Stat3在眼科領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和前景展望

龐國(guó)龍 孫 河

2黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院

細(xì)胞因子控制著人體內(nèi)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡等一系列生物反應(yīng)，與細(xì)胞因子相關(guān)的信號(hào)通路經(jīng)過長(zhǎng)期的研究取得了突破性的進(jìn)展，Janus激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子途徑（januskinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT）就是其中一條重要通路。該信號(hào)通道為Darnell等〔1〕首次發(fā)現(xiàn)，Darnell在研究干擾素（interferon，IFN）作用后靶基因激活所需的信號(hào)分子過程中，發(fā)現(xiàn)并闡明了此通道的組成和激活過程。該次實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及此后的眾多研究結(jié)果均認(rèn)定JAK-STAT通道為免疫系統(tǒng)及其它組織中完整而且普遍存在的細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)途徑，同時(shí)也證實(shí)了JAKSTAT通道在細(xì)胞因子誘導(dǎo)的生物反應(yīng)中具有至關(guān)重要的作用。關(guān)于JAK-STAT通道的探討，以往多集中在淋巴系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及各種腫瘤等疾病，而近期的研究發(fā)現(xiàn)JAK-STAT通路在視神經(jīng)損傷，視網(wǎng)膜等疾病中也有不同程度的激活，此通道或許在上述各類疾病的發(fā)生、發(fā)展以及預(yù)后的過程當(dāng)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并且是當(dāng)前已經(jīng)確認(rèn)的最重要的神經(jīng)保護(hù)通路之一。本綜述就JAK-STAT通路的組成、激活過程和其在視神經(jīng)以及視網(wǎng)膜系統(tǒng)疾病中的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 JAK-STAT 通路及其激活與調(diào)控

1.1 JAK-STAT通路概論

Janus酪氨酸激酶家族（janus kinase，JAK）和信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）共同構(gòu)成JAK-STAT通道。JAKs是一類可溶性的酪氨酸蛋白激酶，分布于胞漿內(nèi)，JAK1、JAK2、JAK3與Tyk2是哺乳動(dòng)物家族已知的四種JAK激酶。保守的7個(gè)JAK同源結(jié)構(gòu)域（JAK homology domain，JH）組成了 JAK激酶，其中具有催化功能的JH1為激酶區(qū)，假性激酶區(qū)為JH2，其具體功能目前不得而知，進(jìn)一步的研究尚在進(jìn)行中〔2〕。當(dāng)且僅當(dāng)JH2同時(shí)存在時(shí)，JAKs才擁有完整的活性〔3〕，其次，JH6、JH 7 在和受體結(jié)合中發(fā)揮著重要的作用。STATs是由734～851個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量大約在84～113 KDa之間這樣的一類胞漿蛋白，可以與靶基因調(diào)控區(qū)DNA結(jié)合調(diào)控轉(zhuǎn)錄，和JAKs信號(hào)相互偶聯(lián)。STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b與 STAT6是到現(xiàn)在為止在哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的7種蛋白，主要由N端的寡聚化區(qū)，中間的DNA結(jié)合區(qū)與Src同源結(jié)構(gòu)域2（Src homology 2 domain，SH2），C 端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)共同構(gòu)成。

1.2 JAK-STAT通路的激活與調(diào)控

首先是細(xì)胞膜上的受體與細(xì)胞因子結(jié)合，二者的結(jié)合物激活JAK，然后經(jīng)由胞漿內(nèi)受體的亞基進(jìn)行磷酸化，使得STAT募集到的受體復(fù)合體上有了結(jié)合位點(diǎn)，STAT通過自身的SH2區(qū)域和受體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合之后，JAK初步完成了對(duì)STAT的激活，導(dǎo)致STAT酪氨酸殘基發(fā)生了磷酸化，STAT經(jīng)過磷酸化后，通過自身的SH2區(qū)域的一系列相互作用生成，然后通過異二聚體或同二聚體的形式轉(zhuǎn)運(yùn)到了核內(nèi)，以此來激活靶基因，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄〔4〕。JAK的激活、STAT核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和負(fù)反饋途徑等多個(gè)水平協(xié)同進(jìn)行了JAKSTAT通道的調(diào)控。其中最為經(jīng)典的JAK-STAT信號(hào)通路的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制是細(xì)胞信號(hào)抑制蛋白（suppressors of cytokine signaling，SCOS）家族〔2〕，此家族由多于 8 個(gè)具有 SH2 區(qū)域和C段 SOCS框的個(gè)體組成，其中四個(gè)（CIS、SOCS1、SOCS2和SOCS3）為目前已知的個(gè)體。 另外，包括 PIAS3、PI-ASy、PIASx在內(nèi)的 STAT蛋白抑制劑（protein inhibitor of activated stat，PIAS），均可以和活化的STAT結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到阻斷轉(zhuǎn)錄過程的目的〔5〕。總之，JAK-STAT通路的獨(dú)特之處在于：在受體與配體快速激活并進(jìn)行結(jié)合之后的1～15 min內(nèi)，JAK的酪氨酸殘基與STAT的酪氨酸殘基均已開始磷酸化的過程，然后STAT進(jìn)一步被轉(zhuǎn)運(yùn)到了細(xì)胞核內(nèi)；另外，在受體與配體結(jié)合物快速下調(diào)的情況下，已經(jīng)被活化的JAK，在2 h之內(nèi)即可喪失酪氨酸殘基的磷酸化功能。

