STAT3信號通路-程序性壞死在肝病中的研究進展*

李 霞，鄧 潔，汪 杰，黃美穎 綜述，何毅懷△ 審校

(遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院：1.感染科；2.兒科，貴州遵義 563003)

肝臟有肝靜脈及門靜脈雙重血液供應(yīng)，承擔著人體重要的代謝和解毒功能，致使其易暴露于各種生物及化學致病因子中，如乙型肝炎病毒、多種中草藥、抗結(jié)核藥及化學毒物等，這些因素常可導致肝損傷，嚴重者甚至可發(fā)展為肝衰竭，危及患者生命安全[1]。肝細胞變性、死亡被認為是發(fā)生多種肝病的基本環(huán)節(jié)，而細胞程序性壞死(也稱為壞死性凋亡)是新近發(fā)現(xiàn)的一種細胞死亡方式，因此，研究控制肝細胞程序性壞死對治療肝病、減輕肝損傷具有重要意義[2]。肝臟受損時激活急性期反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等反應(yīng)保護受損肝細胞，以維持肝臟正常結(jié)構(gòu)及功能[3]。有研究發(fā)現(xiàn)，肝損傷患者白細胞介素-6(interleukin6，IL-6)高表達，并通過其受體——糖蛋白130(glycoprotein 130，gp130)激活信號傳導與轉(zhuǎn)錄激活因子-3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)，介導急性期反應(yīng)。STAT3信號是調(diào)節(jié)肝細胞存活、增殖及分化的重要信號，涉及多種肝病的發(fā)病過程。現(xiàn)將肝病中STAT3信號通路與細胞程序性壞死的研究綜述如下，旨在為今后預(yù)防及診治肝病提供新的思路。

1 STAT3信號通路

STAT3在1994年由AKIRA等在研究干擾素誘導基因轉(zhuǎn)錄時發(fā)現(xiàn)，其作為IL-6信號傳遞中的急性期反應(yīng)因子被鑒定為一個胞漿蛋白家族，由750～795個氨基酸組成，存在α、β、γ、δ 4種異構(gòu)體[4]。STAT3主要通過其功能蛋白間的相互作用參與各種疾病的發(fā)生、發(fā)展，而IL-6/gp130/Janus激酶(Janus kinases，JAK)/STAT3信號通路的傳導是STAT3發(fā)揮其功能的關(guān)鍵。

1.1 IL-6/gp130/JAK/STAT3信號通路的傳遞

IL-6/gp130/JAK/STAT3信號的經(jīng)典作用之一是參與肝臟急性期反應(yīng)。IL-6由淋巴細胞、單核細胞等多種免疫細胞產(chǎn)生，由其受體介導，發(fā)揮多種生物學功能。IL-6受體(IL-6R)由2條gp鏈組成，即α鏈(gp80)相對分子質(zhì)量為80×103和β鏈(gp130)相對分子質(zhì)量為130×103[5]。gp80缺少胞內(nèi)區(qū)，與IL-6低親和性結(jié)合后與gp130高親和性結(jié)合，向細胞內(nèi)傳遞信息，介導急性期反應(yīng)[6]。同時IL-6可通過其受體——gp80/gp130啟動肝再生，參與修復(fù)肝損傷。gp130是一種細胞膜蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在其合成過程中起著核心作用，至少是8種細胞信號分子的下游配體復(fù)合物的一部分，包括IL-6、IL-11、IL-27、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子、心肌營養(yǎng)素-1、抑瘤素-M、白血病抑制因子和心肌營養(yǎng)素樣細胞因子[7]。在經(jīng)典信號途徑中，IL-6Rα/gp130相互作用合成多聚體，激活介導下游信號分子活化發(fā)揮生物學效應(yīng)，包括介導JAK-STAT、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶/絲裂原活化蛋白激酶(ERK-MAPK)和磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K-AKT)3種途徑的細胞內(nèi)信號傳導[8]。有研究表明，體內(nèi)存在可溶型gp130的表達，被認為是IL-6轉(zhuǎn)移信號途徑的天然抑制劑。

