SOCS的免疫调节机制及其在慢性肝病中的作用①

赵家洁 游晶 李 静赵寅洲（昆明医科大学第一附属医院感染性疾病和肝病科，昆明 650032）

细胞因子和生长因子的信号转导在各种疾病的免疫机制中发挥重要作用，其通常通过Janus激酶/信号转导子和转录激活子（Janus kinase/signal transducers andactivators of transcription，JAK/STAT）信号通路介导造血、炎症、免疫控制等效应。细胞因子转导抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS）作为该信号通路的抑制因子，对各种信号因子的调节至关重要，是炎症和免疫稳态的关键调节因子。目前研究认为SOCS参与多种细胞因子的信号调节，包括IL-6、IL-10、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）、瘦素、胰岛素、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF）、生长激素、干扰素（interferon，IFN）等。SOCS不仅作为细胞因子的调节者，且与T细胞的增殖分化有关，在自身免疫性疾病、过敏性疾病、血液系统疾病、肿瘤性疾病中发挥重要作用［1～2］。而在慢性肝病（chronic liver diseases，CLD）中，各种原因导致的肝细胞损伤可能与相应细胞因子的介导及免疫调节密切相关，越来越多的研究证明，各类CLD中普遍存在SOCS表达或调控异常，通过调节SOCS表达，可能对肝病的发展进程及治疗产生影响。

1 SOCS家族

1.1 SOCS的结构和功能SOCS是细胞因子和生长因子信号转导的负调控因子，在细胞的增殖分化及免疫调节中发挥至关重要的作用［3］。自1995年SOCS家族的第一个成员——细胞因子诱导的含SH2蛋白（cytokine inducible SH2-containing protein，CIS）被首次发现［4］，到目前，SOCS家族共包含8个成员，分别是SOCS1～7及CIS。根据其序列同源性的不同，SOCS家族又分为3个亚组，SOCS1/2/3/CIS、SOCS4/5、SOCS6/7。SOCS1/2/3/CIS组与多种细胞因子信号传导的调控密切相关［3］，而目前相关研究也表明SOCS4-7同源物可能通过独特的蛋白质靶点干扰部分细胞因子及生长因子诱导的信号传导［5］。其中，SOCS1、SOCS3最具特征性，是参与免疫调节的主要因子。SOCS蛋白具有相似的基本结构，中心为SH2结构域和相邻的SH2亚结构域，两侧为一个高度保守的C末端SOCS盒基序及一个N-末端区域［6］。这种结构对SOCS在信号通路中发挥抑制效应有重要作用。

SOCS的生物特性与SH2结构域密切相关。SOCS-SH2结构域是磷酸酪氨酸结合的关键区域，是SOCS蛋白的靶点。SH2结构域可直接与JAK激活环及活化细胞因子受体的磷酸化酪氨酸残基结合，减弱细胞因子信号转导。该结构域包含一个α-螺旋延伸，称为延伸的SH2亚结构域（extended SH2 subdomain，ESS），是SOCS-SH2结构域的一部分，并通过一些疏水性接触促进磷酸酪氨酸的结合，稳定模块化的SH2结构域。在SOCS蛋白的C末端有一个SOCS盒，由40个氨基酸基序组成，也是SOCS发挥作用的关键结构。SOCS蛋白作为E3泛素连接酶的底物募集模块，SH2结构域招募酪氨酸磷酸化底物，而SOCS盒结合elongins B和C、cullin-5和环蛋白Rbx-2结合形成E3泛素连接酶复合物。然后用泛素标记靶蛋白，如JAKs和细胞因子受体等，使底物多泛素化后降解［7］。而且，某些SOCS成员还具有额外的特殊基序。例如，位于SOCS1和SOCS3的N端有一个与SH2结构域相邻的12个氨基酸的残基序，称为激酶抑制区（kinase inhibitory region，KIR）。KIR被视为伪底物，阻断了JAK与底物的结合，从而抑制JAK的激酶活性［8］。而且，相关研究表明其并不仅表现为假底物，还能作为非竞争性抑制剂与ATP和底物结合。而在SOCS4、SOCS5蛋白结构中，N端表现为紊乱的更为保守的序列，该区可能在某些蛋白质调控细胞因子信号中发挥重要功能作用［9］。

