JAK－STAT信号通道在动脉粥样硬化中的意义

郝 赫 综述，关立克 审校 (延边大学附属医院心内科，吉林 延吉 133200)

JAK－STAT信号通道在动脉粥样硬化中的意义

郝 赫 综述，关立克 审校 (延边大学附属医院心内科，吉林 延吉 133200)

JAK－STAT;动脉粥样硬化;缺血再灌注

AS是危害人类健康最严重的疾病之一，是缺血性心脑血管疾病的病理和病理生理基础，具有较高的致残率和致死率。尽管目前AS的发病机制尚不完全清楚，但一般认为其发病的机制与氧化应激、炎性反应、剪切力、高糖等相关，其中炎性反应和氧化应激在AS病变进展中是两个重要的因素。而JAK－STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，不仅参与炎性反应，同时也与氧化应激、细胞损伤、凋亡等密切相关。那么JAK－STAT信号通路与AS是否存在相应的关系，而在AS中又起到什么样的作用与意义，本文就JAK－STAT信号通道在动脉粥样硬化中的研究进展做一个简单综述。

1 JAK－STAT信号通路的组成与传递

JAK－STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。

在哺乳动物 JAKs家族中已发现4种激酶，即 JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2。STATs作为JAKs的靶蛋白，是存在于胞质中的一个转录因子家族。已在哺乳动物中发现7种由750－850个氨基酸组成的STAT蛋白，即:STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6，其中 STAT1含有 2 种同源蛋白STAT1a，STATb［1－2］。

JAK－STAT信号传递的基本过程可概括为:①细胞因子与其相应配体结合;②受体和JAKs发生聚集，邻近的JAKs相互磷酸化而被活化;③JAKs的JH1结构域催化STATs上相应部位的酪氨酸残基磷酸化，同时STATs的SH2功能区与受体中磷酸化的酪氨酸残基作用而使STATs活化;④ STATs进入核内同其他一些转录因子相互作用从而调控基因转录［3］。

有大约40种多肽可以与细胞表面特异受体结合，激活STAT通路。有3种已知的STATs只能被有限的几种配体激活: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可以被多种配体激活，其中与VSMC内信号通路密切相关的主要为 Statl和 Stat3［4］。

2 JAK－STAT信号通路与AS的病理生理

动脉粥样硬化是一个由动脉血管壁粥样斑块进行性积聚，最终导致局灶性动脉阻塞的病理过程。前者主要涉及3个病理过程，即泡沫细胞(Foam cell)的分化、炎性反应以及细胞增殖。在病变早期，通常有单核/巨噬细胞和T细胞的聚集，而进展期可见富含脂质单核/巨噬细胞来源的泡沫细胞增多，以及血管平滑肌细胞(VSMC)迁移增殖，细胞碎屑堆积，以致粥样斑块纤维帽生成。由此在动脉内膜可诱发与动脉粥样硬化相关的局部炎性反应。

2.1 JAK－STAT信号通路与血管平滑肌细胞:Nageswara在研究凝血酶促VSMC生长作用机制时发现［5］，此作用主要通过G蛋白偶联受体来介导，发现在用凝血酶处理VSMC后，JAK2被快速激活，而Statl、Stat3磷酸化活性升高，从而使其进入细胞核内与特异性DNA片段结合，调控靶基因的转录，这一过程依赖于JAK2的激活。上述结果表明，VSMC多种生理学功能与JAK/STAT通路密切相关。

血小板源性生长因子BB对血管平滑肌细胞(VSMC)是一种强大的丝裂原活化剂，Indira研究了这种作用的细胞内信号传导机制［6］，发现血小板源性生长因子BB可促进JAK－2和Stat3的酪氨酸磷酸化，并呈时间依赖性，用JAK－2抑制剂AG490及其显性负性突变体GJak－2K EpRK5处理VSMC后，可降低由PDGF－BB诱导的Stat3蛋白的磷酸化活性及其与细胞核内的DNA结合活性，这些研究结果表明，JAK－2/Stat3通路在PDGF－BB诱导的VSMC迁移过程中发挥有重要作用。

