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JAK-STAT信号转导通路在类风湿性关节炎中的研究进展
时间:2017-02-06 14:51:19

类风湿关节炎(rheumatoid arthritisRA)是以多关节受累为主要表现的自身免疫性疾病,其病理特征主要表现为关节滑膜增生、血管翳生成、炎性细胞浸润、关节软骨破坏,最终关节功能障碍,甚至畸形。虽然RA的病因及发病机制目前还未完全明确,但其病理过程主要由细胞因子参与和介导。这些细胞因子在RA滑膜病变中起着核心作用,其主要通过RA滑膜自分泌或旁分泌的形式大量产生,它们相互影响,相互促进,构成了一个较为复杂的网络,最终引起免疫失衡、炎症反应、滑膜细胞增殖。

滑膜细胞的信号转导通路成为近些年来研究的热点。研究发现:大多数细胞因子与其受体结合后,通过一条共同的信号转导途径非受体酪氨酸蛋白激酶JAK-STAT通路调控基因的表达。研究 RA 滑膜细胞中的这些信号转导通路的功能将有助于从一个新的角度探索滑膜细胞的病变发生机制,从而为治疗RA提供新的作用靶点。许多细胞因子(cytokine)如:白介素(IL)、生长激素(GH)、集落刺激因子(CSF)、干扰素(IFN)等,它们的受体为单次跨膜蛋白,这种蛋白不具有酶的活性,但其可以与配体结合后产生二聚化从而被激活,这类连接胞内酪氨酸蛋白激酶(JAK)的信号通路称为JAKSTAT信号转导通路。在正常生理状况下,细胞胞浆中的P-JAK和其下游的P-STAT含量很低,它们被一系列正负调控机制所调节,从而保持着动态稳定。

 

1.JAK-STAT信号转导通路

 

JAKJanus Kinase)有4个家族成员(JAK1JAK2JAK3TYK2),JAK3仅于骨髓、淋巴系统中存在,剩余3种广布于机体的细胞和组织中。这4个家族成员均有7个同源区域(JH1~JH7),JH1JH2分别为激酶区域和伪激酶区域。JAK 被称为 Janus(两面神激酶),它既能激活含特定SH2区域的信号因子,又能使与其相连的细胞因子受体发生酪氨酸磷酸化,从而被激活。

STATsignal transducers and activators of trans-cription)被称为信号传导及转录激活因子,属于胞质蛋白,因其含 SH2SH3,可通过靶基因调控区DNA 结合特定含磷酸化酪氨酸的肽段。STAT7种家族成员(STAT1~4STAT5aSTAT5b STAT6),STAT3STAT5 与人体血液系统的关系最为密切。STAT在结构上均含 SH2SH3区域,SH2SH3分别处于第600-700500-600位氨基酸之间,SH2 序列高度保守,SH3差于SH2。在功能上,SH2 STATS的激活有关,而 SH3 可结合含脯氨酸的序列。不同的STAT中有相同的 DNA结合域,但其最佳结合点是有区别的。STAT处于 JAK下游,JAK使其磷酸化后,形成二聚体而激活,活化的转录因子可进入细胞核结合靶基因,并促其进行转录。

在许多细胞的生长、分化、增殖、凋亡等方面,JAK-STAT信号转导通路发挥着显著的影响力。该信号通路能够被干扰素家族、单链家族、γC家族及gp130家族所激活。

JAK-STAT通路的信号传导过程中,一种细胞因子可以激活多种 JAK激酶,但STAT 却会被特异性地选择。细胞因子受体中与STAT分子结合的特定氨基酸序列和STAT 中的 SH2结构域共同决定了这种选择的特异性。例如 IL-4激活 STAT6,对 STAT3可无作用;IL-6能够激活 STAT3,但对 STAT6无作用;高浓度的 IL-6能够激活 STAT1α;IL-12激活 STAT4 等。

实验证实 RA患者炎性滑膜组织中 JAKSTAT1STAT3 高表达,但经过治疗后 JAKSTAT1STAT3的表达均降低,而这3种因子在正常人或骨关节炎患者中表达很少。其中 STAT3的激活仅存在RA患者的滑膜组织中,而普通关节炎患者滑膜中检测不到。诸多细胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL -2IL -4IL -6IL -7IL -9IL -10IL -12IL-15IL-17IL-21等都是通过影响 JAK-STAT 通路从而在RA的发病中起到重要作用。

 

2.JAK-STAT信号转导通路负反馈调节机制

 

JAK-STAT信号通路的负反馈是其自身的调节机制,其负反馈可以避免该通路因持续开放而造成的细胞代谢失调和生理功能紊乱。JAK-STAT信号通路的负反馈机制包括JAK-STAT 的自身负反馈物质细胞因子信号抑制蛋白(suppressor of cytokinesignalingSOCS)、细胞因子诱导含SH2结构域蛋白(cytokine-inducible SH2 containing proteinCIS)和蛋白酪氨酸磷酸化酶(protein tyrosine phosphatasePTP)的去磷酸化作用等。

