Janus 激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子信號(hào)通路在腸缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展

楊 光，王 猛，賈騏瑄，張?jiān)平?/p>

腸缺血再灌注（ischemia/reperfusion, I/R）損傷是臨床常見(jiàn)的腸道病理過(guò)程[1]，可繼發(fā)于多種病理?xiàng)l件下，如急性休克、小腸移植、腸系膜血管栓塞等情況。腸道極易發(fā)生缺血性損傷，一方面，人體血供下降時(shí)，會(huì)優(yōu)先將血液供應(yīng)給心、腦等器官，腸道血供減少；另一方面，絨毛尖端的腸上皮細(xì)胞位于中央小動(dòng)脈的末端位置，本身氧分壓較低，所以更容易發(fā)生缺血損傷[1]。由于腸絨毛中毛細(xì)血管環(huán)的特殊分布，腸道對(duì)I/R 敏感，常導(dǎo)致腸黏膜屏障損傷。腸道是休克中最早受損、最后恢復(fù)的器官。

缺血再灌注分為兩個(gè)階段：缺血階段和再灌注階段。在缺血階段，局部細(xì)胞組織無(wú)法得到足夠的氧，從而無(wú)法合成足夠的三磷酸腺苷（ATP），使局部組織缺少運(yùn)行所需的能量，同時(shí)，有氧代謝途徑無(wú)法運(yùn)行而進(jìn)行無(wú)氧代謝，不僅無(wú)法提供足夠的能量，而且會(huì)引起乳酸等有害物質(zhì)堆積，造成器官損傷。其次，血流再灌注和再充氧過(guò)程中產(chǎn)生的大量活性氧（reactive oxygen species, ROS），引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致腸黏膜屏障破壞、血管通透性增加、細(xì)菌易位，以及炎癥介質(zhì)和凋亡因子的釋放[2]。腸I/R 損傷在組織學(xué)上可降低絨毛高度，增加細(xì)胞浸潤(rùn)，加重黏膜脫落，破壞腸黏膜屏障功能[3]。此外，腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細(xì)胞介素（IL）-6、IL-1β等促炎因子被釋放到血清中，可能會(huì)引發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征、多器官功能障礙綜合征等[4]。

Janus 激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（janus kinase/signaltransducersandactivatorsof transcription, JAK/STAT）信號(hào)通路與腸I/R 所致腸損傷的發(fā)生有密切的關(guān)系，通過(guò)氧化應(yīng)激、中性粒細(xì)胞的聚集、腸屏障功能等影響腸I/R 損傷[5]。與其他信號(hào)通路相比，JAK-STAT 信號(hào)通路擁有相對(duì)簡(jiǎn)單與清晰的通路結(jié)構(gòu)組成：首先是酪氨酸激酶受體接收信號(hào)，然后酪氨酸激酶JAK 傳遞信號(hào)，最后轉(zhuǎn)錄因子STAT 調(diào)控下游產(chǎn)生效應(yīng)。JAK 是一類非跨膜型的酪氨酸激酶，其活化受到配體與受體的影響，當(dāng)二者結(jié)合后，JAK 的活化可使自身磷酸化，此時(shí)的JAK 使下游的酪氨酸殘基磷酸化，從而完成信號(hào)傳遞的過(guò)程。在收到JAK 磷酸化修飾后，轉(zhuǎn)錄因子STAT 活化，其蛋白二聚并進(jìn)入細(xì)胞核結(jié)合靶基因，以此調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄。