2.2 JAK－STAT信号通路与炎性反应介质:众所周知，IL－6作为炎性反应的诱导因子，它的表达失控是失控性炎性反应发生至发展的关键因素之一，它与血管性疾病及动脉粥样硬化的进展密切相关。炎性反应型单核细胞在血管中堆积分泌IL－1、IL－6、TNF－α等炎性反应介质可直接损伤血管内皮进入动脉壁内膜分化成巨噬细胞启动并维持动脉粥样硬化的慢性炎性反应。IL－6作为一种多功能的炎性反应细胞因子，在体内具有广泛的生物学效应，它能够参与心肌功能的异常调节。其作用的重要机制是IL－6直接促进VSMC的增殖以及单核细胞趋化因子1的释放，Watanabe实验证明了这种促进作用是通过JAK－STAT信号通路来实现的［7］，而其上游酪氨酸激酶JAK抑制剂AG490(AG490是一种选择性拮抗JAK－2酪氨酸磷酸化的抑制剂可有效阻断其下游信号转导和转录激活子STAT的活化)则可抑制上述作用，上调IL－6、STAT1、INF敏感转录因子亚基和IL－10受体基因能够激活冠状和颈动脉斑块中的JAK－STAT通路［8］。IL－6是一个重要的炎性因子它的这种致炎作用与JAK－STAT信号通路有着密切关系。

JAK－STAT信号转导途径始于JAK－2磷酸化后激活，激活的JAK－2再激活JAK－1，继而在JAK－1的作用下，STATl和STAT2分别被激活，前者形成同源二聚体后须与协同活化因子CREB结合蛋白(CBP)或p300结合后才能在细胞核内发挥其生物学活性［9］。Gharavi等用氧化的磷酰胆(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动脉内皮细胞的JAK2磷酸化，抑制JAK2活性后能抑制STAT3磷酸化，从而抑制 IL－8的合成［10］。

2.3 JAK－STAT信号通路与氧化应激:血管平滑肌氧化应激反应中，有研究显示在氧化应激过程中NADPH氧化酶1(NADPH oxidase1，Nox1)和Nox4的启动子区含有 STAT1和STAT3的结合位点，JAK/STAT的抑制剂能抑制INF－C诱导人血管平滑肌细胞Nox的活性。抑制Nox的活性能减少氧自由基的产生，减少细胞的氧化损伤。IFN－Y刺激后可诱导并活化JAK －STAT通路，使TNF－α、IL－1β 产生增多［8］。在大鼠巨噬细胞和人DLDl细胞中，IFN－Y等通过激活JAK2和下游的STATl和STAT3，增强诱导一氧化氮合酶(iNOS)表达并加重炎性反应。在上述反应中，iNOS在内毒素刺激下可诱导细胞过表达NO，后者可直接损伤细胞DNA，使其发生断裂，以致细胞凋亡［12］。

Gharavi等发现磷酸化的STAT3(P－STAT3)主要是在动脉粥样硬化斑块炎性反应区的内皮细胞核内，其他炎性细胞中比较少，而非炎性反应区几乎无P－STAT3［13］。JAK/STAT通路参与了动脉粥样硬化的形成，STAT通路在心血管保护中有着重要的角色。

3 JAK－STAT信号通路与缺血再灌注

心肌缺血再灌注(I/R)损伤是指缺血期处于可逆损伤的心肌细胞经恢复血液供应后转化为不可逆损伤。I/R导致了心肌细胞的死亡和不可逆的功能丧失，凋亡越来越被认为是心脏I/R时心肌细胞死亡的主要机制之一。

大量研究表明细胞凋亡的发生与Bel－2/Bax这一对凋亡调控基因的表达水平密切相关［14－15］。而Bel－2和Bax的表达受到JAK－STAT通路的调控［16］。尽管STATl和STAT3具有高度同源性，但结构的差异足以使它们在调节靶基因上具有特异性，但总的来说，STAT3激活与细胞生长的正调节有关，并且与多数抗炎细胞相联系;相反，STATl的激活与促炎和抗增殖反应有关［17－18］。

egoro首先提出了JAK/STAT在缺血期间被激活的证据［19］，大鼠冠脉持续闭塞1～24 h后STAT3磷酸化增加，JAK阻断剂AG490处理抑制了STAT3磷酸化并导致了凋亡相关基因caspases－3和bax表达的增加，这表明JAK/STAT通路的抗凋亡作用。

