JAK2/STAT3信号通路调节机体免疫功能及针灸干预效应分析

毛凯荣，田岳凤，支博远，马晨

(山西中医药大学，山西 晋中 030619)

酪氨酸激酶-2(Janus kinases 2，JAK2)/信号转导和转录激活因子-3(signal transducer and activators of transcription 3，STAT3)信号通路是一条被淋巴因子、脂肪因子等细胞因子广泛共用的信号通路，可介导细胞的增殖、凋亡及分化，临床上在高血脂症、脑血管、癌症等疾病的免疫机制中均发挥其重要作用。根据目前研究发现，JAK2/STAT3通路的免疫调节作用主要是通过细胞因子活化通路，从而使通路产生信号作用于免疫细胞及其他细胞来发挥功能。本研究从JAK2/STAT3通路活化机制以及免疫调节机制入手，探讨JAK2/STAT3通路免疫调节功能、相关疾病应用、针灸干预相关疾病的作用机制。

1 JAK2/STAT3通路概述及作用机制

在实验和临床研究发现，JAK2/STAT3通路的免疫调节作用，是细胞因子通过激活免疫细胞和非免疫细胞的JAK2/STAT3通路，从而调控细胞基因表达的过程。JAK2/STAT3信号通路是多种细胞因子和生长因子在哺乳动物体内进行信号转导的重要通路之一，通过激活该通路对下游基因进行调控能够影响细胞增殖、分化、迁移、凋亡等活动，从而对于造血、免疫、发育、脂肪合成等生理反应进行调控[1]。

JAK2是激活这条通路进行调控的主要蛋白之一，它的分子量为131KD，来自于JAKs家族，是四种JAK的其中之一，是广泛位于细胞膜上的一种非受体型酪氨酸蛋白激酶。其主要结构并无跨膜结构域，而是由7个保守的结构域组成，主要是C-末端、JH1、JH2域具有催化功能，N-末端的4个JH域不具有酪氨酸激酶活性，可能参与JAK2及其他信号蛋白分子的结合[2]。由于JAK2是非受体的蛋白，所以激活JAK2/STAT3信号通路的细胞因子并不能直接与JAK2相结合，而是与细胞膜表面的受体相结合。这些受体虽然本身并不具有激酶活性，但却具有酪氨酸激酶JAK2的结合位点。在受体与细胞因子结合后，从而产生反应使受体二聚化，形成的复合物使得与其偶联的JAK2激酶相互接近，通过自磷酸化或交叉磷酸化而活化。JAK2被磷酸化后迅速磷酸化受体的酪氨酸残基。

STAT3是调控通路下游基因的主要蛋白，它是分子量为88KD的蛋白，来自于STAT家族，是八种STAT的其中一类转录蛋白，主要位于细胞质中。它的结构域有5个，主要是N端、DNA结合区、SH3样结构域、SH2样结构域和C端，其中SH2样结构域是STAT3最重要的结构部分，是STAT3与活化受体结合、与JAK2相互作用而STAT3形成二聚体，结合DNA干预下游基因转录的结构基础[3]。即在通路调控过程中，STAT3作为JAK2的底物，其SH2样结构域在磷酸化、转位到细胞核以及调节包括细胞因子基因在内的基因的转录过程中进行同聚或异聚有重要的作用。在这个主要过程中，磷酸化的JAK2与偶联的磷酸化的受体的酪氨酸残基形成了停泊位点，可以招募含SH2样结构域的STAT3，使之结合在停泊位点。然后激活的JAK2会促使结合在停泊位点的STAT3的磷酸化，使之激活从而形成二聚体。二聚体的形式会降低与受体结合的亲密性，从而使其进入细胞核内，与相应的结合位点结合，从而开启下游基因的调控[4]。

2 免疫调节研究

2.1 JAK2/STAT3信号通路对免疫器官的调节作用

骨髓是中枢免疫器官，含有多种造血干细胞，是所有免疫细胞的发源地，是体液免疫应答发生和B细胞分化成熟的场所。实验研究证实[5]，JAK2/STAT3通路参与改善骨髓抑制的造血功能的调控。通过研究黑虎掌菌子实体多糖(SIPS)能有效改善由环磷酰胺造模的骨髓抑制小鼠模型髓内的形态结构，诱导骨髓B淋巴细胞的合成，提高造血干细胞的增殖能力。SIP改善骨髓造血功能、恢复环磷酰胺造成的免疫抑制分子机制，发现SIPS能上调JAK2/STAT3通路的磷酸化水平，表明JAK2/STAT3通路的激活与SIPS拮抗环磷酰胺引起的骨髓抑制，而提高造血功能、升高骨髓中造血干细胞的数量和增殖能力的免疫功能分子机制相关。

