JAK2/STAT3信號通路調(diào)節(jié)機體免疫功能及針灸干預效應分析

毛凱榮，田岳鳳，支博遠，馬晨

(山西中醫(yī)藥大學，山西 晉中 030619)

酪氨酸激酶-2(Janus kinases 2，JAK2)/信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子-3(signal transducer and activators of transcription 3，STAT3)信號通路是一條被淋巴因子、脂肪因子等細胞因子廣泛共用的信號通路，可介導細胞的增殖、凋亡及分化，臨床上在高血脂癥、腦血管、癌癥等疾病的免疫機制中均發(fā)揮其重要作用。根據(jù)目前研究發(fā)現(xiàn)，JAK2/STAT3通路的免疫調(diào)節(jié)作用主要是通過細胞因子活化通路，從而使通路產(chǎn)生信號作用于免疫細胞及其他細胞來發(fā)揮功能。本研究從JAK2/STAT3通路活化機制以及免疫調(diào)節(jié)機制入手，探討JAK2/STAT3通路免疫調(diào)節(jié)功能、相關(guān)疾病應用、針灸干預相關(guān)疾病的作用機制。

1 JAK2/STAT3通路概述及作用機制

在實驗和臨床研究發(fā)現(xiàn)，JAK2/STAT3通路的免疫調(diào)節(jié)作用，是細胞因子通過激活免疫細胞和非免疫細胞的JAK2/STAT3通路，從而調(diào)控細胞基因表達的過程。JAK2/STAT3信號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)導的重要通路之一，通過激活該通路對下游基因進行調(diào)控能夠影響細胞增殖、分化、遷移、凋亡等活動，從而對于造血、免疫、發(fā)育、脂肪合成等生理反應進行調(diào)控[1]。

JAK2是激活這條通路進行調(diào)控的主要蛋白之一，它的分子量為131KD，來自于JAKs家族，是四種JAK的其中之一，是廣泛位于細胞膜上的一種非受體型酪氨酸蛋白激酶。其主要結(jié)構(gòu)并無跨膜結(jié)構(gòu)域，而是由7個保守的結(jié)構(gòu)域組成，主要是C-末端、JH1、JH2域具有催化功能，N-末端的4個JH域不具有酪氨酸激酶活性，可能參與JAK2及其他信號蛋白分子的結(jié)合[2]。由于JAK2是非受體的蛋白，所以激活JAK2/STAT3信號通路的細胞因子并不能直接與JAK2相結(jié)合，而是與細胞膜表面的受體相結(jié)合。這些受體雖然本身并不具有激酶活性，但卻具有酪氨酸激酶JAK2的結(jié)合位點。在受體與細胞因子結(jié)合后，從而產(chǎn)生反應使受體二聚化，形成的復合物使得與其偶聯(lián)的JAK2激酶相互接近，通過自磷酸化或交叉磷酸化而活化。JAK2被磷酸化后迅速磷酸化受體的酪氨酸殘基。

STAT3是調(diào)控通路下游基因的主要蛋白，它是分子量為88KD的蛋白，來自于STAT家族，是八種STAT的其中一類轉(zhuǎn)錄蛋白，主要位于細胞質(zhì)中。它的結(jié)構(gòu)域有5個，主要是N端、DNA結(jié)合區(qū)、SH3樣結(jié)構(gòu)域、SH2樣結(jié)構(gòu)域和C端，其中SH2樣結(jié)構(gòu)域是STAT3最重要的結(jié)構(gòu)部分，是STAT3與活化受體結(jié)合、與JAK2相互作用而STAT3形成二聚體，結(jié)合DNA干預下游基因轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[3]。即在通路調(diào)控過程中，STAT3作為JAK2的底物，其SH2樣結(jié)構(gòu)域在磷酸化、轉(zhuǎn)位到細胞核以及調(diào)節(jié)包括細胞因子基因在內(nèi)的基因的轉(zhuǎn)錄過程中進行同聚或異聚有重要的作用。在這個主要過程中，磷酸化的JAK2與偶聯(lián)的磷酸化的受體的酪氨酸殘基形成了停泊位點，可以招募含SH2樣結(jié)構(gòu)域的STAT3，使之結(jié)合在停泊位點。然后激活的JAK2會促使結(jié)合在停泊位點的STAT3的磷酸化，使之激活從而形成二聚體。二聚體的形式會降低與受體結(jié)合的親密性，從而使其進入細胞核內(nèi)，與相應的結(jié)合位點結(jié)合，從而開啟下游基因的調(diào)控[4]。

