JAK－STAT信號(hào)通道在動(dòng)脈粥樣硬化中的意義

郝 赫 綜述，關(guān)立克 審校 (延邊大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，吉林 延吉 133200)

JAK－STAT信號(hào)通道在動(dòng)脈粥樣硬化中的意義

郝 赫 綜述，關(guān)立克 審校 (延邊大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，吉林 延吉 133200)

JAK－STAT;動(dòng)脈粥樣硬化;缺血再灌注

AS是危害人類健康最嚴(yán)重的疾病之一，是缺血性心腦血管疾病的病理和病理生理基礎(chǔ)，具有較高的致殘率和致死率。盡管目前AS的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但一般認(rèn)為其發(fā)病的機(jī)制與氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、剪切力、高糖等相關(guān)，其中炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激在AS病變進(jìn)展中是兩個(gè)重要的因素。而JAK－STAT信號(hào)通路是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一條由細(xì)胞因子刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，不僅參與炎性反應(yīng)，同時(shí)也與氧化應(yīng)激、細(xì)胞損傷、凋亡等密切相關(guān)。那么JAK－STAT信號(hào)通路與AS是否存在相應(yīng)的關(guān)系，而在AS中又起到什么樣的作用與意義，本文就JAK－STAT信號(hào)通道在動(dòng)脈粥樣硬化中的研究進(jìn)展做一個(gè)簡(jiǎn)單綜述。

1 JAK－STAT信號(hào)通路的組成與傳遞

JAK－STAT信號(hào)通路是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一條由細(xì)胞因子刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學(xué)過(guò)程。

在哺乳動(dòng)物 JAKs家族中已發(fā)現(xiàn)4種激酶，即 JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2。STATs作為JAKs的靶蛋白，是存在于胞質(zhì)中的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族。已在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)7種由750－850個(gè)氨基酸組成的STAT蛋白，即:STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6，其中 STAT1含有 2 種同源蛋白STAT1a，STATb［1－2］。

JAK－STAT信號(hào)傳遞的基本過(guò)程可概括為:①細(xì)胞因子與其相應(yīng)配體結(jié)合;②受體和JAKs發(fā)生聚集，鄰近的JAKs相互磷酸化而被活化;③JAKs的JH1結(jié)構(gòu)域催化STATs上相應(yīng)部位的酪氨酸殘基磷酸化，同時(shí)STATs的SH2功能區(qū)與受體中磷酸化的酪氨酸殘基作用而使STATs活化;④ STATs進(jìn)入核內(nèi)同其他一些轉(zhuǎn)錄因子相互作用從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄［3］。

有大約40種多肽可以與細(xì)胞表面特異受體結(jié)合，激活STAT通路。有3種已知的STATs只能被有限的幾種配體激活:Stat2只能被IFNα/β激活;Stat4只能被IL－12和IFN－α激活;Stat6只能被IL－4和IL－13激活而 Statl、Stat3、Stat5可以被多種配體激活，其中與VSMC內(nèi)信號(hào)通路密切相關(guān)的主要為 Statl和 Stat3［4］。

2 JAK－STAT信號(hào)通路與AS的病理生理

動(dòng)脈粥樣硬化是一個(gè)由動(dòng)脈血管壁粥樣斑塊進(jìn)行性積聚，最終導(dǎo)致局灶性動(dòng)脈阻塞的病理過(guò)程。前者主要涉及3個(gè)病理過(guò)程，即泡沫細(xì)胞(Foam cell)的分化、炎性反應(yīng)以及細(xì)胞增殖。在病變?cè)缙冢ǔＳ袉魏?巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞的聚集，而進(jìn)展期可見(jiàn)富含脂質(zhì)單核/巨噬細(xì)胞來(lái)源的泡沫細(xì)胞增多，以及血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)遷移增殖，細(xì)胞碎屑堆積，以致粥樣斑塊纖維帽生成。由此在動(dòng)脈內(nèi)膜可誘發(fā)與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的局部炎性反應(yīng)。

