银屑病与STAT3

2019-08-25陈怡雯苏婷苏忠兰

中华皮肤科杂志 2019年7期

陈怡雯苏婷苏忠兰

南京医科大学第一附属医院皮肤科 210029

银屑病是一种常见的以红斑、鳞屑为主要临床表现的慢性复发性炎症性皮肤病，病因尚不明确，目前认为与遗传、环境、免疫等多种因素有关。近年发现，银屑病与心脑血管疾病［1］、代谢综合征［2］、精神心理疾病［3］、淋巴瘤［4］及炎症性肠病［5］等具有相关性，因此认为银屑病已不仅仅是皮肤病，更是系统性的炎症性疾病。信号转导与转录激活因子 3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是一种重要的转录因子，与肿瘤、自身免疫性疾病等相关。近年研究发现，STAT3在银屑病发病中起关键作用［6］，本文就二者的关系作一综述。

一、银屑病发病机制

目前认为，银屑病是在遗传易感基因和环境因素影响下，角质形成细胞（KC）与免疫系统（尤其是T 细胞）共同介导的自身免疫性疾病［7］。银屑病发病具有遗传异质性和种族差异性，遗传因素在其中发挥重要作用，全基因组关联分析（GWAS）迄今累计发现90 个银屑病易感基因［8］，它们与抗原提呈、白细胞介素（IL）-23轴、T细胞分化、固有免疫、负性调控等多个银屑病免疫应答环节相关［9］。

环境因素如紫外线暴露、药物、饮食、感染、心理因素等可引起免疫紊乱，在银屑病起病、发展及复发中有重要作用。环境因素可通过与遗传及表观遗传相互作用影响银屑病发病，其中表观遗传学修饰起不可忽视的作用［10］。

近年来一些自身抗原也陆续被发现与银屑病相关。角蛋白17（keratin 17，K17）是唯一可由银屑病相关细胞因子诱导表达的角蛋白，其与链球菌M6 蛋白具有相同的序列ALEEAN，可刺激T 细胞活化和增殖。抗菌肽LL37 不仅能通过IL-23/Th17轴激活树突细胞，还能刺激T细胞介导适应性免疫。它们都在银屑病中高表达，并具有刺激适应性免疫应答的作用，因此被认为是银屑病的自身抗原［11-12］。

T 细胞介导的免疫反应在银屑病发病中具有重要作用。早期研究认为Th1细胞起主要作用，近年来发现IL-23/Th17 轴在发病中占核心地位（图1）。皮肤损伤或感染使KC 释放抗原，激活具有抗原提呈作用的树突细胞，后者迁移至引流淋巴结，产生IL-6、IL-23 介导初始T 细胞向Th17分化，成熟的Th17细胞分泌IL-17A、IL-17F、IL-22等细胞因子，作用于KC 使其过度增殖、异常分化，KC 还能分泌多种细胞因子、趋化因子、抗菌肽，趋化Th17 等炎症细胞至皮肤，从而形成正反馈环路，促进银屑病的发生发展。KC 分泌的血管内皮生长因子（VEGF）具有促进血管生成的作用。近年发现，IL-36通路在脓疱性银屑病发病中具有重要作用，它与IL-23/Th17轴在银屑病发病中相互关联、相互促进［13］。

固有免疫中的中性粒细胞也参与银屑病发病［14］，它以细胞外诱捕网的方式分泌细胞因子及炎症介质，代替中性粒细胞发挥长期的免疫功能。

二、STAT3信号转导通路

1.STAT3分子：STAT3存在于细胞质中，可被多种胞外信号激活，进入细胞核影响基因的转录发挥生物学功能，具有信号转导和转录调控双重功能。其有6个功能结构域：N端氨基酸保守序列、螺旋区、DNA结合结构域、连接区、SH2结构域和C 端转录激活区。其中SH2 结构最保守，也是功能最重要的区域。天然存在的STAT3 具有两种形式：STAT3α 和 STAT3β，相对分子质量分别约为 89 000 和80 000，STAT3β在C端缺失一段序列，一般认为它对STAT3通路起负向调控作用。STAT3中两个位点的磷酸化被认为与其转录活性密切相关，一个是705 位酪氨酸位点（Tyr705），另一个是727 位丝氨酸位点（Ser727），后者能使STAT3的转录活性最大化［15］。

图1 STAT3 在银屑病发病中的作用模式图皮肤在损伤或感染的刺激下释放抗菌肽，激活树突细胞产生白细胞介素（IL）-6、IL-23等细胞因子，继而激活STAT3，促进IL-21的产生并形成IL-21/STAT3的自分泌环路，促进Th17细胞分化；Th17细胞产生促炎因子IL-17、IL-22等，通过激活角质形成细胞（KC）中STAT3使之过度增殖、异常分化，产生自身抗原K17，进一步激活T细胞形成正反馈通路，分泌血管内皮生长因子（VEGF）促进血管生成。☆示STAT3的激活