1 JAK-STAT 概述

JAK-STAT 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路家族有典型和非典型兩種激活途徑[6]。典型激活途徑中，JAK 在配體和受體結(jié)合誘導(dǎo)下磷酸化，結(jié)合受體在活化的JAK 影響下使自身酪氨酸磷酸化，STAT 被招募，在形成的STATs ?？课稽c(diǎn)上對(duì)接，并在受到JAK 磷酸化后與受體分離，通過(guò)sh2 結(jié)構(gòu)域-磷酸酪氨酸相互作用形成同源二聚體或異源二聚體。這些二聚體轉(zhuǎn)運(yùn)到靶基因啟動(dòng)子上，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。非典型激活途徑下，未磷酸化的STAT 池的一部分位于與核中等位常染色體基因異染色質(zhì)蛋白-1(HP1)相關(guān)的異染色質(zhì)上。JAK 或其他激酶誘導(dǎo)STAT 的激活，使HP1 與異染色質(zhì)分離，磷酸化的STAT 與常小體上的認(rèn)知位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。

JAK 是一類非受體酪氨酸激酶家族，已發(fā)現(xiàn)有4 個(gè)成員：JAK1、JAK2、JAK3 及TYK2。STAT 為JAK的底物，已發(fā)現(xiàn)7 個(gè)家族成員：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b 和STAT6，其N(xiāo) 端具有SH2 結(jié)構(gòu)域和核定位信號(hào)（NLS），中間為DNA結(jié)合域，C 端有保守的、對(duì)其活化至關(guān)重要的酪氨酸殘基。STAT 被JAK 磷酸化后發(fā)生二聚化，然后穿過(guò)核膜進(jìn)入核內(nèi)調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，這條信號(hào)通路即為JAK-STAT 途徑。

2 JAK-STAT 信號(hào)通路與腸I/R 損傷

2.1 炎癥反應(yīng) 炎癥是腸I/R 損傷的主要特征之一。腸I/R 誘導(dǎo)的損傷有多種機(jī)制，促炎反應(yīng)在其發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。有證據(jù)表明，白細(xì)胞黏附會(huì)增加ROS 和其他促炎介質(zhì)的產(chǎn)生[7]。白細(xì)胞活化會(huì)引起強(qiáng)烈的血管收縮現(xiàn)象，導(dǎo)致低灌注甚至無(wú)復(fù)流現(xiàn)象，微循環(huán)完全停止[8]。減少ROS 的產(chǎn)生和減輕促炎反應(yīng)可以顯著減少I(mǎi)/R 引起的損傷。

JAK-STAT 信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)腸干細(xì)胞(ISCs)的增殖和腸道穩(wěn)態(tài)。在炎癥狀態(tài)下，JAK-STAT 通路被激活以促進(jìn)ISCs 的增殖和分化[9]。與此同時(shí)，損傷的腸道會(huì)產(chǎn)生大量ROS 并以此來(lái)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致腸上皮損傷和ISCs 過(guò)度增殖[10]。腸I/R 損傷中，胃腸道是ROS 的主要來(lái)源，雖然有腸上皮的保護(hù)屏障，但攝入的物質(zhì)和病原體可以通過(guò)激活上皮細(xì)胞、多形核中性粒細(xì)胞(PMNs)和巨噬細(xì)胞來(lái)產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子，以及其他進(jìn)一步促進(jìn)氧化應(yīng)激的介質(zhì)而引起炎癥[11]。JAK-STAT 信號(hào)通路的激活與胃腸道炎癥和ISCs 增殖相關(guān)，這可能會(huì)加速炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease, IBD）的發(fā)展[12]。通過(guò)降低炎癥因子抑制JAK-STAT 信號(hào)通路，可維持炎癥環(huán)境下腸道穩(wěn)態(tài)。

在腸道I/R 損傷過(guò)程中，一系列趨化因子和炎癥因子(如核因子-κB)的激活導(dǎo)致循環(huán)吞噬細(xì)胞激活，放大腸道炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引發(fā)全身炎癥反應(yīng)和遠(yuǎn)端器官損傷。JAK2-STAT3 是一種重要的免疫信號(hào)通路，其參與炎癥反應(yīng)并在其中起重要的作用。STAT3 受JAK2 介導(dǎo)的磷酸化刺激，缺血時(shí)，JAK2磷酸化增加，STAT3 磷酸化增加，炎癥因子釋放增加[13]。JAK2/STAT3 信號(hào)通路被激活，可增加炎癥相關(guān)蛋白編碼基因（如高遷移率族蛋白B1）的表達(dá)，加重缺血后炎癥反應(yīng)[14]。抑制P65/JAK2/STAT3 的磷酸化可減輕缺血后炎癥反應(yīng)。另外，有研究報(bào)道可以通過(guò)JAK2/STAT3 信號(hào)通路調(diào)控NLRP3 炎癥小體，其激活與抑制可實(shí)現(xiàn)對(duì)炎癥級(jí)聯(lián)的增強(qiáng)與減弱[15]。