2.1 JAK－STAT信號(hào)通路與血管平滑肌細(xì)胞:Nageswara在研究凝血酶促VSMC生長(zhǎng)作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)［5］，此作用主要通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體來(lái)介導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)在用凝血酶處理VSMC后，JAK2被快速激活，而Statl、Stat3磷酸化活性升高，從而使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與特異性DNA片段結(jié)合，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄，這一過(guò)程依賴于JAK2的激活。上述結(jié)果表明，VSMC多種生理學(xué)功能與JAK/STAT通路密切相關(guān)。

血小板源性生長(zhǎng)因子BB對(duì)血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)是一種強(qiáng)大的絲裂原活化劑，Indira研究了這種作用的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制［6］，發(fā)現(xiàn)血小板源性生長(zhǎng)因子BB可促進(jìn)JAK－2和Stat3的酪氨酸磷酸化，并呈時(shí)間依賴性，用JAK－2抑制劑AG490及其顯性負(fù)性突變體GJak－2K EpRK5處理VSMC后，可降低由PDGF－BB誘導(dǎo)的Stat3蛋白的磷酸化活性及其與細(xì)胞核內(nèi)的DNA結(jié)合活性，這些研究結(jié)果表明，JAK－2/Stat3通路在PDGF－BB誘導(dǎo)的VSMC遷移過(guò)程中發(fā)揮有重要作用。

2.2 JAK－STAT信號(hào)通路與炎性反應(yīng)介質(zhì):眾所周知，IL－6作為炎性反應(yīng)的誘導(dǎo)因子，它的表達(dá)失控是失控性炎性反應(yīng)發(fā)生至發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，它與血管性疾病及動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展密切相關(guān)。炎性反應(yīng)型單核細(xì)胞在血管中堆積分泌IL－1、IL－6、TNF－α等炎性反應(yīng)介質(zhì)可直接損傷血管內(nèi)皮進(jìn)入動(dòng)脈壁內(nèi)膜分化成巨噬細(xì)胞啟動(dòng)并維持動(dòng)脈粥樣硬化的慢性炎性反應(yīng)。IL－6作為一種多功能的炎性反應(yīng)細(xì)胞因子，在體內(nèi)具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，它能夠參與心肌功能的異常調(diào)節(jié)。其作用的重要機(jī)制是IL－6直接促進(jìn)VSMC的增殖以及單核細(xì)胞趨化因子1的釋放，Watanabe實(shí)驗(yàn)證明了這種促進(jìn)作用是通過(guò)JAK－STAT信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的［7］，而其上游酪氨酸激酶JAK抑制劑AG490(AG490是一種選擇性拮抗JAK－2酪氨酸磷酸化的抑制劑可有效阻斷其下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子STAT的活化)則可抑制上述作用，上調(diào)IL－6、STAT1、INF敏感轉(zhuǎn)錄因子亞基和IL－10受體基因能夠激活冠狀和頸動(dòng)脈斑塊中的JAK－STAT通路［8］。IL－6是一個(gè)重要的炎性因子它的這種致炎作用與JAK－STAT信號(hào)通路有著密切關(guān)系。

JAK－STAT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑始于JAK－2磷酸化后激活，激活的JAK－2再激活JAK－1，繼而在JAK－1的作用下，STATl和STAT2分別被激活，前者形成同源二聚體后須與協(xié)同活化因子CREB結(jié)合蛋白(CBP)或p300結(jié)合后才能在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮其生物學(xué)活性［9］。Gharavi等用氧化的磷酰膽(oxidized1－palm－itoyl－l2－arachidonoy－lsn－glycero－3－phosphorylcholine，ox－PAPC)或其磷脂成分 (1－palmitoy－l2－epoxyisoprostane－snglycero－3－phos－phorylcholine，PEIPC)能快速持久地激活人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的JAK2磷酸化，抑制JAK2活性后能抑制STAT3磷酸化，從而抑制 IL－8的合成［10］。

