JAK-STAT信號轉導通路在類風濕性關節炎中的研究進展

Effects of JAK-STAT signal transduction pathway in rheumatoid arthritis

張曉園1，3，王永輝2，李艷彥2，柴　智2，王悅堯3，周　然2（1.成都中醫藥大學基礎醫學院，四川成都610075；2.山西中醫學院，山西太原030024；3.山西省中醫院，山西太原030012）

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JAK-STAT信號轉導通路在類風濕性關節炎中的研究進展

Effects of JAK-STAT signal transduction pathway in rheumatoid arthritis

張曉園1，3，王永輝2，李艷彥2，柴智2，王悅堯3，周然2
（1.成都中醫藥大學基礎醫學院，四川成都610075；2.山西中醫學院，山西太原030024；3.山西省中醫院，山西太原030012）

關鍵詞類風濕性關節炎；JAK-STAT；信號轉導通路；研究進展

類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）是以多關節受累為主要表現的自身免疫性疾病，其病理特征主要表現為關節滑膜增生、血管翳生成、炎性細胞浸潤、關節軟骨破壞，最終關節功能障礙，甚至畸形。雖然RA的病因及發病機制目前還未完全明確，但其病理過程主要由細胞因子參與和介導。這些細胞因子在RA滑膜病變中起著核心作用，其主要通過RA滑膜自分泌或旁分泌的形式大量產生，它們相互影響，相互促進，構成了一個較為復雜的網絡，最終引起免疫失衡、炎癥反應、滑膜細胞增殖［1］。

滑膜細胞的信號轉導通路成為近些年來研究的熱點。研究發現：大多數細胞因子與其受體結合后，通過一條共同的信號轉導途徑非受體酪氨酸蛋白激酶JAK-STAT通路調控基因的表達。研究RA滑膜細胞中的這些信號轉導通路的功能將有助于從一個新的角度探索滑膜細胞的病變發生機制，從而為治療RA提供新的作用靶點。許多細胞因子（cytokine）如：白介素（IL）、生長激素（GH）、集落刺激因子（CSF）、干擾素（IFN）等，它們的受體為單次跨膜蛋白，這種蛋白不具有酶的活性，但其可以與配體結合后產生二聚化從而被激活，這類連接胞內酪氨酸蛋白激酶（JAK）的信號通路稱為JAK－STAT信號轉導通路。在正常生理狀況下，細胞胞漿中的P-JAK和其下游的P-STAT含量很低，它們被一系列正負調控機制所調節，從而保持著動態穩定［2］。

1 JAK-STAT信號轉導通路

JAK（Janus Kinase）有4個家族成員（JAK1、JAK2、JAK3和TYK2），JAK3僅于骨髓、淋巴系統中存在，剩余3種廣布于機體的細胞和組織中。這4個家族成員均有7個同源區域（JH1～JH7），JH1、JH2分別為激酶區域和偽激酶區域。JAK被稱為Janus（兩面神激酶），它既能激活含特定SH2區域的信號因子，又能使與其相連的細胞因子受體發生酪氨酸磷酸化，從而被激活。

STAT（signal transducers and activators of transcription）被稱為信號傳導及轉錄激活因子，屬于胞質蛋白，因其含SH2、SH3，可通過靶基因調控區DNA結合特定含磷酸化酪氨酸的肽段。STAT有7種家族成員（STAT1～4、STAT5a、STAT5b及STAT6），STAT3、STAT5與人體血液系統的關系最為密切［3］。STAT在結構上均含SH2、SH3區域，SH2、SH3分別處于第600-700、500-600位氨基酸之間，SH2序列高度保守，SH3差于SH2。在功能上，SH2和STATS的激活有關，而SH3可結合含脯氨酸的序列。不同的STAT中有相同的DNA結合域，但其最佳結合點是有區別的［4］。STAT處于JAK下游，JAK使其磷酸化后，形成二聚體而激活，活化的轉錄因子可進入細胞核結合靶基因，并促其進行轉錄。

