JAK/STAT信號通路在風濕免疫性疾病中作用的研究進展

肖凡妮，青玉鳳，張全波*

Janus激酶/信號轉導和轉錄激活子（JAK/STAT）信號通路是近年發現的一條重要的細胞內信號轉導通路，參與生長因子和細胞因子跨膜信號轉導，對于啟動固有免疫、協調適應性免疫至關重要［1］。目前，JAK/STAT信號通路在腫瘤、神經系統、心血管系統等疾病中已被廣泛研究，其與風濕免疫性疾病的關系也受到越來越多的關注。風濕免疫性疾病是一類以關節、骨、肌肉異常為主要表現，可累及內臟器官的異質性疾病。目前改善病情抗風濕藥（disease-modifying antirheumatic drugs，DMARDs）在臨床治療中應用廣泛，但在用藥過程中容易出現胃腸道反應、肝損害、腎損害等不良反應，且對于部分中、重度患者療效欠佳，因此尋找新的治療藥物顯得至關重要。JAK/SATA信號通路作為一些風濕免疫性疾病治療靶點是有效的，而托法替布是一種JAK抑制劑，可通過競爭性抑制JAK的ATP的結合位點阻斷下游STAT蛋白活化來抑制JAK/STAT信號通路激活，調節免疫反應，減輕炎癥。有研究表明使用DMARDs及腫瘤壞死因子（TNF）抑制劑治療中重度活動性類風濕關節炎的效果欠佳時，托法替布治療有效［2］。另一項關于銀屑病關節炎治療的研究也顯示，托法替布在降低疾病活動度方面較DMARDs及TNF抑制劑更有效［3］。在使用非甾體抗炎藥（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs）、白介素（IL）17抑制劑、TNF抑制劑治療強直性脊柱炎失敗或出現藥物不耐受時JAK抑制劑是一種有效且安全的選擇［4-6］。這些研究均顯示出JAK/STAT信號通路作為風濕免疫性疾病治療靶點的潛力，因此，闡明JAK/STAT信號通路在風濕免疫性疾病中的作用，對以該信號通路為靶點治療風濕免疫性疾病尤為重要。本文對JAK/STAT信號通路作用機制及其在常見的風濕免疫性疾病中的作用進行綜述，旨在為風濕免疫性疾病的臨床治療及預防提供新思路與方向。

1 JAK/STAT信號通路的組成及其信號轉導機制

JAK/STAT信號通路的發現源于對干擾素（IFN）α如何調控其基因表達的研究，隨后越來越多的研究表明多種細胞因子和生長因子通過JAK/STAT信號通路傳遞信號，包括IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）、生長激素（GH）、表皮生長因子（EGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）、IFN等［7］。JAK/STAT信號通路由3個部分組成：信號因子受體、JAK、STAT蛋白。

在哺乳動物中，JAKs家族由4個成員組成：JAK1、JAK2、JAK3 和 TYK2，分子量為 120～140 kDa［2］。每個 JAK蛋白包含7個同源結構域，正是這些特定的結構域使得JAKs家族既能磷酸化細胞因子受體，又能將具有Src同源結構域2（Src homology domain 2，SH2）的信號分子磷酸化，從而將信號轉導到胞內。

STAT蛋白是JAKs家族的下游靶標，負責將傳遞到胞內的信號轉導至細胞核，細胞因子啟動的大多數免疫應答均依賴于STAT蛋白［8］。STAT蛋白由7個成員組成，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和 STAT6， 分 子量為79～113 kDa，與JAK/STAT信息通路相關的多種細胞因子會激活特定的STAT蛋白（圖1）。

圖1 與JAK/STAT信號通路相關的多種細胞因子Figure 1 Multiple cytokines associated with the JAK/STAT signaling pathway

