JAK2-STAT3信號通路在心肌缺血再灌注損傷中的作用機制及其中醫(yī)藥防治機制進展

張曾宇，侯佳豪，吳玲玲，陳思思，陳嘉敏，劉建和

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）死亡率在我國呈快速上升態(tài)勢，盡早進行血運重建讓缺血心肌恢復正常的血液供應是目前治療AMI的主要方法［1］。然而，血流恢復后發(fā)生的缺血再灌注損傷（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI）可嚴重影響治療效果和患者預后，這成為臨床不可忽視的問題［2］。MIRI的誘因較為復雜，涉及氧化應激（oxidative stress，OS）、鈣超載、線粒體障礙等多種心血管疾病的病理生理過程，且目前尚未發(fā)現(xiàn)安全有效的治療方法［3-4］。MIRI確切的病理生理機制及可應用于臨床的干預途徑仍是目前眾多研究者及臨床工作者關注的焦點。研究表明，JAK2-STAT3信號通路對OS、鈣超載、炎癥反應、內質網(wǎng)應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）和線粒體障礙等心血管疾病的病理生理過程均有調節(jié)作用，且與MIRI病情嚴重程度密切相關［5］。本文對JAK2-STAT3信號通路在MIRI中的保護作用及其中醫(yī)藥防治機制進行綜述，以期為MIRI的臨床治療提供一定理論參考。

1 MIRI的定義及發(fā)病機制

MIRI指栓子堵塞血管、血管狹窄等原因導致心肌供血中斷，一段時間后該心肌區(qū)域因缺血缺氧而受到損傷，而當血管恢復血流后，心肌損傷不但沒有減輕反而呈進行性加重，繼而產生不可逆的心肌損傷的現(xiàn)象［6］。

引起MIRI的因素復雜多樣，關于其發(fā)病機制的相關研究也在不斷地深入和完善。到目前為止，MIRI發(fā)病公認是由炎癥反應、OS、ERS、細胞凋亡等多種病理生理反應誘導的，而自由基的攻擊、鈣超載損傷、白細胞作用、心肌細胞能量代謝障礙等，是此類病理生理反應發(fā)生的基礎，這些病理生理反應彼此影響，共同促進MIRI的發(fā)生和發(fā)展［7-8］。因此抑制上述病理生理反應的發(fā)生是防治MIRI的重要思路。

2 JAK2-STAT3信號通路

JAK是一種非受體型蛋白質酪氨酸激酶，JAK家族中有4位成員，包括JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2，Tyk2），其分子量為120～140 kD［9］。JAK1、JAK2和Tyk2在結構上基本均含有7個JAK同源結構域（JAK homology domain，JH），其中JH1結構域具有能激活自身磷酸化所需的基因序列，能夠調節(jié)激酶活性且為STAT提供結合位點［10］。而STAT是JAK家族的下游調節(jié)蛋白，是發(fā)揮心臟保護作用的關鍵物質。STAT家族共有7位成員，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其分子量為84～113 kD，STAT家族成員在心肌組織中均有表達［11］。研究發(fā)現(xiàn)，JAK2-STAT3信號通路可發(fā)揮調節(jié)心血管功能的作用，且在JAK-STAT家族中占據(jù)著重要地位［12］。多項研究發(fā)現(xiàn)，JAK2-STAT3信號通路在缺血預處理、缺血后適應以及部分藥物治療MIRI的過程中處于激活狀態(tài)，并對多種心血管疾病的病理生理反應具有重要的調節(jié)作用［13-14］。

相關研究顯示，JAK2-STAT3信號通路是通過IL-6與相應質膜受體結合來完成初始激活的［15］。IL-6和細胞因子結合形成的受體復合物發(fā)生二聚化后，通過與胞質膜內亞基近端區(qū)域的JAK2連接而激活JAK2的生物活性，JAK2與STAT蛋白兩兩結合形成同二聚體或異二聚體并轉移至細胞核，同時與細胞基因組（即核內相應DNA序列）的特殊結構位點結合，從而激活轉錄，轉錄后的表達產物則可參與調控細胞的多項生命活動［16-18］。

