK參與許多必需的細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)使JAK抑制劑成為炎癥性疾病的潛在治療藥物。JAK的抑制劑激活改變T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞，降低了免疫反應(yīng)，阻斷了與炎癥激活有關(guān)的多種細(xì)胞因子的信號(hào)傳導(dǎo)[36]，且激酶抑制劑是口服給藥的小分子，使得其在治療UC上備受關(guān)注。目前正在臨床試驗(yàn)中評(píng)估多種JAK抑制劑，并開(kāi)發(fā)了幾種化合物[37]。如第一代抑制劑Tofacitinib，是一種JAK1/3抑制劑，經(jīng)FDA批準(zhǔn)用于治療類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，經(jīng)過(guò)臨床試驗(yàn)現(xiàn)已被批準(zhǔn)用于中-重度活動(dòng)性UC[38-39]。在中-重度活動(dòng)性UC患者中，Tofacitinib作為誘導(dǎo)和維持治療比安慰劑更有效，只要使用數(shù)周就能改善并維持患者的生活質(zhì)量[40-41]。Filgotinib是JAK1的特異性抑制劑，屬于第二代JAK抑制[42]。在臨床試驗(yàn)中，F(xiàn)ilgotinib在活動(dòng)性CD患者中誘導(dǎo)臨床緩解治療較安慰劑更優(yōu)異，且其安全性在可以接受的范圍內(nèi)[43]，但該抑制劑的長(zhǎng)期應(yīng)用及其安全性、穩(wěn)定性目前尚處于臨床研究階段。

綜上所述，JAK/STAT信號(hào)通路通過(guò)參與許多細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的信號(hào)傳導(dǎo)參與IBD的發(fā)生、發(fā)展，并在治療IBD中具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前IBD治療較為傳統(tǒng)保守，以氨基水楊酸抑制劑、糖皮質(zhì)激素及免疫抑制劑為主。JAK抑制劑可以有效地阻斷或抑制IBD的發(fā)生及進(jìn)展，將會(huì)成為IBD新的治療方法。我們應(yīng)對(duì)JAK/STAT信號(hào)通路進(jìn)行深入的研究，明確其在IBD中的作用機(jī)制，這有助于提高我們對(duì)IBD的認(rèn)識(shí)，并為未來(lái)IBD療法的新機(jī)制提供理論依據(jù)及新思路。