JAK/STAT信號通路基本信號轉導過程見圖2：首先，細胞因子與其受體結合后引起受體分子構象改變（二聚化），使得JAKs與受體偶聯并使受體磷酸化；隨后，磷酸化的受體與周圍氨基酸形成對接位點，使具有SH2結構域的STAT蛋白結合到對接位點上而被JAKs磷酸化，STAT蛋白被磷酸化后活化形成二聚體；最后，細胞質中二聚化的STAT蛋白被轉移到細胞核中，并通過與細胞核內特定的DNA元件結合來調控相關基因的轉錄和表達。

圖2 JAK/STAT信號通路信號轉導過程Figure 2 Signal transduction of JAK/STAT signaling pathway

JAK/STAT信號通路在多個水平上受到嚴格調控，如JAK去磷酸化，抑制蛋白如細胞因子信號抑制物（suppressor of cytokine signaling，SOCS）、活化STAT蛋白抑制劑（PIAS）的產生，JAK 同源結構域（JAK homology domain，JH）之間相互作用通過自身抑制阻止信號通路異常激活。因此，JAK和STAT蛋白功能異常或細胞因子過度表達均會引起該信號通路失控而導致疾病發生［9］。

2 JAK/STAT信號通路在風濕免疫性疾病中的作用

2.1 JAK/STAT信號通路與類風濕關節炎 類風濕關節炎是一種累積全身多關節，以慢性進行性關節炎為主要表現的全身性自身免疫性疾病［10］，主要病理變化為滑膜細胞增生、炎性細胞浸潤、血管翳形成并侵蝕軟骨和骨組織，滑膜的持續炎癥導致關節結構的破壞、畸形和功能喪失。T淋巴細胞、B淋巴細胞、肥大細胞、中性粒細胞、巨噬細胞和抗原提呈細胞以及滑膜組織成纖維細胞的活化是類風濕關節炎活動期的主要細胞標志［11］。多種細胞因子包括TNF-α、IL-1、IL-6、IL-7、IL-15、IL-17、IL-18、IL-21、IL-23、IL-32、IL-33和GM-CSF在類風濕關節炎的發病機制中發揮著重要作用［12］。T淋巴細胞的活化、自身免疫反應的啟動及致炎性細胞因子、自身抗體、氧自由基大量增多導致了關節組織的炎性損傷、滑膜增生、骨和軟骨的結構破壞。全身性多關節疼痛通常是類風濕關節炎患者就診的主要原因，疼痛多發生在手、腕和足的小關節，有時也發生在肘、肩、頸、膝、踝或髖關節［13］。炎性疼痛與TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10、IL-17和GMCSF等的產生相關［14-15］，而這些炎性遞質的信號轉導則需通過JAK/STAT信號通路，因此JAK/STAT信號通路的持續激活與關節組織炎性損傷、骨質破壞密切相關。

有研究發現，在類風濕關節炎患者中，JAK/STAT信號通路負調控因子（SOCS和PIAS）功能失調使得JAK/STAT信號通路持續激活，從而引起類風濕關節炎患者體內促炎細胞因子水平顯著升高，如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-7、IL-8、IL-12/IL-23、IL-15、IL-17、IL-18、IL-32和IFN-γ、生長因子等［10］，高水平的炎性遞質引起患者全身多關節疼痛，嚴重影響患者的生活質量和精神狀態。有臨床試驗表明，分別給予類風濕關節炎患者JAK抑制劑、TNF抑制劑與安慰劑1周后，JAK抑制劑治療組類風濕關節炎患者的疼痛強度顯著低于安慰劑組［16］，因此可以認為JAK抑制劑可能通過減輕炎性反應及降低傷害感受器的疼痛敏感性而達到緩解疼痛的效果。

