STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展

王玨，陳佩弦，何玲，孫逸（中國(guó)藥科大學(xué)藥學(xué)院，南京 211198）

神經(jīng)退行性疾病是以神經(jīng)元進(jìn)行性丟失和退行性病變?yōu)榛A(chǔ)的慢性疾病，主要包括阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）、帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）、血管性癡呆（vascular dementia，VaD）、亨廷頓?。℉untington’s disease，HD）、肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）等[1]。免疫系統(tǒng)中的多種細(xì)胞參與了神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展，包括小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和一些外周炎癥細(xì)胞（例如巨噬細(xì)胞[2]）。信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）家族的一員，是存在于神經(jīng)元、血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄因子[3]。STAT3通過(guò)Janus激酶（Janus kinase，JAKs）磷酸化激活，響應(yīng)上游信號(hào)（如細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等）的作用，進(jìn)一步引起細(xì)胞增殖、分化和凋亡等[4]。近年來(lái)研究表明，STAT3信號(hào)通路與神經(jīng)疾病病理狀態(tài)下膠質(zhì)細(xì)胞的激活和分裂密切相關(guān)，在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[5-6]。本文就STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)退行性疾病中的作用及其潛在治療意義進(jìn)行綜述。

1 STAT3信號(hào)通路

STAT3是STAT蛋白家族的一員，該家族迄今為止已經(jīng)在人類(lèi)基因組中確定了7 個(gè)STAT基因STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，在細(xì)胞增殖、分化、凋亡和血管生成等生理過(guò)程中起著復(fù)雜而重要的調(diào)節(jié)作用[7]。如圖1所示，與其他家族成員相同，STAT3由一些在結(jié)構(gòu)和功能上保守的區(qū)域組成，SH2 結(jié)構(gòu)域（Src homology 2 domain，SH2 domain）和N端結(jié)構(gòu)域（N-terminal domain，ND），在STAT3單體激活過(guò)程中介導(dǎo)二聚化，SH2 結(jié)構(gòu)域高度保守，是大多數(shù)STAT3 抑制劑的靶點(diǎn)；螺旋線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)域（coiled-coil domain，CCD）通過(guò)蛋白- 蛋白相互作用作為核定位信號(hào)，而C 端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（C-terminal transcriptional activation domain，AD） 經(jīng)歷絲氨酸磷酸化，從而招募更多的轉(zhuǎn)錄激活因子，增強(qiáng)STAT3 的轉(zhuǎn)錄活性；DNA 結(jié)合域（DNA-binding domain，DBD），決定DNA 的結(jié)合；另外有連接子結(jié)構(gòu)域（linker domain，LK）負(fù)責(zé)DBD 和SH2結(jié)構(gòu)域的連接[8]。

圖1 STAT3的組成Fig 1 Structure of STAT3

JAK/STAT（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT）信號(hào)通路介導(dǎo)STAT3的激活過(guò)程[9]。JAK/STAT級(jí)聯(lián)由三個(gè)主要成分組成：一個(gè)細(xì)胞表面受體，一個(gè)Janus激酶（JAKs）和兩個(gè)STATs蛋白[9]。如圖2所示，當(dāng)細(xì)胞因子與其受體結(jié)合時(shí)，JAKs被激活并傳遞調(diào)節(jié)信號(hào)；激活的JAKs使受體酪氨酸殘基磷酸化，為具有SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)創(chuàng)造結(jié)合位點(diǎn)；隨即招募包含SH2結(jié)構(gòu)域的STAT3，其酪氨酸殘基被JAKs磷酸化并激活；這些激活的STAT3形成二聚體，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，誘導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄[10]。

圖2 JAK/STAT信號(hào)通路Fig 2 JAK/STAT signaling pathway

STAT3的調(diào)控復(fù)雜而精密，主要通過(guò)磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化和酪氨酸磷酸化等翻譯后修飾進(jìn)行[11]。從圖2可知，酪氨酸殘基的磷酸化是STAT3的激活標(biāo)志，一些激酶與STAT3磷酸化有關(guān)，包括p38蛋白、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶、JUN的N端激酶和蛋白激酶Cδ等[12]。此外，JAK/STAT3信號(hào)通路也受到不同機(jī)制負(fù)調(diào)節(jié)因子的調(diào)節(jié)，例如細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制（suppressors of cytokine signaling，SOCS）蛋白，作為經(jīng)典的負(fù)反饋因子，可使JAKs失活并阻止STAT3進(jìn)入受體結(jié)合位點(diǎn)[13]。此外，STAT家族成員間的交叉調(diào)控對(duì)細(xì)胞因子信號(hào)有著關(guān)鍵影響，STATs形成同源或異源二聚體，產(chǎn)生三種可能的DNA結(jié)合活性，包括STAT1-STAT1、STAT3-STAT3和STAT1-STAT3[14]。