2.2 氧化應(yīng)激 正常的細(xì)胞代謝會(huì)產(chǎn)生ROS，少量和適量的ROS 對(duì)人體不僅沒(méi)有危害，還有諸多好處，如殺死入侵人體的病原體，或是促進(jìn)傷口愈合，加速組織的修復(fù)等。然而，在腸I/R 過(guò)程中，脂質(zhì)過(guò)氧化與炎癥因子的釋放產(chǎn)生過(guò)多的ROS，是導(dǎo)致再灌注后組織氧化和腸上皮細(xì)胞損傷的重要條件[16]。一方面，缺血階段局部缺氧，合成障礙使ATP 匱乏，細(xì)胞內(nèi)酸性物質(zhì)堆積導(dǎo)致酸中毒，再灌注后血供恢復(fù)，但細(xì)胞內(nèi)鈣超載和ROS 生成會(huì)導(dǎo)致大量炎性細(xì)胞聚集，加重腸道內(nèi)炎癥反應(yīng)和腸上皮細(xì)胞損傷[17]；另一方面，ROS 大量產(chǎn)生，胞內(nèi)DNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)受氧化應(yīng)激反應(yīng)影響大量損傷，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞，引起細(xì)胞死亡[18]。當(dāng)氧氣在再灌注過(guò)程中恢復(fù)時(shí)，受損細(xì)胞和組織中大量的ROS 可以攻擊幾乎所有的細(xì)胞內(nèi)生物分子(如細(xì)胞膜、細(xì)胞器甚至DNA)，這種氧化應(yīng)激通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑破壞上皮細(xì)胞的動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)，從而導(dǎo)致大量炎癥介質(zhì)的釋放，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，破壞腸屏障功能，加劇再灌注后的損傷。

線粒體在細(xì)胞的有氧代謝中扮演重要角色，線粒體DNA(mtDNA)參與細(xì)胞的氧化磷酸化，維持正常的線粒體功能。mtDNA 被破壞后，ROS 的產(chǎn)生增加，mtDNA 釋放到細(xì)胞質(zhì)中誘導(dǎo)促炎介質(zhì)和促凋亡因子的激活[19]。此外，線粒體呼吸鏈調(diào)節(jié)ROS 的產(chǎn)生。線粒體復(fù)合物I 和III 在氧化過(guò)程中通過(guò)電子泄漏產(chǎn)生ROS[20]。在缺血過(guò)程中，線粒體氧化應(yīng)激相當(dāng)溫和，但在再灌注開(kāi)始時(shí)，活性氧ROS 升高，在缺血后數(shù)小時(shí)和數(shù)天內(nèi)更為明顯[21]。