趨化因子12（CXCL12）與趨化因子受體4（CXCR4）結合可啟動JAK/STAT信號通路，誘導單核細胞遷移。高遷移率族蛋白B1（HMGB1）是一種高度保守的核蛋白，廣泛分布于哺乳動物細胞，可與CXCL12結合形成CXCL12/HMGB1復合物。CECCHINATO等［17］通過對比單純CXCL12誘導與CXCL12/HMGB1復合物誘導處于活動期類風濕關節炎患者的單核細胞的遷移發現，CXCL12/HMGB1復合物可以增強CXCL12對單核細胞的活性，而用JAK2選擇性抑制劑處理活動期類風濕關節炎患者的單核細胞后發現，該細胞失去了對CXCL12/HMGB1復合物的增強反應，表明JAK/STAT信號通路對于CXCL12/HMGB1復合物增強誘導活動期類風濕關節炎患者的單核細胞遷移是必要的。由此可以認為，JAK/STAT信號通路參與類風濕關節炎的發病機制可能與CXCL12/HMGB1復合物引起單核細胞遷移而引發炎性反應有關，靶向復合物的形成及其活性可能是抑制細胞募集引起的炎癥的新途徑。

2.2 JAK/STAT信號通路與系統性紅斑狼瘡 系統性紅斑狼瘡是一種多系統、慢性自身免疫性疾病，其特征是存在針對自身抗原的抗體和廣泛的免疫失調［18］。細胞因子失調也是系統性紅斑狼瘡的標志，參與其發病的許多關鍵細胞因子依賴于JAK活化進行細胞內信號轉導。有學者將一種基于轉錄組學數據和文獻檢索的貝葉斯基因網絡構建方法應用于系統性紅斑狼瘡，結果顯示JAK/STAT信號通路所介導的廣泛的免疫調節作用對系統性紅斑狼瘡至關重要，一些JAK/STAT信號通路相關基因（如JAK2、STAT1和STAT2）也可能是系統性紅斑狼瘡發病的核心［19］。一項使用JAK1/JAK2抑制劑治療系統性紅斑狼瘡的雙盲、隨機、安慰劑對照的Ⅱ期臨床試驗發現，該抑制劑能顯著改善標準治療難以控制的活動性系統性紅斑狼瘡患者的體征和癥狀［18］。

JAK/STAT信號通路的異常表達也可能與系統性紅斑狼瘡的發病有關。有研究發現，PIAS在系統性紅斑狼瘡患者中表達降低［20］。在狼瘡性腎炎患者的腎活檢標本中發現，在腎小球和腎小管中STAT1表達增加，體現了JAK/STAT信號通路與狼瘡性腎炎的發病相關。有研究結果顯示，酪氨酸激酶抑制劑AG-490能減少小鼠狼瘡腎炎模型中腎小球腎炎、間質性腎炎、血管炎、唾液腺炎的發生，并且能降低腎細胞表面趨化因子、IFN-γ、血尿素氮、血肌酐和蛋白尿水平，減少腎小球細胞中IgG和補體C3的沉積［21］，提示AG-490作為JAK2/STAT1信號通路的抑制劑通過影響STAT1在腎小球和腎小管的表達而減少腎細胞表面的趨化因子、IFN-γ等達到抑制腎臟炎性反應的效果，有利于改善腎功能。