3 JAK2-STAT3信號通路在MIRI中的作用機制

3.1 抑制炎癥反應 炎癥反應是MIRI的重要發(fā)生機制，當大量有害炎癥遞質與心肌細胞接觸時，會導致心肌細胞損傷甚至壞死。心肌細胞的正常生理功能依賴于促炎因子和抗炎因子之間的相互聯(lián)結和相互制約。在缺血心肌恢復灌注時，促炎因子IL-6、TNF-α會過度表達，使趨化因子和細胞黏附分子表達增加，促進白細胞黏附、聚集、浸潤，進而導致心肌細胞損傷［19-21］；同時抗炎因子IL-10的表達受到抑制，使心肌損傷進一步加重。蘇燕勝等［22］研究發(fā)現(xiàn)，JAK2-STAT3信號通路被激活后會抑制IL-6和TNF-α的生成并上調IL-10的表達，從而抑制心肌細胞炎癥反應，進而減少MIRI的發(fā)生。沈誠等［23］采用酪氨酸磷酸化抑制劑AG490和雷帕霉素抑制JAK2-STAT3信號通路，結果顯示，當JAK2-STAT3信號通路被抑制時，再灌注時期心肌組織TNF-α、IL-6水平較JAK2-STAT3信號通路未被抑制時明顯升高，進一步表明JAK2-STAT3信號通路可以通過調節(jié)炎癥因子的表達來抑制炎癥反應，進而發(fā)揮保護心肌的作用。

3.2 抑制OS OS指機體氧化和抗氧化的相對穩(wěn)定性被破壞，其主要表現(xiàn)為氧化增強，抗氧化減弱，致使氧自由基（oxygen free radical，OFR）大量生成而不能被及時清除，進而損傷細胞［24］。心肌缺血時，心肌細胞被動進行有氧代謝及三羧酸循環(huán)（檸檬酸循環(huán)），其中間產物琥珀酸會明顯增加，而大量積累的琥珀酸可以在缺血心肌再灌注時作為還原劑，通過反向電子轉移促進線粒體復合體Ⅰ產生超氧化物，促使活性氧（reactive oxygen species，ROS）明顯增加；ROS可直接損傷DNA并使線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）長時間開放，從而加重線粒體損傷［25］。同時在再灌注治療期間，被激活的中性粒細胞的細胞膜無法維持正常生理狀態(tài)，導致呼吸爆發(fā)，心肌細胞的耗氧量急劇升高，心肌細胞內的線粒體無法維持足夠的有氧代謝而在短時間內產生并釋放大量ROS，而ROS可損傷心肌細胞膜、破壞胞內蛋白、誘導核內DNA斷裂等，從而誘發(fā)心律失常并促進細胞凋亡，進而加劇心肌損傷［26］。生理狀態(tài)下，機體內存在一套完備的抗氧化系統(tǒng)，其可以及時清除OFR以避免或減輕OFR對機體的損傷，而抗氧化酶——超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽合酶（glutathione synthase，GSH）是該抗氧化系統(tǒng)的重要組成成分，且SOD發(fā)揮主要的抗氧化功能［27］。劉勝中等［28］研究顯示，JAK2-STAT3信號通路可以通過上調熱激蛋白70（heat shock protein 70，HSP-70）的表達來增加SOD的活性，導致ROS生成減少，從而減輕OS損傷并減少MIRI的發(fā)生。JAK2-STAT3信號通路還可以通過保護線粒體氧化還原電位來增強線粒體SOD的活性，減少線粒體過氧化氫和丙二醛（malonaldehyde，MDA）的生成，進而抑制OS，減輕心肌細胞損傷［29］。相關研究表明，Toll樣受體3（Toll like receptor 3，TLR3）可通過激活JAK2-STAT3信號通路來提高心肌細胞對OS的抵抗能力［30］。以上研究結果表明，JAK2-STAT3信號通路的激活可以增強心肌抗OS損傷的能力。

3.3 抑制ERS 內質網(wǎng)具有修飾蛋白質、合成脂質和釋放Ca2+等功能，其結構和功能的完好是細胞生命活動正常進行的基礎。當心肌發(fā)生缺血、缺氧時，內質網(wǎng)腔中會出現(xiàn)蛋白質錯誤折疊或連續(xù)不折疊、ROS爆發(fā)及鈣含量異常增多等現(xiàn)象，這些均會導致ERS的發(fā)生［31］。研究發(fā)現(xiàn)，內質網(wǎng)膜上存在一種肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶（sarco-endoplasmic reticulum calcium-ATPase，SERCA），其可將Ca2+從胞漿內運輸至內質網(wǎng)，而SERCA活性主要受JAK2-STAT3信號通路調控［32］。在SERCA活性受損時，粗面內質網(wǎng)將釋放大量Ca2+到細胞質中，同時通過上調黃嘌呤氧化酶的表達來誘導ROS的產生，而ROS能夠使JAK2-STAT3信號通路沉默，從而加劇ERS，促進細胞凋亡，加重心肌細胞損傷［33］。LI等［34］研究發(fā)現(xiàn)，JAK2-STAT3信號通路可能通過抑制Rho激酶而提高SERCA活性，進而抑制ERS的發(fā)生。研究表明，嚴重或持續(xù)的ERS會導致ERS相關凋亡信號通路被激活，包括C/EBP同源蛋白（C/EBP-homologous protein，CHOP）、c-Jun NH2末端激酶（c-Jun N-terminal protein kainse，JNK）、Caspase12信號通路［35］。趙國龍［36］研究表明，小檗堿能夠通過激活JAK2-STAT3信號通路而減少CHOP等蛋白的表達，從而抑制心肌ERS，減少細胞凋亡，進而減輕MIRI。此外，JAK2-STAT3信號通路還可通過調控原花青素來控制再灌注心肌ERS水平，且實驗證實，JAK2-STAT3信號通路阻斷劑可以明顯減弱原花青素對ERS的抑制作用［37］。