在許多細胞的生長、分化、增殖、凋亡等方面，JAK-STAT信號轉導通路發揮著顯著的影響力。該信號通路能夠被干擾素家族、單鏈家族、γC家族及gp130家族所激活。

JAK-STAT通路的信號傳導過程中，一種細胞因子可以激活多種JAK激酶，但STAT卻會被特異性地選擇。細胞因子受體中與STAT分子結合的特定氨基酸序列和STAT中的SH2結構域共同決定了這種選擇的特異性［5］。例如IL-4激活STAT6，對STAT3可無作用；IL-6能夠激活STAT3，但對STAT6無作用；高濃度的IL-6能夠激活STAT1α；IL-12激活STAT4等。

實驗證實RA患者炎性滑膜組織中JAK、STAT1、STAT3高表達，但經過治療后JAK、STAT1、STAT3的表達均降低，而這3種因子在正常人或骨關節炎患者中表達很少［6］。其中STAT3的激活僅存在于RA患者的滑膜組織中，而普通關節炎患者滑膜中檢測不到［7］。諸多細胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-12、IL-15、IL-17、IL-21等都是通過影響JAK-STAT通路從而在RA的發病中起到重要作用［8-9］。

2 JAK-STAT信號轉導通路負反饋調節機制

JAK-STAT信號通路的負反饋是其自身的調節機制，其負反饋可以避免該通路因持續開放而造成的細胞代謝失調和生理功能紊亂。JAK-STAT信號通路的負反饋機制包括JAK-STAT的自身負反饋物質細胞因子信號抑制蛋白（suppressor of cytokine signaling，SOCS）、細胞因子誘導含SH2結構域蛋白（cytokine-inducible SH2 containing protein，CIS）和蛋白酪氨酸磷酸化酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）的去磷酸化作用等［10］。

SOCS家族通過與STAT競爭性結合JAK酪氨酸磷酸化位點，抑制了其下游信號分子的傳遞。1997 年SOCS被成功克隆，SOCS家族（即SSI或CIS家族）由SOCS1～7和CIS這8種蛋白組成。許多細胞因子可誘導該家族產生，隨后抑制該信號通路進行傳導。目前CIS、SOCS1和SOCS3被研究最多，JAKSTAT信號通路最主要的抑制因子就是SOCS1和SOCS3。一般在生理狀況下，由于這二者的表達水平很低而檢測不到，但許多細胞因子可以激活該通路，從而誘導它們的表達增高［11］。細胞因子誘導產生，而SOCS又反過來抑制了細胞因子的信號傳導，這雙方就構成了一條經典的負反饋抑制鏈條。研究表明，IL-6、IFN-γ、IFN-α/β等細胞因子的信號傳導可被SOCS1、SOCS3顯著抑制［12］。

3 JAK-STAT信號轉導途徑與類風濕性關節炎

JAK-STAT信號轉導通路是目前國內外對RA的發病研究最多的方面［13］。實驗證明JAK和STAT1、SOCS3在正常人或關節炎病人滑膜中很少表達，而在RA患者滑膜組織中表達較高，且經過治療后其表達明顯降低［14］。其中STAT3的激活僅存在于RA患者的滑膜組織中，而普通關節炎患者滑膜中檢測不到［12］。

Kasperkovitz P等［15］實驗顯示，相對于反應性關節炎和骨關節炎（OA）患者，RA患者FLS、T、B細胞中可見大量STAT1、P-STAT1蛋白表達。De Hooge A S等［16］研究表明，在STAT1-/-鼠酵母多糖誘導關節炎中，可見肉芽腫形成和關節炎進行性加重并伴有SOCS1蛋白驟減，表明可能是由于STAT1缺陷導致其誘導的SOCS1蛋白表達降低，使其抗炎作用減弱的結果。從上述研究推斷，在RA的炎癥滑膜組織中STAT1可能具有致炎和抗炎的雙重機制。Krause A等［17］研究表明，在RA患者中，滑膜組織的促凋亡機制可能由STAT1激活，對滑膜組織的增生起到了良好的抑制作用。