1.2 SOCS的免疫调节机制JAK/STAT信号通路是一种细胞外因子调节基因表达的经典通路。在细胞的增殖、分化、免疫调节等方面发挥重要作用，该信号通路的异常可导致多种自身免疫性疾病、免疫缺陷、肿瘤相关疾病的发生［10］。JAK/STAT信号通路包含3个主要部分，即酪氨酸激酶相关受体、JAK和STAT。细胞因子与受体结合致受体二聚化而后激活JAKs，转录磷酸化的JAK使带有SH2结构域的STAT蛋白进入对接位点后磷酸化并被激活形成二聚体，转移到细胞核，调控特定基因的表达，从而实现信号从细胞外到细胞内的转移［11］。JAK/STAT信号通路受多种细胞因子包括如SOCS、活化STAT蛋白抑制剂（protein inhibitor of activated STAT，PIAS）和蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTP）的负调控，决定着信号转导的开始、持续和终止。本文重点讨论SOCS对JAK/STAT信号通路的负调控作用。

SOCS在基础状态下通常呈现低表达，在细胞因子刺激和JAK/STAT激活时可被迅速诱导，诱导表达后负调节JAK/STAT信号通路。前文已阐述了SOCS蛋白的结构，通过这些结构，SOCS被激活后经过一系列机制抑制信号转导：①抑制JAK激酶的活性。SOCS1和SOCS3蛋白可通过与STAT相似的SH2结构域直接与JAK结合，阻止STAT募集，从而抑制JAK活性；②SOCS蛋白的SH2结构域可竞争性与靶蛋白的磷酸络氨酸结合，从而阻止STAT激活；③SOCS盒与elongins B和C、cullin-5和环蛋白Rbx-2结合形成E3泛素连接酶复合物，而后靶向结合底物进行多泛素化和蛋白酶体降解。此外，SOCS1、SOCS3通过其特有的KIR序列作为JAK的伪底物，抑制JAK的激酶活性，最终实现对JAK/STAT信号通路的负向调控。

2 SOCS在CLD中的作用

2.1 病毒性肝炎

2.1.1 慢性乙型肝炎（chronic hepatitis B，CHB）目前普遍认为宿主免疫调节的失衡是乙型肝炎病毒导致肝损伤的重要机制之一，多种细胞因子的调控参与该过程炎症的发生和发展。SOCS是T细胞增殖分化、JAK/STAT信号转导通路的负调控因子，在病毒感染及肝细胞损伤中发挥重要作用。近年来相关研究提出，在CHB中存在SOCS表达异常，而这种异常可能是病毒逃避宿主免疫反应的一种机制［12］。刘 梅等[13]发现 在CHB患 者 中存在SOCS1 mRNA的高表达，并且表达水平与肝脏炎症活动程度有关，其可能为CHB炎症活动程度诊断提供一定依据。另外，一些针对体内外HBV感染的肝细胞的研究发现，乙肝病毒对STAT/SOCS信号的干预可能导致对宿主HBV的无效免疫应答，可能导致持续的病毒感染，并参与病毒感染的发病过程及恶性转化［14］。最近的研究也表明，在HBV感染相关的肿瘤组织中SOCS3表达较非HBV感染相关肿瘤组织高，提示HBV可能诱导SOCS3表达，并在HBV感染后进展为肝硬化甚至肝癌的过程中发挥作用［15］。

但目前SOCS在CHB中的作用机制尚不十分明确，目前的研究主要集中于SOCS通过对某些信号通路的调控，从而干预HBV感染后及疾病过程。IFN是一类具有抗病毒及免疫调节作用的细胞因子，也是目前治疗CHB的重要方案之一。熊国莲等［16］对CHB患者细胞因子及SOCS的表达及相关关系进行研究，发现SOCS3 mRNA的表达与IFN-γ间存在一定的相关性。其他相关研究佐证了这一点，HBV感染后上调的SOCS1、SOCS3可能导致IFN抵抗，并且与IFN对高病毒载量的乙肝患者疗效不佳有关［17］。因此，SOCS对IFN信号通路的干扰可能是其在HBV感染疾病中作用的重要机制。SOCS也有可能成为CHB患者的基因治疗的关键靶标，为乙型肝炎不同阶段的治疗提供新思路。但目前关于SOCS在HBV感染细胞中干预其他细胞因子及信号通路的相关研究还较为不足，仍有待进一步探索。

