信号传导及转录激活因子信号通路在自然杀伤细胞研究中的进展

于淮海，孙雨飞，金昌洙，付 强

自然杀伤(natural killer, NK)细胞是固有免疫系统的重要组成部分，是机体抗感染和防止细胞恶性转化的重要免疫调节细胞。NK细胞不表达特异性的抗原识别受体，不需预先活化就能够识别并杀伤异常细胞，在机体抗感染、抗肿瘤、正常妊娠和免疫调节等方面发挥重要作用。因其毒副作用小，近年来已初步应用于临床的相关治疗。但目前对NK细胞的生长发育和功能调控还有许多机制尚未阐明，限制了其进一步的应用。

信号传导及转录激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)信号通路广泛参与NK细胞的各项生理功能并发挥着重要的调控作用，因此对这条通路的研究具有重要的意义。STAT信号通路的上游有酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶。细胞因子与相应受体结合引起受体分子的二聚化，然后与受体偶联的酪氨酸激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录[1]。STAT作为最终的转录激活子，负责转录相应的基因或影响其他因子的活性，进而影响NK细胞相应的功能活性。现就以不同的STAT为序，探讨STAT信号通路对NK细胞功能的影响。

1 STAT1：NK细胞的激活因子

STAT1可以促进NK细胞的发育，增强NK细胞的抗感染和抗肿瘤能力。STAT1促进NK细胞的发育，Cardif是一种胞内受体蛋白，介导Ⅰ型干扰素和其他炎症因子的产生，Ⅰ型干扰素对维持细胞内STAT1的水平至关重要，敲除Cardif的NK细胞表达STAT1水平低，其增殖能力和细胞毒性均降低[2]。STAT1增强NK细胞的抗感染作用，其对NK细胞介导的抗病毒作用至关重要，尤其在干扰素介导的一系列抗病毒反应中发挥着重要作用。STAT1基因敲除鼠发育正常，对其他细胞因子反应正常，但对干扰素无应答，极易受病毒感染死亡[3]。STAT1增强NK细胞的抗肿瘤作用，转移性黑色素瘤患者与正常人相比较，其体内NK细胞的STAT1表达水平下降[4]。姜黄素类化合物不仅可以通过抑制核因子-κB起到抑制肿瘤增殖的作用，同时也抑制了STAT1在肿瘤细胞中的抗肿瘤增殖作用和NK细胞干扰素(interferon，IFN)-γ的分泌，但姜黄素类化合物与Ω-3脂肪酸联合使用，可以减少STAT1磷酸化水平降低而致的NK细胞的失活，增强对肿瘤的杀伤作用[5]。另有研究发现STAT1蛋白一个磷酸化位置S727的点突变可显著增加NK细胞穿孔素和颗粒酶B的释放，从而大大提高了NK细胞的抗肿瘤活性[6]。以上研究表明STAT1促进NK细胞的细胞活性，因而增加STAT1在NK细胞的表达有利于发挥NK细胞的细胞毒性作用。但关于STAT1通路的详细机制还未研究透彻，值得进一步研究探讨。

2 STAT2：Ⅰ型干扰素的信号因子

Ⅰ型干扰素和白细胞介素(interleukin，IL)可以通过STAT2对NK细胞进行免疫调节。Ⅰ型干扰素通过激活蛋白酪氨酸激酶(Janus kinase，JAK)1和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2，TYK2)从而激活STAT1和STAT2，形成相应的二聚体调节NK细胞的一系列生物效应，其中包括对STAT4的调节，影响NK细胞释放IFN-γ。TYK2基因敲除小鼠的NK细胞细胞毒性降低，对肿瘤的抵抗力下降[7]。IFN-α可以减少NK细胞IL-21受体mRNA表达，调节NK细胞IL-21受体的表达，这一过程需要STAT2的参与[8]。另外IL-15受体信号通路也可以激活下游的STAT2从而影响NK细胞的生物活性[9]。Ⅰ型干扰素在抗病毒中发挥着重要的作用，并已应用于临床治疗某些病毒感染疾病和恶性肿瘤。而Ⅰ型干扰素作用于细胞受体所介导的一系列信号通路离不开STAT2的参与[10]。Clr-b是NK细胞抑制性受体NKR-P1B的配体，在巨细胞病毒感染模型鼠中，旁邻细胞在Ⅰ型干扰素的刺激下高表达Clr-b，保护其免受NK细胞的杀伤。在这一过程中，STAT2对于Clr-b的诱导是必不可少的[11]。值得注意的是，Ⅰ型干扰素介导的经典的信号通路是通过STAT1/STAT2/IRF9三聚体作用的，但有研究发现STAT2可以不依赖STAT1与干扰素调节因子9(inter feron regulatory factors 9，IRF9)形成STAT2/IRF9二聚体就可以对病毒感染做出反应[12]。目前对STAT2与NK细胞之间联系的研究较少，除与STAT1共同介导Ⅰ型干扰素对NK细胞调节之外的其他功能有待进一步阐明。

