Janus蛋白酪氨酸激酶/信号转导和转录活化因子信号通路与特发性炎性肌病关系的研究进展

刘婷 傅自力

特发性炎性肌病(IIM)是一组异质的系统性自身免疫性疾病，以肌无力、肌肉疲劳及骨骼肌单个核细胞浸润为特点。IIM最常见的临床类型是多发性肌炎(PM)和皮肌炎(DM)，其特征性表现为四肢近端对称性肌无力，可伴随众多并发症，其中快速进展性肺间质病变严重危害患者健康，死亡率较高。研究认为免疫与非免疫机制均参与了其发病过程，尤其是免疫机制中的细胞免疫异常和体液免疫异常，但其发病机制仍不明确。近年来相关研究表明，IIM相关细胞因子的产生和激活与Janus蛋白酪氨酸激酶(JAK)/信号转导和转录活化因子(STAT)信号通路有关，该通路参与调节该疾病的病理生理过程。本文对JAK/STAT信号通路与IIM的相关性进行探讨。

一、JAK/STAT信号通路

1.JAK/STAT家族的组成及结构

JAK/STAT通路是一条从细胞外到细胞核内转导的信号通路，可通过许多跨膜受体家族传递细胞因子、白细胞介素(IL)和生长因子的信号，该通路由3个部分组成：酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK及转录因子STAT，主要功能如下：调控炎症反应、干细胞维持和造血等过程；参与细胞增殖、分化、凋亡及免疫调节等生物学重要过程[1]。

2.JAK家族

JAK蛋白酪氨酸激酶家族是第三大非受体型的酪氨酸蛋白激酶家族，该家族有4个成员——JAK1、JAK2、JAK3和TYK2，分子量为120～140 kDa，同源性为40%～70%。其中JAK1、JAK2和TYK2存在于多种细胞和组织中，而JAK3仅在肿瘤细胞、造血细胞、骨髓组织及淋巴系统中表达。JAK激酶有7个高度同源功能结构区：JH1～JH7；包括4个功能性结构域：酪氨酸激酶结构域(JH1)编码激酶蛋白，主管JAK激酶活性；伪激酶结构域(JH2)是JH1催化反应活性所必需的，不具有直接催化活性；SH2结构域(JH3～JH5)和FERM结构域(JH6、JH7)在与受体结合中起重要作用，可识别并结合胞膜上的特异性受体，有不同的特定生物学功能[2]。

3.STAT家族

STAT是一种转录因子，能与靶基因调控区DNA结合,在人和哺乳动物中已有7个家族成员被发现：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6[3]，分布于多种类型的组织和细胞中，分子量为84～113 kDa。STAT蛋白有6个功能区组成：N端结构域、螺旋结构域、DNA结合结构域、连接结构域(LK)、SH2结构域及C端转录激活结构域。其功能分别如下：N端结构域协助完成STAT多聚体的形成；螺旋结构域与其他转录因子结合；DNA结合结构域对STAT与靶基因调控区DNA结合起决定性作用；连接结构域(LK)作用于转录调节过程，连接DNA结合结构域和SH2结构域；SH2结构域介导STAT磷酸化及磷酸化STAT(p-STAT)二聚体的形成；C端转录激活结构域调控转录反应，促进靶基因的转录[2]。

4.JAK/STAT通路信号转导

许多细胞因子均能够激活JAK/STAT途径，包括以下4种[4]:(1)干扰素(IFN)家族：IFN-α/β、IFN-γ、IL-10/19/20/22；(2)gp130家族：IL-6/11、制瘤素M(OSM)、白血病抑制因子(LIF)、重组人心肌营养素(CT-1)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、IL-12/23、瘦素(Leptin)、神经营养因子(NNT)-1/B细胞刺激因子(BSF)-3；(3)γC家族：IL-2/4/7/9/15/21；(4)单链家族：促红细胞生成素、生长因子、催乳素等。

一般而言，一种细胞因子对多种JAK激酶激活均有作用，但对STAT分子有一定特异性。而其选择特异性由SH2结构域和受体中结合STAT分子的特定氨基酸序列共同决定。细胞因子结合受体使受体分子二聚化，进一步促进JAK磷酸化。磷酸化的JAK激酶受体的胞浆区域酪氨酸残基的结合位点可招募STATs，通过STAT的SH2结构域与受体磷酸化酪氨酸残基结合，并在JAK激酶的作用下实现其C端酪氨酸残基的磷酸化。当JAKs或其他酪氨酸激酶在高度保守的酪氨酸残基上磷酸化时，p-STAT形成二聚体，移位到细胞核，在细胞核内STAT二聚体结合特定的启动子序列，并调控细胞过程控制基因的转录，从而发挥多种生物学效应[1]。