SOCS 家族通过与STAT竞争性结合JAK酪氨酸磷酸化位点,抑制了其下游信号分子的传递。1997SOCS被成功克隆,SOCS家族(即SSICIS家族)由SOCS1~7CIS8 种蛋白组成。许多细胞因子可诱导该家族产生,随后抑制该信号通路进行传导。目前CISSOCS1SOCS3被研究最多,JAK-STAT信号通路最主要的抑制因子就是 SOCS1 SOCS3。一般在生理状况下,由于这二者的表达水平很低而检测不到,但许多细胞因子可以激活该通路,从而诱导它们的表达增高。细胞因子诱导产生,而SOCS又反过来抑制了细胞因子的信号传导,这双方就构成了一条经典的负反馈抑制链条。研究表明,IL-6IFN-γ、IFN-α/β等细胞因子的信号传导可被SOCS1SOCS3显著抑制。

 

3.JAK-STAT 信号转导途径与类风湿性关节炎

 

JAK-STAT 信号转导通路是目前国内外对RA的发病研究最多的方面。实验证明JAK STAT1SOCS3 在正常人或关节炎病人滑膜中很少表达,而在RA 患者滑膜组织中表达较高,且经过治疗后其表达明显降低。其中STAT3 的激活仅存在于RA患者的滑膜组织中,而普通关节炎患者滑膜中检测不到。

Kasperkovitz P 等实验显示,相对于反应性关节炎和骨关节炎(OA)患者,RA 患者FLSTB 细胞中可见大量STAT1P-STAT1蛋白表达。De HoogeA S 等研究表明,在STAT1-/-鼠酵母多糖诱导关节炎中,可见肉芽肿形成和关节炎进行性加重并伴有SOCS1蛋白骤减,表明可能是由于 STAT1缺陷导致其诱导的SOCS1蛋白表达降低,使其抗炎作用减弱的结果。从上述研究推断,在RA的炎症滑膜组织中STAT1可能具有致炎和抗炎的双重机制。Krause A等研究表明,在RA患者中,滑膜组织的促凋亡机制可能由 STAT1 激活,对滑膜组织的增生起到了良好的抑制作用。

STAT3 能够促进T细胞存活及其抗体的产生,并抑制 FLS的凋亡,在RA发病过程中起到关键性作用。STAT3 缺失会导致 RA 滑膜细胞异常增殖,STAT3主要由IL -6IL -10IFNα/β激活。1995 Sengupta T K 等首先发现在炎症性关节炎患者滑液的单核细胞中 STAT3DNA具有结合活性,而且动物实验也证明了STAT3能使关节的炎症反应发生变化。

STAT4STAT6二者介导炎症反应中多种具有重要作用的细胞因子的信号转导。IL-12 Thl细胞的诱导物,其信号通过STAT4转导,在RA其水平明显升高,它能够导致Thl/Th2 免疫失衡,使炎性细胞因子受体、调黏附分子及 IFN-γ 增多。Walker J G等应用免疫组织化学及免疫荧光方法检测RA、脊柱关节病、OA患者活检的滑膜组织中 JAK3STAT4STAT6 的表达情况,结果表明只有RA滑膜组织中的树突状细胞高度表达 STAT4 JAK3 蛋白,这可能成为早期诊断RA的标志。与之相对照,IL-4 Th2 型细胞因子,具有抗炎、免疫调节和免疫刺激的特性,在调节Th细胞亚型的平衡中起重要作用,而其信号是通过STAT6转导的。

 

4.阻断JAK-STAT通路在类风湿性关节炎治疗中的应用

 

IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-2IL-4IL-6IL -7IL -9IL -10IL -12IL -15IL -17IL -21等诸多细胞因子都是通过影响JAK-STAT通路从而在RA的发病中起到重要作用。此通路在RA的发病中呈持续激活状态,参与滑膜细胞的增殖、炎性细胞因子的释放等过程,因此针对性阻断JAK-STAT通路将能达到调节细胞活动、改善RA病理过程的目的。因 STAT 不具有酶活性,所以任何针对STAT的治疗药物只能通过阻断STAT的表达、二聚体的形成或与DNA的结合而发挥作用。以这些位点作为靶目标具有发挥治疗作用的可能性,目前还没有成功研制出小分子STAT抑制剂,但诸多JAK阻断剂已经应用于临床。

Tofacitinib是辉瑞公司2012年研发的针对 JAK通路的抑制剂,已获得美国食品与药物管理局(FDA)批准上市。Tofacitinib可以有效抑制 JAK1JAK3,通过III 期临床试验证实了其治疗RA的疗效。美国风湿病学会曾统计,口服Tofacitinib片剂6个月,50%以上患者的症状明显改善,而口服阿达木单抗的患者只达到 47.2%AG49O结构和酪氨酸类似,属于人工合成的苯亚甲基丙二腈的酯类衍生物,它可与酪氨酸激酶竞争受体结合位点,从而对JAK-STAT 起到阻断作用,影响了下游的一系列免疫反应,其中对 JAK2JAK3抑制作用最为明显。这些阻滞剂可以通过阻断免疫介导的炎症反应来缓解临床症状。近十几年的临床数据表明,抑制促炎细胞因子介导的JAK-STAT通路,使其不被激活,可以有效缓解类风湿患者的临床症状。

综上,JAK-STAT信号转导通路在RA滑膜细胞因子的信号转导及免疫细胞的增殖、分化、凋亡等方面发挥着重要作用,JAK-STAT通路抑制剂的临床应用可能为治疗带来新的策略。尽管近几年来对JAK-STAT信号通路在RA中的作用进行了大量研究,但仍有很多问题尚不清楚,需要进一步探索。因此,深入研究JAK-STAT信号通路及其负反馈调节因子将有助于RA发病机制的阐明,对更安全有效药物的开发也将产生深远影响。

 

(来源:张晓园,山西中医学院院报)

 

 

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