STAT6在肺部疾病發(fā)生發(fā)展中的生物學(xué)功能

胡 露（綜述） 姜志龍（審校）

（復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸內(nèi)科 上海 200032）

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）屬于轉(zhuǎn)錄因子家族，其主要表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)中，通過(guò)Janus激酶（Janus kinase，JAK）進(jìn)行酪氨酸磷酸化反應(yīng)，激活后可轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)與DNA結(jié)合，具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄的雙重功能［1］。JAK-STAT信號(hào)通路是細(xì)胞因子發(fā)揮生物學(xué)功能的主要通路，該通路機(jī)能的失調(diào)可引起免疫系統(tǒng)紊亂，甚至導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。STAT 6是STAT家族成員之一，近年的研究表明STAT 6在多種肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展中有重要的調(diào)控作用。STAT 6可介導(dǎo)IL-13誘導(dǎo)的肺氣道高感應(yīng)性（airway hyperrespon siveness，AHR）和黏液的生成［2-3］。STAT 6還參與調(diào)節(jié)動(dòng)物模型中的許多病理反應(yīng)，包括氣道嗜酸性粒細(xì)胞的增多、上皮細(xì)胞黏液的生成、平滑肌的變化、Th2細(xì)胞分化以及B細(xì)胞產(chǎn)生IgE等［4-5］。STAT 6不僅是哮喘發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，還參與肺部抗病毒反應(yīng)及肺纖維化的發(fā)展。另外，STAT 6與IL-4/IL-13誘導(dǎo)的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophage，TAM）的分化密切相關(guān)。本文總結(jié)了STAT 6信號(hào)通路在這些肺部疾病中作用和機(jī)制的最新研究進(jìn)展。為進(jìn)一步深入和系統(tǒng)了解STAT 6在生理和病理?xiàng)l件下的生物學(xué)功能，探索以STAT 6為靶點(diǎn)的靶向治療提供新的理論基礎(chǔ)和思路。

STAT6的信號(hào)通路STAT 6屬于STAT家族，由847個(gè)氨基酸構(gòu)成，在第641位氨基酸殘基的酪氨酸發(fā)生突變的情況下，STAT 6將喪失結(jié)合DNA和轉(zhuǎn)錄活性。STAT 6由 IL-4和IL-13激活［1］。IL-4以高親和力與IL-4受體α鏈（IL-4Rα）和伽瑪鏈（γc）組成的Ⅰ型受體復(fù)合物結(jié)合，激活JAKSTAT 6通路［5］。IL-13與 IL-4Rα和 IL-13Rα1組成的Ⅱ型受體復(fù)合物結(jié)合，激活JAK-STAT 6通路。STAT 6單體被磷酸化和同源二聚化后，被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核，與相關(guān)基因的啟動(dòng)子結(jié)合，誘導(dǎo)特異基因的表達(dá)。

STAT6與哮喘支氣管哮喘的發(fā)生和發(fā)展由多種細(xì)胞參與，包括嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和氣道上皮細(xì)胞等。這些細(xì)胞產(chǎn)生和分泌多種細(xì)胞因子，誘導(dǎo)氣道慢性炎癥和氣道高反應(yīng)性。IL-4和IL-13是哮喘的主要炎癥因子，主要由CD4+Th2細(xì)胞和交替激活或抗炎作用的M 2型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，在過(guò)敏性哮喘的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用［6-7］。在過(guò)敏性氣道疾病（allergic airway disease，AAD）小鼠模型中，IL-4/IL-13 升高，誘導(dǎo)氣道上皮細(xì)胞表達(dá) STAT 6［1，8］。當(dāng)STAT 6基因敲除時(shí)，卵清蛋白（ovalbumin，OVA）誘導(dǎo)AAD小鼠模型的肺部炎癥和AHR明顯減輕［9-10］，肺 泡 灌 洗 液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）的嗜酸性粒細(xì)胞明顯降低［3，11］，表明 STAT 6參與Th2細(xì)胞的分化，及其誘導(dǎo)的過(guò)敏性肺部炎癥反應(yīng)［1，12］。過(guò)繼性輸入野生型抗原特異性 Th2細(xì)胞到該抗原誘導(dǎo)的STAT 6-/-小鼠哮喘模型后，并不能增加該模型肺嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量、黏液生成和AHR，表明肺上皮細(xì)胞的STAT 6信號(hào)通路在哮喘的誘導(dǎo)和發(fā)展中具有重要影響［13］。

Rankin等［14］進(jìn)一步研究了 IL-4和IL-13在哮喘中的潛在作用，發(fā)現(xiàn)IL-4在肺組織內(nèi)過(guò)表達(dá)可增加肺部炎癥反應(yīng)，主要表現(xiàn)為上皮細(xì)胞肥大、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等浸潤(rùn)。IL-13在肺組織內(nèi)過(guò)表達(dá)也可引起單核和嗜酸性細(xì)胞炎癥反應(yīng)、黏液細(xì)胞增生、Charcot-Leyden樣晶體沉積、氣道纖維化、嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子生成、氣道阻塞和非特異性AHR［15］。哮喘患者的痰和支氣管活檢中不僅可檢測(cè)到過(guò)表達(dá)的IL-4和IL-13［16］，其氣道平滑肌中肥大細(xì)胞來(lái)源的IL-4和IL-13含量也增加［17］，患者支氣管活檢組織中的STAT 6表達(dá)明顯升高［18］，進(jìn)一步表明 IL-4、IL-13和 STAT 6與哮喘易感性的關(guān)系［19］。