2 免疫調(diào)節(jié)研究

2.1 JAK2/STAT3信號通路對免疫器官的調(diào)節(jié)作用

骨髓是中樞免疫器官，含有多種造血干細胞，是所有免疫細胞的發(fā)源地，是體液免疫應答發(fā)生和B細胞分化成熟的場所。實驗研究證實[5]，JAK2/STAT3通路參與改善骨髓抑制的造血功能的調(diào)控。通過研究黑虎掌菌子實體多糖(SIPS)能有效改善由環(huán)磷酰胺造模的骨髓抑制小鼠模型髓內(nèi)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，誘導骨髓B淋巴細胞的合成，提高造血干細胞的增殖能力。SIP改善骨髓造血功能、恢復環(huán)磷酰胺造成的免疫抑制分子機制，發(fā)現(xiàn)SIPS能上調(diào)JAK2/STAT3通路的磷酸化水平，表明JAK2/STAT3通路的激活與SIPS拮抗環(huán)磷酰胺引起的骨髓抑制，而提高造血功能、升高骨髓中造血干細胞的數(shù)量和增殖能力的免疫功能分子機制相關(guān)。

脾臟為中樞免疫器官之一，含有大量的淋巴細胞和巨噬細胞，是機體免疫細胞定居和免疫應答發(fā)生的場所。實驗研究表明[6]，JAK2/STAT3信號通路的激活能促進門靜脈高壓脾臟纖維化進程。與門靜脈高壓大鼠實驗組相比較，使用JAK2抑制劑干預的門靜脈高壓大鼠實驗組的脾臟纖維化程度較輕，表明JAK2/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路的激活參與了脾臟纖維化的病變過程。同時，在SIPS干預環(huán)磷酰胺小鼠免疫抑制狀態(tài)實驗中，脾臟磷酸化的JAK2、STAT3蛋白的表達的高低與脾臟指數(shù)成反比，表明JAK2/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路可能與環(huán)磷酰胺干預小鼠脾臟免疫功能的分子機制相關(guān)[7]。

2.2 對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用

T淋巴細胞即胸腺依賴性淋巴細胞，根據(jù)T細胞表面標志以及功能特征，可將T細胞分為不同亞群。CD4+T細胞和CD8+T細胞是細胞免疫的重要組成部分，苦杏仁苷可通過JAK2-STAT3通路調(diào)控CD4+/CD8+T細胞，減弱HBV-T細胞受到的免疫抑制作用，增強細胞干擾和殺傷性細胞因子的分泌，增強對HBV相關(guān)HCC細胞活力、侵襲和遷移的抑制作用以及對凋亡的促進作用[8]。

B細胞來源于骨髓內(nèi)的造血干細胞，分化成熟為B細胞后可隨血液和淋巴再循環(huán)游走于全身各處組織中，最終大部分定居在淋巴結(jié)和脾臟中的淋巴小結(jié)內(nèi)，少部分分布在血液。對發(fā)揮免疫抑制性作用的調(diào)節(jié)性B細胞研究表明，運用藥物芒果甙可上調(diào)小鼠脾臟單個核細胞中調(diào)節(jié)性B細胞和IL-10水平。而通過進一步實驗研究表明調(diào)節(jié)性B細胞在激活JAK2-STAT3信號通路的前提條件下，發(fā)現(xiàn)芒果苷上調(diào)IL-10水平，但對調(diào)節(jié)性B細胞的數(shù)量無影響[9]。

