JAK/STAT通路在肾间质纤维化中的进展

靳远萌 综述 陈 楠 审校

JAK/STAT通路是一条由多种细胞因子和生长因子介导的信号转导通路，参与细胞的增生、分化、凋亡、迁移及免疫调节等重要生理过程。业已证实，JAK/STAT通路与炎症发生发展密切相关，不仅可以控制自身下游炎症相关基因的表达，还可以与其他多种炎症信号通路［核因子κB(NF－κB)和转化生长因子β(TGF－β)等通路］发生相互作用，在机体炎症反应过程中起着极为重要的调节作用［1－3］。

近年来，JAK/STAT通路在肾脏疾病中调控作用备受关注，已被证实与多种肾脏疾病中的足细胞、系膜细胞、肾小球血管内皮细胞、肾小管上皮细胞及间质炎症相关细胞的病理改变密切相关［1，2］。肾间质纤维化贯穿多种肾脏疾病的全过程，与肾脏炎症程度密切相关。本文就JAK/STAT通路在肾间质纤维化中的作用机制及研究进展做一综述。

JAK/STAT信号通路的构成及调控

JAK/STAT信号通路的构成 JAK/STAT信号通路的主要由三部分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和信号转导和转录激活因子STAT［1，3］。酪氨酸激酶相关受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。细胞因子等细胞外刺激因素，与细胞表面的酪氨酸激酶相关受体结合后，可诱导结合于受体亚基上的JAK相互靠近，并相继磷酸化而被激活。JAK激酶进一步可磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基，使其与含有SH2结构域的STAT结合并被磷酸化。磷酸化的STAT与受体的亲和力下降而脱离受体，转移入细胞核内，结合于特定的基因启动子序列，调控下游相应基因表达。对干扰素(interferon，IFN)/STAT通路研究分析发现，IFN－α、IFN－γ所诱导的 STAT与DNA结合的序列分别为 ISRF序列(AGT3CN2T3CNC/T)和GAS序列(TTN5A2)。后续研究进一步证实，GAS序列为大多数STAT结合的DNA序列;TTCN2－4GAA序列是 STAT1、STAT3、STAT4和STAT5的最佳结合位点。

JAK/STAT信号通路的生理调控功能 目前已发现的 JAK激酶包括四个家族成员，即 JAK1、JAK2、JAK3及Tyk2。STAT家族目前发现有7个成员，分 别 命名 为 STATl、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和 STAT6［1，3］。

JAK1和JAK2普遍表达于各种组织和细胞，可与 STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5、STAT6 发生作用，广泛参与多种细胞因子的胞内信号转导，对机体免疫系统的正常发育及分化成熟、细胞增生、激素应答、急性期炎症反应等发挥重要调控作用。其中，STAT2、STAT4和STAT6的特异度较高。STAT2仅被IFN－α和IFN－β激活，STAT4被白细胞介素12(IL－12)和 IFN－α 激活，STAT6 被 IL－4 和 IL－13 激活。而 STAT1、STAT3、STAT5A和STAT5B却能被多种不同的配体激活。如 IFN－α、IFN－γ、IL－2、表皮生长因子(EGF)、IL－6家族等能激活STAT1;EGF和IL－6家族可激活STAT3;单链家族成员(如促红细胞生成素、多种生长激素、催乳素等)、IL－2、IL－3可激活STAT5A和STAT5B。

JAK3仅表达于骨髓细胞和淋巴细胞，主要通过激活STAT3、STAT5来介导γC家族细胞因子IL－7、IL－9、IL－15、IL－21 的信号传递;激活 STAT6 来介导IL－4的胞内信号传递，与淋巴系统的发育和分化密切相关，目前已成为淋巴系统相关疾病的治疗靶点。Tyk2在各种组织中也有普遍表达，但是主要通过激活STAT4来介导IL－12的胞内信号传递，与细胞免疫应答相关。

