IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路在纖維化疾病中作用的研究進(jìn)展*

韓 超，王麗娟，王鵬源，胡良皞

（海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，上海 200433）

組織或器官纖維化是多種疾病的基本病理改變，臨床中較為常見(jiàn)的包括肺纖維化、肝纖維化、腎纖維化和心肌纖維化等。白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）/Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號(hào)通路是參與調(diào)控細(xì)胞分化和增殖等生物學(xué)功能的重要分子機(jī)制。既往研究多聚焦于該信號(hào)通路在腫瘤和炎癥發(fā)生發(fā)展中的作用。此外，也有很多研究證實(shí)該信號(hào)通路在纖維化疾病中扮演重要角色，尤其對(duì)調(diào)控成纖維細(xì)胞增殖和分化過(guò)程至關(guān)重要。因此，本文綜述IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路在常見(jiàn)纖維化疾病中的作用機(jī)制以及信號(hào)通路抑制劑的研究成果，以期為該信號(hào)通路抑制劑用于臨床抗纖維化治療提供參考。

1 組織或器官纖維化的概述

通常情況下，組織受到損傷后會(huì)進(jìn)行自我修復(fù)，包括結(jié)構(gòu)重建和功能恢復(fù)等。機(jī)體在受到損傷性刺激后，出現(xiàn)局部炎癥反應(yīng)以清除壞死細(xì)胞，主要表現(xiàn)為局部免疫細(xì)胞浸潤(rùn)、活化并分泌多種炎癥介質(zhì)；隨后，這些炎癥介質(zhì)激活具有組織修復(fù)潛力的間充質(zhì)細(xì)胞，使其從靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）合成，參與組織結(jié)構(gòu)修復(fù)。然而，如果組織中炎癥反應(yīng)長(zhǎng)期存在導(dǎo)致自我修復(fù)過(guò)程不能及時(shí)終止，便會(huì)呈現(xiàn)炎癥反應(yīng)失衡、大量膠原蛋白沉積和組織結(jié)構(gòu)改變的病理狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生纖維化，導(dǎo)致功能障礙［1］。因此，如何能夠及時(shí)阻斷纖維化修復(fù)進(jìn)程中的信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)是纖維化疾病研究的焦點(diǎn)。

2 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的生物學(xué)特性及其在纖維化修復(fù)中的作用

IL-6是一種重要的炎性細(xì)胞因子，可由多種細(xì)胞合成并分泌，參與調(diào)節(jié)組織炎癥反應(yīng)和細(xì)胞增殖等重要生物學(xué)進(jìn)程。IL-6受體（IL-6 receptor，IL-6R）由結(jié)合鏈（α鏈）和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈（β鏈/gp130）組成，主要分為兩類，分別為細(xì)胞膜IL-6R和細(xì)胞質(zhì)中可溶性IL-6R，IL-6通過(guò)結(jié)合不同的受體，啟動(dòng)經(jīng)典信號(hào)通路或反式信號(hào)通路，并調(diào)控不同的生物學(xué)效應(yīng)［2］。

IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的關(guān)鍵蛋白JAK屬于酪氨酸激酶家族，包含JAK1、JAK2、JAK3和TYK2共4個(gè)主要成員。除JAK3主要分布于血液系統(tǒng)外，JAK1、JAK2和TYK2在全身各個(gè)系統(tǒng)中均廣泛表達(dá)［3］。組織損傷后大量釋放的IL-6與IL-6R結(jié)合后形成復(fù)合體，其中的gp130能夠促使JAK由非活化狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)，從而啟動(dòng)下游多種信號(hào)通路［4］。

STAT是JAK下游重要的信號(hào)蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6七個(gè)主要成員。其中，STAT3基因的缺失具有胚胎致死性，即STAT3對(duì)維持細(xì)胞生物功能至關(guān)重要［5-6］。非活化狀態(tài)的STAT3以單體形式廣泛存在于細(xì)胞質(zhì)中；gp130中的酪氨酸殘基磷酸化后能夠錨定STAT3的Src同源結(jié)構(gòu)域2（Src homology 2，SH2），使活化后的JAK靠近STAT3，并將STAT3第705位酪氨酸（Tyr705）磷酸化。磷酸化后的STAT3會(huì)以二聚體形式頭尾相連并入核，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控［7］。除了最為常見(jiàn)的Tyr705磷酸化外，第727位絲氨酸（Ser727）磷酸化及其他位點(diǎn)的泛素化［8］、乙?；?］和甲基化［10］等修飾均屬于STAT3經(jīng)典活化機(jī)制。另外，STAT3在線粒體［11］、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)［12］和血小板［13-14］內(nèi)部通過(guò)非經(jīng)典活化機(jī)制也發(fā)揮不同的生理功能。

