JAK2/STAT3信號通路調節機體免疫功能及針灸干預效應分析

毛凱榮，田岳鳳，支博遠，馬晨

(山西中醫藥大學，山西 晉中 030619)

酪氨酸激酶-2(Janus kinases 2，JAK2)/信號轉導和轉錄激活因子-3(signal transducer and activators of transcription 3，STAT3)信號通路是一條被淋巴因子、脂肪因子等細胞因子廣泛共用的信號通路，可介導細胞的增殖、凋亡及分化，臨床上在高血脂癥、腦血管、癌癥等疾病的免疫機制中均發揮其重要作用。根據目前研究發現，JAK2/STAT3通路的免疫調節作用主要是通過細胞因子活化通路，從而使通路產生信號作用于免疫細胞及其他細胞來發揮功能。本研究從JAK2/STAT3通路活化機制以及免疫調節機制入手，探討JAK2/STAT3通路免疫調節功能、相關疾病應用、針灸干預相關疾病的作用機制。

1 JAK2/STAT3通路概述及作用機制

在實驗和臨床研究發現，JAK2/STAT3通路的免疫調節作用，是細胞因子通過激活免疫細胞和非免疫細胞的JAK2/STAT3通路，從而調控細胞基因表達的過程。JAK2/STAT3信號通路是多種細胞因子和生長因子在哺乳動物體內進行信號轉導的重要通路之一，通過激活該通路對下游基因進行調控能夠影響細胞增殖、分化、遷移、凋亡等活動，從而對于造血、免疫、發育、脂肪合成等生理反應進行調控[1]。

JAK2是激活這條通路進行調控的主要蛋白之一，它的分子量為131KD，來自于JAKs家族，是四種JAK的其中之一，是廣泛位于細胞膜上的一種非受體型酪氨酸蛋白激酶。其主要結構并無跨膜結構域，而是由7個保守的結構域組成，主要是C-末端、JH1、JH2域具有催化功能，N-末端的4個JH域不具有酪氨酸激酶活性，可能參與JAK2及其他信號蛋白分子的結合[2]。由于JAK2是非受體的蛋白，所以激活JAK2/STAT3信號通路的細胞因子并不能直接與JAK2相結合，而是與細胞膜表面的受體相結合。這些受體雖然本身并不具有激酶活性，但卻具有酪氨酸激酶JAK2的結合位點。在受體與細胞因子結合后，從而產生反應使受體二聚化，形成的復合物使得與其偶聯的JAK2激酶相互接近，通過自磷酸化或交叉磷酸化而活化。JAK2被磷酸化后迅速磷酸化受體的酪氨酸殘基。

STAT3是調控通路下游基因的主要蛋白，它是分子量為88KD的蛋白，來自于STAT家族，是八種STAT的其中一類轉錄蛋白，主要位于細胞質中。它的結構域有5個，主要是N端、DNA結合區、SH3樣結構域、SH2樣結構域和C端，其中SH2樣結構域是STAT3最重要的結構部分，是STAT3與活化受體結合、與JAK2相互作用而STAT3形成二聚體，結合DNA干預下游基因轉錄的結構基礎[3]。即在通路調控過程中，STAT3作為JAK2的底物，其SH2樣結構域在磷酸化、轉位到細胞核以及調節包括細胞因子基因在內的基因的轉錄過程中進行同聚或異聚有重要的作用。在這個主要過程中，磷酸化的JAK2與偶聯的磷酸化的受體的酪氨酸殘基形成了停泊位點，可以招募含SH2樣結構域的STAT3，使之結合在停泊位點。然后激活的JAK2會促使結合在停泊位點的STAT3的磷酸化，使之激活從而形成二聚體。二聚體的形式會降低與受體結合的親密性，從而使其進入細胞核內，與相應的結合位點結合，從而開啟下游基因的調控[4]。