STAT3通過(guò)改變效應(yīng)細(xì)胞中的基因轉(zhuǎn)錄，響應(yīng)細(xì)胞外信號(hào)分子的作用[15]。然而，在STAT3參與的通路中可能發(fā)生許多異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致STAT3調(diào)控異常，引發(fā)各種病理事件，如癌癥、免疫缺陷綜合征、炎癥和神經(jīng)退行性疾病等[16]。目前，關(guān)于STAT3的探索和研究主要集中在腫瘤病理領(lǐng)域，其在腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[8]。但近年來(lái)，多項(xiàng)研究證明，STAT3與神經(jīng)元凋亡、神經(jīng)炎癥的表達(dá)及氧化應(yīng)激的發(fā)生密切相關(guān)，在神經(jīng)疾病領(lǐng)域同樣有著不容忽視的作用[17]。

2 STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)退行性疾病中的作用

STAT3在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中扮演著重要角色，不僅參與神經(jīng)發(fā)育的多個(gè)生理過(guò)程，還在神經(jīng)細(xì)胞存活和再生中起到關(guān)鍵作用[18-20]。值得注意的是，STAT3與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的分化、分裂以及激活密切相關(guān)，而這類(lèi)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)功能的影響巨大[21]。星形膠質(zhì)細(xì)胞作為人類(lèi)CNS中含量最為豐富的細(xì)胞，能夠?qū)NS中的各種損傷作出反應(yīng)從而激活；小膠質(zhì)細(xì)胞作為神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細(xì)胞，是CNS的第一道防線(xiàn)，其在細(xì)菌感染或CNS損傷時(shí)迅速激活并釋放多種細(xì)胞因子，并且小膠質(zhì)細(xì)胞也被證明能參與到星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生中[22-23]。已有研究證實(shí)，在AD、癲癇和腦缺血等多種神經(jīng)疾病的患者體內(nèi)觀察到STAT3的激活，同時(shí)伴有嚴(yán)重的神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)[24-26]。STAT3信號(hào)通路與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展之間存在復(fù)雜而密切的聯(lián)系，提示干預(yù)STAT3可能成為治療該類(lèi)疾病潛在的新策略。STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)退行性疾病中的研究尚屬新興領(lǐng)域，但其研究前景不容忽視。本文將對(duì)STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)退行性疾病中的研究加以綜述。

2.1 AD

AD是一種典型的神經(jīng)退行性疾病，表現(xiàn)為認(rèn)知和記憶功能障礙[27]。AD在臨床上難以被逆轉(zhuǎn)，現(xiàn)有的藥物僅能延緩病情發(fā)展[28]。AD 最顯著的病理特征是神經(jīng)纖維纏結(jié)以及老年斑產(chǎn)生，因此衍生出相應(yīng)的兩種假說(shuō)：β-淀粉樣蛋白（amyloidβ-protein，Aβ）的毒性假說(shuō)和Tau（microtubule-associated protein tau，Tau）蛋白過(guò)度磷酸化假說(shuō)[29]。但以上兩種假說(shuō)與AD發(fā)生發(fā)展之間的因果關(guān)系仍未得到完全證實(shí)[30-31]。面對(duì)AD研究的難關(guān)，我們應(yīng)尋求更新的解決辦法。

AD患者的早期特征是神經(jīng)元內(nèi)Aβ的積累，進(jìn)而引起斑塊周?chē)男切文z質(zhì)細(xì)胞發(fā)生增生[32]。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明Aβ與STAT3激活有關(guān)。在海馬注射Aβ誘導(dǎo)的AD模型小鼠及APP/PS1（amyloid beta precursor protein/ presenilin 1，APP/PS1）轉(zhuǎn)基因小鼠、5×FAD轉(zhuǎn)基因小鼠的皮層和海馬中均觀察到STAT3 的酪氨酸磷酸化升高[33]。體外用Aβ刺激原代培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞也會(huì)誘導(dǎo)STAT3 磷酸化水平升高[33-34]，說(shuō)明抑制STAT3有可能改善AD病理?yè)p傷。在星形膠質(zhì)細(xì)胞中通過(guò)siRNA干擾Stat3的表達(dá)可以減少白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，并部分緩解神經(jīng)元損傷[35]。在體實(shí)驗(yàn)表明，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中特異性敲除Stat3下調(diào)了促炎因子，恢復(fù)了軸突功能，改善了老年APP/PS1小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力[36]。有研究表明，在另一種AD模型動(dòng)物5×E4小鼠中抑制STAT3可降低β-分泌酶1（β-secretase 1，BACE1）活性及上調(diào)腦內(nèi)低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1（low density lipoprotein receptor related protein 1，LRP-1）水平，從而減少大腦淀粉樣蛋白斑塊，減輕神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，改善腦血管功能和腦血流動(dòng)力學(xué)，最終提高小鼠的認(rèn)知功能[24]。由此表明STAT3是星形膠質(zhì)細(xì)胞增生相關(guān)通路中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，與該細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)元存活、軸突再生和突觸恢復(fù)密切相關(guān)[37]。綜上，STAT3可通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)元及異常激活的膠質(zhì)細(xì)胞在AD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮廣泛而多樣的作用，抑制STAT3有助于Aβ的清除，有望成為AD治療的新方向。