JAK/STAT通路在炎症相关信号传导中的调控机制 STAT1和STAT3是对炎症反应发挥重要调控作用的 STAT分子，主要参与 IL－6和 IL－10的胞内信号传递，介导急性期炎症反应。JAK/STAT1通路及 JAK/STAT3 通路还与 TGF－β/Smad3、NF－κB 等炎症通路存在“串话”效应(Crossing talk)。已经证实，STAT3的两个DNA结合位点均位于TGF－β1的基因启动子区域内，可以直接调控TGF－β1表达［4］;STAT3虽然与Smad3无直接结合位点，但可通过与其辅激活因子p300结合而与Smad3发生间接相互作用［5］，影响 TGF－β/Smad3 通路的信号传递。TGF－β也可协同增强IL－6诱导的STAT3激活及下游靶基因转录［5］。STAT1则可通过与Runx调节蛋白结合与Smad3发生间接作用，从而调节TGF－β/Smad3通路的活性［6］。另有研究证实，STAT3与NF－κB的p65及p50亚基均存在直接结合，在不同类型细胞中可互相促进或者抑制彼此的信号通路传导［7，8］。STAT1 也与 NF－κB 存在协同或者拮抗作用，同 样 依 据 细 胞 类 型 而 异［9，10］。充 分 说 明JAK/STAT1通路及JAK/STAT3通路在介导炎症反应中发挥重要作用，也是目前在多种肾脏疾病相关机制研究中备受关注的信号通路。

JAK/STAT通路、炎症与肾间质纤维化

肾间质纤维化是多种慢性肾脏病进展至终末期肾病(ESRD)的共同通路。炎症是介导肾纤维化的启动因素和基本病理改变。缺血、缺氧、蛋白尿等损伤性刺激可引起肾脏固有细胞(足细胞、系膜细胞、肾小管上皮细胞等)及间质细胞(巨噬细胞、肌成纤维细胞)活化，并诱导趋化因子如单核细胞趋化蛋白1(MCP－1)、IL－8、正常 T 细胞活化后表达和分泌调节蛋白(RANTEs)等的表达。循环中的炎症细胞在相应趋化因子的招募下活化并浸润至受损组织，进一步介导及放大炎症反应，加重组织损伤。其中，巨噬细胞、肌成纤维细胞、肾小管上皮细胞在介导间质炎症的发生发展中发挥重要调节作用［11］。

JAK/STAT通路与间质巨噬细胞 肾间质巨噬细胞浸润和激活是肾小管间质纤维化发生的始动因素，并且在其发展过程中发挥关键性调控作用。临床和实验证据已证实，肾脏纤维化的程度与浸润巨噬细胞数量成正比［12］。JAK/STAT通路是诱导巨噬细胞活化的核心通路，通过其信号传递作用，巨噬细胞可对20多种炎症因子做出应答。巨噬细胞活化后可进一步分泌多种炎症相关趋化因子［如细胞间黏附分子 1(ICAM－1)、MCP－1 及 RANTEs等］及释放大量炎症因子［如 IL－1β、肿瘤坏死因子 α(TNF－α)、成纤维细胞生长因子、TGF－β 等］，在间质局部激活肌成纤维细胞，诱导肾小管上皮细胞的转分化和凋亡［12］。

Chow等［13］在人糖尿病肾病(DN)活检组织、大鼠链脲霉素诱导1型DN模型以及小鼠2型DN模型(db/db小鼠)中均证实巨噬细胞浸润程度与疾病进展严重程度密切相关，决定了肾间质MCP－1的表达水平和Ⅳ型胶原的沉积程度。该实验小组通过肾静脉腺病毒微注射在肾脏局部高表达细胞因子信号转导抑制蛋白(suppressors of cytokine signaling，SOCS)，有效抑制JAK/STAT通路活化后发现，间质巨噬细胞浸润明显减轻，MCP－1、ICAM－1 和 IL－6 的表达水平明显降低，同时纤维化核心通路TGF－β及其下游靶基因Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白的表达水平明显减低，肾小管上皮细胞的异常增生能力明显减弱。研究者在大鼠肾缺血再灌注模型、小鼠阿霉素肾病模型及狼疮型肾病模型中证实在间质巨噬细胞中存在 JAK/STAT 通路活化［14－16］。对动物予以JAK2酪氨酸磷酸化抑制剂AG490干预后，不仅可下调JAK2磷酸化水平，同时可显著减轻间质巨噬细胞浸润，下调趋化因子MCP－1和ICAM－1及纤维化相关 α平滑肌肌动蛋白(α－SMA)、Ⅲ型胶原、TGF－β等蛋白的表达，缓解小管间质损伤和纤维化程度。Pang等［17，18］对小鼠单侧输尿管结扎肾病(UUO)模型予以STAT3抑制剂S3I－201阻断其磷酸化激活后发现，在间质巨噬细胞浸润减轻的同时，间质中性粒细胞和淋巴细胞浸润也明显减轻，炎症因子如 TNF－α、IL－1β、MCP－1、ICAM－1、纤维化相关因子纤维连接蛋白、α－SMA和I型胶原的表达水平显著下调。以上相关研究提示，JAK/STAT通路对巨噬细胞的活化发挥重要的调节作用，阻断 JAK/STAT通路可有效减轻巨噬细胞浸润及其介导的炎症反应，延缓间质纤维化进程。