組織或器官受到損傷等刺激后，早期以急性炎癥反應(yīng)清除壞死細(xì)胞或組織為主，晚期則以結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能恢復(fù)為主。目前研究證實(shí)很多炎癥相關(guān)機(jī)制均參與介導(dǎo)組織或器官的纖維化，例如pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白3炎癥小體［15-16］、初始CD4+T細(xì)胞活化［17］等。在早期炎癥反應(yīng)過(guò)程中，初始CD4+T細(xì)胞受到IL-6和TGF-β1等細(xì)胞因子的刺激后，分別激活下游的STAT3和SMAD信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)和組織修復(fù)；如損傷刺激條件持續(xù)存在導(dǎo)致IL-6水平持續(xù)升高，則可進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-21表達(dá)水平增加，而增加的IL-21正反饋促進(jìn)STAT3活化，導(dǎo)致“瀑布式”持續(xù)的炎癥反應(yīng)［18］。同時(shí)，IL-6水平持續(xù)升高也會(huì)激活JAK/STAT3信號(hào)通路，通過(guò)介導(dǎo)增殖、自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激或上皮細(xì)胞/成纖維細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化等機(jī)制促進(jìn)纖維化進(jìn)程［19］。因此，IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路能夠介導(dǎo)早期炎癥進(jìn)展為慢性纖維化的病理過(guò)程，而如果能夠適當(dāng)調(diào)控該信號(hào)通路，則有望達(dá)到控制炎癥和抑制纖維化的雙重效果。

3 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路在不同類型纖維化疾病發(fā)揮的機(jī)制不同

3.1 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路介導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞凋亡和炎癥參與肺纖維化特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一種以慢性進(jìn)展性肺纖維化為病理特征的疾病，臨床表現(xiàn)為勞力性呼吸困難和干咳，目前病因未明，絕大多數(shù)患者在確診后2～5年內(nèi)進(jìn)展為呼吸衰竭［20］。研究人員通過(guò)對(duì)比正常人群和IPF患者的肺泡上皮，證實(shí)IL-6在正常肺泡上皮細(xì)胞中能夠促進(jìn)Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和Bax的表達(dá)升高，但在IPF患者的肺泡上皮中卻抑制細(xì)胞凋亡并誘導(dǎo)Bcl-2表達(dá)升高，說(shuō)明IL-6在生理或病理?xiàng)l件的肺泡上皮中具有不同的作用［21］。Kobayashi等［22］通過(guò)博來(lái)霉素（3 mg/kg）誘導(dǎo)建立小鼠肺纖維化模型，檢測(cè)到肺泡灌洗液中IL-6水平呈雙峰改變，即在早期（12～72 h）和晚期（8～10 d）達(dá)到峰值水平；應(yīng)用IL-6中和抗體阻斷IL-6早期高峰能夠促進(jìn)Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞凋亡和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，并加速肺纖維化進(jìn)展，而阻斷晚期高峰則能夠緩解肺纖維化，提示在病變?cè)缙贗L-6具有促炎癥修復(fù)的作用，而在病變晚期則以促纖維化作用為主。上述研究結(jié)果表明，IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的長(zhǎng)期激活是導(dǎo)致肺纖維化的重要因素之一。在此基礎(chǔ)上，研究人員也進(jìn)行了相關(guān)藥物（丹參酮ⅡA聯(lián)合葛根素［23］、宣肺敗毒湯［24］等）研究，結(jié)果表明抑制IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路能夠減輕組織炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，緩解肺纖維化進(jìn)展。