2.STAT3 信号通路的激活及调节：STAT3 的激活途径包括：①JAK/STAT途径，是STAT3激活的经典途径，当多种细胞因子或生长因子与靶细胞膜上相应受体结合后，受体发生二聚化并激活受体相关性激酶JAK（主要为JAK1、JAK2和TYK2），受体的酪氨酸残基被JAK磷酸化后进一步招募 STAT3 分子，STAT3 第 705 位酪氨酸进而被 JAK 磷酸化；②丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK），具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，可使STAT3 第727 位丝氨酸磷酸化，并使之与Ras 途径相联系，调控STAT3 与靶基因的结合；③非受体型酪氨酸激酶也可激活STAT3［16］。两个磷酸化的STAT3分子通过SH2结构域相互作用形成二聚体，进入细胞核，识别并结合靶基因启动子区GAS 样序列，调控基因转录。STAT3 对基因的调控受细胞类型、转录共激活/抑制因子、募集的转录因子如干扰素调节因子、活化T细胞核因子、核因子κB、叉头状/翼状螺旋转录因子3（forkhead or winged helix transcription factor 3，Foxp3）、SMAD以及细胞因子微环境等因素的影响［17］。

STAT3 的负向调控：①细胞因子信号抑制物（suppressor of cytokine signaling，SOCS）可影响STAT3 的磷酸化，减弱信号传递；②活化的STAT 蛋白抑制剂（protein inhibitors of activated STATs，PIAS）可阻碍STAT3 二聚化及二聚体与DNA 的结合；③蛋白质酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）可使 STAT3 去磷酸化而失活［17］；④表观遗传修饰可直接或间接调控STAT3活性，如miRNA、乙酰化修饰等［18］；⑤非磷酸化的STAT3（U-STAT3）可结合到DNA序列的AT富集区，调控基因转录［19］。

3.STAT3 的生物学功能：STAT3 参与炎症反应和细胞增殖、存活、凋亡、迁移及血管生成、胚胎发育等多种重要的生物学过程，包括诱导细胞周期调控基因如c-myc、pim-1、cyclin D1 的表达调节细胞增殖，上调抗凋亡基因如Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1等从而延长细胞寿命，抑制细胞毒性T细胞介导的抗肿瘤效应促进肿瘤产生等［20］。正常情况下STAT3的激活迅速而短暂，它的异常活化与肿瘤、自身免疫性疾病如类风湿性关节炎、银屑病等的发生有关［21］。

三、银屑病与STAT3的关系

Sano等［6］发现银屑病患者KC中STAT3异常活化，但其他表现为表皮过度增生的炎症性皮肤病中并没有发现STAT3 表达的异常升高，因此认为STAT3 的活化与银屑病发病相关。他们进一步构建了K5.Stat3C 转基因鼠，其KC可组成性表达STAT3的活化形式——Stat3C，发现小鼠在出生2周内可自发或在外界刺激下发生银屑病样皮疹，其KC中多种银屑病相关基因转录增多，进一步提示STAT3 在银屑病的发病中起重要作用。以下根据STAT3在银屑病不同发病环节中的作用进行分类讨论。

1.参与Th17细胞分化：免疫反应中，初始T细胞的分化方向受病原相关分子模式的种类、抗原数量及T细胞-抗原提呈细胞间的作用强度等因素影响。初始T细胞分化过程中，IL-2和转化生长因子β1分别激活STAT5和SMAD，它们都能诱导Treg 细胞特异性转录因子Foxp3 的表达，此外，SMAD能诱导Th17细胞特异性转录因子维A酸相关孤核受体γt（retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt）的表达，至此，初始T细胞发育为Treg 和Th17共同的前体细胞。该前体细胞的最终分化方向取决于微环境中能改变Foxp3和ROR-γt相对丰度的细胞因子，高浓度的转化生长因子β1足以诱导前体细胞分化为Treg，但炎症反应中IL-6 的产生和持续刺激能激活STAT3 通路，进而诱导IL-21 表达，形成IL-21/STAT3 自分泌环路，从而引起STAT3 持续激活，上调ROR-γt丰度，使前体细胞向Th17分化［22］。STAT3在激活状态下，转录因子 RORγt 和 RORα 还可诱导 IL-23R 表达，而IL-23对Th17细胞的存活和稳定有重要作用。Th17细胞分化过程中多种关键细胞因子如IL-6、IL-21、IL-23 的功能都依赖STAT3，而Th17 细胞是银屑病发病中的关键细胞，因此STAT3对银屑病发病有重要作用［22］。