2.1.2 慢性丙型肝炎（chronic hepatitis C，CHC）HCV感染是慢性肝病的主要病因之一，HCV病毒的免疫清除失败导致CHC的慢性化。全球约有2亿人感染丙型肝炎病毒，其中55%～85%感染后转为慢性，若病程中不及时干预，极有可能发展为肝硬化甚至肝癌。SOCS作为细胞因子信号转导的抑制剂及炎症的调节剂，与CHC发病机制及病情进展明显相关。相关研究报道在CHC患者中存在SOCS1基因过表达，并与HCV病毒载量呈正相关［18］。而SOCS蛋白对多种信号因子的调节可能是其在CHC中发挥作用的机制。

SHAO等［19］通过观察SOCS3过度表达的细胞模型中HCV的复制，发现SOCS3过表达可下调核心蛋白水平，降低HCV的复制；通过敲除SOCS3基因证明了SOCS3敲除可增加丙型肝炎病毒的复制。此外，研究表明丙型肝炎患者中表达的SOCS3可通过抑制促炎性TNF-α外周血单个核细胞的信号转导，从而干预TNF-α在CHC患者中的促炎反应［20］。ZHAO等［21］近期研究提出，IFN与HCV诱导的STAT3和SOCS3信号相拮抗，表明在丙型肝炎病毒感染过程中IFN-α与SOCS间的相互作用具有重要意义。新近的一些相关研究也证明了这一点，在CHC患者中高表达的SOCS3与IFN治疗无应答相关，IFN与SOCS之间的关系可能是HCV感染的重要机制之一［22］。以上研究提示可通过调控SOCS水平干预相关信号通路，最终干扰HCV感染的疾病过程，为CHC的预防及治疗提供了新思路。

2.2 非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）NAFLD是排除酒精及其他原因导致的肝细胞内脂质沉积所致的肝损伤，近年来随着饮食结构发生变化，NAFLD患病率逐渐升高。NAFLD通常作为代谢综合征在肝脏的表现，与肥胖、胰岛素抵抗高度相关。UEKI等［23］的研究发现SOCS1、SOCS3在肝脏中的过度表达会引起胰岛素抵抗，且抑制SOCS-1和SOCS-3可提高胰岛素敏感性，显著改善肝脏脂肪变性和高甘油三酯血症。但SACHITHANANDAN等［24］通过对比SOCS3基因敲除小鼠与野生型小鼠却得出了不尽相同的结论，他们发现肝脏中SOCS3的缺失增加了肝胰岛素敏感性，但与之矛盾的是促进了脂肪生成，导致非酒精性脂肪肝疾病、炎症和肥胖的发生，该团队考虑这是因为在高血糖和高脂肪酸的致肥胖环境中，SOCS缺失会促进NAFLD和炎症的发展，最终导致肥胖和全身胰岛素抵抗。因此可以得出结论，SOCS通过对胰岛素信号通路的调控从而在NAFLD发病过程中发挥作用。SOCS通过阻碍胰岛素受体底物的络氨酸磷酸化、泛素化降解胰岛素受体底物蛋白、抑制胰岛素受体激酶、影响瘦素信号转导等途径抑制胰岛素信号，最终导致NAFLD的发生［25-26］。另外，SOCS还可通过其他途径导致肝脏脂肪变性，例如，固醇调节元件结合蛋白1c（sterol regulatory element binding protein-1c，SREBP-1c）是肝脏脂肪酸合成的关键调节因子，而相关研究发现SOCS1、SOCS3通过上调SREBP-1c的表达促进肝脏脂质沉积［25］。此外，SOCS还可通过直接抑制瘦素信号通路导致瘦素抵抗，这也在肝细胞脂肪变性中发挥重要作用［27］。因此，从SOCS蛋白入手进行改善胰岛素、瘦素抵抗等的研究，极有可能成为NAFLD治疗的新方向。