1.2 STAT3信號的生物學效應(yīng)

STAT3主要由7個部分構(gòu)成[9]：(1)N端結(jié)構(gòu)域，主要與STAT3的多聚體化有關(guān)；(2)C端結(jié)構(gòu)域，磷酸化STAT3的特定氨基酸，從而對下游基因的表達起調(diào)節(jié)作用；(3)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，在其核轉(zhuǎn)移過程中具有一定的作用，以二聚體的形式結(jié)合DNA；(4)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域，是轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點；(5)連接區(qū)，具有穩(wěn)定DNA結(jié)合域的作用；(6)Src同源域3(SH3)區(qū)，其功能尚不明確；(7)SH2區(qū)，參與了STAT3的酪氨酸磷酸化。STAT3均能被IL-6家族的細胞因子激活，是介導IL-6功能的重要信號分子[10]。IL-6家族的細胞因子與其受體結(jié)合可誘導gp130的同源或異源二聚化，使下游JAK自發(fā)磷酸化并活化。活化的JAK使受體胞質(zhì)區(qū)gp130磷酸化，隨后為STAT3 的SH2區(qū)提供了?？课稽c，并磷酸化STAT3的酪氨酸705(Tyr705)，使其活化。2個激活的STAT3 通過SH2區(qū)與磷酸化的Tyr705反式結(jié)合形成二聚體，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性。STAT3可以激活的主要靶基因包括細胞周期蛋白1(Cyclin D1)、Cyclin D2、Cyclin D3、Cyclin A、細胞分裂周期因子25A(cdc25A)、c-myc、Bcl-XL、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、Survivin、Pim-1原癌基因等，以及下調(diào)p21、p27等一系列蛋白，調(diào)節(jié)細胞周期、凋亡、炎性反應(yīng)及血管生成等。最近有研究表明，STAT3 Tyr727上的磷酸化被認為以轉(zhuǎn)錄無關(guān)的方式增加呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ和Ⅱ的活性，故認為STAT3也參與了線粒體相關(guān)代謝[11]。除JAK外，其他途徑的相互干擾也會導致STAT3磷酸化和活化，如絲裂原活化蛋白激酶和哺乳動物雷帕霉素蛋白途徑。得益于STAT3調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性的多樣性，STAT3信號傳導通路在某些情況下可參與腫瘤的發(fā)展、損傷的修復(fù)及炎性反應(yīng)的級聯(lián)效應(yīng)等。正常細胞及生理狀況下STAT3的活化是快速且瞬時的，這是基于生理性負性調(diào)節(jié)途徑的存在[12]。負性調(diào)節(jié)STAT3信號的蛋白主要包括Src、同源區(qū)蛋白酪氨酸磷酸酶1/2[13]、抑癌基因的細胞信號轉(zhuǎn)導 (SOCS)家族反饋抑制劑[14]、蛋白酪氨酸磷酸酶、活性STAT蛋白抑制劑[15]等。當損傷因素持續(xù)作用于細胞，這種生理狀態(tài)下的平衡將會失調(diào)。

2 程序性壞死

程序性壞死與壞死在形態(tài)學上有類似的改變，并且有嚴格的分子調(diào)控機制[16]。壞死的特點主要表現(xiàn)為細胞體積明顯增大、線粒體等細胞器膨脹和細胞內(nèi)容物釋放[17]。細胞壞死過程中釋放的大量細胞內(nèi)容物會激活機體免疫應(yīng)答，廣泛參與各種疾病的病理生理過程中。

目前，存在多種受體誘導和調(diào)控程序性壞死的發(fā)生，以腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor,TNFR)家族或Toll樣受體家族調(diào)控啟動最為常見，但其典型的是TNFR1介導的信號傳導通路[18]。腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、TNFR1 及受體相互作用蛋白激酶1(receptor interacting protein kinase 1，RIP1)形成的復(fù)合體Ⅰ，啟動了程序性壞死。TNF-α具有免疫應(yīng)答、炎性反應(yīng)、細胞損傷等功能，主要由單核巨噬細胞產(chǎn)生。TNF-α刺激其細胞膜受體——TNFR1在細胞膜的細胞質(zhì)面形成復(fù)合物Ⅰ，激活下游的核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，調(diào)節(jié)細胞生存和炎性反應(yīng)。復(fù)合物Ⅰ通過調(diào)控泛素化的酶作用促使復(fù)合物Ⅱ的形成，在不同條件下發(fā)生不同形式的細胞死亡。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8(cysteinyl aspartate specific proteinase 8,caspase-8)以酶原的形式存在，處于TNF-α/TNFR1下游，是復(fù)合物Ⅱ啟動細胞程序性壞死與凋亡的分界點[19]。RIP1、TNFR3受RIP激酶激活彼此相互作用形成異二聚體，caspase-8受到抑制，導致壞死復(fù)合體Ⅱb形成，誘發(fā)程序性壞死。相反，去泛素化的RIP1與下列信號分子，如TNFR1相關(guān)死亡區(qū)段結(jié)合蛋白(TRADD)、Fas相關(guān)的活性域、Fas相關(guān)死亡區(qū)段結(jié)合蛋白(FADD)樣IL-1b轉(zhuǎn)換酶抑制蛋白、caspase-8等形成復(fù)合物，以激活caspase-8，斷裂RIP3的天冬氨328位點，形成復(fù)合體Ⅱa，則發(fā)生凋亡。