2 JAK-STAT通路在視神經(jīng)及視網(wǎng)膜系統(tǒng)疾病中的研究現(xiàn)狀

2.1 STAT3在出生后視網(wǎng)膜早期發(fā)育過程中的表達(dá)

近幾年的相關(guān)研究表明〔6，7〕，JAK-STAT 通路廣泛參與細(xì)胞的一系列活動(dòng)，包括細(xì)胞的增殖、分化和抗凋亡等一系列過程，是細(xì)胞因子進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)的主要途徑之一。

1993年，Yang等〔8〕首次報(bào)道了發(fā)育小鼠腦內(nèi)存在 JAK家族成員后，De-Fraja C 等〔9，10〕發(fā)現(xiàn) JAK/STAT 家族成員廣泛表達(dá)于發(fā)育中大鼠腦內(nèi)，且其表達(dá)模式在不同發(fā)育階段有著不同表達(dá)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在成年之后的視網(wǎng)膜中也同樣存在著STAT3蛋白的表達(dá)，為進(jìn)一步深入研究JAK-STAT信號(hào)傳導(dǎo)通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中的作用提供了形態(tài)學(xué)證據(jù)。張艷，丁恩華等〔11〕在研究信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活因子3蛋白在金黃地鼠視網(wǎng)膜生后早期發(fā)育過程中的表達(dá)時(shí)，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜STAT3的陽性產(chǎn)物，并且主要分布于胞漿，但在個(gè)別細(xì)胞內(nèi)，STAT3也分布在胞漿和核內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)與De-Fraja C〔9，10〕研究的 STAT3在大鼠所有腦區(qū)陽性細(xì)胞里的分布狀況大體相似，同時(shí)與Peterson〔12〕等研究的STAT3在視網(wǎng)膜陽性神經(jīng)元的表達(dá)部位相吻合。張艷，丁恩華等〔11〕采用免疫細(xì)胞組織化學(xué)染色以及Western免疫印跡方法，觀察到金黃地鼠從出生后早期一直到成年的發(fā)育過程中，均發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)有STAT3蛋白的表達(dá)，金黃地鼠出生后7天內(nèi)STAT3蛋白的表達(dá)水平達(dá)到了最高值，多數(shù)研究認(rèn)為〔13，14〕，該階段恰好是細(xì)胞凋亡最為關(guān)鍵的時(shí)期，這提示大鼠出生后早期視網(wǎng)膜細(xì)胞的凋亡同STAT3蛋白的表達(dá)相關(guān)，但是要徹底搞清二者之間的具體關(guān)系，還需要進(jìn)一步深入的研究。

2.2 STAT3在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤中的表達(dá)

楊樂，申家泉等〔15〕研究顯示：視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視神經(jīng)浸潤(rùn)組中p-STAT3表達(dá)強(qiáng)于視神經(jīng)未浸潤(rùn)組，提示p-STAT3在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤中的高表達(dá)可能和RB腫瘤細(xì)胞的侵襲有關(guān)，為今后在RB中以STAT3作為靶點(diǎn)的基因治療提供了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.3 STAT3在脈絡(luò)膜新生血管發(fā)生中的可能作用