JAK/STAT通路与间质肌成纤维细胞 正常状态下肌成纤维细胞处于静止状态，主要调节细胞外基质(ECM)成分(如纤维连接蛋白和各型胶原)的合成和降解，对维持ECM的稳定代谢发挥重要调节作用。多种刺激因素如缺血、缺氧所致的局部炎症反应可诱导成纤维细胞活化、增生及发生表型改变，成为表达α－SMA的肌成纤维细胞［11］。

JAK/STAT通路不仅可通过激活巨噬细胞来间接活化肌成纤维细胞，还可以对肌成纤维细胞发挥直接调节作用，即肌成纤维细胞内部JAK/STAT通路的直接激活。Huang等［19］运用糖基化终末产物(advanced glycation end product，AGE)在体外作用于大鼠成纤维细胞(NRK－49F)，发现AGE不仅可以诱导成纤维细胞增生和ECM胶原合成增加，还可在刺激早期即诱导JAK2、STAT1、STAT3发生磷酸化，并提高 STAT1、STAT3的 DNA结合活性;利用AG490或者特异性寡聚脱氧核苷酸(specific oligodeoxy－nucleotides，ODNs)阻断 JAK/STAT 通路后可以有效逆转成纤维细胞的增生性改变，减少胶原合成。该研究小组的进一步研究还发现AGE还可通过激活JAK/STAT通路介导成纤维细胞发生氧化应激改变，阻断氧化应激反应可降低JAK/STAT通路的磷酸化水平［20］。这与Abe和Berk的研究结果一致［21］。后者发现JAK2/STAT通路可以介导H2O2刺激引起Ras/Raf/ERK通路激活，诱导成纤维细胞损伤，予以AG490干预后可缓解上述病理改变。UUO模型是经典的非免疫损伤性间质纤维化模型，早期即可出现间质肌成纤维细胞的大量积聚。Kuratsune等［22］在大鼠UUO模型中利用免疫双染法发现，肌成纤维细胞中存在JAK/STAT3通路的激活，其激活程度及范围与肌成纤维化细胞的数量增加程度成正比。Pang等［18］在UUO小鼠模型中对间质成纤维细胞进行了相应研究发现，磷酸化的STAT3表达水平在肾间质α－SMA(+)的肌成纤维细胞中异常升高。应用STAT3抑制剂S3I－201进行干预后可诱导α－SMA(+)的肌成纤维细胞凋亡，并抑制肾间质中α－SMA、纤维连接蛋白及I型胶原的表达，减轻ECM沉积。同时，该实验小组应用组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古霉素A(Trichostatin A，TSA)来抑制STAT3的磷酸化后也得出了同样的结论，且均在体外培养的NRK－49F细胞中得到相应验证。以上研究证实，JAK/STAT通路是介导的成纤维细胞病理损伤中的一条重要信号通路。

JAK/STAT通路与肾小管上皮细胞 病理状态下缺血、氧化应激、蛋白尿及多种炎症因子分泌所致炎症性刺激也可诱导肾小管上皮细胞损伤。受损的肾小管上皮细胞可释放大量炎症因子［MCP－1、调节激活正常T细胞表达和分泌的细胞因子(RANTEs)、IL－8、IL－10 等］，加重巨噬细胞在间质中的浸润，进一步加重肾间质损伤。肾小管上皮细胞还可发生向间充质细胞转分化(epithelial mesenchymal transition，EMT)的病理改变，并已证实36%的间质肌成纤维细胞是由肾小管上皮细胞转分化而来［23］。充分说明肾小管上皮细胞损伤及EMT是肾间质纤维化病理改变的重要组成部分。

