JAK/STAT信号通路在炎症性肠病发病机制中的研究进展

张淑华， 迟宏罡， 郑学宝

广东医科大学第二临床医学院，广东 东莞 523808

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一种病因不明的肠道慢性非特异性炎症疾病，主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)两种类型[1]，通常累及回肠、直肠、结肠。临床表现为腹泻、腹痛，甚至可有血便。UC是大肠黏膜层和黏膜下层的连续性炎症，通常先累及直肠，逐渐向全结肠蔓延。CD可累及全消化道，为非连续性肠壁全层炎症，最常累及部位为末端回肠及邻近右侧结肠。流行病学研究[2]表示，尽管IBD在全世界发病的地域性很大，但其发病率不断攀升[3]，一直受到人们的关注和重视。虽然IBD的病因和发病机制仍不清楚，但许多研究表明，其与遗传易感性、环境、肠道微生物菌群、免疫系统有关[4-5]。IBD常被一些细胞因子如白细胞介素(IL)、干扰素调控，而这些炎症因子通过JAK/STAT信号通路发挥作用。本文就JAK/STAT信号通路在IBD发病中的作用作一概述。

1 JAK/STAT信号通路的结构和传导

JAK/STAT途径是参与IBD的许多关键细胞因子信号传导的主要传导途径。细胞因子与相应受体的结合可以激活相关的JAK激酶，其选择性地磷酸化STAT，活化的STAT转移到细胞核并在靶基因的转录中起关键作用[6]。

1.1 JAKJAK是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶(PTK)，家族成员包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2[7]。它们的长度>1 000个氨基酸，分子量为120～140 kDa。家族的三个成员(JAK1、JAK2和TYK2)普遍表达，而JAK3主要在造血细胞中表达[8]。该族成员有7个同源区(JH1～7)，其中JH1区为激酶区，JH2区为伪激酶区。与其他PTK不同，JAK内无Src同源区2(SH2)结构，因其既能催化与之相连的细胞因子受体发生酪氨酸磷酸化，又能磷酸化多种含特定SH2区的信号分子从而使其激活，故称之为Janus。Janus激酶家族JAK1、JAK2、JAK3和TYK2受许多细胞因子的调节，包括IL、干扰素和激素如促红细胞生成素、血小板生成素和生长激素[9]。它们与不同的细胞因子受体结合并激活信号传导和STAT家族的特定成员作为下游效应子，因此关键地参与许多基本过程，包括免疫细胞发育和信号传导、细胞生长、细胞凋亡、干细胞维持和造血。JAK1/3信号传导参与炎症性疾病的发病机制，而JAK1/2信号传导参与几种恶性肿瘤的发展，包括白血病、淋巴瘤及骨髓增生性肿瘤[10]。

1.2 STATSTAT家族由7个成员组成，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其大小为750～850个氨基酸[11]。STAT含有SH2和SH3结构域，可与特定的含磷酸化酪氨酸的肽段结合。SH2结构域是STAT活化和功能的基本特征，将蛋白质与酪氨酸磷酸化受体亚基对接。当STAT被磷酸化后，发生聚合成为活化的转录激活因子形式，进入胞核内与靶基因结合，促进其转录。但结构不包括分子的氨基和羧基末端部分。另外，STAT2和STAT1在配体结合之前与未活化的非磷酸化IFNAR结合，然后与受体结合的STATs由JAKs在保守的酪氨酸残基上磷酸化，且SH2结构域通过相互的磷酸酪氨酸/SH2相互作用介导二聚化，因此，STAT-SH2域对于与激活JAK的关联也很重要。

1.3 JAK/STAT信号通路的传导JAK/STAT通路在配体与细胞因子(如IL)受体结合后，该受体建立构象变化，使JAK进入受体的近端结合位点，JAK磷酸化细胞因子受体细胞质结构域上的酪氨酸残基，从而转为信号分子激活信号传导及转录激活蛋白STAT使其磷酸化直接导致基因的表达。具有SCR同源性的STAT能够将这些磷酸酪氨酸残基的2个结构域募集到受体中。在STAT磷酸化和活化后，STATs形成同源或异源二聚体，可以转移到细胞核并激活靶基因的转录[12]。STAT的SH2结构域(信号传导和转录激活因子)与受体磷酸酪氨酸结合，从而促进Janus激酶的STAT磷酸化并随后激活。STAT二聚体易位至细胞核，参与数千种蛋白质表达的调节以启动参与细胞周期调节、细胞凋亡和蛋白酶体降解的效应基因的转录[13]。在JAK2的情况下，募集STAT3和STAT5并直接磷酸化，而TYK2主要通过STAT4和STAT1磷酸化起作用[14]。