2.3 對免疫因子的調(diào)節(jié)作用

IL-6是一種細胞因子，由白細胞或其他的如血管內(nèi)皮細胞等產(chǎn)生，主要作用是參與炎癥反應，介導免疫反應。IL-6參與JAK2/STAT3信號通路并在其中扮演重要角色，IL-6能激活JAK2/STAT3信號通路，作用于下游基因可以調(diào)控慢性炎癥反應。在對運動產(chǎn)生的運動性疲勞大鼠進行艾灸干預研究證明，艾灸能夠改善大鼠的疲勞狀態(tài)，主要作用是通過抑制IL-6激活STAT3信號通路來減少炎癥反應[10]。同時，在對潰瘍性結(jié)腸炎大鼠進行穴位埋線和艾灸的聯(lián)合治療研究表明，抑制IL-6/JAK2/STAT3信號通路能降低炎癥反應，改善大鼠病變的結(jié)腸結(jié)構(gòu)[11]。

通過對JAK2/STAT3信號通路介導免疫器官、免疫細胞、免疫因子干預疾病病理變化的分子機制研究分析可知，該通路通過免疫器官、免疫細胞、免疫因子廣泛參與疾病的病變與恢復的分子機制，但并未明確該通路與免疫系統(tǒng)間的調(diào)控機制，如未對激活通路的上游受體蛋白和下游轉(zhuǎn)錄的基因表達影響免疫系統(tǒng)的作用進行深入研究。同時，目前針對該通路對免疫系統(tǒng)的研究主要在于某種提取物對免疫器官損傷干預效應的分子機制，而針灸對免疫器官損傷的分子機制研究還相對較少，原因可能與針灸在研究免疫方面主要集中在防治疾病效應，對影響細胞功能的分子機制研究較少[12]，故關(guān)于針灸干預JAK2/STAT3信號通路介導免疫器官的分子機制方面仍需要更深入的研究。

3 JAK2/STAT3信號通路的相關(guān)疾病應用及針灸干預效應

實驗研究表明，JAK2/STAT3信號通路對下游基因的免疫調(diào)控作用涉及到臨床多種疾病的機制，其中主要是在血管生成、脂質(zhì)代謝、腫瘤環(huán)境等相關(guān)的心腦血管和癌癥類疾病[13-15]。

3.1 JAK2/STAT3信號通路調(diào)節(jié)腦血管疾病及針灸干預效應

在腦血管疾病方面，針灸的治療機制主要是通過干預JAK2/STAT3通路的活化，從而干預小膠質(zhì)細胞，降低炎癥反應來影響腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展。針灸對JAK2/STAT3通路的這種干預機制研究主要在缺血性腦卒中、缺血后再灌注損傷、阿爾茨海默病等方面的疾病。

對于缺血性腦卒中的臨床研究中，運用分期針灸對急性期缺血性腦卒中患者進行干預后，血清中磷酸化的JAK2與STAT3的表達均下降，治療效果顯著。這表明，分期針灸能通過干預JAK2/STAT3信號通路來介導缺血性腦卒中腦梗死急性期的治療[16]。臨床研究顯示，運用針灸療法對急性期缺血性腦卒中患者的干預會引起血清中IL-6水平的降低，證明針灸治療的機制與干預炎性因子IL-6的水平相關(guān)[17]。在缺血性腦卒中病理機制中的基礎(chǔ)實驗研究表明，對缺血性腦卒中腦梗死急性期小鼠模型運用IL-6受體抗體阻斷的方法，會導致磷酸化的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。這提示IL-6/JAK2/STAT3信號通路的活化會影響腦缺血急性期的病理進程[18]。同時，對缺血性腦卒中引起的血管性癡呆大鼠模型的相關(guān)研究表明，針刺相關(guān)腧穴作用于α7鹽堿樣乙酰膽堿受體(α7 nicotine acetylcholine receptor，α7nAChR)，通過α7nAChR激活JAK2/STAT3信號通路，會作用于下游炎癥因子基因，減少膠質(zhì)細胞IL-6等促炎性炎癥因子的產(chǎn)生，防治過度的炎癥反應于神經(jīng)元，引起腦組織的損傷，阻礙認知功能[19]；通過進一步研究表明，針灸干預缺血性腦卒中的治療作用是通過拮抗炎性反應起作用的，主要表現(xiàn)在降低IL-6、腫瘤壞死因子-α水平，其分子機制與α7nAChR/JAK2/STAT3信號通路相關(guān)[20]。所以，針灸治療缺血性腦卒中的分子機制，可能與JAK2/SATA3信號通路介導炎性反應，引起IL-6的水平變化有關(guān)。