因此，IL-4/IL-13/STAT 6信號(hào)通路在過(guò)敏性哮喘的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用，可作為哮喘治療的靶點(diǎn)，目前已經(jīng)出現(xiàn)STAT 6抑制肽、抗IL-13單克隆抗體和IL-4受體拮抗劑，并用于臨床前期治療［4，20］。STAT 6-IP 是新研發(fā)的一種抑制 STAT 6轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞穿透肽，已經(jīng)證實(shí)可以抑制小鼠哮喘模型的Th2細(xì)胞分化、黏液分泌、肺部炎癥和AHR［21］。STAT 6反義核苷酸和顯性負(fù)肽等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)治療效果尚不明確［20］。近期的一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)表明，IL-4Rα拮抗劑可明顯減輕哮喘的臨床癥狀［22］，IL-13單克隆抗體 lebrikizumab也有類似的治療效果［23］。

STAT6與急性呼吸窘迫綜合征急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是一種嚴(yán)重的彌漫性肺部疾病，其嚴(yán)重形式是急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），目前尚無(wú)特效治療方法。ALI的主要特征是炎性損傷、肺水腫和難治性低氧血癥，其中炎癥損傷主要是組織和細(xì)胞損傷。異常激活的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)以及過(guò)量的炎性細(xì)胞因子共同導(dǎo)致炎癥反應(yīng)發(fā)生。肺部炎癥反應(yīng)程度與巨噬細(xì)胞表型的多樣性密切相關(guān)［24］。巨噬細(xì)胞表型可分為M 1（典型激活或促炎）或M 2（交替激活或抗炎）型。巨噬細(xì)胞可從急性炎癥時(shí)期為主的M 1表型轉(zhuǎn)變?yōu)榛謴?fù)時(shí)期的M 2表型，這一過(guò)程有助于肺組織損傷的修復(fù)［25］。M 2巨噬細(xì)胞主要通過(guò)IL-4/IL-13/STAT 6信號(hào)通路發(fā)揮抗炎功能［1］。IL-4和IL-13與相應(yīng)的受體結(jié)合，促進(jìn)STAT 6磷酸化、二聚化并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核，從而觸發(fā)靶基因的表達(dá)。IL-4在脂多糖誘導(dǎo)的小鼠ALI模型中表達(dá)明顯增加，具有免疫抑制和保護(hù)性作用［26］。給予IL-4可明顯減輕無(wú)菌性和感染性肺部炎癥，并改善肺功能，目前認(rèn)為IL-4通過(guò)增加巨噬細(xì)胞STAT 6的表達(dá)和激活，抑制炎癥基因的轉(zhuǎn)錄和減輕肺炎癥反應(yīng)［27］。

STAT6與肺纖維化研究發(fā)現(xiàn)特發(fā)性肺纖維化患者有高水平的IL-4和IL-13［28］，同時(shí)在特發(fā)性間質(zhì)性肺炎患者的肺活檢組織中過(guò)表達(dá)IL-4Rα和IL-13Rα2受體亞基［29］。此外，特發(fā)性間質(zhì)性肺炎和普通間質(zhì)性肺炎患者來(lái)源的肺成纖維細(xì)胞株中也有高水平的IL-4Rα、IL-13Rα1及IL-13Rα2表達(dá)。目前認(rèn)為IL-13與肺纖維化密切相關(guān)，參與哮喘和間質(zhì)性肺炎的氣道纖維化和平滑肌增生［30］。IL-4和IL-13還涉及組織重塑，刺激人肺成纖維細(xì)胞分化，增加α-平滑肌肌動(dòng)蛋白和膠原的表達(dá)［31］。IL-4和IL-13水平在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化動(dòng)物模型中明顯升高，但阻斷IL-4/IL-13信號(hào)通路后，STAT 6激活減低，可明顯減輕肺間質(zhì)纖維化［32］。IL-4/IL-13/STAT 6通路在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展中有重要作用，可作為肺纖維化的有效治療靶點(diǎn)。