JAK2/STAT通路在正常肾小管上皮细胞中即存在低水平活化，主要介导其增生及修复。Boccaccio［24］和 Zhang［25］的研究分别证实，JAK2/STAT3通路可介导肝细胞生长因子及转谷氨酰胺酶－1诱导的肾小管上皮细胞增生反应。而在上述多种病理因素的刺激下，JAK2/STAT通路可出现异常激活，并介导肾小管上皮细胞的损伤进程。

肾间质局部氧化应激反应异常增强是导致肾小管上皮细胞损伤的重要机制之一。Neria等［26］在对小鼠环孢霉素肾病模型和缺血再灌注肾病模型的研究中证实，JAK2/STAT通路可介导过氧化产氢H2O2、超氧化物superoxide等诱导的肾小管上皮细胞的凋亡损伤，AG490可以通过阻断JAK2/STAT通路，上调抗凋亡蛋白Bcl2的表达水平，抑制caspase3的活性，从而可有效缓解间质氧化应激和肾小管上皮细胞凋亡等病理改变。Huang等［27］同样证实，抗氧化剂N乙酰半胱氨酸可通过抑制JAK2/STAT1及JAK2/STAT3通路活化来缓解高糖刺激下的肾小管上皮细胞的异常增生，抑制纤维连接蛋白及Ⅳ型胶原的表达。肾小管局部白蛋白超载也是介导肾小管上皮细胞损伤的重要机制之一。Nakajima等［28］发现，白蛋白可通过诱导小鼠肾小管上皮细胞内的活性氧产物合成增加，诱导 JAK2/STAT1/5通路及JAK2/STAT3通路活化，进而引起肾小管上皮细胞异常增生，炎症因子合成增加。Tang等［29］的研究同样证实糖化血清白蛋白(glycated albumin，GA)刺激人源性近端肾小管上皮细胞后可激活JAK/STAT1通路，并诱导 IL－8、ICAM－1表达上调。应用STAT1特异性阻断剂氟达拉滨及PPAR－γ配体罗格列酮进行干预可有效阻断JAK/STAT1通路的激活，下调IL－8和ICAM－1表达水平。肾脏局部RAS系统的异常活化也可诱导肾小管上皮细胞损伤。实验研究发现，血管紧张素Ⅱ刺激肾小管上皮细胞5 min后即可诱导JAK2/STAT1发生磷酸化激活。高表达JAK2/STAT1通路的信号抑制蛋白SOCS可拮抗血管紧张素Ⅱ这一作用［30］。Zhang等［31］证实血管紧张素Ⅱ与大鼠近端肾小管上皮细胞上的血管紧张素Ⅱ2型受体(AT2R)结合后，可通过激活 JAK2/STAT通路来诱导损伤相关因子Pax－2表达。Chen等［32］的研究也证实血管紧张素Ⅱ可以通过激活JAK2/STAT通路上调人肾小管上皮细胞中致纤维化因子基质金属蛋白酶抑制因子1(TIMP－1)的表达。前述Huang等［20］在大鼠UUO模型的研究中同时观察了肾小管上皮细胞中JAK/STAT3通路的活化情况发现，梗阻后第7天磷酸化 STAT3(p－STAT3)阳性的肾小管上皮细胞数量可较梗阻前升高6倍。Martinez－Lostao等［33］在 15例弥漫增生型狼疮性肾炎的活检病理切片中发现肾小管上皮细胞中存在STAT1的活化，证实JAK2/STAT1通路参与狼疮性肾炎的病变进程。上述研均究表明，JAK/STAT通路积极参与调控病理状态下肾小管上皮细胞的损伤。

综上所述，JAK/STAT通路对肾间质纤维化损伤中的巨噬细胞、肌成纤维细胞和肾小管上皮细胞均发挥重要活性调节作用，积极参与调控肾间质纤维化进程。深入研究JAK/STAT通路的作用机制，不仅可以进一步明确介导肾间质纤维化的炎症通路作用网络，还可以为其肾间质纤维化的干预治疗提供新的靶点。

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