對阿爾茨海默病相關(guān)實驗研究分析可知，針加灸法干預阿爾茲海默癥大鼠，能抑制JAK2/STAT3信號通路的活化以及蛋白的表達，減少阿爾茨海默病病理進程中的β-淀粉樣蛋白沉積誘導的小膠質(zhì)細胞炎性反應，減緩其病理進程，對大鼠的海馬區(qū)認知功能障礙和大腦皮層損傷有治療作用[21-22]。這表明，針灸對于阿爾茨海默病的治療機制與缺血性腦卒中的機制類似，是通過干預JAK2/SATA3信號通路介導的炎性反應來進行的。

同時也有研究表明，運用電針干預腦缺血再灌注損傷的大鼠模型能夠提高JAK2、STAT3 mRNA和磷酸化的JAK2、STAT3蛋白表達，減少神經(jīng)細胞凋亡，保護缺血再灌注引起的腦組織損傷，電針的這種干預不是針對神經(jīng)細胞，而是神經(jīng)元產(chǎn)生作用的[23]。

通過對不同針灸方法介導JAK2/SATA3信號通路的活化來治療多種腦血管疾病的研究進行分析，可知針灸是通過活化神經(jīng)膠質(zhì)細胞和海馬區(qū)神經(jīng)元的JAK2/SATA3信號通路激活免疫反應，進一步調(diào)節(jié)炎性因子的水平發(fā)揮作用。但是在該類研究中，目前對JAK2/SATA3信號通路的下游炎性因子的研究較少，直接作用機制的研究尚且不足，在之后的研究中有待進一步補充。

3.2 JAK2/STAT3信號通路調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝疾病及針灸干預效應

在脂質(zhì)代謝方面，針灸干預JAK2/STAT3信號通路能調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，降低炎癥反應，對于介導高血脂癥引起的并發(fā)癥，如肥胖性高血壓、動脈粥樣硬化、糖尿病等臨床最為常見的疾病有其明確的治療機制。相關(guān)調(diào)節(jié)機制主要涉及瘦素/JAK2/STAT3信號通路和三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1(ABCA1)/JAK2/STAT3信號通路。

ABCA1/JAK2/STAT3信號通路是針灸對于高血脂癥治療機制研究的一條重要通路，在調(diào)節(jié)脂質(zhì)與抗炎方面發(fā)揮重要作用。在對脂質(zhì)代謝異常的高脂血癥的臨床試驗中，高脂血癥患者在針刺豐隆穴時能通過ABCA1激活JAK2/STAT3信號通路在巨噬細胞的表達，反作用于ABCA1的基因表達，增強ABCA1的表達能更有效的促使細胞內(nèi)的膽固醇和磷脂轉(zhuǎn)移到細胞外的生理反應，減少脂質(zhì)類在細胞內(nèi)的堆積，同時能減弱巨噬細胞的炎性反應，使巨噬細胞減少促炎因子TNF-α、IL-6、MCP-1的分泌，從兩個方面發(fā)揮脂質(zhì)代謝和抗炎效果，對臨床治療高血脂癥有良好的作用[24]。