JAK-STAT 信號(hào)通路中，除STAT4 外的所有STATs 都存在于線粒體中，它們對(duì)促進(jìn)氧化磷酸化和膜通透性具有重要意義，抑制其發(fā)揮作用可以減輕腸I/R 損傷過(guò)程中的氧化應(yīng)激、保護(hù)腸道組織。STAT3 定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，有助于抵抗氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞凋亡[6]。STAT 信號(hào)通過(guò)JAK2 途徑作用于細(xì)胞內(nèi)ROS，氧化應(yīng)激激活JAK/STAT 可加重腸I/R 損傷。相反，JAK/STAT 信號(hào)通路的抑制劑，如丙酮酸，不僅對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)有抑制作用，還可以減少中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，調(diào)節(jié)微循環(huán)，抑制細(xì)胞凋亡[22]。通過(guò)抑制JAK/STAT 信號(hào)通路，可以使細(xì)胞免受缺氧缺糖/再灌注損傷(OGD/R)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、自噬和凋亡作用影響[23]，保護(hù)腸道屏障，從而減輕腸I/R 損傷。Nrf2 基因的過(guò)表達(dá)可對(duì)JAK2/STAT3 信號(hào)通路起抑制作用，通過(guò)這種方法抑制大鼠的氧化應(yīng)激，同時(shí)減輕其炎癥反應(yīng)[24]，通過(guò)這兩方面來(lái)達(dá)到減輕大鼠缺氧缺血性損傷的目的。

2.3 細(xì)胞自噬 自噬（autophagy，ATG）是細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)周轉(zhuǎn)的重要過(guò)程，線粒體自噬能夠清除損傷及老化的線粒體，然后通過(guò)與線粒體生物合成相配合，從而對(duì)線粒體質(zhì)量進(jìn)行控制，最終起到調(diào)控線粒體的數(shù)量、分布及功能的作用，是選擇性自噬的一種。研究認(rèn)為器官I(mǎi)/R 中，在線粒體分裂增加的情況下，其自噬減少導(dǎo)致其數(shù)量平衡被打破，損傷的線粒體無(wú)法被及時(shí)清除而大量堆積，從而造成細(xì)胞損傷[21]。腸I/R 損傷過(guò)程中，缺血引發(fā)線粒體缺氧，在線粒體大量損傷的基礎(chǔ)上，大量活性氧產(chǎn)生，進(jìn)一步損傷線粒體的同時(shí)也使氧化應(yīng)激更加嚴(yán)重，導(dǎo)致腸I/R造成的損傷進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，腸I/R 過(guò)程中，通過(guò)特定途徑增強(qiáng)自噬，從而清除受損的線粒體，可以保持線粒體的質(zhì)量和數(shù)量，減輕腸道組織損傷。

JAK2/STAT3 參與自噬活動(dòng)的調(diào)節(jié)，生理狀態(tài)下非磷酸化的JAK2/STAT3 在機(jī)體受到外界刺激時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生磷酸化轉(zhuǎn)化，通過(guò)酪氨酸蛋白激酶結(jié)合位點(diǎn)與IL-6、TNF-α 等相應(yīng)受體相結(jié)合，激活下游酪氨酸殘基，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[25]。因此，用JAK2 抑制劑或STAT3 siRNA 阻斷STAT3 磷酸化，對(duì)抑制JAK2/STAT3 信號(hào)通路，降低腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡水平，增強(qiáng)自噬，保護(hù)腸黏膜屏障，減輕腸I/R 中腸道組織損傷有積極意義。此外，還有研究顯示，IL-6 激活JAK 激酶，通過(guò)JAK-STAT 信號(hào)通路，在I/R 前以劑量依賴方式增強(qiáng)體外自噬，而不影響其他激酶途徑[26]。

2.4 巨噬細(xì)胞極化 巨噬細(xì)胞是先天免疫反應(yīng)的重要成員，與組織的炎癥反應(yīng)程度有很大關(guān)聯(lián)，同樣在腸I/R 損傷進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用。巨噬細(xì)胞可以表現(xiàn)出一系列不同的激活表型，以響應(yīng)不同的微環(huán)境或外源性刺激。巨噬細(xì)胞極化并不是巨噬細(xì)胞的一種長(zhǎng)期狀態(tài)，而是巨噬細(xì)胞在某一時(shí)間點(diǎn)的激活狀態(tài)。