2 免疫調節研究

2.1 JAK2/STAT3信號通路對免疫器官的調節作用

骨髓是中樞免疫器官，含有多種造血干細胞，是所有免疫細胞的發源地，是體液免疫應答發生和B細胞分化成熟的場所。實驗研究證實[5]，JAK2/STAT3通路參與改善骨髓抑制的造血功能的調控。通過研究黑虎掌菌子實體多糖(SIPS)能有效改善由環磷酰胺造模的骨髓抑制小鼠模型髓內的形態結構，誘導骨髓B淋巴細胞的合成，提高造血干細胞的增殖能力。SIP改善骨髓造血功能、恢復環磷酰胺造成的免疫抑制分子機制，發現SIPS能上調JAK2/STAT3通路的磷酸化水平，表明JAK2/STAT3通路的激活與SIPS拮抗環磷酰胺引起的骨髓抑制，而提高造血功能、升高骨髓中造血干細胞的數量和增殖能力的免疫功能分子機制相關。

脾臟為中樞免疫器官之一，含有大量的淋巴細胞和巨噬細胞，是機體免疫細胞定居和免疫應答發生的場所。實驗研究表明[6]，JAK2/STAT3信號通路的激活能促進門靜脈高壓脾臟纖維化進程。與門靜脈高壓大鼠實驗組相比較，使用JAK2抑制劑干預的門靜脈高壓大鼠實驗組的脾臟纖維化程度較輕，表明JAK2/STAT3信號轉導通路的激活參與了脾臟纖維化的病變過程。同時，在SIPS干預環磷酰胺小鼠免疫抑制狀態實驗中，脾臟磷酸化的JAK2、STAT3蛋白的表達的高低與脾臟指數成反比，表明JAK2/STAT3信號轉導通路可能與環磷酰胺干預小鼠脾臟免疫功能的分子機制相關[7]。

2.2 對免疫細胞的調節作用

T淋巴細胞即胸腺依賴性淋巴細胞，根據T細胞表面標志以及功能特征，可將T細胞分為不同亞群。CD4+T細胞和CD8+T細胞是細胞免疫的重要組成部分，苦杏仁苷可通過JAK2-STAT3通路調控CD4+/CD8+T細胞，減弱HBV-T細胞受到的免疫抑制作用，增強細胞干擾和殺傷性細胞因子的分泌，增強對HBV相關HCC細胞活力、侵襲和遷移的抑制作用以及對凋亡的促進作用[8]。

B細胞來源于骨髓內的造血干細胞，分化成熟為B細胞后可隨血液和淋巴再循環游走于全身各處組織中，最終大部分定居在淋巴結和脾臟中的淋巴小結內，少部分分布在血液。對發揮免疫抑制性作用的調節性B細胞研究表明，運用藥物芒果甙可上調小鼠脾臟單個核細胞中調節性B細胞和IL-10水平。而通過進一步實驗研究表明調節性B細胞在激活JAK2-STAT3信號通路的前提條件下，發現芒果苷上調IL-10水平，但對調節性B細胞的數量無影響[9]。

2.3 對免疫因子的調節作用

IL-6是一種細胞因子，由白細胞或其他的如血管內皮細胞等產生，主要作用是參與炎癥反應，介導免疫反應。IL-6參與JAK2/STAT3信號通路并在其中扮演重要角色，IL-6能激活JAK2/STAT3信號通路，作用于下游基因可以調控慢性炎癥反應。在對運動產生的運動性疲勞大鼠進行艾灸干預研究證明，艾灸能夠改善大鼠的疲勞狀態，主要作用是通過抑制IL-6激活STAT3信號通路來減少炎癥反應[10]。同時，在對潰瘍性結腸炎大鼠進行穴位埋線和艾灸的聯合治療研究表明，抑制IL-6/JAK2/STAT3信號通路能降低炎癥反應，改善大鼠病變的結腸結構[11]。

通過對JAK2/STAT3信號通路介導免疫器官、免疫細胞、免疫因子干預疾病病理變化的分子機制研究分析可知，該通路通過免疫器官、免疫細胞、免疫因子廣泛參與疾病的病變與恢復的分子機制，但并未明確該通路與免疫系統間的調控機制，如未對激活通路的上游受體蛋白和下游轉錄的基因表達影響免疫系統的作用進行深入研究。同時，目前針對該通路對免疫系統的研究主要在于某種提取物對免疫器官損傷干預效應的分子機制，而針灸對免疫器官損傷的分子機制研究還相對較少，原因可能與針灸在研究免疫方面主要集中在防治疾病效應，對影響細胞功能的分子機制研究較少[12]，故關于針灸干預JAK2/STAT3信號通路介導免疫器官的分子機制方面仍需要更深入的研究。