3.2 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路調(diào)控炎癥和免疫反應(yīng)參與肝纖維化肝纖維化以進(jìn)行性ECM沉積及肝小葉結(jié)構(gòu)受損為特征，肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cell，HSC）活化在肝纖維化病理進(jìn)程中扮演重要角色［25］。Kovalovich等［26］敲除小鼠Il-6基因后，應(yīng)用四氯化碳誘導(dǎo)建立小鼠急慢性肝損傷模型，檢測(cè)到Il-6基因敲除小鼠HSC中α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）水 平 升 高。Streetz等［27］在gp130基因敲除小鼠中應(yīng)用四氯化碳建立慢性肝損傷模型，觀察到選擇性敲除肝臟非實(shí)質(zhì)細(xì)胞中g(shù)p130基因會(huì)加重肝纖維化。此外，其他研究也證實(shí)IL-6通過(guò)激活MAPK和JAK/STAT3信號(hào)通路，誘導(dǎo)HSC活化，促進(jìn)肝纖維化［28］；而藻酸雙酯鈉等藥物能通過(guò)阻斷JAK/STAT3信號(hào)通路發(fā)揮抑制肝纖維化的作用［29］。上述研究表明，IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路參與肝纖維化的病理生理機(jī)制復(fù)雜，而且與其他信號(hào)通路存在交互作用，共同影響肝纖維化病理進(jìn)程。

在我國(guó)，乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）是導(dǎo)致肝纖維化的主要病因之一。研究證實(shí)，活化的STAT3能夠激活自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞，清除肝壞死細(xì)胞；HBV感染會(huì)降低STAT3表達(dá)水平，影響NK細(xì)胞清除功能，進(jìn)而導(dǎo)致肝纖維化；而外源性補(bǔ)充STAT3則能夠改善NK細(xì)胞功能，減輕HBV感染導(dǎo)致的肝纖維化［30］。然而，也有研究表明STAT3可能具有促進(jìn)肝臟炎癥和纖維化、加重肝損傷 的 作 用。同 源 框 基 因A10（homeobox A10，HoxA10）屬于Hox基因家族，其編碼蛋白HoxA10能夠參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，在細(xì)胞分化和腫瘤生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用［31］。HBV感染后小鼠動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)HoxA10能夠加速M(fèi)APK和STAT3去磷酸化，以及與STAT3競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合啟動(dòng)子，抑制HBV復(fù)制，進(jìn)而減輕肝損傷［32］。另外，有研究結(jié)果顯示IL-6聯(lián)合放射治療能夠使HBV再激活，提高STAT3磷酸化水平，導(dǎo)致肝損傷加重［33］。

除了病毒性肝炎，脂肪性肝病是導(dǎo)致肝纖維化的另一個(gè)重要病因。Daniela等［34］敲除小鼠的Il-6基因或gp130基因后，在高脂飲食構(gòu)建小鼠脂肪性肝病模型中觀察到肝臟炎癥和脂肪變性得到顯著改善，組織重構(gòu)和纖維化也得到不同程度的抑制。除了IL-6外，在非酒精性脂肪性肝病中，JAK/STAT3信號(hào)通路也能夠被IL-22激活，與同樣被IL-22激活的JNK和ERK信號(hào)通路共同參與調(diào)控肝的炎癥、代謝、組織修復(fù)及重構(gòu)［35］。

3.3 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路與血管緊張素共同參與心肌纖維化心肌纖維化以心肌細(xì)胞間ECM大量沉積導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)改變?yōu)椴±硖卣?，臨床上好發(fā)于急性心肌梗死后，可進(jìn)展為心力衰竭［36］。Banerjee等［37］證實(shí)，敲除小鼠Il-6基因可導(dǎo)致STAT3活化水平降低，心肌細(xì)胞減少，成纖維細(xì)胞增加，毛細(xì)血管密度降低，提示IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路對(duì)維持心臟正常功能具有重要意義。

在病理?xiàng)l件下，IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路則具有促纖維化的作用。研究人員通過(guò)高脂飲食構(gòu)建大鼠心臟纖維化模型，檢測(cè)到心肌組織中氧化應(yīng)激和IL-6表達(dá)水平增加，并明確了IL-6可激活JAK/STAT3和腎素-血管緊張素（angiotensin，Ang）信號(hào)通路，最終活化TGF-β/SMAD3信號(hào)通路，導(dǎo)致左心室膠原纖維合成增加和心肌纖維化；而在抑制上述分子機(jī)制后，心肌纖維化得到顯著緩解［38］。同時(shí)，其他研究也證實(shí)Ang II可經(jīng)Toll樣受體誘導(dǎo)STAT3磷酸化，促進(jìn)IL-6生成增多，并通過(guò)持續(xù)激活JAK/STAT3通路，從而形成正反饋，促進(jìn)心肌肥大、纖維化和心室重構(gòu)，應(yīng)用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑能夠改善上述病理改變［39-41］。此外，在寄生蟲感染導(dǎo)致心肌纖維化小鼠模型中，應(yīng)用STAT3抑制劑TTI-101也能夠降低纖維化標(biāo)志物表達(dá)水平，改善心肌纖維化［42］。