李夏，王雨生等〔16〕為探討STAT3在CNV生成中的可能作用，觀察了STAT3在激光誘導(dǎo)的大鼠CNV中的表達(dá)，并在體外采用特異性阻斷劑AG490阻斷Janus激酶2（JAK2）/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，觀察了對(duì)缺氧誘導(dǎo)的人RPE細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子-1a（HIF-la）和VEGF表達(dá)的影響，其在成功建立激光誘導(dǎo)大鼠CNV模型的基礎(chǔ)上，采用免疫熒光雙標(biāo)記染色方法，發(fā)現(xiàn)激光光凝后3 d，光凝區(qū)及周圍視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜組織散在分布的黃色熒光強(qiáng)度明顯增加，提示RPE細(xì)胞中磷酸化的STAT3可能與早期CNV的生成相關(guān)。STAT3是眼部多種病理性新生血管形成的重要調(diào)控因素〔17-19〕。局部組織缺血缺氧打破促血管生成因子和抑制因子之間的平衡，是啟動(dòng)病理性新生血管發(fā)生的重要原因之一〔20〕，缺氧可激活RPE細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路〔21-24〕。有研究發(fā)現(xiàn)，STAT3不僅參與細(xì)胞周期的調(diào)控，還參與了VEGF 的表達(dá)〔25，26〕，雖然研究證實(shí)STAT3參與了實(shí)驗(yàn)性CNV的發(fā)生過程，但該信號(hào)通路是否有助于防治人類CNV相關(guān)疾病，仍需進(jìn)一步的研究。

2.4 形覺剝奪性近視的視網(wǎng)膜中STAT3活性蛋白的表達(dá)

朱子誠(chéng)，張金嵩〔27〕研究STAT3活性蛋白在豚鼠形覺剝奪性近視（FDM）視網(wǎng)膜中的表達(dá)，在蛋白質(zhì)表達(dá)水平探討了p-Stat3在形覺剝奪性近視中的動(dòng)態(tài)變化情況，為后續(xù)研究提供了一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。該實(shí)驗(yàn)表明Stat3信號(hào)通路可能參與了FDM形成與發(fā)展，加之p-Stat3在視網(wǎng)膜光感受器外節(jié)有明顯的表達(dá)，這說明視網(wǎng)膜光感受器外節(jié)是Stat3作為信使導(dǎo)致近視的關(guān)鍵部位，是Stat3導(dǎo)致近視的重要載體。在正常的生理狀態(tài)下，Stat信號(hào)通路的激活受到嚴(yán)格的調(diào)控，但是慢性的或持續(xù)的激活因素可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)被打破，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的Stat信號(hào)通路激活，并最終致使靶組織出現(xiàn)了病理改變〔28〕。該實(shí)驗(yàn)首次探討了p-Stat3在FDM中的動(dòng)態(tài)表達(dá)特征以及可能的作用機(jī)制，為進(jìn)一步探明近視眼的發(fā)病機(jī)制、進(jìn)一步防治近視眼等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路與方向。

2.5 STAT3對(duì)視神經(jīng)元的保護(hù)作用

研究報(bào)道〔29〕視網(wǎng)膜內(nèi)STAT3的滅活會(huì)加速基因突變誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，說明STAT3神經(jīng)通路在視神經(jīng)元的保護(hù)作用中具有不可替代的作用。Thanos和Naskar〔30〕研究大鼠慢性青光眼模型，熒光標(biāo)記的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)隨眼壓升高時(shí)間延長(zhǎng)而降低，最初為（1887±117）/mm2， 而 1.5 年后下降到（92±26）/mm2，視網(wǎng)膜內(nèi) STAT3 也隨之上調(diào)和表達(dá)，提示STAT3信號(hào)通路在青光眼視神經(jīng)損傷時(shí)被激活。目前已知并廣泛研究的對(duì)神經(jīng)元以及視覺神經(jīng)元有保護(hù)作用的細(xì)胞因子像睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（CNTF）就是通過激活STAT3保護(hù)和延緩多種病因引起的神經(jīng)元凋亡。研究〔31〕表明CNTF可以顯著減少高眼壓青光眼動(dòng)物模型RGCs的凋亡。

3 前景展望

JAK-STAT通路作為近年來眼科學(xué)熱點(diǎn)的信號(hào)傳導(dǎo)通路，正逐漸受到眼科科研工作者的青睞，眼科學(xué)者對(duì)STAT3在眼科疾病中的作用關(guān)注度逐年加強(qiáng)，其在眼科領(lǐng)域的研究必然得到廣泛深入發(fā)展，這就意味著眾多的眼科疾病在該通道的發(fā)病機(jī)制有可能被破解，而伴隨著發(fā)病機(jī)制的破解，預(yù)示著我們有可能通過藥物或其它措施干預(yù)該通道，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防或治療疾病的目的。

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