3 JAK2/STAT3信號通路的相關疾病應用及針灸干預效應

實驗研究表明，JAK2/STAT3信號通路對下游基因的免疫調控作用涉及到臨床多種疾病的機制，其中主要是在血管生成、脂質代謝、腫瘤環境等相關的心腦血管和癌癥類疾病[13-15]。

3.1 JAK2/STAT3信號通路調節腦血管疾病及針灸干預效應

在腦血管疾病方面，針灸的治療機制主要是通過干預JAK2/STAT3通路的活化，從而干預小膠質細胞，降低炎癥反應來影響腦血管疾病的發生發展。針灸對JAK2/STAT3通路的這種干預機制研究主要在缺血性腦卒中、缺血后再灌注損傷、阿爾茨海默病等方面的疾病。

對于缺血性腦卒中的臨床研究中，運用分期針灸對急性期缺血性腦卒中患者進行干預后，血清中磷酸化的JAK2與STAT3的表達均下降，治療效果顯著。這表明，分期針灸能通過干預JAK2/STAT3信號通路來介導缺血性腦卒中腦梗死急性期的治療[16]。臨床研究顯示，運用針灸療法對急性期缺血性腦卒中患者的干預會引起血清中IL-6水平的降低，證明針灸治療的機制與干預炎性因子IL-6的水平相關[17]。在缺血性腦卒中病理機制中的基礎實驗研究表明，對缺血性腦卒中腦梗死急性期小鼠模型運用IL-6受體抗體阻斷的方法，會導致磷酸化的STAT3表達顯著減少，梗死區域神經凋亡細胞數明顯增多，梗死面積顯著增加。這提示IL-6/JAK2/STAT3信號通路的活化會影響腦缺血急性期的病理進程[18]。同時，對缺血性腦卒中引起的血管性癡呆大鼠模型的相關研究表明，針刺相關腧穴作用于α7鹽堿樣乙酰膽堿受體(α7 nicotine acetylcholine receptor，α7nAChR)，通過α7nAChR激活JAK2/STAT3信號通路，會作用于下游炎癥因子基因，減少膠質細胞IL-6等促炎性炎癥因子的產生，防治過度的炎癥反應于神經元，引起腦組織的損傷，阻礙認知功能[19]；通過進一步研究表明，針灸干預缺血性腦卒中的治療作用是通過拮抗炎性反應起作用的，主要表現在降低IL-6、腫瘤壞死因子-α水平，其分子機制與α7nAChR/JAK2/STAT3信號通路相關[20]。所以，針灸治療缺血性腦卒中的分子機制，可能與JAK2/SATA3信號通路介導炎性反應，引起IL-6的水平變化有關。

對阿爾茨海默病相關實驗研究分析可知，針加灸法干預阿爾茲海默癥大鼠，能抑制JAK2/STAT3信號通路的活化以及蛋白的表達，減少阿爾茨海默病病理進程中的β-淀粉樣蛋白沉積誘導的小膠質細胞炎性反應，減緩其病理進程，對大鼠的海馬區認知功能障礙和大腦皮層損傷有治療作用[21-22]。這表明，針灸對于阿爾茨海默病的治療機制與缺血性腦卒中的機制類似，是通過干預JAK2/SATA3信號通路介導的炎性反應來進行的。

同時也有研究表明，運用電針干預腦缺血再灌注損傷的大鼠模型能夠提高JAK2、STAT3 mRNA和磷酸化的JAK2、STAT3蛋白表達，減少神經細胞凋亡，保護缺血再灌注引起的腦組織損傷，電針的這種干預不是針對神經細胞，而是神經元產生作用的[23]。

通過對不同針灸方法介導JAK2/SATA3信號通路的活化來治療多種腦血管疾病的研究進行分析，可知針灸是通過活化神經膠質細胞和海馬區神經元的JAK2/SATA3信號通路激活免疫反應，進一步調節炎性因子的水平發揮作用。但是在該類研究中，目前對JAK2/SATA3信號通路的下游炎性因子的研究較少，直接作用機制的研究尚且不足，在之后的研究中有待進一步補充。