3 STAT3：NK细胞毒性的抑制因子

STAT3抑制NK细胞的活性，抑制NK细胞对肿瘤的杀伤，但有时会起到相反的作用。实验表明敲除STAT3基因的NK细胞表达更高的颗粒酶B、穿孔素和DNAM-1，提高对肿瘤的免疫监视杀伤作用[13]。Schnurri-2是细胞内一类含锌指样结构调控细胞生长发育的蛋白，参与细胞生长发育的信号传导，Schnurri-2敲除小鼠NK细胞的STAT3表达上升，其颗粒酶B、穿孔素释放减少，表明Schnurri-2对NK细胞的发育功能有重要影响，并通过STAT3信号通路发挥作用，STAT3的激活抑制NK细胞的细胞毒性[14]。在肿瘤微环境中，肿瘤细胞可以分泌多种细胞因子激活肿瘤微环境内的STAT3信号通路，STAT3在NK细胞的激活可以抑制NK细胞的活性，表现在NK细胞激活性受体DNAM-1、NKp30、NKp44和NKG2D的表达下调，以及穿孔素A和颗粒酶B的表达下降，从而降低了NK细胞对肿瘤的杀伤作用。STAT3在肿瘤细胞的激活既可以抑制NK细胞释放趋化因子，减少招募到肿瘤微环境中免疫细胞的数量，又可以减少NKG2D配体MICA和ULBP的表达，从而抑制NK细胞的活性，并且还发现STAT3的激活可以导致肿瘤细胞程序性死亡受体配体-1(Programmed cell death-ligand 1，PD-L1)表达增高，PD-L1与NK细胞表达的程序性细胞死亡蛋白-1结合降低NK细胞的细胞毒性。肿瘤细胞和骨髓来源的抑制性细胞共同释放吲哚胺2，3-双加氧酶和转化生长因子-β抑制NK细胞的发育、增殖、活性。NK细胞可以与体内的各种免疫细胞相互作用，促进其对肿瘤细胞的杀伤作用，但是STAT3的激活会抑制这一活性[15]。

但也有实验表明，STAT3会起到完全相反的作用，会促进NK细胞的活性，促进NK细胞对肿瘤的杀伤。用表达CD137L和mbIL21的K562细胞从外周血扩增NK细胞，发现可以明显促进NK细胞的增殖和细胞毒性，但STAT3抑制剂JSI-124可以抑制这一过程，使K562细胞的作用失效，表明STAT3的激活有利于NK细胞的发育和细胞毒性[16]。IL-10和IL-21通过激活STAT3使NK细胞激活性受体NKG2D、DAP10、DAP12表达上升，STAT3抑制剂会抑制NKG2D的表达，STAT3基因敲除的NK细胞表达低水平的NKG2D，这使得NK细胞的杀伤活性降低[17]。IL-21作用于NK细胞会增强NK细胞对肿瘤的杀伤从而延长肿瘤小鼠模型的生存期，这一作用是NKG2D依赖的。使用NKG2D抗体或抑制小鼠模型内NK细胞的活性后，IL-21对小鼠的保护作用消失，小鼠生存期减少[18]。这些实验表明，IL-21可以通过激活STAT3，增加NK细胞表面NKG2D的表达，从而增加NK细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。研究发现，慢性NK细胞增殖性疾病与STAT3基因的突变有关，突变位于二聚化界面上的SH2区域，介导STAT3的激活。STAT3通路不仅可以调节NK细胞的细胞活性，突变还可造成NK细胞的癌变[19]。STAT3既可抑制又可促进NK细胞的细胞活性，但以抑制为主，因此减少STAT3在NK细胞中的表达有利于NK细胞发挥其细胞毒性作用，但需根据不同的微环境而定。对于某些肿瘤，STAT3抑制剂不仅起不到治疗的作用还会促进肿瘤的生长，抑制NK细胞的活性，其具体机制仍需进一步研究。

4 STAT4：NK细胞毒性的促进因子

STAT4的激活可以促进NK细胞释放IFN-γ和穿孔素从而增强NK细胞的细胞毒性，并在移植免疫和抗感染中发挥着重要的作用。STAT4在NK细胞可经IL-12信号通路活化，IL-12通过激活JAK2和TYK2从而激活STAT4，活化的STAT4促进NK细胞的增殖，增强NK细胞的细胞毒性，增加IFN-γ的释放[20]。IL-12还可以通过激活STAT4促进NK细胞穿孔素的释放，这与STAT4促进穿孔素相关蛋白的转录有关[21]。在移植免疫中，使用地塞米松可有效抑制NK细胞STAT4的表达，从而抑制NK细胞的免疫活性，这有利于抑制器官移植的排斥反应[22]。接受肝移植的非丙型肝炎患者体内NK细胞的活性降低，表达低水平的NKp46和NKp30，IFN-γ释放减少，细胞毒性降低。与健康人和丙型肝炎肝移植患者对比，接受肝移植的非丙型肝炎患者体内NK细胞的STAT4的水平明显降低，这表明STAT4和NK细胞介导的免疫耐受有关[23]。研究发现，STAT4还可通过诱导T-bet和IL-10产生记忆性NK细胞，进一步增强NK细胞的抗感染能力[24]。分泌IFN-γ和穿孔素是NK细胞行使免疫功能的重要体现，因而增加STAT4在NK细胞中的表达有利于NK细胞发挥其细胞毒性作用，抑制STAT4信号通路则有利于减少来自NK细胞的免疫排斥反应。