2.3 肝纤维化及肝硬化肝纤维化是指各种致病因子所致的肝内结缔组织异常增生，肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSC）的异常活化增殖导致肝细胞外基质沉积为其主要的发病机制，肝纤维化的持续进展可导致肝硬化甚至肝癌［28］。多种细胞因子参与的信号通路调节HSC的活化及纤维化过程。研究证明SOCS在肝纤维化中表达异常，其基因甲基化率随着纤维化的进展而增加，SOCS可能通过调控信号通路影响肝脏纤维化［29］。其他相关研究发现，过表达SOCS3能够较好地增强纤维化逆转过程［30］。这也使得细胞通路的抑制因子SOCS蛋白在肝纤维化发病机制中的作用及其作为抗纤维化治疗的新靶点成为研究关注点。肝纤维化过程是可逆的，早期阻止并逆转肝纤维化，可进一步减少肝硬化及肝癌的发生。但关于SOCS在肝纤维化中发挥作用的机制尚不十分明确。

目前一些研究提出，SOCS通过调节部分信号通路影响肝纤维化的发生和发展。OGATA等［31］通过对肝脏特异性SOCS3缺陷小鼠的检测，发现肝脏中SOCS3的缺乏可导致STAT3过度激活，过度激活的STAT3通过上调TGF-β1表达促进肝纤维化进程。此外，瘦素也是一种促进纤维化的脂肪因子。脂联素可诱导SOCS-3表达，干预瘦素信号通路转导，从而影响肝脏的纤维化［32-33］。其他研究发现SOCS1可抑制核因子激活的B细胞的κ-轻链增强（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路，从而限制过度免疫反应，防止HSC活化和肝纤维化［34］。潘金等［35］通过观察肝纤维化大鼠中SOCS3的表达，发现SOCS3在纤维化的肝组织中与TNF-α一样高表达，且与TNF-α呈正相关，提示SOCS3可能通过上调TNF-α影响肝纤维化进程。综上，SOCS可通过调控相关细胞因子的信号通路在肝纤维化进程中发挥作用，且SOCS的高表达对抑制肝纤维化进程似乎表现出积极作用，对SOCS蛋白在肝纤维化中调控作用的进一步研究可能为肝纤维化治疗提供新的潜在靶点。

2.4 肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）HCC的发生与癌基因、抑癌基因、细胞因子和信号转导等密切相关。在肿瘤细胞中，许多炎症细胞因子通过与细胞表面受体结而激活细胞内信号转导，JAK/STAT信号通路持续活化导致细胞的异常增殖和分化，调节肿瘤细胞的增殖、凋亡和迁移。SOCS作为该信号通路的抑制因子可破坏其进程发挥作用，其调控的解除与多种肿瘤的发生有关，被认为是一种抑癌因子［36-38］。

在肿瘤细胞中，SOCS可通过超甲基化、组蛋白乙酰化、基因突变等机制进行化学修饰，甚至表现为表达沉默［39］。早期研究已经指出，SOCS1在HCC中发生甲基化失活而促进肝硬化结节向肝细胞癌转化［40］，表明SOCS可能在HCC发病过程中发挥抑制作用。近年来，JIANG等［41］的研究发现，SOCS3在HCC组织及癌旁组织中较正常肝组织中表达低，且SOCS3表达与肝癌组织分级、肿瘤直径、TNM分期、血管浸润、淋巴结转移和远处转移明显相关，进一步证明了SOCS的抑癌作用，并提示其可能与HCC患者的疾病发展过程相关。此外，新近研究也证明了HBx蛋白通过增强SOCS1基因启动子甲基化降低SOCS1蛋白的表达水平，从而导致HCC的发生［42］，表明SOCS1在HCC中的抑癌作用，及其是HBV到肝癌发生发展的中间机制。SOCS的这一作用可能是通过细胞因子及信号通路的调节实现的。NIWA等［43］研究发现，SOCS3在HCC中异常甲基化且其表达被沉默，SOCS3表达通过抑制肝癌细胞中的STAT3和黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）活性，从而抑制细胞的生长和迁移。另一方面，该研究还发现IL-6促进肝癌细胞生长，而SOCS-3可抑制血清IL-6诱导的细胞生长。因此，SOCS-3的甲基化及表达沉默可导致肝癌细胞生长和迁移增强。此外，潘忠清等［44］研究发现SOCS1对c-myc的表达起负调控作用，SOCS1基因失活可引起c-myc表达水平增加，从而导致细胞周期失控，发生恶性增殖，最终导致HCC的发生。刘敏等［45］通过对肝癌患者中miR-203a-3p、SOCS1、SOCS3表达的研究发现，肝癌患者中miR-203a-3p基因表达水平与SOCS1、SOCS3表达呈正相关，与其甲基化水平呈负相关，而有研究表明miR-203a-3p可能具有抑癌作用，三者可能通过某种机制共同参与肝癌的发生发展。