3.2 JAK2/STAT3信號通路調節脂質代謝疾病及針灸干預效應

在脂質代謝方面，針灸干預JAK2/STAT3信號通路能調節脂質代謝，降低炎癥反應，對于介導高血脂癥引起的并發癥，如肥胖性高血壓、動脈粥樣硬化、糖尿病等臨床最為常見的疾病有其明確的治療機制。相關調節機制主要涉及瘦素/JAK2/STAT3信號通路和三磷酸腺苷結合盒轉運體A1(ABCA1)/JAK2/STAT3信號通路。

ABCA1/JAK2/STAT3信號通路是針灸對于高血脂癥治療機制研究的一條重要通路，在調節脂質與抗炎方面發揮重要作用。在對脂質代謝異常的高脂血癥的臨床試驗中，高脂血癥患者在針刺豐隆穴時能通過ABCA1激活JAK2/STAT3信號通路在巨噬細胞的表達，反作用于ABCA1的基因表達，增強ABCA1的表達能更有效的促使細胞內的膽固醇和磷脂轉移到細胞外的生理反應，減少脂質類在細胞內的堆積，同時能減弱巨噬細胞的炎性反應，使巨噬細胞減少促炎因子TNF-α、IL-6、MCP-1的分泌，從兩個方面發揮脂質代謝和抗炎效果，對臨床治療高血脂癥有良好的作用[24]。

在對高血脂癥模型兔進行隔藥餅灸治療的研究表明，隔藥餅灸激活瘦素/JAK2/STAT3信號通路，從而有效降脂[13]。同時，臨床研究與實驗研究證明[25]，高血脂癥與炎癥反應有高度相關性。對高血脂癥大鼠促炎性因子進行檢測，結果IL-6、TNF-α相較于正常大鼠而言水平偏高，而通過電針降脂干預后，促炎性因子的水平也隨之降低，證明了高血脂癥的發病機制中，炎癥反應也發揮了重要的作用，而針灸對高血脂癥治療作用的機制與針灸的抗炎作用有關。同時有基礎研究表明[26]只有長形式的受體才能與瘦素特異性結合，才能發揮調節脂質的代謝的重要作用，并且瘦素與長形式的受體結合從而激活JAK2/STAT3信號通路，能夠對T細胞、B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞產生影響作用已經被證實[27-30]。另外實驗研究表明[28]，瘦素激活JAK2/STAT3信號通路時，能夠影響T細胞、B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，其主要作用方式是通過促進這些免疫細胞產生促炎性因子IL-6、TNF-α、抗炎因子IL-10的水平，并且這種作用是通過依賴性濃度而增加的，但是對于不同的免疫細胞，產生的細胞因子的濃度是有所不同的。這都證明了針灸對高血脂癥的治療機制可能與激活瘦素/JAK2/STAT3信號通路后，通路降低炎癥因子分泌來調控脂質代謝方面來降脂。但目前研究不足的是，只有針灸關于該通路單方面地調控脂質或者與免疫相關的研究，并未將二者的關系進行更深入的研究。

3.3 JAK2/STAT3信號通路調節腫瘤免疫相關疾病

關于腫瘤方面，針灸治療的相關研究較少。僅有相關研究證明，對Lewis肺癌小鼠進行麥粒灸干預，相較于模型組，麥粒灸能降低IL-6以及STAT3的水平，同時麥粒灸能抑制Lewis肺癌小鼠的腫瘤生長速度，提高其生存率。這表明針灸對于腫瘤的治療效果與炎性反應相關，主要是與腫瘤微環境的形成有密切關系的是炎性反應，而針灸通過降低炎性反應來抑制腫瘤微環境的形成[31]。

同時JAK2/STAT3通路的激活會對肝、結腸、乳腺腫瘤的發展產生一定的影響。在對結腸癌的研究中發現STAT3促進結腸癌細胞的增殖活動，而IL-6能介導JAK2/STAT3通路的激活，從而促進結腸癌細胞的增長；通過研究促腎上腺皮質激素釋放激素(corticotropin-releasing hormone，CRH)干預結腸癌細胞增殖機制中，可以發現CRH通過與其受體結合而促進IL-6表達，從而激活JAK2/STAT3信號通路，提高細胞G1/S期而促進結腸癌細胞的增殖[32]。在對腫瘤相關巨噬細胞對肝癌細胞的作用機制研究中[33]，JAK2/STAT3信號通路會影響肝癌細胞凋亡。有研究表明[34]，M2型巨噬細胞可通過分泌IL-10來促進乳腺癌細胞的增殖、侵襲和凋亡，其機制可能與激活JAK2/STAT3通路相關。

