STAT3蛋白调节Th17细胞的分化及其与自身免疫相关性血液疾病的关系

柯 杨， 程韵枫

复旦大学附属中山医院血液科, 上海 200032



STAT3蛋白调节Th17细胞的分化及其与自身免疫相关性血液疾病的关系

柯 杨， 程韵枫*

复旦大学附属中山医院血液科, 上海 200032

信号转导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)主要参与细胞信号转导。其中，STAT3蛋白在辅助性T细胞17(T helper cell 17, Th17细胞)的分化中起重要的作用。STAT3信号通路的异常也被证实与多种自身免疫相关性血液疾病的发生相关，如免疫性血小板减少症(immune thrombocytopenia，ITP)、再生障碍性贫血(aplastic anemia，AA)、自身免疫性溶血性贫血(autoimmune hemolytic anemia，AIHA)等。本文就STAT3蛋白与Th17细胞的分化及其与自身免疫相关性血液疾病的关系作一综述。

STAT3；Th17细胞；自身免疫相关性血液疾病

信号转导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)蛋白家族是一类重要的细胞因子信号蛋白。多种细胞因子通过JAK/STAT这一经典信号通路将信号传递至胞内，从而改变特异性靶细胞的基因表达。JAK/STAT信号通路的活化决定了T细胞的分化方向，从而调节一系列的生理及病理过程。其中，STAT3蛋白被证实在调节辅助性T细胞17(T helper cell 17, Th17细胞)的分化中起重要作用。STAT3信号通路的异常与多种疾病的发生相关，如感染、肿瘤及自身免疫性疾病等。本文就STAT3蛋白调节Th17细胞的分化及其在自身免疫相关性血液疾病中的作用作一综述。

1 STAT3信号通路简介

哺乳动物细胞中有7种STAT蛋白，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。STAT蛋白包含750～850个氨基酸[1]，其结构主要包括蛋白酪氨酸激酶功能域、卷曲螺旋区域、DNA结合功能域、连接区域、参与STAT3二聚体化的SH2区域，以及转录因子相互作用位点和酪氨酸磷酸化位点的C末端[2]。在生理条件下，细胞因子与靶细胞膜上的受体结合后，受体发生二聚化，进而激活受体相关性激酶JAKs。受体上的酪氨酸残基被JAKs磷酸化后，为胞质中的STATs提供结合位点。STATs被JAKs磷酸化而激活，借助SH2结构域形成二聚体，转运至细胞核，与靶基因的启动子序列结合，调控基因的转录。STAT3信号通路参与调控的基因包括细胞周期调节基因c-myc、pim-1、cyclinD1，抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1、Fas，等[3]。

多种细胞因子可通过STAT3信号通路发挥作用，按其受体的不同可分为：(1)gp130受体家族，如白介素6(interleukin-6，IL-6)、亲胆碱能神经元因子(cholinergic neuronotrophic factor，CNTF)、抑瘤素M(oncostatin-M， OSM)、白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)等；(2)IL-2γc受体家族，如IL-2、IL-7、IL-9、IL-13、IL-15、IL-21等；(3)IL-10相关受体家族，如IL-10、IL-20、IL-22等；(4)酪氨酸激酶受体家族，如表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor，EGFR)、集落刺激因子受体1(colony-stimulating factor 1 receptor，CSF-1R)、血小板衍生生长因子受体(platelet-derived growth factor receptor，PDGFR)等[4-6]。

2 STAT3信号通路与Th17细胞分化的关系

STAT3蛋白在Th17细胞的分化中起重要作用。高IgE综合征(hyper IgE syndrome，HIES)是一种原发性免疫缺陷疾病，其发病机制是Stat3基因突变。这类患者表现为反复的细菌及真菌感染，同时，其外周血中Th17细胞显著缺乏[7-8]。此外，有研究[9]发现，Stat3基因敲除小鼠可出现Th17细胞分化障碍。

STAT3蛋白对Th17细胞分化的调控主要体现在两方面：一方面参与调控Th17细胞分化所需的细胞因子的分泌；另一方面参与调控分化相关的转录因子的表达。这两方面相互联系、相互作用，形成了由细胞因子、信号通路及转录因子交织的复杂而精确的调控网络。