有研究显示，在离体大鼠心脏I/R过程时，随再灌注时间的延长，心功能逐渐恶化，坏死心肌细胞数逐渐增多，JAK一趼AT通路的两个亚型STATl、STA耶均被激活，在缺血30min时STAT3即被激活，先于大量心肌细胞坏死和明显心功能恶化之前，随后的再灌注过程中趼A13保持原有激活状态，与缺血30 min比未见进一步增高。而STATl的激活则迟于STAl3，在缺血30 min时未见明显变化，在再灌注5min开始激活，30min达到高峰，后略有降低，但仍处于较高水平的激活状态。从上述实验结果可以看出，STAT1和STAT3的激活存在着时间差异，在再灌注期主要以STAT1激活为主，在缺血期主要以STAT3激活为主，两者的比例与心功能和心肌细胞坏死程度呈高度相关性，这说明JAK－STAT通路参与了I/R损伤的过程。

SteDhanou等通过心肌细胞模拟缺啦再灌注模型发现［16］，再灌注可引起STATl而不是STAT3的快速磷酸化，用STATl转染的心肌细胞导致模拟缺血后凋亡的增加，可能是由于caspase－1的上调，然而用STAT3转染的心肌细胞减 少了缺血诱导的凋亡。

Omura等认为［20］，在大鼠持续冠脉闭塞后STAT3的磷酸化开始于15 min持续到4 h，而无STATl的磷酸化。JAKl的磷酸化在冠脉闭塞后60 min才明显增加。Mascareno等在离体大鼠心脏缺血30 min再灌注2 h的模型中观察到［21］，缺血期和再灌注2 h STAT5a和STAT6激活，用洛沙坦预处理可以抑制其激活。再灌注2 h JAK2也被激活，用JAK阻断剂AG490预处理抑制了其激活及与GAS的结合活性，同时改善了心功能，减少了梗死面积和凋亡细胞数。

STATl的激活增加I/R后心肌细胞凋亡，这是通过诱导促凋亡的caspase－1、Fas和FaL基因的表达，增加了心肌细胞的死亡。进一步用STATl抑制剂阻止I/R后心肌细胞caspase－1、Fas、FasL的激活，保护了 I/R诱导的心肌细胞的死亡［16，19，22］。现在已经明确［23］，TNF 仪 mRNA 启动子上含有sTAT3结合位点，抑制sTAT3的活化可降低TNF仪mRNA的转录水平阎。心肌缺血再灌注损伤使 TNF－α和IL－6表达明显升高抑制JAK－STAT通路的活化可下调心肌组织TNF－α和IL－6、NF－KB 的表达［24］，这可能有助于减轻缺血再灌注所致心肌损伤并抑制炎性反应的发生。

STATl和STAT3在决定心肌细胞生存上起相反作用，STATl的激活与缺血引起的心肌细胞凋亡有关，而STAT3则具有心脏保护作用［24］。

以上研究提示JAK.STAT通路激活对I/R损伤产生不利影响，而阻断该通路具有抗I/R损伤的心脏保护作用。

动脉粥样硬化病变主要累及主动脉、冠状动脉、脑动脉、肾动脉、大型肌弹X型动脉、中型肌弹力型动脉，最终导致它们的管腔狭窄以至完全堵塞，使这些重要器官缺血缺氧、功能障碍以至机体死亡。而JAK－STAT机制在动脉粥样硬化的形成发展和稳定中起着重要的作用，阻断该途径能有效的防止动脉粥样硬化相关疾病的发生。这些新的认识，为人们找到了预防和治疗AS的新靶点。

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关立克

2012－11－22 编校:费越/郑英善］