針灸通過JAK2/STAT3信號通路對腫瘤微環境的治療機制研究較少，但是對于JAK2/STAT3信號通路在肝、結腸腫瘤的發病機制已經有一定的研究，未來可以對針灸干預腫瘤的治療機制進行更深入、更廣泛的研究，對于臨床上針灸輔助治療腫瘤提供一定的思路。

通過對JAK2/STAT3信號通路在疾病的發生和診療的相關分子機制及針灸干預研究發現，在腦血管疾病方面，針灸的干預機制主要是通過對小膠質細胞、神經元等上游分子進行活化，從而活化JAK2/STAT3信號通路，通過該通路作用于下游的炎癥因子，從而減輕腦組織的損傷。但目前對于在針灸干預腦血管疾病的研究中，主要是從激活JAK2/STAT3信號通路的受體研究較多，對于通路活化的下游炎性因子較少。在脂質代謝方面，相較于針灸對瘦素/JAK2/STAT3號通路的單方面研究，針灸對ABCA1/JAK2/STAT3信號通路將抗炎和降脂結合起來進行研究，對臨床有更好的指導作用，未來的研究過程中可以對針灸干預瘦素/JAK2/STAT3信號通路的降脂和抗炎作用進行綜合研究，為高血脂的治療達到更好的臨床指導作用。在對于腫瘤方面的研究，主要在JAK2/STAT3信號通路對腫瘤疾病發生發展的分子機制方面，目前針灸效應在這方面的研究相對較少，深入對針灸干預腫瘤疾病JAK2/STAT3信號通路分子機制的效應研究能為臨床治療提供更多的理論基礎。

4 結語

目前研究表明，對于JAK2/STAT3信號轉導通路的結構、與免疫的關系，我們已經有了一定的認識和了解，在這個基礎上，對于針灸介導該通路與針灸治療相關疾病的分子機制的關系進行了探究。對JAK2/STAT3信號轉導通路調節機體免疫功能的作用機制研究是通過兩方面進行的，一方面是免疫相關疾病發生發展的分子機制與JAK2/STAT3信號通路的關系，另一方面是對疾病診療過程中是否有JAK2/STAT3信號通路參與進行的相關研究。針灸目前關于JAK2/STAT3信號通路的研究多集中對疾病治療機制等方面的研究，主要體現在運用不同的針灸方法，在治療不同疾病的效應機制中是否有JAK2/STAT3信號通路的介導，這對于臨床運用針灸方法治療相關疾病提供了理論基礎。

目前針灸對JAK2/STAT3信號轉導通路研究尚有不足。一方面針灸對于免疫器官、免疫細胞和免疫因子以及腫瘤疾病的效應機制是否有JAK2/STAT3信號通路的參與尚未明確。另外一方面對于針灸在脂質代謝和腦血管疾病方面，針灸對于JAK2/STAT3信號通路激活的上游受體以及下游炎性分子的研究，以及激活下游分子能反作用于JAK2/STAT3信號通路的研究相對較少，這種多通路的交互作用均有待深入研究。

近些年對于JAK2/STAT3通路在腫瘤的免疫機制作用，以及針灸對于免疫的作用研究已經深入到細胞的相關通路，如PD-1、CTLA-4以及其他免疫分子的通路研究。對該通路是如何在針灸干預發揮調控作用的機制還需要更多的探索，通過整理分析目前的研究，可知針灸介導JAK2/STAT3通路的直接機制研究還有待建立更全面的認識，在今后的研究中應更多的集中通路與效應分子的直接作用關系。綜上所述，在今后的研究中，對針灸干預腫瘤的機制與JAK2/STAT3信號通路相關性，以及該通路的下游炎性因子的變化進行相關探索研究，明確其發揮功能的機制，從而為臨床針灸治療相關疾病提供有力的理論支持。