2 JAK/STAT与IBD

2.1 JAK/STAT与UCJAK/STAT信号通路在IBD发病机制中起重要作用，如控制维持黏膜免疫系统和Th细胞的发育和分化[15]。在UC中，固有层T细胞向Th2细胞的分化由IL-4介导，它产生Th2型细胞因子IL-4、IL-5和IL-13，幼稚T细胞是通过JAK1-JAK3发出信号并激活STAT6。IL-5是嗜酸性粒细胞活化的关键介质，它通过JAK2和激活STAT3-STAT5-STAT6的信号传导并促进B细胞生长。IL-13促进纤维化并诱导肠上皮细胞中的细胞凋亡和紧密连接的降解，即IL-5、IL-13均不直接通过JAK/STAT信号通路参与UC的发病[16]。Barrett等[17]研究发现，与UC相关的rs10758669风险位点位于JAK2区域。在模式识别受体(pattern-recognition receptor，PRR)诱导UC的模式中，其抗炎细胞因子随着JAK2表达的降低而逐渐降低。PRR诱导的炎症因子如IL-10、IL-4、IL-22分泌的减少依赖JAK调节炎[18]，从而改善UC。JAK3缺陷小鼠的结肠炎被认为是肠屏障缺陷导致的。JAK3敲除(KO)小鼠模型，表现出IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-15的传导缺陷，IL-6和IL-17A水平升高及严重的免疫缺陷，屏障功能缺陷导致UC[19-20]。在UC患者中发现STAT1的表达增加，尚未发现STAT2在肠道炎症中的重要参与[21]。Suzuki等[22]给葡聚糖硫酸钠盐(DSS)诱导的小鼠敲除IL-6基因后，结肠炎严重程度和活化的STAT3水平均明显降低，且IL-22激活STAT3以促进肠上皮细胞(IEC)稳态和组织愈合，这说明STAT3的活化是结肠炎症持续存在的重要因素。研究发现，UC患者的肠炎样本中IL-9 mRNA表达显著增加，IL-9R在肠上皮细胞上过表达，并且诱导STAT5活化，其研究结果提示IL-9通过JAK/STAT通路参与UC的发病[23]。

2.2 JAK/STAT与CDKaur等[24]通过临床、血清学和遗传变量调查发现，JAK-STAT途径与CD遗传变异有关。CD患者结肠黏膜T细胞中可发现活化的STAT3[25]，其基因组危险的因子除STAT3外还有JAK2区域[26-27]。当用组织特异性STAT3血细胞生成期间缺失的小鼠进行实验时，发现小鼠在出生后4～6周内死亡，它们的小肠和大肠中均有CD样炎症表现[28]。病理生理学家认为，CD与Th1细胞介导的过量细胞因子活性有关[29]。IL-12是启动Th1介导的炎症反应的关键细胞因子[30]。这与Bevivino等[31]研究结果一致：IL-23和IL-12是CD中靶向的致病细胞因子，可诱导或促进促炎性Th1和Th17细胞的产生，且通过JAK/STAT信号通路发挥作用，在该通路中JAK2和JAK1或TYK2介导IL-12细胞因子受体家族相关STAT的磷酸化[32]，进而导致炎症的进展。这与STAT4和IL-23-Th17途径参与炎症疾病的发展相符合[33]。STAT1可以被JAK1和JAK2或JAK1和TYK2磷酸化，通过IFN-γ受体和相关受体家族的信号传导[34]，这对CD发生、发展具有特殊意义，因为与作为启动因子IL-12不同的是，IFN-γ是Th1细胞的重要效应细胞因子[35]。即这些异常活动的细胞因子在通过JAK/STAT通路启动和效应Th1从而参与CD的发生。

3 JAK抑制剂与IBD

JAK参与许多必需的细胞因子信号传导使JAK抑制剂成为炎症性疾病的潜在治疗药物。JAK的抑制剂激活改变T细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞，降低了免疫反应，阻断了与炎症激活有关的多种细胞因子的信号传导[36]，且激酶抑制剂是口服给药的小分子，使得其在治疗UC上备受关注。目前正在临床试验中评估多种JAK抑制剂，并开发了几种化合物[37]。如第一代抑制剂Tofacitinib，是一种JAK1/3抑制剂，经FDA批准用于治疗类风湿性关节炎，经过临床试验现已被批准用于中-重度活动性UC[38-39]。在中-重度活动性UC患者中，Tofacitinib作为诱导和维持治疗比安慰剂更有效，只要使用数周就能改善并维持患者的生活质量[40-41]。Filgotinib是JAK1的特异性抑制剂，属于第二代JAK抑制[42]。在临床试验中，Filgotinib在活动性CD患者中诱导临床缓解治疗较安慰剂更优异，且其安全性在可以接受的范围内[43]，但该抑制剂的长期应用及其安全性、稳定性目前尚处于临床研究阶段。

综上所述，JAK/STAT信号通路通过参与许多细胞因子和生长因子的信号传导参与IBD的发生、发展，并在治疗IBD中具有很大的发展潜力。目前IBD治疗较为传统保守，以氨基水杨酸抑制剂、糖皮质激素及免疫抑制剂为主。JAK抑制剂可以有效地阻断或抑制IBD的发生及进展，将会成为IBD新的治疗方法。我们应对JAK/STAT信号通路进行深入的研究，明确其在IBD中的作用机制，这有助于提高我们对IBD的认识，并为未来IBD疗法的新机制提供理论依据及新思路。