作為AD的另一重要特征，Tau病理是指神經(jīng)系統(tǒng)中過(guò)度磷酸化的Tau蛋白錯(cuò)誤折疊并蓄積[38]。補(bǔ)體3a受體（complement C3a receptor，C3aR）是調(diào)節(jié)中樞免疫動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵因子，而P-STAT3是C3aR的直接下游靶點(diǎn)[39]。Alexandra等[40]在PS19小鼠的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中敲除C3ar1基因或抑制STAT3磷酸化都能減少Tau蛋白蓄積，改善突觸損傷和神經(jīng)元丟失[39]。然而，關(guān)于STAT3與磷酸化Tau蛋白之間的關(guān)系尚存在不同觀點(diǎn)。有體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，在P301L（frontotem-poral dementia with Parkinsonism-17 mutation，P301L）轉(zhuǎn)基因小鼠中過(guò)表達(dá)的全長(zhǎng)人Tau蛋白（full-length human tau40，hTau）通過(guò)增加乙?；疭TAT1 和胞質(zhì)中STAT3的相互作用，抑制STAT3從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核，導(dǎo)致STAT3失活，而STAT3失活會(huì)進(jìn)一步造成自噬障礙，引起可溶性及不溶性Tau蛋白的增加，從而惡化認(rèn)知障礙[41]。這說(shuō)明STAT3在Tau病理中發(fā)揮的作用是復(fù)雜的，有待進(jìn)一步研究。

除了Aβ的毒性假說(shuō)和Tau蛋白過(guò)度磷酸化假說(shuō)，載脂蛋白E基因（apolipoprotein-E，Apoe）的ε4等位基因是AD最重要的遺傳誘因[42]。一項(xiàng)蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，相較于非攜帶者和老年AD患者，攜帶Apoe基因的年輕患者（沒(méi)有顯著AD癥狀）體內(nèi)存在STAT3的激活，同時(shí)體外研究發(fā)現(xiàn)抑制STAT3緩解了神經(jīng)炎癥、減少了Tau蛋白磷酸化和Aβ1-42的積累，這提示STAT3或許是聯(lián)系A(chǔ)D和Apoe基因的關(guān)鍵分子，為遺傳性AD發(fā)病機(jī)制的研究提供了新的方向[43]。以上研究表明，STAT3信號(hào)通路與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可能成為治療AD 的潛在靶點(diǎn)，但后續(xù)還需要更多的臨床前及臨床證據(jù)證實(shí)。

2.2 PD

PD是一種常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為多巴胺能黑質(zhì)-紋狀體系統(tǒng)受損導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能障礙[44]。更具體地說(shuō)，由于從黑質(zhì)致密部投射到紋狀體尾殼核的多巴胺能神經(jīng)元異常死亡，導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)傳遞的喪失，機(jī)體出現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)癥狀，包括靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)障礙。盡管PD最初被描述為一種沒(méi)有癡呆的運(yùn)動(dòng)障礙疾病，但現(xiàn)在普遍認(rèn)為PD的進(jìn)展會(huì)影響其他黑質(zhì)外多巴胺能、膽堿能和血清素能神經(jīng)，導(dǎo)致包括嗅覺(jué)喪失、睡眠障礙和便秘在內(nèi)的非運(yùn)動(dòng)癥狀，以及癡呆和抑郁癥等認(rèn)知和精神癥狀[45]。