當(dāng)巨噬細(xì)胞暴露于入侵細(xì)胞的病原體或細(xì)菌時(shí)，它們通常極化為M1 表型(經(jīng)典激活表型)。M1 巨噬細(xì)胞通常出現(xiàn)在由toll 樣受體(TLR) 或干擾素(IFN)信號(hào)通路控制的促炎環(huán)境中，因此表達(dá)出促炎作用，通過(guò)分泌促炎細(xì)胞因子和一氧化氮(NO)抑制細(xì)胞增殖并引起組織損傷[27]，在腸I/R 進(jìn)程中，M1表型可加重腸道炎癥反應(yīng)，破壞腸黏膜屏障，損傷腸道組織。M2 巨噬細(xì)胞是另一種激活表型，存在于T2 反應(yīng)主導(dǎo)的環(huán)境中，由IL-4 或IL-13 誘導(dǎo)[28]。M2巨噬細(xì)胞表達(dá)高水平的精氨酸酶1(arginase-1，Arg-1)，它催化鳥(niǎo)氨酸的產(chǎn)生。鳥(niǎo)氨酸是細(xì)胞產(chǎn)生多胺的直接底物，是M2 巨噬細(xì)胞完成膠原合成、增殖、組織重塑等功能所必需的[29]。這些細(xì)胞促進(jìn)細(xì)胞增殖、組織修復(fù)、血管生成和吞噬作用，以降低炎癥反應(yīng)并在炎癥事件后“清理”，在腸I/R 損傷過(guò)程中，能夠保護(hù)腸黏膜屏障，降低炎癥反應(yīng)造成的破壞，減輕腸道組織損傷。

經(jīng)典激活(M1)巨噬細(xì)胞分泌促炎因子，并表現(xiàn)出增強(qiáng)的殺微生物活性和高抗原呈遞能力[30]。這些特征是由IFN-γ 介導(dǎo)的JAK/STAT 信號(hào)促進(jìn)的。IFN-γ 是激活JAK-STAT 信號(hào)通路的關(guān)鍵[31]。STAT1 是M1 巨噬細(xì)胞極化的重要中介，其活性對(duì)M1 極化至關(guān)重要[32]。M1 巨噬細(xì)胞極化的另一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制是核因子-κB (NF-κB)信號(hào)通路。巨噬細(xì)胞細(xì)胞膜上TLR 的激活啟動(dòng)了下游級(jí)聯(lián)，激活NF-κB通路，并促進(jìn)促炎介質(zhì)的后續(xù)釋放[33]。

腸I/R 損傷激活JAK2/STAT3 通路，通路的激活進(jìn)一步加重腸道損傷，破壞腸道環(huán)境，損傷腸黏膜屏障，抑制其通路可減輕腸道損傷。腸I/R 過(guò)程中，JAK2/STAT3 通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1 極化。抑制JAK2/STAT3 通路可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M2 極化，減輕Caco-2 細(xì)胞的OGD/R 損傷[34]。促進(jìn)巨噬細(xì)胞由M1 向M2 表型的轉(zhuǎn)變，可發(fā)揮抗炎作用，降低腸道炎癥對(duì)腸黏膜屏障的破壞，保護(hù)腸道組織，對(duì)減輕腸I/R 損傷具有重要作用。巨噬細(xì)胞中IL-6/STAT3信號(hào)通路的激活在巨噬細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子中起著關(guān)鍵作用，并參與M1/M2 巨噬細(xì)胞極化。此外，STAT3 的磷酸化是與巨噬細(xì)胞激活狀態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵事件[35]。

3 結(jié)論與展望

腸I/R 損傷是臨床常見(jiàn)的病理改變，JAK/STAT信號(hào)通路在腸I/R 損傷中發(fā)揮重要作用。通過(guò)JAK/STAT 信號(hào)通路調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬及巨噬細(xì)胞極化等，對(duì)減輕腸I/R 損傷有積極意義。JAK/STAT 信號(hào)通路調(diào)控腸道I/R 損傷的作用機(jī)制尚未完全闡明，深入研究有助于更好地了解腸I/R損傷的病理過(guò)程，以期為靶向藥物治療的研究提供分子學(xué)基礎(chǔ)。