2.3 JAK/STAT信號通路與痛風 痛風是由單鈉尿酸鹽（MSU）晶體誘發的炎癥性疾病。長期高尿酸血癥可引起關節及周圍軟組織尿酸鹽晶體沉積，進而出現反復發作的急性關節和軟組織炎癥、痛風石沉積、慢性關節炎和關節損害。痛風性關節炎是機體對沉積的MSU晶體產生炎性反應的結果。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體激活及有生物活性的IL-1β釋放對于痛風的急性發作至關重要［22］。有研究發現，Ⅰ型IFN受體通過JAK/STAT信號通路調節天冬氨酸蛋白水解酶Caspase-11的表達，Caspase-1活化依賴Caspase-11的表達［23］。Caspase-1是一種獨特的半胱氨酸蛋白酶，可作用于IL-1β前體進而誘導IL-1β的產生，在固有免疫中發揮著重要作用，因而Caspase-1的活化與痛風發病密不可分［24］，也可以理解為Ⅰ型IFN與其細胞表面受體結合來激活特定的JAK-STAT信號通路并調節Caspase-1的活化，誘導IL-1β的產生，從而引起急性痛風性關節炎的發生。TEMMOKU等［25］為評估IL-6在MSU晶體引起的炎性反應中的作用，分別用MSU晶體刺激有IL-6表達和無IL-6表達的人中性粒細胞，再測定NLRP3炎癥小體激活后裂解的Caspase-1或Caspase-1誘導產生的IL-1β，結果發現在缺乏IL-6的情況下，MSU晶體并不能誘導人中性粒細胞產生有效的IL-1，而經IL-6致敏的中性粒細胞卻明顯產生IL-1，且用JAK/STAT抑制劑阻斷IL-6受體信號轉導可以阻止IL-6致敏中性粒細胞中Caspase-1裂解或IL-1的產生。以上研究結果表明，細胞因子IL-6通過JAK/STAT信號通路參與MSU晶體誘導的NLRP3炎癥小體激活和隨后固有免疫細胞產生IL-1，其在MSU晶體誘導的滑膜炎癥中具有至關重要的作用。

2.4 JAK/STAT信號通路與其他風濕免疫性疾病 越來越多的研究發現，某些促炎性細胞因子可能在正常骨重建和骨質疏松癥的發病中發揮著關鍵作用。最初IL-6被認為是一種促進破骨細胞生成從而促進骨吸收因子，后來的研究發現在骨轉換增加的情況下，IL-6可以影響骨形成［26］。IL-1是一種骨吸收的強效刺激物，可促進破骨細胞生成并且與絕經后骨的加速丟失相關［27］，而IL-6、IL-1的產生與JAK/STAT信號通路的活化相關。成纖維細胞生長因子23（FGF23）是由成骨細胞和骨細胞產生的一種促進磷酸鹽排泄的細胞因子。一項探究FGF23在骨質疏松癥進展中調控機制的研究發現，FGF23基因敲除大鼠可發生骨質疏松，并且可能與JAK2/STAT3信號通路相關，活化的JAK2 和STAT3通過調節成骨細胞中合成代謝的信號而在骨骼生長中發揮關鍵作用［28］。多囊蛋白-1（PC1）被認為是參與骨重建的主要的機械感應分子，主要通過JAK2/STAT3信號通路在感知機械刺激時介導人成骨細胞中的Runx2基因轉錄并誘導成骨細胞分化，經過機械拉伸的原代成骨細胞中多囊蛋白表達增多，細胞質內JAK2磷酸化增加，同時機械刺激也觸發了PC1介導的STAT3磷酸化和核轉位［29］。總之，JAK2/STAT3信號通路是相關因子影響骨代謝的途徑。

強直性脊柱炎是一種慢性、進行性炎癥性疾病，以骶髂關節炎和脊柱炎癥為特征，伴有骨侵蝕、新骨形成和脊柱強直，并可出現眼、心臟、肺和腸道等關節外癥狀。有研究表明，輔助性T 細胞17（T helper cell 17，Th17）相關基因的過度表達與強直性脊柱炎相關，并確定了IL-23的主要作用，在IL-23存在的情況下，Th17細胞擴增，從而導致IL-17及其他促炎細胞因子水平升高［30］。既往研究也發現，與對照組相比，強直性脊柱炎患者血清IL-17和IL-23水平升高，滑液中IL-23濃度升高，其中JAK/STAT信號通路中參與IL-23信號轉導的STAT3也被發現與強直性脊柱炎相關［31］，而且許多與強直性脊柱炎發病有關的細胞因子均會通過JAK途徑發出信號［32］。因此，JAK信號通路參與強直性脊柱炎發病機制中促炎信號的轉導。一項隨機、雙盲、安慰劑對照的Ⅱ期臨床試驗結果發現，口服選擇性JAK1抑制劑非戈替尼治療活動性強直性脊柱炎患者是安全且有效的［5］。