PD中聚集的α-突觸核蛋白會(huì)使小膠質(zhì)細(xì)胞向促炎表型（M1）轉(zhuǎn)化，從而加速疾病進(jìn)程[46]。有研究者通過(guò)定量蛋白質(zhì)組學(xué)光譜分析法，發(fā)現(xiàn)重組α-突觸核蛋白刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞及腦內(nèi)注射α-突觸核蛋白預(yù)制纖維的小鼠中均存在STAT3通路激活[47]，說(shuō)明STAT3參與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化及PD的發(fā)病過(guò)程。還有體外研究表明M1型小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的過(guò)氧化氫能誘導(dǎo)原代星形膠質(zhì)細(xì)胞中STAT3的激活，使得膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的表達(dá)升高，導(dǎo)致反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，進(jìn)一步損傷多巴胺能黑質(zhì)-紋狀體系統(tǒng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙[48]。由于在大鼠和人GFAP啟動(dòng)子中都發(fā)現(xiàn)了潛在的STAT3結(jié)合位點(diǎn)[49-50]，故STAT3可能通過(guò)誘導(dǎo)編碼GFAP的Gfa基因表達(dá)上調(diào)從而介導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，影響PD的疾病發(fā)展。鈣離子是細(xì)胞功能的重要次級(jí)信使，儲(chǔ)存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線(xiàn)粒體中，而鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)是PD發(fā)病機(jī)制的另一個(gè)關(guān)鍵特征[51]。Bo等[52]在小膠質(zhì)細(xì)胞中敲低Calhm2（calcium homeostasis modulator 2，Calhm2）或EFhd2（EF-hand domain family member D2，EFhd2）均可顯著抑制細(xì)菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)的STAT3激活，抑制炎癥因子釋放，保護(hù)神經(jīng)元。這表明STAT3功能與鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)息息相關(guān)，調(diào)控STAT3可通過(guò)鈣穩(wěn)態(tài)參與PD的病理過(guò)程。然而關(guān)于STAT3在PD發(fā)生發(fā)展中的作用也存在爭(zhēng)議。有研究證明在1-甲基-4-苯基吡啶離子（1-methyl-4-phenyl-pyridine，MPP＋）處理的星形膠質(zhì)細(xì)胞模型和1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）誘導(dǎo)的PD小鼠中激活星形膠質(zhì)細(xì)胞的IL-6/JAK/STAT3通路，可上調(diào)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glutamate transporter，GLT），阻止MPP＋/ MPTP誘導(dǎo)的谷氨酸再攝取能力的降低及腦內(nèi)谷氨酸能系統(tǒng)的過(guò)度激活，有利于改善PD中多巴胺能神經(jīng)元的退化[53]。

綜上，STAT3與PD的多個(gè)病理特征具有不容忽視的相關(guān)性，但與PD發(fā)病機(jī)制的關(guān)系仍不明確，大多數(shù)研究集中于體外，有待進(jìn)一步探索。

2.3 VaD

VaD是一種由腦血管疾病引起的認(rèn)知功能障礙綜合征，由出血或缺血造成的急慢性腦缺氧是其發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的高危誘因[54]。目前，VaD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但多項(xiàng)體內(nèi)外研究證實(shí)神經(jīng)炎癥是VaD發(fā)生的重要機(jī)制之一，而STAT3是VaD病理過(guò)程中重要的炎癥誘導(dǎo)因子[55-56]。血管性認(rèn)知障礙患者在VaD的臨床前、臨床和嚴(yán)重階段均存在廣泛慢性炎癥反應(yīng)[57-59]。慢性白質(zhì)缺血性損傷引起的VaD模型動(dòng)物腦內(nèi)STAT3表達(dá)水平和磷酸化水平的升高，小膠質(zhì)細(xì)胞向M1表型極化，胼胝體脫髓鞘和Ranvier結(jié)節(jié)紊亂，工作記憶表現(xiàn)下降[60]。除了人體和動(dòng)物模型，在體外以低氧刺激誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元細(xì)胞損傷模擬VaD的病理環(huán)境時(shí)，也觀察到STAT3磷酸化水平升高，促炎因子增多，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增強(qiáng)[61]。由此可見(jiàn)，STAT3與VaD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，抑制STAT3可能改善VaD。在雙側(cè)頸總動(dòng)脈閉塞誘導(dǎo)的VaD模型大鼠中，采用電針刺激可下調(diào)海馬和杏仁核中STAT3的表達(dá)水平，可降低神經(jīng)炎癥反應(yīng)，改善模型動(dòng)物的學(xué)習(xí)和記憶能力[62]。此外，一些中藥制劑或天然產(chǎn)物改善VaD的作用也與STAT3有關(guān)。清腦益智湯可抑制體外培養(yǎng)的原代神經(jīng)元中STAT3的表達(dá)及磷酸化水平，抑制膠質(zhì)細(xì)胞的活化[63]。腦保健顆?？赏ㄟ^(guò)抑制JAK2/STAT3通路，減少VaD模型大鼠促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并進(jìn)一步降低神經(jīng)炎癥反應(yīng)，從而保護(hù)缺血性腦損傷，顯著緩解VaD癥狀[64]。經(jīng)典的湯劑加味二陳湯可通過(guò)JAK2/STAT3通路降低VaD大鼠腦內(nèi)Aβ1-42的水平，提高抗氧化能力，并降低炎癥因子水平，增加神經(jīng)元的數(shù)量，改善認(rèn)知功能障礙[65]。木蘭葉中分離出來(lái)的天然化合物厚樸酚在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中均可以通過(guò)靶向沉默調(diào)節(jié)蛋白-3（sirtuin 3，SIRT3）來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄因子STAT3的磷酸化和核易位，減少星形膠質(zhì)細(xì)胞A1型的極化，改善神經(jīng)炎癥和突觸損傷，從而緩解慢性腦灌注不足誘導(dǎo)的VaD癥狀[66]。因此，STAT3可能是治療VaD的靶點(diǎn)，抑制STAT3信號(hào)通路可以有效減少神經(jīng)炎癥損傷并改善癥狀，但目前還缺乏關(guān)于臨床應(yīng)用的安全性和有效性數(shù)據(jù)，未來(lái)還需進(jìn)一步的深入研究。