STAT6在肺部抗病毒中的作用干擾素基因刺激蛋白（stimulator of interferon genes，STING）是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的膜蛋白，在天然病毒免疫中有重要作用。STING被環(huán)狀二核苷酸激活后，轉(zhuǎn)移到高爾基體，激活下游TANK結(jié)合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）［33］。不同于 IL-4/IL-13 誘導(dǎo)的典型JAK/STAT 6 信號(hào)通路［34］，病毒感染免疫細(xì)胞后，STING被激活，將STAT 6招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由TBK 1促進(jìn)STAT 6的磷酸化和形成二聚體，并轉(zhuǎn)至細(xì)胞核內(nèi)，誘導(dǎo)特定目標(biāo)基因的表達(dá)和免疫細(xì)胞趨化轉(zhuǎn)移［34］。病毒感染成纖維細(xì)胞、骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞和腹腔巨噬細(xì)胞后，STAT 6被激活，通過(guò)產(chǎn)生相關(guān)抗病毒淋巴因子，抑制病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖［34］，而在STAT 6-/-小鼠模型中，也證實(shí)STAT 6信號(hào)通路與細(xì)胞的抗病毒作用有關(guān)，因?yàn)镾TAT 6-/-小鼠更易受到病毒的感染和誘導(dǎo)呼吸道癥狀。雖然呼吸道病毒感染通過(guò)誘導(dǎo)STAT 6激活，增加哮喘發(fā)病的敏感性，但STAT 6同時(shí)具有抗病毒作用，因此STAT 6在哮喘和病毒免疫之間有雙刃劍的作用［35］。

STAT6與肺癌STAT 6不僅參與哮喘和肺部抗病毒反應(yīng)，在肺癌的發(fā)生和發(fā)展也有重要作用［36］。TAM是一種在腫瘤組織中浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、免疫逃避、血管及淋巴管生成等過(guò)程中都有重要作用。TAM在腫瘤微環(huán)境中可被極化為M 2型巨噬細(xì)胞，刺激非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）的血管生成，促進(jìn)癌癥 進(jìn) 展 和 轉(zhuǎn) 移［37-38］。 甘 露 糖 受 體 1（macrophage mannose receptor 1，MRC1）和精氨酸酶 1（arginase-1，Arg1）是M 2細(xì)胞標(biāo)記性表達(dá)蛋白。腫瘤來(lái)源的巨噬細(xì)胞中MRC1和Arg1的表達(dá)明顯增加，表明腫瘤微環(huán)境中M 2細(xì)胞增多，可能不同程度參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移和免疫逃避［39］。Th2細(xì)胞分泌的IL-4和IL-13通過(guò)激活STAT 6，促進(jìn)TAM細(xì)胞向M 2細(xì)胞極化［40］。肺癌患者過(guò)表達(dá)的STAT 6的mRNA水平，提示其可能在M 2細(xì)胞極化和免疫逃避中起到重要作用。體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)STAT 6對(duì)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，NSCLC患者的STAT 6和p STAT 6水平顯著升高［41］，但沉默肺癌細(xì)胞內(nèi)的STAT 6后，肺癌 細(xì) 胞 凋 亡 顯 著 增 加［41-42］。 此 外 ，p STAT 6 在NSCLC組織類型之間的表達(dá)也存在一定的差異［41］，表明STAT 6在肺癌發(fā)生中具有重要作用，p STAT 6可作為NSCLC各組織類型的潛在生物標(biāo)記物。

癌細(xì)胞的基本特征包括基因突變、有絲分裂、血管生成、凋亡、轉(zhuǎn)移和免疫抑制等，與環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）驅(qū)動(dòng)的前列腺素表達(dá)水平密切相關(guān)［41，43］。肺癌中 COX-2 的表達(dá)增加，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、侵襲和腫瘤免疫［44］。在NSCLC中STAT 6 的 表 達(dá) 也 明 顯 升 高［9］。 Cui等［45］認(rèn) 為 ，STAT 6可通過(guò)增加COX-2表達(dá)，減少NSCLC細(xì)胞的凋亡，沉默STAT 6后，COX-2的表達(dá)下降，NSCLC細(xì)胞凋亡減少［45］。STAT 6在肺癌細(xì)胞增殖和侵襲中發(fā)揮重要作用［46］。

細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS）是JAK/STATs信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控因子。SOCS蛋白功能喪失會(huì)增加癌變風(fēng)險(xiǎn)，研究證實(shí)肺癌等諸多腫瘤組織內(nèi)的SOCS3表達(dá)較低或缺失［47］?；謴?fù)SOCS3表達(dá)后，癌細(xì)胞凋亡增加，細(xì)胞侵襲性減低［41］。高水平的SOCS3可提高NSCLC細(xì)胞對(duì)放療的敏感性［48］。由于腫瘤組織內(nèi)的 SOCS3和 STAT 6表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)［41］，提示SOCS3的抗腫瘤作用與STAT 6表達(dá)密切相關(guān)，SOCS3可能通過(guò)抑制STAT 6信號(hào)通路發(fā)揮抗肺癌作用。

結(jié)語(yǔ)STAT 6在多種肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起關(guān)鍵的調(diào)控作用，包括哮喘、ALI、肺纖維化、肺部抗病毒作用和肺癌等。鑒于STAT 6在這些疾病進(jìn)展中的重要作用，STAT 6可能成為這些肺部疾病的有效治療靶點(diǎn)。

作者貢獻(xiàn)聲明胡露 論文構(gòu)思、撰寫(xiě)和修改。姜志龍 論文修改。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。