干燥綜合征是一種常見的系統性自身免疫性疾病，女性與男性患病比為9∶1，80%的患者會出現口眼干燥、疲勞和關節疼痛的癥狀，超過半數患者的唾液腺和血液中可檢測到IFN相關基因（Ⅰ型或Ⅱ型）的表達增加，而Ⅰ型和Ⅱ型IFN又會誘導B淋巴細胞活化因子在原發性干燥綜合征患者的血清和唾液腺中升高，從而起到促進B淋巴細胞成熟、增殖和存活的作用，引起固有和適應性免疫系統的激活與自身抗體的分泌。這些自身抗體會構成免疫復合物，維持并放大IFN-α的產生，引起免疫系統活化，進而導致組織損傷［33］，這表明Ⅰ型IFN（IFNα和IFNβ）和Ⅱ型IFN（IFNγ）在干燥綜合征發病機制中具有核心作用。IFN與其受體的結合可激活JAK/STAT信號通路。IFN與細胞表面相應受體結合后，JAK活化導致其磷酸化，從而引起STAT蛋白募集、二聚化和核轉位。在細胞核內STAT蛋白與DNA元件中的IFN活化位點結合會激活IFN刺激基因的轉錄，引起IFN相關基因表達增加［34］。

系統性硬化癥是一種以皮膚和內臟器官纖維化為特征的自身免疫性疾病。系統性硬化癥患者血清IL-4水平升高。IL-4是2型輔助性T淋巴細胞（Th2）的細胞因子，主要參與炎性反應并促進纖維化的發生，其他Th2細胞因子IL-13、轉化生長因子（TGF）-β會協同加強這一效應，介導T淋巴細胞和纖維細胞之間的相互作用［35-36］。另一項關于JAK/STAT信號通路參與系統性硬化癥病理過程的研究發現，系統性硬化癥患者的外周T淋巴細胞和單核細胞中磷酸化STAT1或STAT3較健康受試者增多，且在系統性硬化癥患者的皮膚切片中也發現了磷酸化STAT3細胞［37］，表明IL-4通過JAK/STAT信號通路引起STAT蛋白的活化，從而影響細胞內基因的表達，促使系統性硬化癥纖維化的發生，因此JAK抑制劑可能是治療系統性硬化癥的一種新的選擇。

3 小結與展望

風濕免疫性疾病種類多且發病機制十分復雜，許多參與免疫炎癥性疾病發病機制的細胞因子通過JAK/STAT信號通路將胞外信號轉導到胞內，該信號通路作為細胞因子參與風濕免疫性疾病發病的樞紐，與風濕免疫性疾病的發生、發展密切相關，且治療靶點豐富，具有巨大的臨床應用潛力［12］。JAK抑制劑已被證明是治療類風濕性關節炎的有效辦法，目前也有大量研究探討JAK抑制劑在其他免疫性疾病（包括銀屑病、系統性紅斑狼瘡、炎性肺病、自身炎癥性疾病）中的作用，越來越多的JAK抑制劑，如托法替布、巴瑞替尼、奧拉替尼、盧索替尼被用于風濕免疫性疾病的治療，但是，在風濕免疫性疾病的發病機制中關于JAK/STAT信號通路的認識剛起步，其具體發揮著怎樣的作用還需要進一步研究和探索。因此，有必要深入研究JAK/STAT信號通路在各種風濕免疫性疾病發病中的具體作用機制，探討以JAK/STAT信號通路為靶點的治療方案，推動風濕免疫性疾病靶向治療的發展。

作者貢獻：肖凡妮負責論文整體構思與設計、文獻檢索及整理并撰寫論文初稿；青玉鳳提出研究思路，設計研究方案，對初稿進行修訂；張全波負責論文的質量控制及審校，對論文整體負責。

本文無利益沖突。