3.4 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路調(diào)控免疫反應(yīng)和代謝參與腎纖維化腎纖維化多見(jiàn)于多種病因（慢性腎小球腎炎、糖尿病腎病、狼瘡性腎炎及尿路梗阻等）導(dǎo)致的慢性腎病，病理表現(xiàn)為腎小球或腎小管上皮細(xì)胞及毛細(xì)血管床缺失、成纖維細(xì)胞及炎癥細(xì)胞的活化和聚集以及ECM沉積，腎結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，晚期可進(jìn)展為腎功能不全［43-44］。Craciun等［45］應(yīng)用單側(cè)輸尿管結(jié)扎法構(gòu)建梗阻性腎病的小鼠腎纖維化模型，證實(shí)IL-6可通過(guò)活化STAT3，促進(jìn)纖維蛋白原表達(dá)增加，而纖維蛋白原能夠誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，并通過(guò)促進(jìn)TGF-β/SMAD2信號(hào)通路活化參與腎纖維化。另外，應(yīng)用重組Fc-gp130阻斷IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路，降低STAT3磷酸化水平，能夠減少腎間質(zhì)中ECM沉積，減輕腎纖維化［46］。上述研究結(jié)果顯示IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路在腎纖維化發(fā)生發(fā)展過(guò)程中扮演重要角色。

糖尿病腎病是糖尿病患者的常見(jiàn)微血管并發(fā)癥，約25%～40%的慢性腎臟病是由糖尿病腎病所導(dǎo)致的，而腎纖維化是糖尿病腎病終末期的重要病理特征［47］。Tao等［48］在體外通過(guò)高糖處理系膜細(xì)胞作為糖尿病腎病體外模型，檢測(cè)到mucin 1（一種原癌基因編碼的蛋白）可以通過(guò)活化STAT3和β-catenin相關(guān)信號(hào)通路，促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖，提高纖維化標(biāo)志物的表達(dá)水平。另外，針對(duì)糖尿病腎病和炎癥的關(guān)系開(kāi)展的研究證實(shí)趨化因子CXCL6可激活JAK/STAT3信號(hào)通路，促進(jìn)腎間質(zhì)細(xì)胞增殖和纖維化相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)［49］；而應(yīng)用IL-6R抗體以及中藥制劑二黃散能夠抑制該信號(hào)通路活化，從而緩解腎纖維化［50-51］。另外，Huang等［52］在鏈脲霉素誘導(dǎo)的大鼠糖尿病腎病模型中觀察到MALAT1（一種長(zhǎng)鏈非編碼RNA）能夠經(jīng)miR-2355-3p抑制IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路，減輕糖尿病相關(guān)腎纖維化。

腎纖維化的病因復(fù)雜，其原發(fā)疾病多與免疫或代謝性疾病存在聯(lián)系，其中大多都有IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的涉及，同時(shí)也受其他信號(hào)通路以及miRNA等調(diào)節(jié)機(jī)制的介導(dǎo)。因此，該信號(hào)通路在腎纖維化中的具體調(diào)控機(jī)制仍需通過(guò)構(gòu)建不同的腎纖維化模型進(jìn)行深入探究。

3.5 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路也參與腹膜、皮膚和胰腺等纖維化腹膜透析是腎替代治療的一種主要方式，葡萄糖是目前腹膜透析過(guò)程中常用的滲透劑。但長(zhǎng)期的腹膜透析會(huì)引發(fā)腹膜纖維化，導(dǎo)致腹膜組織結(jié)構(gòu)改變和濾過(guò)功能降低，影響腹膜透析效果。Yang等［53］證實(shí)腹腔注射高濃度葡萄糖的透析液能夠加重腹膜纖維化，促進(jìn)血管生成和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，同時(shí)伴有STAT3磷酸化水平升高；而在應(yīng)用IL-6阻斷抗體后，上述病理改變得到緩解，意味著IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路可能成為治療腹膜透析相關(guān)腹膜纖維化的潛在靶點(diǎn)。