2.4 HD

HD是一種常染色體顯性遺傳的神經(jīng)退行性疾病，其特征是認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)和精神障礙[67]。HD的主要病因是亨廷頓基因中顯性遺傳的CAG三核苷酸重復(fù)擴(kuò)增，表達(dá)出了異常的亨廷頓蛋白，該蛋白聚集后形成大分子團(tuán)，最終在腦中積聚；在細(xì)胞水平上，異常的亨廷頓蛋白通過(guò)多種機(jī)制導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和死亡，包括破壞蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)、蛋白轉(zhuǎn)錄、線(xiàn)粒體功能，隨著病情惡化，紋狀體早期可見(jiàn)表觀變化并累及皮層[68]。在HD的諸多發(fā)病機(jī)制中，氧化應(yīng)激和炎癥的級(jí)聯(lián)反應(yīng)是使HD惡化的兩個(gè)重要因素[69]。HD患者和許多模型動(dòng)物均表現(xiàn)出炎癥反應(yīng)及STAT3激活。有研究者通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)在HD患者離體的外周單核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)促炎細(xì)胞因子IL-6水平升高，JAK/STAT信號(hào)通路激活[70]。還有研究者發(fā)現(xiàn)HD患者的殼核中STAT3表達(dá)顯著升高[71]。在小鼠和非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物HD遺傳模型的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中也存在STAT3激活[5]。對(duì)野生型小鼠雙側(cè)紋狀體注射能表達(dá)突變亨廷頓蛋白的腺相關(guān)病毒，小鼠的神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中均出現(xiàn)STAT3表達(dá)量和磷酸化水平升高，小鼠也表現(xiàn)出明顯的運(yùn)動(dòng)能力障礙[72]。這說(shuō)明STAT3信號(hào)通路在神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用，通過(guò)抑制STAT3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)通路可能可以作為治療HD的潛在新療法。Jang等[73]研究顯示，一種從五味子根中分離出來(lái)的去甲三萜類(lèi)化合物五味子內(nèi)酯C在體內(nèi)和體外模型中都表現(xiàn)出通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的STAT3信號(hào)通路發(fā)揮緩解行為功能障礙、紋狀體變性和減少神經(jīng)炎癥反應(yīng)的作用。但是與抑制STAT3信號(hào)通路降低神經(jīng)炎癥而發(fā)揮神經(jīng)元保護(hù)作用不同，其他研究者還發(fā)現(xiàn)激活STAT3信號(hào)通路可以改善HD患者病理特征。HD發(fā)病與衰老密切相關(guān)的原因在于患者體內(nèi)miR-29b-3p隨著年齡逐漸增多，miR-29b-3p可通過(guò)抑制STAT3抑制自噬，使突變的亨廷頓蛋白聚集，而進(jìn)一步損傷紋狀體中型棘神經(jīng)元（medium spiny neuron，MSN），說(shuō)明維持STAT3的正?；钚詫?duì)延緩HD的發(fā)生和疾病進(jìn)展具有積極意義[74]。在過(guò)表達(dá)人亨廷頓蛋白的紋狀體祖細(xì)胞系中上調(diào)STAT3信號(hào)通路可誘導(dǎo)堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子1（twist1）的表達(dá)，減少腦細(xì)胞凋亡和損傷，進(jìn)而對(duì)HD患者紋狀體的變性產(chǎn)生保護(hù)作用[75]。Abjean等[71]研究發(fā)現(xiàn)在HD小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞中激活JAK2-STAT3信號(hào)通路可以增強(qiáng)溶酶體和泛素蛋白酶體降解系統(tǒng)的蛋白水解能力，減少突變亨廷頓蛋白的聚集，改善HD小鼠的神經(jīng)缺陷[71]。重組人促紅細(xì)胞生成素（recombinant human erythropoietin，rhEPO）和干擾素-β-1b（interferon-β-1b，IFN-β-1b）也可通過(guò)激活JAK1/STAT3通路顯著改善3-硝基丙酸誘導(dǎo)的HD大鼠的運(yùn)動(dòng)和行為能力，恢復(fù)線(xiàn)粒體功能以及腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子水平，減少紋狀體中的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[76]。由此可見(jiàn)，STAT3的作用機(jī)制十分復(fù)雜，STAT3信號(hào)通路在HD中的作用仍存在爭(zhēng)議，可能在反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間存在雙向作用，還需進(jìn)一步的研究。