2.1 STAT3信号通路与参与调节Th17细胞分化的细胞因子 在不同病原体作用下，机体的固有免疫系统分泌相应的细胞因子作用于naïve T细胞，诱导其分化为机体所需的T细胞亚型，如Th1、Th2、Th17细胞、Treg等。T细胞分化的决定因素是机体对抗病原体产生的免疫反应，始动因子是相应的细胞因子[10]。在Th17细胞的分化中，起主要作用的细胞因子为IL-6、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、IL-21、IL-23等，而信号的传递则主要通过STAT3信号通路[11]。其中，IL-6被认为是Th17细胞分化的始动因子，TGF-β则起到协同作用。IL-6通过活化STAT3蛋白而促进IL21、IL21R及IL23基因的表达，使细胞分泌IL-21及IL-23，IL-21又通过活化STAT3蛋白，进一步促进Th17细胞分化及IL-17的分泌；IL-23继续活化STAT3蛋白，扩大及维持Th17细胞分化[12]。STAT3蛋白对Th17细胞分化相关细胞因子的调控主要表现为：STAT3蛋白直接与IL17及IL17f结合，调控IL-17的分泌[13]；STAT3蛋白与IL21、IL21R及IL23基因结合，调控其表达；活化的STAT3蛋白参与上调IL-23R的表达[14-15]。

2.2 STAT3信号通路与参与调节Th17细胞分化的转录因子 维甲酸相关孤核受体γt(retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt)属于核激素受体超家族，是调控Th17细胞分化的关键转录因子。TGF-β和IL-6可通过诱导大量的RORγt表达，从而诱导编码IL-17细胞因子的基因表达，促进Th17细胞分化。研究[16]表明，Rorc-/-小鼠CD4+T细胞向Th17细胞分化的能力下降，这类小鼠的自身免疫性脑脊髓膜炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)症状较轻。RORγt与STAT3蛋白有密切联系，存在STAT3缺陷的T细胞中RORγt表达下降；另一方面，RORγt基因敲除的细胞即使在STAT3蛋白持续活化的状态下，其分泌IL-17的能力也明显下降[15]。所以，STAT3蛋白和RORγt在Th17细胞的分化中起协同作用，两者缺一不可。

干扰素调节因子4(interferon regulatory factor 4，IRF4)是诱导GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3，GATA3)表达的转录因子，在Th2细胞的分化中起关键作用。目前研究表明，IRF4在Th17细胞的分化中同样有着十分重要的作用。Biswas等[17]发现，磷酸化的IRF4可以调节IL-17及IL-21的分泌。Brüstle等[18]则发现，IRF4基因缺陷的小鼠存在Th17细胞分化障碍及IL-17分泌下降；IRF4基因缺陷的小鼠EAE诱导失败，且其抵抗程度均强于IL-17、IL-23、STAT3和RORγt缺失的小鼠。因此，IRF4可能与STAT3蛋白共同作用诱导RORγt的表达，促进Th17细胞的分化。

2.3 STAT3蛋白活性及Th17细胞分化的负调控 细胞因子信号转导负调控因子3(suppressor of cytokine signaling 3，Socs3)是Th17细胞的负调控因子。Wong等[19]发现，去除小鼠造血细胞及内皮细胞的Socs3会增加其对胶原性关节炎(collagen induced arthritis，CIA)的易感性；CIA的炎症特点为嗜中性粒细胞广泛浸润，以及IL-17参与调控的细胞因子(G-CSF、IL-6、趋化因子)大量分泌。研究[13]表明，特异性去除T细胞的Socs3可以增强STAT3蛋白的磷酸化，以及促进IL-17的分泌。上述研究表明，Socs3通过抑制STAT3蛋白的活性而抑制Th17细胞的分化。