5.JAK/STAT信号通路的调节

JAK/STAT通路的激活过程受多个调控因子的调节，这对于切断细胞因子及生长因子的信号具有十分重要的作用。涉及以下负调控因子:JAK/STAT的细胞因子信号转导抑制因子蛋白(SOCS)、活化STAT蛋白抑制因子(PIAS)、蛋白酪氨酸磷酸化酶(PTP)和细胞因子诱导含SH2结构域蛋白(CIS)的去磷酸化作用等[5]。其他因素如天然STAT突变及泛素-蛋白酶系统对该通路也有一定调节作用。其中SOCS是STAT受体结合的竞争性抑制剂，也是针对蛋白酶降解途径成分的泛素连接酶。STAT正向调节SOCS基因转录，SOCS竞争抑制STAT信号转导，形成一个负反馈调节，从而对JAK/STAT通路形成良好的控制。PIAS负向调控STAT介导的转录，在细胞因子作用STAT分子后，PIAS1和PIAS3分别结合激活的STAT1和STAT3，从而阻断其与DNA结合，控制STAT细胞定位，促进STAT蛋白的翻译后修饰。而PTP和CIS可使JAK激酶去磷酸化[6]。

二、JAK/STAT与IIM的关系

目前研究表明许多炎症性疾病与细胞因子的过度生成有关，在免疫反应过程中产生的细胞因子可以决定疾病的结果，同样IIM发病与细胞因子的关系密不可分。相关研究发现IL-6、IL-1α/β、IL-2、IL-10、IL-15、IL-17、肿瘤坏死因子(TNF)-α、IFN-β及IFN-γ等细胞因子在IIM的发病过程中具有免疫调节作用，与炎症、补体激活、表皮激活和分化等有关[7]。细胞因子可通过结合与之相应的受体将信号传递到细胞内，使细胞质内酪氨酸激酶(如JAK)磷酸化，磷酸化的JAK募集信号转导，使STAT与细胞内特异受体相关位点结合，从而使其磷酸化，磷酸化的STAT进入细胞核通过调控相关基因表达而发挥其相应的生物学功能。在某些情况下，JAK/STAT途径过度活化则会导致靶细胞功能的异常活跃，从而严重伤害到机体稳态。因此，JAK/STAT通路对机体稳定性的维持发挥着十分重要的作用[8]。

1.JAK/STAT3与IIM

在过去10年中，STAT3也受到了广泛关注，其与几种促炎性细胞因子和生长因子的细胞内信号转导通路有关。2005年Sano等[9]研究发现，皮肤特异性STAT3转基因小鼠可出现皮肤损伤。其他学者在对皮肤细胞的体外研究发现，STAT3在皮肤细胞的迁移中起重要作用，对皮肤修复至关重要[10]。2017年有研究发现，STAT3可能与DM的发病机制有关[11]，其中相关细胞因子包括IL-6、IL-21及IFN等[8]。

另外，辅助性T淋巴细胞17(Th17)和调节性T淋巴细胞(Treg)平衡在免疫平衡中的作用十分关键，且在IIM的发病机制中也有一定作用[12]。IL-6可通过激活STAT3促进T淋巴细胞增殖并保护T细胞免受激活诱导的细胞死亡[13]，而Th17在STAT3激活的细胞因子(如IL-6、IL-21和IL-23等)的作用下分化，抑制细胞中的STAT3可以阻止Th17分化，进而增加Treg比例。另一项研究发现，T淋巴细胞中缺乏STAT3的小鼠对涉及Th17细胞的自身免疫模型有抵抗力,且磷酸化的STAT3后可防止Treg产生[14]。

综上所述，JAK/STAT3通路参与了IIM的发生和发展。鉴于目前的研究结果和IL-6在IIM中的致病潜力，且SOCS3是IL-6诱导的STAT3磷酸化的主要抑制剂，当活化的STAT1诱导SOCS3表达，则可进一步抑制STAT3的活性，从而抑制Th17的发育，最终可使IIM病损有所减轻[15]。故关于IL-6/STAT3信号通路的抑制剂合成可能对IIM具有较好的治疗特性。

2.SOCS与IIM

由于SOCS蛋白分子家族可通过其激酶抑制区(KIR)直接抑制JAK酪氨酸激酶活性，故SOCS家族可能参与了IIM的发病，其蛋白分子家族的成员可能将会成为IIM治疗的一种新候选基因[16]。

IIM组织中IFN诱导基因及与炎症、补体激活、表皮激活和分化相关的基因上调。有研究通过对DM患者的肌肉和皮肤进行活检，结果发现DM患者病变皮肤和肌肉中的浆细胞样树突状细胞数量升高，且这些发现与Ⅰ型IFN信号升高有关[17]。其中SOCS1已被证明可通过调节先天免疫参与抑制炎症反应。SOCS1缺陷的树突状细胞可促进Th1的过度激活和狼疮样自身免疫病等。另外，在阻止Treg生成炎性细胞因子过程中SOCS1也起重要作用。在没有SOCS1的情况下，Treg通过过度激活STAT1和STAT3分别分泌干扰素γ、IL-2、IL-6和IL-17[17]。因此，SOCS1可抑制IIM相关细胞因子，从而可能有利于IIM治疗。