2.5 ALS

ALS是一種以腦和脊髓中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行性損失為特征的神經(jīng)退行性疾病，表現(xiàn)為進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)無(wú)力和神經(jīng)源性肌萎縮，目前缺乏有效的治療藥物[77]。有研究發(fā)現(xiàn)，ALS患者存在軸突病變和神經(jīng)炎癥，其脊髓內(nèi)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中STAT3表達(dá)增多，肌肉組織中STAT3和促炎細(xì)胞因子IL-6表達(dá)都上調(diào)[78-79]。有研究對(duì)ALS患者的成纖維細(xì)胞進(jìn)行原代培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的STAT3也持續(xù)上調(diào)[80]。此外，一種ALS小鼠模型——SOD1G93A轉(zhuǎn)基因小鼠的脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞和激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中也存在STAT3的磷酸化活化和核轉(zhuǎn)位水平升高，并進(jìn)一步誘導(dǎo)多種促炎基因產(chǎn)物表達(dá)上調(diào)[81]。同樣，在另一種家族性ALS的遺傳模型動(dòng)物的脊髓α-運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中，STAT3在軸突損傷、缺血和過(guò)量谷氨酸等多種刺激下可被激活[82]。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，STAT3在ALS患者和動(dòng)物模型中會(huì)發(fā)生不同程度的激活，STAT3信號(hào)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)可能與ALS的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，STAT3信號(hào)通路可能是闡明ALS病理過(guò)程的關(guān)鍵。TDP-43（TAR DNA binding protein-43，TDP-43）是由Tardbp基因編碼的核內(nèi)蛋白，在ALS患者神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)中以異常的不溶性聚集物形式積累，是ALS重要的病理特征[83]。而STAT3抑制劑氯硝柳胺可以阻止TDP-43由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移并降解胞質(zhì)中的TDP-43聚集體，進(jìn)而減弱應(yīng)激狀態(tài)下神經(jīng)元的形態(tài)變化，這一發(fā)現(xiàn)為ALS的發(fā)病機(jī)制研究及治療提供了新的思路[84]。上述研究結(jié)果表明，STAT3信號(hào)通路與ALS發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，研究STAT3在ALS發(fā)生發(fā)展中的作用可能對(duì)闡明ALS的發(fā)病機(jī)制并發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)具有重要意義。