RIP1/RIP3組成的復(fù)合體Ⅱb傳送了細胞程序性壞死的信號。RIP家族具有同一類的激酶結(jié)構(gòu)，與含死亡結(jié)構(gòu)域(如TRADD、TNFR1、Fas等)結(jié)合或自身相互調(diào)控參與程序性壞死和信號傳導等，也可以激活caspase-8 產(chǎn)生活性氧[20]。RIP1 的C端具有死亡結(jié)構(gòu)域，其功能受泛素化和磷酸化的控制。有研究表明，TNF-α可以誘導RIP1和死亡誘導信號復(fù)合物形成一個穩(wěn)定的泛素鏈，使RIP1具有促進細胞死亡的功能，進而參與細胞的存活、壞死、凋亡等[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，RIP3 的C端具有一段與RIP1相同而不存在于RIP家族其他成員中的片段，即RIP同型結(jié)構(gòu)域(RIP homotypic interaction motif，RHIM)，這種同型結(jié)構(gòu)賦予了RIP3與RIP1相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，RHIM能與RIP1結(jié)合并發(fā)生磷酸化從而調(diào)控NF-κB的活性變化，使之在介導細胞的存活方面發(fā)揮重要作用[22]。RIP3是在細胞凋亡及程序性壞死間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵蛋白[23]。在TNF-α誘導的程序性壞死途徑中RIP3呈高度磷酸化狀態(tài)，其絲氨酸227位點的磷酸化是關(guān)鍵，可傳遞募集與激活底物分子——混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL)，使其蘇氨酸357和絲氨酸358位點發(fā)生磷酸化，進而促使細胞發(fā)生程序性壞死。另外，有研究表明，RIP3磷酸化能被壞死性凋亡抑制劑1(Nec-1)抑制，而Nec-1作為RIP1的抑制劑已得到證實。RIP3、RIP1存在緊密的相互作用，包括RIP3對RIP1的直接和間接磷酸化作用，以及RIP1在serl61位點的自磷酸化作用，通過破壞細胞的能量代謝平衡，觸發(fā)程序性壞死。