5 STAT5：NK细胞发育的必须因子

STAT5促进NK细胞的生长发育并增强NK细胞毒性和抗肿瘤能力。STAT5对NK细胞的发育起重要的作用，STAT5的缺失可导致NK细胞数量的减少，STAT5对小鼠的生存是必不可少的，失去STAT5的NK细胞不能存活[25]。Schnurri-2基因敲除小鼠NK细胞的STAT5表达下调，其颗粒酶、穿孔素释放减少[15]。IL-15可以增强NK细胞的抗肿瘤作用，由Cish编码的CIS蛋白是IL-15信号通路的抑制调节因子，敲除Cish基因，NK细胞对IL-15的敏感性增高，促进NK细胞的增殖和IFN-γ的分泌，增强其对肿瘤的杀伤作用，而这一过程离不开STAT5的参与[26]。V2O5可以通过抑制STAT5的磷酸化，致使NK细胞的增殖能力和IFN-γ释放水平下降，促使肿瘤在机体内的发生[27]。STAT5被抑制了的NK细胞可被Bcl-2过表达所营救，并且通过增加血管内皮生长因子-A的水平促进肿瘤的形成，抑制NK细胞的STAT5水平可以增加肿瘤的血管生成，促进肿瘤生长[28]。STAT5增强NK细胞的细胞毒性，是NK细胞生长发育所必需的，抑制NK细胞内STAT5的表达会促进肿瘤的生长，因而增加NK细胞内STAT5的水平有利于NK细胞行使其正常的免疫功能。

6 STAT6:NK细胞活性的调节因子

STAT6既可增强NK细胞的细胞活性又可抑制NK细胞的细胞活性。STAT6促进NK细胞释放IFN-γ，增强NK细胞的细胞活性。IL-4和IL-13通过调节JAK3和STAT6的磷酸化水平来调节NK细胞的生物活性，IL-4促进NK细胞释放IFN-γ，这一过程是STAT6依赖的，IL-4不能刺激STAT6敲除小鼠NK细胞释放IFN-γ。IL-4可以协同IL-2和IL-12共同刺激NK细胞释放IFN-γ，不同的是IL-4协同IL-2刺激NK细胞释放IFN-γ是STAT6依赖的，协同IL-12是非STAT6依赖的[29]。STAT6亦可抑制NK细胞的细胞活性，降低其对病毒的杀伤作用。在STAT6基因敲除小鼠体内，NK细胞细胞毒性增强，增强其对病毒感染细胞的杀伤作用[30]。此外，STAT6对维持母胎界面免疫平衡有一定的积极作用，研究发现IL-4在固有免疫细胞(包含NK细胞)中通过STAT6信号通路可诱导Tim-3表达，在妊娠期间，Tim-3作为一个调节分子，调控固有免疫和适应性免疫，从而调控Th1和Th2之间的平衡，影响母胎界面的免疫平衡[31]。CKJOT是韩国传统方法治疗女性不孕不育中使用的一种中草药，研究发现CKJOT可以让Th1相关转录因子T-bet明显下调，而Th2相关转录因子GATA3及STAT6明显上调，这表明韩国传统中药CKJOT对维持母胎界面免疫平衡有一定的作用，STAT6参与母胎界面免疫平衡的调节[32]。对于STAT6在NK细胞中的作用研究较少，STAT6在NK细胞中的调控以及对蜕膜NK细胞的影响有待于进一步研究。

7 结论

近年研究发现激活NK细胞内的STAT1、STAT4、STAT5可以促进NK细胞的细胞活性，增强NK细胞的细胞毒性，有利于NK细胞行使其抗感染、抗肿瘤的作用。抑制NK细胞内的STAT3、STAT6亦可增强NK细胞的细胞毒性，但有些情况下会起到相反的作用，提示STAT3、STAT6可能在自身免疫耐受有重要的作用。因而在利用STAT通路调节NK细胞的生物学功能时，要根据实际情况，兼顾STAT1/STAT4、STAT1/STAT3及STAT4/STAT6等信号通路的平衡来增强或抑制某一类STAT蛋白以发挥出NK细胞的最佳功能状态。另外，细胞因子作用于NK细胞不仅仅激活STAT信号通路，往往可能与多条其他信号通路共同作用，信号通路之间的相互作用值得进一步探讨。鉴于STAT信号通路在NK细胞生物活性中的重要性，在进一步阐明相关机制的基础上，精确抑制或促进这条通路的某些靶点，亦或是将来在转化医学实践中治疗某些肿瘤、感染以及生殖相关疾病的有效手段。

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