2.6 MS

MS是一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，以中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥和脫髓鞘為主要特征，并伴有不同程度的軸突和神經(jīng)元損傷[85]。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，STAT3信號(hào)通路與MS的病理過(guò)程密切相關(guān)[86]。蛋白肽PLP139-151誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性變態(tài)反應(yīng)性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）模型小鼠中的脾臟和腦內(nèi)及酮腙誘導(dǎo)的脫髓鞘小鼠的腦組織中均存在STAT3信號(hào)通路的激活[87-88]。此外，STAT3信號(hào)通路在髓系細(xì)胞和淋巴系細(xì)胞中也發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過(guò)對(duì)該通路的阻斷可減弱神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)，從而改善MS疾病癥狀，這說(shuō)明抑制STAT3可能是治療MS的一種潛在策略[89]。目前已有報(bào)道，一些小分子化合物、天然產(chǎn)物可通過(guò)抑制STAT3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來(lái)改善MS的相關(guān)病理癥狀。葫蘆素B可以阻斷STAT3的磷酸化過(guò)程，在神經(jīng)炎癥和自身免疫性疾病中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，減少M(fèi)S早期階段的神經(jīng)元缺陷[90]。古古甾醇是一種來(lái)自CommiphoraWightii樹(shù)的植物甾醇，具有強(qiáng)大的抗炎作用，而且可以通過(guò)調(diào)控JAK/STAT信號(hào)通路來(lái)改善與較低STAT3水平相關(guān)的行為缺陷，提高大鼠腦內(nèi)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ（peroxisome proliferator activated receptor-γ，PPAR-γ）和髓鞘堿性蛋白的水平，保護(hù)神經(jīng)[91-92]。而新型藥物β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronic acid，M2000）可通過(guò)下調(diào)繼發(fā)型MS患者中的白細(xì)胞介素-17（interleukin-17，IL-17）、STAT1和STAT3的相關(guān)基因，并降低外周血單核細(xì)胞中TLR2（Toll like receptor 2，TLR2）和TLR4（Toll like receptor 4，TLR4）的表達(dá)，從而降低炎癥反應(yīng)[93]。芬戈莫德（fingolimod，F(xiàn)TY720）最初被證明是一種1-磷酸鞘氨醇受體的調(diào)節(jié)劑，可通過(guò)抑制自身免疫反應(yīng)治療MS。后來(lái)發(fā)現(xiàn)芬戈莫德通過(guò)調(diào)節(jié)STAT3信號(hào)通路減弱腦白質(zhì)缺血后小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)炎癥，進(jìn)而使小膠質(zhì)細(xì)胞向抗炎狀態(tài)轉(zhuǎn)化，提示芬戈莫德可用于治療其他神經(jīng)炎癥為主要病理特征的疾病[60]。在MS的諸多發(fā)病機(jī)制中，免疫反應(yīng)也是推動(dòng)疾病復(fù)發(fā)和進(jìn)展的重要因素，而STAT3也可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)緩解疾病[94]。Aqel等[95]研究發(fā)現(xiàn)新型小分子前藥LLL12b通過(guò)特異性抑制STAT3進(jìn)而重建Teff（effector T cell，Teff）與Treg（regulatory T cell，Treg）的平衡，可以阻止致病的Teff細(xì)胞增多，避免進(jìn)一步的炎癥反應(yīng)。上述研究結(jié)果提示STAT3信號(hào)通路具有作為MS靶點(diǎn)的潛力，抑制STAT3介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)為治療MS開(kāi)辟了新的維度，并為闡明MS的病理機(jī)制提供新的角度。

3 STAT3通路相關(guān)調(diào)控劑

在大多神經(jīng)退行性疾病中，抑制STAT3能改善膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度激活，減輕神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激。因此，尋找合適的STAT3抑制劑或許是可行的治療手段。

3.1 靶向STAT3的小分子抑制劑

目前關(guān)于靶向STAT3的小分子抑制劑的研究較多，但大多集中于腫瘤領(lǐng)域，在神經(jīng)退行性疾病中的研究還十分有限。大多數(shù)小分子抑制劑可以選擇性地結(jié)合到STAT3的DBD、SH2結(jié)構(gòu)域，從而抑制其表達(dá)或激活。然而，大部分小分子抑制劑由于水溶性和細(xì)胞滲透性較低，臨床預(yù)期較差[10]。BBI608（napabucasin）是迄今為止唯一進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)的STAT3抑制劑，通過(guò)選擇性結(jié)合DBD結(jié)構(gòu)域發(fā)揮抑制STAT3的作用，用于晚期腫瘤治療。該抑制劑在臨床使用中最常見(jiàn)的不良反應(yīng)是腹瀉、惡心、嘔吐、腹部痙攣和疲勞[96]。