2.4 STAT3信号通路是Th17细胞与Treg细胞分化的分叉点 CD4+T细胞亚群中Th17细胞与Treg细胞之间的平衡是保持机体正常免疫反应的关键之一。将naïve CD4+T细胞在富含TGF-β的环境中培养，可以出现IL-2分泌增加及TGF-β1信号传导通路的活化；IL-2及TGF-β进一步活化STAT5及SMAD信号通路，上调Foxp3及RORγt的表达，从而使 CD4+T细胞分化成为Treg/Th17细胞前体细胞。前体细胞进一步分化为Th17细胞还是Treg细胞则取决于其他细胞外因素，如细胞因子的作用，若炎症反应使IL-6分泌增加，STAT3信号通路活化，前体细胞向Th17细胞分化；若IL-6分泌较少及STAT3信号通路未活化，TGF-β则可使前体细胞向Treg细胞分化。所以，STAT3信号通路的活化是Th17细胞与Treg细胞分化的分叉点[20-21]。

3 STAT3信号通路异常与自身免疫性疾病的关系

近年来，STAT3信号通路及Th17细胞与自身免疫性疾病的关系也受到了越来越多的关注。Nishihara等[22]通过CIA小鼠模型证实，IL-6通过活化STAT3信号通路，促进Th17细胞分化，抑制Treg细胞分化。有学者[23]将JAK2/STAT3信号通路抑制剂AG490应用于CIA小鼠，结果提示，小鼠外周血Th17细胞及血浆IL-17明显下降，Treg细胞数量则增多，小鼠关节的炎症反应较对照组明显减轻。STAT3基因敲除的小鼠出现Th17细胞分化障碍，对多种自身免疫性疾病的抵抗力增加，如自身免疫性葡萄膜视网膜炎(experimental autoimmune uveoretinitis，EAU)及EAE。STAT3缺失造成活化α4/β1整合素的急剧减少，从而使致病的Th17细胞及Th1细胞不能进入视网膜及脑组织[24]。目前，应用STAT3信号通路抑制剂治疗EAU已获成功，为这类疾病的治疗提供了新的方向[25]。

STAT3信号通路活化异常在多种人类自身免疫性疾病中得到证实。Krause等[26]发现，风湿性关节炎患者滑膜纤维原细胞的存活依赖于STAT3信号通路的活化，抑制Stat3基因表达可使滑膜纤维原细胞异常凋亡。Harada等[27]从系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)患者的外周血中分离出T细胞，发现其总STAT3及磷酸化STAT3蛋白均明显升高；沉默Stat3基因则可降低趋化因子相关的T细胞迁移，提示抑制STAT3信号通路活化可以改善SLE严重程度。此外，在炎症性肠病的患者外周血中也发现了STAT3蛋白及Th17细胞的持续活化[28]。

4 Th17细胞及STAT3信号通路异常与自身免疫 相关性血液病

自身免疫相关性血液病是一组以自身免疫紊乱为病因的血液系统疾病。其特点是自身免疫异常造成血细胞破坏及骨髓造血抑制。自身免疫相关性血液病包括免疫性血小板减少症(immune thrombocytopenia， ITP)、再生障碍性贫血(aplastic anemia，AA)、自身免疫性溶血性贫血(autoimmune hemolytic anemia，AIHA)等。Th17细胞及STAT3信号通路异常与此类疾病的发病密切相关。

4.1 Th17细胞及STAT3信号通路异常与ITP ITP是一种常见的出血性自身免疫性疾病，其发病机制主要是血小板自身抗体介导的血小板破坏过多。目前亦认为，T细胞对血小板自身抗原免疫失耐受可能是ITP发生的重要原因之一。多项研究表明，ITP患者IL-17水平以及Th17细胞比例均较健康对照组明显升高[29-30]；而其Treg细胞分化则较少且功能缺陷[31-32]，说明Th17细胞与Treg细胞的比例异常打破了体内的免疫平衡，从而造成机体的免疫损伤。有研究[33]证明，以大剂量地塞米松治疗慢性ITP患者4 d后，Foxp3表达明显上调，而RORγt和GATA3表达下降，Th17细胞与Treg细胞的比例恢复正常，说明改变Th17细胞与Treg的失平衡状态可能是地塞米松治疗ITP的作用机制之一。ITP患者也存在STAT3信号通路异常。Hu等[34]研究了34例ITP患者，发现其Th22及Th17细胞比例升高，同时患者STAT3 mRNA较正常对照组明显增加，认为Th22可能通过分泌IL-22而活化STAT3信号通路，从而促进CD4+T细胞向Th17细胞分化。