RIP1、RIP3和MLKL形成的壞死體執(zhí)行了細胞的死亡。MLKL是RIP3行使功能的關(guān)鍵性底物，細胞發(fā)生壞死性凋亡的執(zhí)行蛋白。RIP3與MLKL的C末端激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使MLKL中T357/S358兩個位點發(fā)生磷酸化，并暴露其激酶結(jié)構(gòu)域，與相應(yīng)的效應(yīng)分子彼此作用，激活壞死復(fù)合體使細胞發(fā)生病理生理改變[24]。通過敲減MLKL的細胞探索到其介導壞死必須依賴N尾端[25]。MLKL蛋白的N-末端螺旋束在磷酸化后發(fā)生折疊，形成四聚體，可進一步與細胞膜或細胞器膜中的磷脂酰肌醇脂質(zhì)(phosphati-dylinositol lipids，PIP)結(jié)合，從而開放細胞膜孔道破壞膜的完整性，引起細胞Ca2+、Na+內(nèi)流造成細胞或細胞器腫脹，最終引起細胞崩解導致其呈壞死樣改變[26]。抑制PIP的合成會減少由MLKL誘導的壞死[27]。MLKL的下游還參與了調(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生，進一步加重程序性壞死進程，可能與募集一種線粒體蛋白磷酸酶——磷酸甘油酸變位酶家族成員5；(PGAM5)并使之磷酸化有關(guān)。PGAM5的活化可以造成以特定結(jié)構(gòu)排列的線粒體發(fā)生節(jié)段性斷裂，其剪切體PGAM5S招募線粒體分裂因子——動力蛋白相關(guān)蛋白1(Drp1)，并去磷酸化其Ser673位點調(diào)控其鳥苷三磷酸酶家族活性，導致線粒體整體結(jié)構(gòu)破壞，這是程序性壞死的必要過程[28]。此外， MLKL還存在一種有別于TNF誘導的壞死調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與細胞死亡：MLKL蛋白的C端融合表達了糖皮質(zhì)激素受體的激素結(jié)合域(HBD)標簽(HBD結(jié)構(gòu)域來源于激素受體結(jié)合配體的關(guān)鍵部位，能夠在小分子40HT的誘導下以同源二聚體的形成結(jié)合在一起，從而成為一個可以特異性誘導目標蛋白二聚化的經(jīng)典體系)，在40HT的誘導下表達了MLKL-HBD的細胞出現(xiàn)了明顯的細胞壞死，而作為對照的過表達HBD的細胞則沒有發(fā)生死亡[29]。盡管目前MLKL參與程序性壞死的精確機制尚不明確，但研究已證實，通過多機制使MLKL沉默可抑制壞死性凋亡，故抑制MLKL表達有望緩解某些肝病的進展。

3 STAT3信號通路與程序性壞死

有研究表明，STAT3調(diào)控細胞程序性壞死過程。STAT3可通過與TNF-α、Caspase、RIP1、RIP3等相互調(diào)控影響細胞的程序性死亡。TNF-α是誘導壞死性凋亡的起點，在TNF-α受體的下游線粒體中的活性氧產(chǎn)生被認為是壞死作用的必要條件，抗氧化劑或線粒體復(fù)合物Ⅰ抑制劑可以減輕TNF-α誘導的細胞損傷。STAT3可通過與線粒體復(fù)合體Ⅰ的一個亞基GRIM-19相互作用，導致STAT3轉(zhuǎn)位到線粒體，誘導活性氧產(chǎn)生，增加程序性壞死，故抑制STAT3表達可緩解TNF-α介導的活性氧生成及細胞壞死[30]。STAT3被證明是鈣蛋白酶的下游，可以調(diào)節(jié)RIPK3表達和MLKL磷酸化。此鈣蛋白酶-STAT3-RIPK軸誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體鈣異常[31]。目前已明確IL-6/gp130/JAK/STAT3信號通路可參與調(diào)控細胞凋亡，并在細胞損傷時通過促使細胞周期蛋白D1/細胞周期蛋白依賴性激酶4(cyclin D1-Cdk4)復(fù)合物的產(chǎn)生，促進細胞修復(fù)損傷及細胞增殖，但該通路與程序性壞死的研究甚少見。在關(guān)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對急性肝損傷肝內(nèi)gp130表達影響的研究中發(fā)現(xiàn)：敲減gp130后磷酸化的STAT3表達下調(diào)，而RIP3表達上調(diào)，通過實驗已驗證gp130對急性肝損傷具有一定的緩解作用。作為gp130下游分子——STAT3是否通過此通路抑制肝細胞程序性壞死或激發(fā)炎性反應(yīng)涉及肝細胞受損的保護作用中，以及以何種機制參與均需要后續(xù)進一步完善實驗明確。