3.JAK抑制剂与IIM

相关研究表明，IIM发病可通过JAK-STAT途径介导，IL-6、IL-21以及Ⅰ型IFN可能是其作用过程中主要的细胞因子。一旦这些细胞因子与相应受体结合，该通路就会启动，引起多种分子的转录和翻译，进而产生了各种其他的细胞因子，导致肌炎。目前第一代JAK抑制剂托法替尼(Tofacitinib)和鲁索利替尼(Ruxolitinib)均通过抑制JAK的磷酸化和激活而起作用(分别为JAK1/3和JAK1/2)[18]。虽然不能排除Tofacitinib和Ruxolitinib调节其他通过JAK通路介导信号的细胞因子，但证明了体外使用JAK抑制剂Ruxolitinib可以预防这些病变[19-20]。

Hornung等[21]报道了一例72岁的典型DM患者，其皮肤皮损范围和严重程度指数(CDASI)的活动性评分为30分，患者在出现发热、巨脾及血小板减少症后开始使用Ruxolitinib(每次5 mg，每日2次)治疗后无不良反应，逐渐加量至15 mg每日2次，2个月后血小板恢复正常，发热症状消失，脾脏缩小，DM皮损减轻(CDASI评分为0)，肌力恢复，其他药物逐渐减量至停用。1年后患者Ruxolitinib减量至每次10 mg，每日2次，皮肌炎症状仍处于缓解状态。Kurtzman等[22]报道了3例难治性DM患者，在使用现有治疗方案后无好转，其中2例单用Tofacitinib(5～10 mg每日2次)，1例使用硫酸羟氯喹联合Tofacitinib(5 mg每日2次)治疗，4周后3例均有皮疹减少，CDASI活动度评分均下降(平均改善12分)，2例肌力改善；而Tofacitinib单一疗法的2例改善程度最大的是高剂量托法替尼(10 mg)的患者,这表明其疗效可能与剂量有关。Paik等[23]报道了一例55岁的顽固性皮肌炎患者,初始治疗使用现有治疗方案至少6个月，随后还接受2个周期的利妥昔单抗治疗，均无效。期间排除了恶性肿瘤，随后出现新发关节炎，遂开始使用Tofacitinib，治疗2个月后其关节炎有所改善，皮疹缓解，肌力改善。在之后随访的6个月内，症状持续缓解。之后Sarah等[24]报道了两例DM合并肺部钙质沉着症患者，一例采用Tofacitinib联合甲氨蝶呤治疗，另一例采用Tofacitinib单药治疗，两例患者伴随的皮肤钙化经过几周治疗后明显减轻，随后肺部钙化灶开始缩小，且在治疗中发现Tofacitinib耐受性良好，未发生与治疗相关的不良事件。

另外，抗黑素瘤分化相关蛋白(MDA)-5阳性无肌病性皮肌炎(ADM)相关的间质性肺病(ILD)是一种快速进展且危及生命的疾病，既往使用的三联治疗(糖皮质激素+环磷酰胺±他克莫司/环孢素A/霉酚酸酯)、生物制剂(包括TNF-α拮抗剂等)、血浆置换免疫吸附、间充质干细胞移植、肺移植、消除合并感染及其他支持治疗效果有限，6个月死亡率高达50%。2019年Chen等[25]研究发现，ADM-ILD患者IL-6和IL-21表达水平上调，且为JAK通路依赖，因此开展了单中心、开放标签临床试验，纳入了18例早期ADM-ILD患者，结果18例患者在托法替布治疗后6个月全部存活，存活率明显高于对照组，表明托法替布可显著控制早期ADM-ILD的进展，并有效延长患者的生存期。

虽然已有研究支持JAK抑制剂在难治性DM患者中的使用，但还需要前瞻性临床试验来证实。而且在当前JAK抑制剂应用的剂量下，其主要作用是抑制炎症，对一些生理功能并未表现出明显抑制，如贫血、淋巴细胞减少等，此类不良反应的报告在临床上也未对治疗造成较大的干扰。JAK抑制剂可能引起感染，如带状疱疹，虽然其在临床上非常罕见，但仍要考虑JAK抑制剂多靶点作用的不良反应，即安全性问题，故在应用JAK抑制剂前需评估患者是否合并结核等慢性感染性疾病。由于JAK抑制剂能抑制免疫功能，削弱机体自身免疫监视功能，淋巴瘤、非黑素瘤等肿瘤的发病风险会有所上升。

总而言之，近年来多项研究支持了JAK抑制剂未来在难治性DM患者中的使用。然而，现在还需要前瞻性临床试验来证实这些结果，并进一步考虑其安全性。

三、小结与展望

尽管有证据表明JAK/STAT通路异常与IIM有关，但IIM发病机制复杂，且该信号通路受多因素调控，与多条信号通路交汇，故仍需进一步探讨该通路在IIM发生中的详细机制。通过进一步深入研究JAK/STAT通路在IIM发病机制中的作用，进一步认识IIM的发生发展，从而可能为IIM开发新的治疗方向和策略。