4.2 Th17细胞及STAT3信号通路异常与AA AA目前被广泛认为是一种免疫相关性疾病，异常活化的免疫细胞识别并破坏骨髓中的造血细胞，从而造成骨髓造血能力衰竭及全血细胞减少[35]。目前，治疗AA最有效的方法是以抗胸腺细胞球蛋白或抗淋巴细胞球蛋白联合环孢霉素进行免疫抑制治疗。研究[36]表明，AA患者外周血Th17细胞及IL-17均高于健康对照者，且升高程度与疾病活动程度相关。该研究以抗IL-17抗体治疗骨髓衰竭小鼠模型，发现其骨髓衰竭程度下降，外周血的血小板数量及骨髓总细胞数均升高。Kordasti等[37]分析了AA患者CD4+T细胞各亚群之间的比例，发现在重型AA患者中Th17细胞升高，非重型AA患者与健康对照组无明显升高；而且，重型AA患者的Treg细胞明显下降且伴有功能的异常。以上均说明了Th17细胞以及Th17细胞/Treg失平衡在AA发病中的作用。此外，近期有研究[38]报道，部分AA患者中存在Stat3基因突变，这类患者对免疫抑制治疗有着更好的反应性，认为Stat3的突变可能是造成其自身免疫异常的原因之一。

4.3 Th17细胞与AIHA AIHA是由于免疫功能紊乱，机体产生自身抗体并吸附于红细胞膜表面，从而造成红细胞破坏的血液系统疾病。目前，Th17细胞与AIHA的关系受到越来越多的关注[6,39]。有研究[39-40]表明，AIHA患者外周血Th17细胞的比例及IL-17的水平均高于正常对照，且与疾病的严重程度相关。在AIHA模型小鼠中，提高Th17细胞比例可以增强抗红细胞抗体反应；而IL-17(-/-)小鼠抗红细胞抗体反应及AIHA的发病率均下降，抑制IL-17可以阻止AIHA的进一步发展。但也有学者[41]以IL-2KO小鼠作为AIHA模型，发现去除IL-17并未影响早期AIHA的急性发展，认为Th17细胞可能并未参与AIHA早期自身抗体反应，而是介导了慢性组织炎症反应的过程。目前，STAT3信号通路与AIHA相关性的研究甚少。

综上所述，STAT3蛋白在调节Th17细胞分化中起着十分重要的作用，其异常活化与多种自身免疫性相关性血液疾病相关。随着研究的深入，STAT3信号通路与自身免疫相关性血液疾病的关系将被进一步阐明，其有望成为此类疾病治疗的新靶点。

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[本文编辑] 姬静芳

STAT3 in regulating Th17 differentiation and its relationship with autoimmune hematological diseases

KE Yang, CHENG Yun-feng*

Department of Hematology, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

Signal transducers and activators of transcription (STAT) are mainly involved in cellular signal transduction. Among them, STAT3 is particularly important in promoting the differentiation of Th17 cells. Aberrant activation of STAT3 signaling pathway has been confirmed to be related to a number of autoimmune hematological diseases, such as immune thrombocytopenia (ITP), aplastic anemia (AA), and autoimmune hemolytic anemia (AIHA). This paper has reviewed the relationship between STAT3, Th17 cell differentiation and autoimmune hematological diseases.

STAT3; Th17; autoimmune hematological diseases

2016-02-25 [接受日期] 2016-07-25

国家自然科学基金(81170473, 81470282). Supported by National Natural Science Foundation of China(81170473, 81470282).

柯 杨，硕士生，主治医师. E-mail:keyangkeyang@sina.com.cn

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-64041990-2975, E-mail: yfcheng@fudan.edu.cn

10.12025/j.issn.1008-6358.2016.20160175

综 述

R 558

A