3.4 抑制細胞凋亡 細胞凋亡已被證實會影響MIRI后心肌梗死范圍［38］。研究發(fā)現(xiàn)，JAK2-STAT3信號通路的激活能更好地減輕機體心臟損傷情況并減少心肌細胞凋亡［39］。STEPHANOU等［40］、LIAO等［41］實驗結果顯示，采用JAK阻斷劑AG490預處理心肌細胞以減少STAT3的磷酸化時，發(fā)生MIRI后心肌細胞凋亡率增加了；而采用心肌營養(yǎng)素1（cardiotrophin-1，CT-1）預處理心肌細胞以增加STAT3磷酸化時，發(fā)生MIRI后心肌細胞凋亡率降低了。相關研究認為，Caspase蛋白家族和B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白家族在細胞凋亡的分子調控機制中起主要作用［42］。Caspase蛋白家族主要起促凋亡作用，尤其是Caspase-3，其表達情況可直接反映細胞凋亡程度［36，42］。Bcl-2蛋白家族對細胞凋亡具有多方面的調控作用，該家族由促進細胞凋亡的Bcl-2關聯(lián)X蛋白（Bcl2-associated X，Bax）和抑制細胞凋亡的Bcl-2蛋白組成，且Bcl-2/Bax比值常用于評估細胞凋亡程度。其中Bcl-2通過改變線粒體膜的通透性而減少細胞色素C的釋放，進而抑制細胞凋亡［42］。當JAK2-STAT3信號通路被激活時，磷酸化的STAT3可通過調節(jié)Bcl-2、Bcl-xL、FLICE抑制蛋白（FLICE-inhibitory protein，F(xiàn)LIP）和生存素Survivin等靶基因而抑制腫瘤蛋白質53（tumor protein 53，p53）和Caspase蛋白的表達，進而抑制細胞凋亡［43-45］。多項研究表明，JAK2-STAT3信號通路可以通過上調Bcl-2蛋白及下調Caspase-3、Bax、Bak等多個途徑而達到抑制心肌細胞凋亡的目的［45-46］。

4 MIRI的中醫(yī)藥防治機制

4.1 MIRI的中醫(yī)發(fā)病機制 從祖國醫(yī)學角度來看，可將MIRI歸屬于“胸痹”“心痛”“真心痛”等疾病范疇［47-48］。目前大多數(shù)醫(yī)家認為，MIRI的發(fā)生機制屬于“本虛標實”：MIRI患者多為老年人，體質較為特殊，身體功能處于衰退狀態(tài)，加之勞逸失調、情志不穩(wěn)定，導致心氣虧虛，氣血陰陽失調，此為本虛；老年人體質較弱，如遇外界刺激及飲食失節(jié)等，易引起外邪入侵，導致氣血稽留于體內或痰瘀等阻塞心之脈絡，此為標實［49］。

對于MIRI的具體病機，各位醫(yī)家有著不同的觀點。有學者認為，在心肌缺血期，血流阻塞造成氣機郁滯；在心肌再灌注期，血流再通，久郁之氣形成沖破之勢而加重心肌損傷，符合“氣滯痰瘀”的特點［50］。急性心肌缺血時，心臟受損，心血瘀阻，從而導致臟腑功能、氣機升降、水液代謝嚴重失調，體內代謝產物不能被及時排出而蘊積于體內，從而產生痰、濕、瘀等病理產物［51］。冠狀動脈狹窄、血液運行不暢可導致心肌缺血，這個病理過程與中醫(yī)“痰瘀形成”病機相契合。人體內廢棄物的堆積可導致“痰瘀”形成，而JAK2-STAT3信號通路可及時調節(jié)細胞凋亡，即中醫(yī)中的“除瘀”，及時清理人體內的廢棄物，這兩者的機制較為相似。而張文高等［52］認為，MIRI與“氣虛血瘀”存在契合點，心氣虛則心臟失去“泵”功能，無以使血液在全身順利流通；心氣虛則血液失去運輸動力，血液稽留于脈管，從而容易出現(xiàn)醫(yī)書中描述的“心動悸，脈結代”的狀況，這與MIRI患者發(fā)病后發(fā)生心跳節(jié)律異常的情況類似。目前關于MIRI的中醫(yī)藥研究發(fā)現(xiàn)，MIRI與中醫(yī)的“熱毒”理論有一定的聯(lián)系，如MIRI的一系列病理變化與心脈瘀阻久生熱釀毒、毒邪損傷經脈有相似之處，符合“內生癰瘡”的中醫(yī)概念［53］。還有一些學者總結提出了“陽虛痰瘀”的觀點，其認為MIRI發(fā)病期間患者心臟受到極大創(chuàng)傷，心陽暴衰，心之脈絡受阻，機體代謝失調，導致痰、瘀等病理產物，因而“陽虛痰瘀”是MIRI無復流的主要病機［54］。研究表明，炎癥因子的大量釋放可誘導ROS的產生，進而介導線粒體自噬，以清除受損線粒體，而過量ROS可損傷線粒體，造成缺陷線粒體的堆積，導致“痰瘀”的形成，這與“陽虛痰瘀”病機也有相似之處［55］。除此之外，還有研究者認為，MIRI的典型臨床癥狀就是再灌注期的心律失常，這與厥陰病“消渴，氣上撞心，心中疼熱……”的表現(xiàn)有著較多契合點［56］。