同时，一些研究表明，SOCS的表达水平与HCC的发展过程及治疗预后密切相关。QIU等［46］提出，SOCS2和SOCS6可能与HCC患者的预后相关。新近研究也指出，SOCS3的甲基化水平与HCC患者的生存期及预后呈负相关，可作为HCC患者预测肝癌恶性程度和预后不良的潜在生物标志物［47］。并且，在HCC的治疗前后，SOCS也表现出差异性。有研究发现SOCS3甲基化状态与肝癌经导管动脉化疗栓塞术（transcatheter arterial chemoembolization，TACE）反应及预后密切相关，提出SOCS3甲基化状态可作为预测HCC患者TACE疗效的生物学指标［48］。因此，SOCS作为一种重要的抑癌基因在HCC的发生、发展中起重要作用。进一步了解SOCS在肝癌中的作用机制，可能对其作为HCC诊断及预后的评估标志物并运用于临床有帮助。

2.5 自身免疫性肝病及酒精性肝病SOCS与其他慢性肝病也存在一定的关联性。研究证明在自身免疫性肝炎患者中，JAK/STAT信号通路通过影响各类细胞因子表达发挥关键作用，其负调节因子SOCS可能通过调控JAK/STAT信号通路扮演重要角色［49］。早前HONG等［50］通过对刀豆蛋白A（concanavalin A，ConA）诱导的自身免疫性肝炎模型的实验研究发现，STAT1、STAT3分别在ConA肝炎中起促进及保护作用，SOCS1和SOCS3在该实验中被显著诱导，介导细胞中STAT1和STAT3间的相互抑制，从而在ConA肝炎中发挥作用。另外，SOCS基因多态性与原发性胆汁性肝硬化（primary biliary cirrhosis，PBC）显著相关，且SOCS基因变异体可能是PBC发病的独立危险因素［51］。其他相关研究也得出了相似的结论，PBC患者肝脏中SOCS1表达的抑制可能会导致免疫应答的异常调节，并导致肝脏持续的炎症［52］。但对于其作用机制，目前还没有十分确切的研究。周运恒等［53］提出在PBC中SOCS的低表达可能与免疫平衡紊乱有关，SOCS可能通过对树突状细胞的调节影响T淋巴细胞分化，最终参与PBC疾病的发生发展过程。对SOCS蛋白的调节，可能会成为PBC患者治疗的新方向。此外，在酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）中，SOCS也存在异常表达。NGUYEN等［54］发现，在ALD患者的肝脏中缺乏SOCSs诱导，但其具体原因尚不明确。其他研究也提出，ALD患者SOCS3 mRNA表达水平明显降低，表明SOCS3可能参与ALD患者肝细胞损伤的发展［55］。但目前相关研究还较为缺乏，其在ALD中的确切作用仍需要进一步探索。

3 总结与展望

近年来，研究者对SOCS家族的结构功能及其免疫调节机制有了更加深入的了解，其作用主要是通过对不同细胞因子的信号转导过程进行负反馈调节实现的，其在自身免疫性疾病、肿瘤性疾病、血液相关疾病中的作用已被众多研究证明。而近年来多项国内外研究也表明SOCS蛋白在慢性肝病致病机制、病情进展、预后评估中发挥重要作用。慢性肝病主要包含慢性病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、肝纤维化及肝硬化、自身免疫性肝病、肝细胞肝癌等，其发生发展与各类细胞因子，如IL、IFN、TGF-β1、TNF-α等的异常表达密切相关，因此SOCS对它们的调控机制尤为重要，倘若在此过程中进行干预，可能会影响肝病的发展过程，为慢性肝病的治疗提供新靶点。但就目前的研究而言，SOCS在各类慢性肝病以及不同阶段的作用的机制仍不十分明确，且目前的研究集中于SOCS对JAK/STAT信号通路的调控对慢性肝病的影响，是否存在对其他信号通路的调节作用的相关研究甚少。另外，目前对于SOCS在慢性肝病患者发挥免疫调节作用缺乏临床研究，干预SOCS蛋白表达是否会对慢性肝病患者疾病的进程及预后有影响，尚需进一步探究。