在對高血脂癥模型兔進行隔藥餅灸治療的研究表明，隔藥餅灸激活瘦素/JAK2/STAT3信號通路，從而有效降脂[13]。同時，臨床研究與實驗研究證明[25]，高血脂癥與炎癥反應有高度相關(guān)性。對高血脂癥大鼠促炎性因子進行檢測，結(jié)果IL-6、TNF-α相較于正常大鼠而言水平偏高，而通過電針降脂干預后，促炎性因子的水平也隨之降低，證明了高血脂癥的發(fā)病機制中，炎癥反應也發(fā)揮了重要的作用，而針灸對高血脂癥治療作用的機制與針灸的抗炎作用有關(guān)。同時有基礎(chǔ)研究表明[26]只有長形式的受體才能與瘦素特異性結(jié)合，才能發(fā)揮調(diào)節(jié)脂質(zhì)的代謝的重要作用，并且瘦素與長形式的受體結(jié)合從而激活JAK2/STAT3信號通路，能夠?qū)細胞、B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞產(chǎn)生影響作用已經(jīng)被證實[27-30]。另外實驗研究表明[28]，瘦素激活JAK2/STAT3信號通路時，能夠影響T細胞、B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，其主要作用方式是通過促進這些免疫細胞產(chǎn)生促炎性因子IL-6、TNF-α、抗炎因子IL-10的水平，并且這種作用是通過依賴性濃度而增加的，但是對于不同的免疫細胞，產(chǎn)生的細胞因子的濃度是有所不同的。這都證明了針灸對高血脂癥的治療機制可能與激活瘦素/JAK2/STAT3信號通路后，通路降低炎癥因子分泌來調(diào)控脂質(zhì)代謝方面來降脂。但目前研究不足的是，只有針灸關(guān)于該通路單方面地調(diào)控脂質(zhì)或者與免疫相關(guān)的研究，并未將二者的關(guān)系進行更深入的研究。

3.3 JAK2/STAT3信號通路調(diào)節(jié)腫瘤免疫相關(guān)疾病

關(guān)于腫瘤方面，針灸治療的相關(guān)研究較少。僅有相關(guān)研究證明，對Lewis肺癌小鼠進行麥粒灸干預，相較于模型組，麥粒灸能降低IL-6以及STAT3的水平，同時麥粒灸能抑制Lewis肺癌小鼠的腫瘤生長速度，提高其生存率。這表明針灸對于腫瘤的治療效果與炎性反應相關(guān)，主要是與腫瘤微環(huán)境的形成有密切關(guān)系的是炎性反應，而針灸通過降低炎性反應來抑制腫瘤微環(huán)境的形成[31]。

同時JAK2/STAT3通路的激活會對肝、結(jié)腸、乳腺腫瘤的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。在對結(jié)腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)STAT3促進結(jié)腸癌細胞的增殖活動，而IL-6能介導JAK2/STAT3通路的激活，從而促進結(jié)腸癌細胞的增長；通過研究促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(corticotropin-releasing hormone，CRH)干預結(jié)腸癌細胞增殖機制中，可以發(fā)現(xiàn)CRH通過與其受體結(jié)合而促進IL-6表達，從而激活JAK2/STAT3信號通路，提高細胞G1/S期而促進結(jié)腸癌細胞的增殖[32]。在對腫瘤相關(guān)巨噬細胞對肝癌細胞的作用機制研究中[33]，JAK2/STAT3信號通路會影響肝癌細胞凋亡。有研究表明[34]，M2型巨噬細胞可通過分泌IL-10來促進乳腺癌細胞的增殖、侵襲和凋亡，其機制可能與激活JAK2/STAT3通路相關(guān)。