系統(tǒng)性硬化癥是一種以局限性或彌漫性皮膚增厚和纖維化為特征的自身免疫性疾病，其中皮膚纖維化是其特征性表現(xiàn)，肺、消化道、腎和心臟等重要器官的病理改變是決定其臨床預(yù)后的關(guān)鍵因素［54］。O′Reilly等［55］觀察到系統(tǒng)性硬化癥患者的病變皮膚組織中IL-6可通過(guò)活化STAT3，經(jīng)gremlin-1蛋白介導(dǎo)TGF-β/SMAD3信號(hào)通路，導(dǎo)致皮膚纖維化。

胰腺纖維化多見(jiàn)于慢性胰腺炎和胰腺癌，以胰腺星狀細(xì)胞活化、大量ECM沉積為主要病理改變［56］。有研究表明，煙草中的尼古丁可與α7-乙酰膽堿受體結(jié)合，激活JAK2和下游STAT3，促進(jìn)胰腺纖維化［57］。另外，在肌肉損傷［58-59］、青光眼［60］、黃韌帶肥厚［61-62］等疾病中也有研究證實(shí)IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路能夠一定程度參與纖維化病理進(jìn)程。

4 IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路抑制劑的研發(fā)尚處于起步階段

IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路廣泛參與各種組織和器官纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展，因此抑制該通路可作為研發(fā)抗纖維化藥物的重要靶點(diǎn)。目前，針對(duì)該信號(hào)通路的抑制劑可分為IL-6/IL-6R單克隆抗體、JAK抑制劑、STAT3抑制劑和miRNA。

4.1 IL-6/IL-6R單克隆抗體尚未應(yīng)用于抗纖維化治療目前已經(jīng)批準(zhǔn)用于臨床的IL-6單克隆抗體產(chǎn)品僅有siltuximab，而IL-6R單克隆抗體產(chǎn)品有tocilizumab和sarilumab等；其他正在開(kāi)展臨床試驗(yàn)的包括gerilimzumab、WBP216（MEDI5117）、CMAB806等。盡管如此，目前單克隆抗體僅可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎和Castleman病的抗炎治療，尚未用于纖維化疾病的臨床治療［63］。

4.2 JAK抑制劑的應(yīng)用尚處于臨床試驗(yàn)階段目前應(yīng)用于臨床治療的JAK抑制劑包括tofacitinib（JAK1/3抑制劑）、ruxolitinib（JAK1/2抑制劑）、oclacitinib（JAK1/2抑制劑）等；正在開(kāi)展臨床試驗(yàn)的JAK抑制劑包括baricitinib（JAK1/2抑制劑）、Peficitinib（JAK1/3抑制劑）和filgotinib（JAK1抑制劑）等。臨床上，JAK抑制劑主要應(yīng)用于骨髓增生性腫瘤、移植物抗宿主病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病性關(guān)節(jié)炎和潰瘍性結(jié)腸炎的治療［64］。

4.3 STAT3抑制劑的研發(fā)仍處于初步探索階段STAT3本身無(wú)激酶活性，主要與激酶結(jié)合發(fā)揮作用，因此，特異性抑制STAT3主要通過(guò)阻斷STAT3與激酶結(jié)合、阻斷STAT3活化或者應(yīng)用誘騙性寡核苷酸使其遠(yuǎn)離基因結(jié)合位點(diǎn)。目前無(wú)STAT3抑制劑用于纖維化疾病治療，僅有少數(shù)進(jìn)入腫瘤治療的臨床試驗(yàn)階段，多以苯并比噻吩1，1-二氧化物、磺胺衍生物、醌類化合物、萜類化合物和類黃酮及其類似物為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)［65］。

5 小結(jié)及展望

目前IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的研究主要集中在炎癥和腫瘤領(lǐng)域，但隨著纖維化疾病研究的不斷深入，該信號(hào)通路在纖維化疾病發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程中的重要作用逐漸被揭示。目前普遍認(rèn)為，在組織或器官纖維化進(jìn)程中，IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路與其他信號(hào)通路（如TGF-β/SMAD、MAPK和PI3K/Akt等）相互交叉和影響，靶向特定組織或器官。今后，從特異性阻斷IL-6/JAK/STAT3信號(hào)通路的思路出發(fā)，應(yīng)用信號(hào)通路抑制劑治療纖維化疾病將是研究重點(diǎn)。