2.参与KC 的过度增殖和异常分化：Th17 和Th22 细胞分泌的IL-22 在银屑病皮肤表型形成中具有重要作用。Zheng 等［23］在小鼠耳部局部注射IL-23，发现表皮增厚及STAT3磷酸化水平升高，敲除IL-22后表皮厚度和STAT3磷酸化水平明显降低，因此推断IL-22 通过激活STAT3 介导IL-23引起的棘层肥厚。Zhang等［24］研究发现，IL-22作用于HaCaT细胞可以激活STAT3，引起细胞增殖，上调抗凋亡相关基因Mcl-1、Bcl-2、存活蛋白及异常角蛋白K16、K17的表达；血红素氧合酶1 通过激活蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1、抑制STAT3磷酸化，从而拮抗IL-22促HaCaT增殖及异常分化的作用。

3.参与KC与炎症细胞的相互作用：K5.Stat3C小鼠能自发或在外界刺激下产生银屑病样皮疹，将其皮肤移植到无胸腺小鼠上，银屑病样损害没有自发或在外界刺激下发生，但局部注射活化的T 细胞后出现了皮疹；将正常小鼠皮肤移植到无胸腺小鼠上，同样局部注射活化的T 细胞却不能诱发银屑病样损害［6］。以上结果提示，STAT3在银屑病皮损活化的KC与T细胞之间起连接作用。

Th17细胞分泌的IL-17A、IL-22可通过激活STAT3诱导KC产生K17［25］，K17可进一步作为自身抗原激活T细胞，分泌干扰素γ激活更多KC，在KC与T细胞间形成恶性循环。

IL-36是近年发现的参与银屑病发病的又一促炎因子，由炎症细胞分泌的细胞因子刺激 KC 产生。Müller 等［26］发现，IL-36通过激活STAT3诱导KC中IκBζ的产生，IκBζ的主要功能是调节IL-36下游与炎症反应、中性粒细胞趋化相关的基因，因此形成“炎细胞-KC-炎细胞”作用环路。

4.参与血管形成：血管的异常增生是银屑病的一个重要病理特点。Xia 等［27］研究发现，VEGF 在银屑病皮损血管形成过程中发挥重要作用。VEGF 的持续表达不仅促进皮肤血管生成，还引起表皮及炎症细胞的改变，在银屑病中具有重要作用。另有研究发现，STAT3 的持续激活能上调VEGF 表达，VEGF 启动子区STAT3的结合位点突变后这种作用消失，干扰STAT3信号可以下调VEGF表达，染色质免疫沉淀证实STAT3与VEGF启动子直接结合［28］，表明STAT3直接调控VEGF的表达。

综上，在银屑病表皮过度增生和异常分化、真皮血管异常增生、炎细胞浸润等病理改变的形成中，STAT3都发挥十分关键的作用。

四、针对STAT3的治疗

银屑病的治疗以外用药物为主，包括糖皮质激素、维A酸类、维生素D3衍生物、钙调磷酸酶抑制剂等，这些治疗对大多数患者有一定疗效，但容易反复发作，长期外用糖皮质激素还会出现皮肤萎缩、毛细血管扩张、紫癜等不良反应，因此需要寻找更有效且不良反应小的药物。由于STAT3在银屑病发病和维持中有重要作用，因此STAT3 及其上游的JAK激酶可能成为治疗银屑病的有效靶点。

Miyoshi 等［29］利用 STAT3 的小分子抑制剂 STA-21 进行体内实验，发现在K5.Stat3C小鼠皮损处外用含STA-21的软膏，表皮增生几乎完全被抑制，真皮淋巴细胞浸润和毛细血管增生也受到抑制；对8例银屑病患者进行局部治疗，其中6 例在治疗2 周后皮损得到缓解。目前STAT3 抑制剂还在研究中，尚没有用于临床的药物。

miRNA 是一类小的非编码RNA，可以在转录后水平调控基因表达。IL-17 可上调 miR-203 的表达，miR-203 可以抑制SOCS3的表达引起STAT3过度激活，并且上调IL-17引起的 VEGF 分泌，促进银屑病发生［30］。miR-145-5p 可下调STAT3 的表达，对KC 增殖和分泌趋化因子起负向调控作用［31］。通过调节miRNA 从而间接调控STAT3，或许能对银屑病发挥治疗作用［30］。

口服的JAK1、JAK3抑制剂托法替尼［32］和外用的JAK1、JAK2抑制剂卢索替尼［33］已分别完成Ⅲ期和Ⅱ期临床试验，并显示出较好的有效性、安全性及可耐受性。目前观察到的不良反应主要包括鼻咽炎、低密度脂蛋白升高、中度淋巴造血系统抑制等，其长期应用的安全性还有待观察。与以往针对发病机制中某些环节（如T 细胞、肿瘤坏死因子α、IL-23、IL-17等）的生物制剂相比，针对这些关键因子共同汇聚点STAT3的治疗或许可以从多靶点阻断银屑病中复杂的炎症性环路，从而获得更好的治疗效果。