2.3 JAK－STAT信號(hào)通路與氧化應(yīng)激:血管平滑肌氧化應(yīng)激反應(yīng)中，有研究顯示在氧化應(yīng)激過(guò)程中NADPH氧化酶1(NADPH oxidase1，Nox1)和Nox4的啟動(dòng)子區(qū)含有 STAT1和STAT3的結(jié)合位點(diǎn)，JAK/STAT的抑制劑能抑制INF－C誘導(dǎo)人血管平滑肌細(xì)胞Nox的活性。抑制Nox的活性能減少氧自由基的產(chǎn)生，減少細(xì)胞的氧化損傷。IFN－Y刺激后可誘導(dǎo)并活化JAK －STAT通路，使TNF－α、IL－1β 產(chǎn)生增多［8］。在大鼠巨噬細(xì)胞和人DLDl細(xì)胞中，IFN－Y等通過(guò)激活JAK2和下游的STATl和STAT3，增強(qiáng)誘導(dǎo)一氧化氮合酶(iNOS)表達(dá)并加重炎性反應(yīng)。在上述反應(yīng)中，iNOS在內(nèi)毒素刺激下可誘導(dǎo)細(xì)胞過(guò)表達(dá)NO，后者可直接損傷細(xì)胞DNA，使其發(fā)生斷裂，以致細(xì)胞凋亡［12］。

Gharavi等發(fā)現(xiàn)磷酸化的STAT3(P－STAT3)主要是在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊炎性反應(yīng)區(qū)的內(nèi)皮細(xì)胞核內(nèi)，其他炎性細(xì)胞中比較少，而非炎性反應(yīng)區(qū)幾乎無(wú)P－STAT3［13］。JAK/STAT通路參與了動(dòng)脈粥樣硬化的形成，STAT通路在心血管保護(hù)中有著重要的角色。

3 JAK－STAT信號(hào)通路與缺血再灌注

心肌缺血再灌注(I/R)損傷是指缺血期處于可逆損傷的心肌細(xì)胞經(jīng)恢復(fù)血液供應(yīng)后轉(zhuǎn)化為不可逆損傷。I/R導(dǎo)致了心肌細(xì)胞的死亡和不可逆的功能喪失，凋亡越來(lái)越被認(rèn)為是心臟I/R時(shí)心肌細(xì)胞死亡的主要機(jī)制之一。

大量研究表明細(xì)胞凋亡的發(fā)生與Bel－2/Bax這一對(duì)凋亡調(diào)控基因的表達(dá)水平密切相關(guān)［14－15］。而Bel－2和Bax的表達(dá)受到JAK－STAT通路的調(diào)控［16］。盡管STATl和STAT3具有高度同源性，但結(jié)構(gòu)的差異足以使它們?cè)谡{(diào)節(jié)靶基因上具有特異性，但總的來(lái)說(shuō)，STAT3激活與細(xì)胞生長(zhǎng)的正調(diào)節(jié)有關(guān)，并且與多數(shù)抗炎細(xì)胞相聯(lián)系;相反，STATl的激活與促炎和抗增殖反應(yīng)有關(guān)［17－18］。

egoro首先提出了JAK/STAT在缺血期間被激活的證據(jù)［19］，大鼠冠脈持續(xù)閉塞1～24 h后STAT3磷酸化增加，JAK阻斷劑AG490處理抑制了STAT3磷酸化并導(dǎo)致了凋亡相關(guān)基因caspases－3和bax表達(dá)的增加，這表明JAK/STAT通路的抗凋亡作用。