4.2 MIRI的中醫(yī)藥防治機制 目前，關于MIRI的西藥研究大多集中在可以調控缺血機制的相關受體、改變相關酶表達的藥物以及離子通道的特異性激動劑方面，然而這些藥物有較多不良反應［57-58］。中醫(yī)藥多層次、多靶點、多角度治療的特點與MIRI的發(fā)病機制相呼應，且中藥的成本低廉、不良反應少也讓其成為治療MIRI的理想選擇。例如川芎具有行氣活血的功效，有“血中之氣藥”之稱，研究表明，川芎可抑制OS誘導的內皮細胞功能障礙［59］，也可降低核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的活性，介導心肌炎癥通路，進而發(fā)揮心肌保護作用［60］；同時，川芎還可通過調控JAK2-STAT3信號通路而調節(jié)內皮細胞中Caspase、Bcl的表達，抑制內皮細胞凋亡，發(fā)揮保護心肌的作用。

目前多項研究證明，中醫(yī)藥的抗MIRI作用與JAK2-STAT3信號通路息息相關，如陳乘波等［61］研究表明，川芎嗪作為中藥提取物可能通過激活JAK2-STAT3信號通路而抑制細胞凋亡，進而減輕MIRI；姚橘泉等［62］表示，中藥復方加味丹參飲可以通過調控JAK2-STAT3信號通路而縮小心肌梗死面積，進而發(fā)揮抗MIRI作用；王慶高等［63］研究顯示，扶芳藤丹參合劑預處理能夠通過激活JAK2-STAT3信號通路而減輕MIRI。另外，栝樓薤白半夏湯、芪龍膠囊、養(yǎng)心通痹湯及中藥提取物人參皂苷Rb1等均具有抗MIRI作用，且其保護心肌的作用均可能與激活JAK2-STAT3信號通路有關［64-66］；而其治療MIRI的機制采用現(xiàn)代醫(yī)學理論可解釋為減少鈣超載、減輕大量OFR生成對機體造成的損傷、減輕心肌能量代謝障礙及血管內皮損傷、抑制心肌細胞凋亡、增加冠狀動脈血流灌注等［67］。

5 小結及展望

綜上所述，JAK2-STAT3信號通路可通過抑制炎癥反應、OS、ERS、細胞凋亡等多種途徑在MIRI發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮保護作用。目前關于MIRI的研究主要集中在不同藥物預處理對JAK2-STAT3信號通路的影響，且主要為動物實驗，臨床研究尚較少，且效果均有限。中醫(yī)藥多層次、多靶點、多角度治療及成本低廉、不良反應少等特點讓其成為缺血預處理藥物的理想選擇，且其抗MIRI作用與JAK2-STAT3信號通路息息相關。目前已有相關藥物開始應用于臨床，應該不斷挖掘中醫(yī)藥的潛能，同時結合西醫(yī)的治療優(yōu)勢，將中西醫(yī)結合理念應用于MIRI的防治中。未來，隨著MIRI與JAK2-STAT3信號通路之間的關系逐漸被闡明，更多JAK2-STAT3信號通路調控MIRI的機制會被發(fā)掘，JAK2-STAT3信號通路有望成為MIRI潛在的治療靶點。

作者貢獻：張曾宇、劉建和進行文章的構思與設計、可行性分析；張曾宇、侯佳豪、吳玲玲、陳思思進行文獻/資料收集、整理；張曾宇撰寫論文；張曾宇、陳思思、陳嘉敏進行論文的修訂；陳嘉敏、劉建和負責文章的質量控制及審校；劉建和對文章整體負責、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。