STAT3能夠促進T細胞存活及其抗體的產生，并抑制FLS的凋亡，在RA發病過程中起到關鍵性作用。STAT3缺失會導致RA滑膜細胞異常增殖，STAT3主要由IL-6、IL-10、IFNα/β激活。1995年Sengupta T K等［18］首先發現在炎癥性關節炎患者滑液的單核細胞中STAT3DNA具有結合活性，而且動物實驗也證明了STAT3能使關節的炎癥反應發生變化。

STAT4和STAT6二者介導炎癥反應中多種具有重要作用的細胞因子的信號轉導。IL-12是Thl細胞的誘導物，其信號通過STAT4轉導，在RA其水平明顯升高，它能夠導致Thl/Th2免疫失衡，使炎性細胞因子受體、調黏附分子及IFN-γ增多。Walker Jg等［19］應用免疫組織化學及免疫熒光方法檢測RA、脊柱關節病、OA患者活檢的滑膜組織中JAK3、STAT4、STAT6的表達情況，結果表明只有RA滑膜組織中的樹突狀細胞高度表達STAT4及JAK3蛋白，這可能成為早期診斷RA的標志。與之相對照，IL-4是Th2型細胞因子，具有抗炎、免疫調節和免疫刺激的特性，在調節Th細胞亞型的平衡中起重要作用，而其信號是通過STAT6轉導的。

4阻斷JAK-STAT通路在類風濕性關節炎治療中的應用

IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-7、IL-9、IL-10、IL-12、IL-15、IL-17、IL-21等諸多細胞因子都是通過影響JAK-STAT通路從而在RA的發病中起到重要作用［20］。此通路在RA的發病中呈持續激活狀態，參與滑膜細胞的增殖、炎性細胞因子的釋放等過程，因此針對性阻斷JAK-STAT通路將能達到調節細胞活動、改善RA病理過程的目的。因STAT不具有酶活性，所以任何針對STAT的治療藥物只能通過阻斷STAT的表達、二聚體的形成或與DNA的結合而發揮作用。以這些位點作為靶目標具有發揮治療作用的可能性，目前還沒有成功研制出小分子STAT抑制劑，但諸多JAK阻斷劑已經應用于臨床。

Tofacitinib是輝瑞公司2012年研發的針對JAK通路的抑制劑，已獲得美國食品與藥物管理局（FDA）批準上市。Tofacitinib可以有效抑制JAK1、JAK3，通過III期臨床試驗證實了其治療RA的療效。美國風濕病學會曾統計，口服Tofacitinib片劑6個月，50%以上患者的癥狀明顯改善，而口服阿達木單抗的患者只達到47.2%［21］。AG49O結構和酪氨酸類似，屬于人工合成的苯亞甲基丙二腈的酯類衍生物，它可與酪氨酸激酶競爭受體結合位點，從而對JAK-STAT起到阻斷作用，影響了下游的一系列免疫反應，其中對JAK2、JAK3抑制作用最為明顯［22］。這些阻滯劑可以通過阻斷免疫介導的炎癥反應來緩解臨床癥狀。近十幾年的臨床數據表明，抑制促炎細胞因子介導的JAK-STAT通路，使其不被激活，可以有效緩解類風濕患者的臨床癥狀［23］。

綜上，JAK-STAT信號轉導通路在RA滑膜細胞因子的信號轉導及免疫細胞的增殖、分化、凋亡等方面發揮著重要作用，JAK-STAT通路抑制劑的臨床應用可能為治療帶來新的策略。盡管近幾年來對JAK-STAT信號通路在RA中的作用進行了大量研究，但仍有很多問題尚不清楚，需要進一步探索。因此，深入研究JAK-STAT信號通路及其負反饋調節因子將有助于RA發病機制的闡明，對更安全有效藥物的開發也將產生深遠影響。

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（編輯：梁葆朱）

中圖分類號：R593.22

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0258（2016）02-0063-03

［基金項目］國家自然基金面上項目（81473589）

［作者簡介］張曉園，在讀博士研究生，主治醫師，E-mail：love-zxy518@163.com

［通訊作者］周然，博士，教授，博士生導師