有研究顯示，在離體大鼠心臟I/R過(guò)程時(shí)，隨再灌注時(shí)間的延長(zhǎng)，心功能逐漸惡化，壞死心肌細(xì)胞數(shù)逐漸增多，JAK一趼AT通路的兩個(gè)亞型STATl、STA耶均被激活，在缺血30min時(shí)STAT3即被激活，先于大量心肌細(xì)胞壞死和明顯心功能惡化之前，隨后的再灌注過(guò)程中趼A13保持原有激活狀態(tài)，與缺血30 min比未見(jiàn)進(jìn)一步增高。而STATl的激活則遲于STAl3，在缺血30 min時(shí)未見(jiàn)明顯變化，在再灌注5min開(kāi)始激活，30min達(dá)到高峰，后略有降低，但仍處于較高水平的激活狀態(tài)。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，STAT1和STAT3的激活存在著時(shí)間差異，在再灌注期主要以STAT1激活為主，在缺血期主要以STAT3激活為主，兩者的比例與心功能和心肌細(xì)胞壞死程度呈高度相關(guān)性，這說(shuō)明JAK－STAT通路參與了I/R損傷的過(guò)程。

SteDhanou等通過(guò)心肌細(xì)胞模擬缺啦再灌注模型發(fā)現(xiàn)［16］，再灌注可引起STATl而不是STAT3的快速磷酸化，用STATl轉(zhuǎn)染的心肌細(xì)胞導(dǎo)致模擬缺血后凋亡的增加，可能是由于caspase－1的上調(diào)，然而用STAT3轉(zhuǎn)染的心肌細(xì)胞減 少了缺血誘導(dǎo)的凋亡。

Omura等認(rèn)為［20］，在大鼠持續(xù)冠脈閉塞后STAT3的磷酸化開(kāi)始于15 min持續(xù)到4 h，而無(wú)STATl的磷酸化。JAKl的磷酸化在冠脈閉塞后60 min才明顯增加。Mascareno等在離體大鼠心臟缺血30 min再灌注2 h的模型中觀察到［21］，缺血期和再灌注2 h STAT5a和STAT6激活，用洛沙坦預(yù)處理可以抑制其激活。再灌注2 h JAK2也被激活，用JAK阻斷劑AG490預(yù)處理抑制了其激活及與GAS的結(jié)合活性，同時(shí)改善了心功能，減少了梗死面積和凋亡細(xì)胞數(shù)。

STATl的激活增加I/R后心肌細(xì)胞凋亡，這是通過(guò)誘導(dǎo)促凋亡的caspase－1、Fas和FaL基因的表達(dá)，增加了心肌細(xì)胞的死亡。進(jìn)一步用STATl抑制劑阻止I/R后心肌細(xì)胞caspase－1、Fas、FasL的激活，保護(hù)了 I/R誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的死亡［16，19，22］?，F(xiàn)在已經(jīng)明確［23］，TNF 儀 mRNA 啟動(dòng)子上含有sTAT3結(jié)合位點(diǎn)，抑制sTAT3的活化可降低TNF儀mRNA的轉(zhuǎn)錄水平閻。心肌缺血再灌注損傷使 TNF－α和IL－6表達(dá)明顯升高抑制JAK－STAT通路的活化可下調(diào)心肌組織TNF－α和IL－6、NF－KB 的表達(dá)［24］，這可能有助于減輕缺血再灌注所致心肌損傷并抑制炎性反應(yīng)的發(fā)生。

STATl和STAT3在決定心肌細(xì)胞生存上起相反作用，STATl的激活與缺血引起的心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)，而STAT3則具有心臟保護(hù)作用［24］。

以上研究提示JAK.STAT通路激活對(duì)I/R損傷產(chǎn)生不利影響，而阻斷該通路具有抗I/R損傷的心臟保護(hù)作用。

動(dòng)脈粥樣硬化病變主要累及主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈、腦動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、大型肌彈X型動(dòng)脈、中型肌彈力型動(dòng)脈，最終導(dǎo)致它們的管腔狹窄以至完全堵塞，使這些重要器官缺血缺氧、功能障礙以至機(jī)體死亡。而JAK－STAT機(jī)制在動(dòng)脈粥樣硬化的形成發(fā)展和穩(wěn)定中起著重要的作用，阻斷該途徑能有效的防止動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)疾病的發(fā)生。這些新的認(rèn)識(shí)，為人們找到了預(yù)防和治療AS的新靶點(diǎn)。

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關(guān)立克

2012－11－22 編校:費(fèi)越/鄭英善］