細胞發(fā)生程序性壞死時細胞質(zhì)膜及細胞器破裂會釋放大量炎癥因子，對IL-6/gp130/JAK/STAT3信號通路具有廣泛的調(diào)控作用。如TNF-α是一種內(nèi)源性致熱原，可誘導肝細胞急性期蛋白合成，包括刺激IL-6的生成。有研究發(fā)現(xiàn)，肝損傷在炎癥恢復(fù)階段，TNF-α通過JAK/STAT、NF-κB等信號通路激活增殖相關(guān)基因表達，促進肝細胞增殖；在TNF-α誘導的壞死過程中RIP1的表達或活性對STAT3在絲氨酸727上發(fā)生磷酸化具有關(guān)鍵性作用。MLKL在TNF-α介導的程序性壞死中可調(diào)節(jié)線粒體活性氧的產(chǎn)生，而STAT3在其過程中具有重要的作用，不排除MLKL具有直接激活STAT3的可能。同樣，STAT3相關(guān)信號通路對程序性壞死也具有一定的調(diào)控作用。有研究發(fā)現(xiàn)，JAK2可由某些細胞因子激活后誘導STAT3的磷酸化，活化的STAT3通過激活NF-κB參與介導TNF-α、IL-6等炎癥介質(zhì)的表達及釋放，反作用激活JAK2/STAT3信號通路，導致炎性反應(yīng)擴大；此外，骨髓來源的抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSC)自分泌IL-6激活STAT3，進而激活組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，以誘導表觀遺傳沉默TNF-RIP1壞死病途徑，從而促進MDSC存活及積累[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，在肝損傷模型中g(shù)p130可使磷酸化STAT3表達上調(diào)，并下調(diào)RIP3的表達，可見gp130對肝細胞程序性壞死具有緩解作用，但目前機制尚不明確。總之，2條信號通路存在相互調(diào)控，但具體調(diào)控的分子機制及作用靶點仍有很大的研究空間。且STAT3具有多重作用機制，一方面通過炎性反應(yīng)加重損傷；另一方面可參與損傷增殖修復(fù)，推測可能在不同條件下、不同器官組織中因不同信號通路調(diào)控及自身表達的量產(chǎn)生不同效應(yīng)。

4 程序性壞死與肝病

肝細胞變性、死亡被認為是由藥物、病毒感染和脂肪攝取堆積等引起的急性和慢性肝損傷的共同機制。肝細胞死亡被認為是肝病中最重要的病理表現(xiàn)，而肝細胞死亡速度、數(shù)量決定了肝病的嚴重程度。細胞死亡可表現(xiàn)為多種方式，如凋亡、自噬、壞死和程序性壞死[2]。程序性壞死參與了多種病毒性肝炎、酒精性肝病、代謝性肝病、膽汁淤積性肝炎、藥物性肝損傷、自身免疫性肝病等疾病的轉(zhuǎn)歸。動物實驗證實，在長時間酒精作用相關(guān)中毒性肝損傷中RIP3蛋白表達上調(diào)，并且參與了肝細胞脂肪變性和程序性壞死的發(fā)生，當敲除RIP3后相應(yīng)病理改變也會減輕[33]。中鏈脂肪酸可通過下調(diào)MLKL的表達而減輕脂多糖誘導的肝損傷[34]。在原發(fā)性膽汁淤積患者肝組織RIP3、MLKL的表達與肝損傷呈正相關(guān)；膽汁淤積小鼠模型敲除RIP3后肝細胞壞死減輕；并且還發(fā)現(xiàn)RIP3的缺乏可加重慢性阻塞性膽汁淤積動物的膽汁淤積，可能與RIP3敲除后引起血紅素氧合酶-1表達升高有關(guān)[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，在乙型病毒性肝炎相關(guān)慢加急性肝衰竭病情演變中，RIP3介導的肝細胞程序性壞死具有不容小覷作用[36]；靶向抑制程序性壞死似乎可以減輕非酒精性脂肪肝的進展。近年來，有研究也發(fā)現(xiàn)，肝細胞損傷發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時gp130蛋白表達上調(diào)，當敲減gp130時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對肝細胞的損傷加重，磷酸化RIP3及MLKL表達上調(diào)?，F(xiàn)已經(jīng)明確gp130可參與細胞程序性壞死的調(diào)控，故認為STAT3作為gp130的下游分子在肝細胞程序性壞死中同樣扮演著重要角色。

5 展 望

目前，我國肝病的發(fā)病率高，部分患者發(fā)展為重癥肝病，如各型肝衰竭，病死率高達80%。持續(xù)、大量肝細胞死亡是肝病的基本病理特征。程序性壞死是近年研究最火的細胞死亡方式，而至今有關(guān)肝細胞程序性壞死與STAT3相關(guān)信號通路調(diào)控的研究甚少見。因此，通過對STAT3與細胞程序性壞死及其信號通路之間串擾在肝病中作用的深入研究，找到抑制或預(yù)防肝細胞發(fā)生程序性壞死的新方法，對提高肝病預(yù)防及診治具有重要的指導意義。