針灸通過JAK2/STAT3信號通路對腫瘤微環(huán)境的治療機制研究較少，但是對于JAK2/STAT3信號通路在肝、結(jié)腸腫瘤的發(fā)病機制已經(jīng)有一定的研究，未來可以對針灸干預腫瘤的治療機制進行更深入、更廣泛的研究，對于臨床上針灸輔助治療腫瘤提供一定的思路。

通過對JAK2/STAT3信號通路在疾病的發(fā)生和診療的相關(guān)分子機制及針灸干預研究發(fā)現(xiàn)，在腦血管疾病方面，針灸的干預機制主要是通過對小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元等上游分子進行活化，從而活化JAK2/STAT3信號通路，通過該通路作用于下游的炎癥因子，從而減輕腦組織的損傷。但目前對于在針灸干預腦血管疾病的研究中，主要是從激活JAK2/STAT3信號通路的受體研究較多，對于通路活化的下游炎性因子較少。在脂質(zhì)代謝方面，相較于針灸對瘦素/JAK2/STAT3號通路的單方面研究，針灸對ABCA1/JAK2/STAT3信號通路將抗炎和降脂結(jié)合起來進行研究，對臨床有更好的指導作用，未來的研究過程中可以對針灸干預瘦素/JAK2/STAT3信號通路的降脂和抗炎作用進行綜合研究，為高血脂的治療達到更好的臨床指導作用。在對于腫瘤方面的研究，主要在JAK2/STAT3信號通路對腫瘤疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制方面，目前針灸效應在這方面的研究相對較少，深入對針灸干預腫瘤疾病JAK2/STAT3信號通路分子機制的效應研究能為臨床治療提供更多的理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

目前研究表明，對于JAK2/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路的結(jié)構(gòu)、與免疫的關(guān)系，我們已經(jīng)有了一定的認識和了解，在這個基礎(chǔ)上，對于針灸介導該通路與針灸治療相關(guān)疾病的分子機制的關(guān)系進行了探究。對JAK2/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路調(diào)節(jié)機體免疫功能的作用機制研究是通過兩方面進行的，一方面是免疫相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制與JAK2/STAT3信號通路的關(guān)系，另一方面是對疾病診療過程中是否有JAK2/STAT3信號通路參與進行的相關(guān)研究。針灸目前關(guān)于JAK2/STAT3信號通路的研究多集中對疾病治療機制等方面的研究，主要體現(xiàn)在運用不同的針灸方法，在治療不同疾病的效應機制中是否有JAK2/STAT3信號通路的介導，這對于臨床運用針灸方法治療相關(guān)疾病提供了理論基礎(chǔ)。

目前針灸對JAK2/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路研究尚有不足。一方面針灸對于免疫器官、免疫細胞和免疫因子以及腫瘤疾病的效應機制是否有JAK2/STAT3信號通路的參與尚未明確。另外一方面對于針灸在脂質(zhì)代謝和腦血管疾病方面，針灸對于JAK2/STAT3信號通路激活的上游受體以及下游炎性分子的研究，以及激活下游分子能反作用于JAK2/STAT3信號通路的研究相對較少，這種多通路的交互作用均有待深入研究。

近些年對于JAK2/STAT3通路在腫瘤的免疫機制作用，以及針灸對于免疫的作用研究已經(jīng)深入到細胞的相關(guān)通路，如PD-1、CTLA-4以及其他免疫分子的通路研究。對該通路是如何在針灸干預發(fā)揮調(diào)控作用的機制還需要更多的探索，通過整理分析目前的研究，可知針灸介導JAK2/STAT3通路的直接機制研究還有待建立更全面的認識，在今后的研究中應更多的集中通路與效應分子的直接作用關(guān)系。綜上所述，在今后的研究中，對針灸干預腫瘤的機制與JAK2/STAT3信號通路相關(guān)性，以及該通路的下游炎性因子的變化進行相關(guān)探索研究，明確其發(fā)揮功能的機制，從而為臨床針灸治療相關(guān)疾病提供有力的理論支持。