氯硝柳胺是FDA批準(zhǔn)的抗絳蟲(chóng)藥物[97]，是STAT3抑制劑，其通過(guò)抑制STAT3，阻止了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元內(nèi)TDP-43（TAR DNA binding protein-43，TDP-43）從胞核向胞漿的轉(zhuǎn)移，并降解TDP-43聚集體，減少了應(yīng)激條件下細(xì)胞線(xiàn)粒體三磷酸腺苷（ATP）的產(chǎn)生，氧化應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，并緩解了細(xì)胞損傷，從而改善了ALS的病理特征[84]。一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲的臨床研究顯示，與安慰劑組相比，除輕微的刺激反應(yīng)外，未見(jiàn)顯著的不良反應(yīng)[98]。但是與大多數(shù)小分子STAT3抑制劑相似，氯硝柳胺的水溶性有待進(jìn)一步改善[99]。有研究者在氯硝柳胺中引入了親水基團(tuán)得到化合物NGT 02，水溶性和生物利用度得到改善，有效地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡并抑制癌細(xì)胞的遷移[99]。筆者前期也研究了氯硝柳胺對(duì)AD小鼠的作用，發(fā)現(xiàn)Aβ1-42誘導(dǎo)的AD小鼠給予氯硝柳胺后，小鼠腦內(nèi)神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)均降低，學(xué)習(xí)記憶能力提高，這提示了氯硝柳胺在治療認(rèn)知障礙相關(guān)疾病中具有潛在價(jià)值；研究還表明氯硝柳胺在25 mg·kg-1劑量下連續(xù)給藥7 d對(duì)小鼠的心、肝、肺、脾、腎等主要器官的正常組織結(jié)構(gòu)無(wú)明顯影響，說(shuō)明該給藥策略安全有效[100]。羥氯喹也是一種FDA批準(zhǔn)的抗風(fēng)濕藥物，已被證明是一種能穿透血腦屏障的STAT3抑制劑。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示APP/PS1小鼠給予羥氯喹后海馬突觸可塑性和認(rèn)知功能均得到改善[101]，說(shuō)明STAT3是老藥新用的潛在靶點(diǎn)。一項(xiàng)薈萃分析顯示，與安慰劑組相比，羥氯喹臨床研究中最為顯著的不良反應(yīng)是皮膚色素沉積，其次是視網(wǎng)膜病變[102]。

一些處于臨床前研究階段的人工合成的小分子化合物也可通過(guò)抑制STAT3改善認(rèn)知功能。LLL-12是根據(jù)姜黃素的結(jié)構(gòu)合成的小分子STAT3抑制劑，能直接抑制STAT3的705位酪氨酸磷酸化并阻止其激活，可減少5×E4小鼠大腦淀粉樣斑塊沉積并改善其認(rèn)知功能[24]。C188-9是計(jì)算機(jī)輔助合成的磺胺類(lèi)化合物，可選擇性地與STAT3中SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，抑制STAT3激活的過(guò)程[103]。在BV2細(xì)胞的炎癥模型和Aβ1-42清除實(shí)驗(yàn)中使用該抑制劑可下調(diào)促炎因子、降低Aβ1-42的水平，并且在SH-SY5Y-hTau441細(xì)胞中能減少磷酸化Tau蛋白的水平[43]。

3.2 抑制STAT3的天然產(chǎn)物

除了小分子抑制劑，在自然界中存在具有抑制STAT3活性的天然化合物，它們大多藥理作用復(fù)雜且作用廣泛，對(duì)其作用機(jī)制的研究有助于開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)新穎、活性更強(qiáng)的新藥。

染料木素是一種從大豆提取物中提取的異黃酮。它是一種蛋白酪氨酸酶抑制劑，具有強(qiáng)烈的抗血管生成、抗自由基、抗氧化、抗炎癥和抗腫瘤作用，可通過(guò)抑制JAK2/STAT3通路以及激活KEAP1/NRF2通路，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，減輕癲癇發(fā)作的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，增加抗凋亡蛋白和神經(jīng)元存活[104]。三七總皂苷是血栓通注射液的主要成分，可通過(guò)抑制JNK介導(dǎo)的JAK2/STAT3和NF-κB信號(hào)通路，緩解炎癥反應(yīng)，從而改善腦缺血再灌注大鼠腦微血管結(jié)構(gòu)的損傷和功能障礙[105]。

相關(guān)靶向STAT3通路的小分子抑制劑及抑制STAT3的天然產(chǎn)物總結(jié)見(jiàn)表1。

表1 STAT3抑制劑Tab 1 STAT3 inhibitors

4 總結(jié)與展望

神經(jīng)退行性疾病是目前困擾患者的廣發(fā)慢性疾病，難以治愈且癥狀嚴(yán)重，已經(jīng)引起了社會(huì)廣泛的關(guān)注。然而其發(fā)病機(jī)制研究尚不全面。本文總結(jié)了STAT3信號(hào)通路在CNS中的相關(guān)機(jī)制研究，該通路是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活的關(guān)鍵誘因，與神經(jīng)退行性疾病中常見(jiàn)的神經(jīng)炎癥、病理性蛋白聚集、突觸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)障礙、細(xì)胞骨架異常、蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)異常、能量穩(wěn)態(tài)失調(diào)等特征都有著潛在的聯(lián)系。進(jìn)一步闡明STAT3 通路在神經(jīng)退行性疾病中的重要作用，對(duì)于理解疾病的發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要，并且可能為神經(jīng)退行性疾病的治療提供潛在新靶點(diǎn)。