脾脏为中枢免疫器官之一，含有大量的淋巴细胞和巨噬细胞，是机体免疫细胞定居和免疫应答发生的场所。实验研究表明[6]，JAK2/STAT3信号通路的激活能促进门静脉高压脾脏纤维化进程。与门静脉高压大鼠实验组相比较，使用JAK2抑制剂干预的门静脉高压大鼠实验组的脾脏纤维化程度较轻，表明JAK2/STAT3信号转导通路的激活参与了脾脏纤维化的病变过程。同时，在SIPS干预环磷酰胺小鼠免疫抑制状态实验中，脾脏磷酸化的JAK2、STAT3蛋白的表达的高低与脾脏指数成反比，表明JAK2/STAT3信号转导通路可能与环磷酰胺干预小鼠脾脏免疫功能的分子机制相关[7]。

2.2 对免疫细胞的调节作用

T淋巴细胞即胸腺依赖性淋巴细胞，根据T细胞表面标志以及功能特征，可将T细胞分为不同亚群。CD4+T细胞和CD8+T细胞是细胞免疫的重要组成部分，苦杏仁苷可通过JAK2-STAT3通路调控CD4+/CD8+T细胞，减弱HBV-T细胞受到的免疫抑制作用，增强细胞干扰和杀伤性细胞因子的分泌，增强对HBV相关HCC细胞活力、侵袭和迁移的抑制作用以及对凋亡的促进作用[8]。

B细胞来源于骨髓内的造血干细胞，分化成熟为B细胞后可随血液和淋巴再循环游走于全身各处组织中，最终大部分定居在淋巴结和脾脏中的淋巴小结内，少部分分布在血液。对发挥免疫抑制性作用的调节性B细胞研究表明，运用药物芒果甙可上调小鼠脾脏单个核细胞中调节性B细胞和IL-10水平。而通过进一步实验研究表明调节性B细胞在激活JAK2-STAT3信号通路的前提条件下，发现芒果苷上调IL-10水平，但对调节性B细胞的数量无影响[9]。

2.3 对免疫因子的调节作用

IL-6是一种细胞因子，由白细胞或其他的如血管内皮细胞等产生，主要作用是参与炎症反应，介导免疫反应。IL-6参与JAK2/STAT3信号通路并在其中扮演重要角色，IL-6能激活JAK2/STAT3信号通路，作用于下游基因可以调控慢性炎症反应。在对运动产生的运动性疲劳大鼠进行艾灸干预研究证明，艾灸能够改善大鼠的疲劳状态，主要作用是通过抑制IL-6激活STAT3信号通路来减少炎症反应[10]。同时，在对溃疡性结肠炎大鼠进行穴位埋线和艾灸的联合治疗研究表明，抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路能降低炎症反应，改善大鼠病变的结肠结构[11]。

通过对JAK2/STAT3信号通路介导免疫器官、免疫细胞、免疫因子干预疾病病理变化的分子机制研究分析可知，该通路通过免疫器官、免疫细胞、免疫因子广泛参与疾病的病变与恢复的分子机制，但并未明确该通路与免疫系统间的调控机制，如未对激活通路的上游受体蛋白和下游转录的基因表达影响免疫系统的作用进行深入研究。同时，目前针对该通路对免疫系统的研究主要在于某种提取物对免疫器官损伤干预效应的分子机制，而针灸对免疫器官损伤的分子机制研究还相对较少，原因可能与针灸在研究免疫方面主要集中在防治疾病效应，对影响细胞功能的分子机制研究较少[12]，故关于针灸干预JAK2/STAT3信号通路介导免疫器官的分子机制方面仍需要更深入的研究。

3 JAK2/STAT3信号通路的相关疾病应用及针灸干预效应

实验研究表明，JAK2/STAT3信号通路对下游基因的免疫调控作用涉及到临床多种疾病的机制，其中主要是在血管生成、脂质代谢、肿瘤环境等相关的心脑血管和癌症类疾病[13-15]。

3.1 JAK2/STAT3信号通路调节脑血管疾病及针灸干预效应

在脑血管疾病方面，针灸的治疗机制主要是通过干预JAK2/STAT3通路的活化，从而干预小胶质细胞，降低炎症反应来影响脑血管疾病的发生发展。针灸对JAK2/STAT3通路的这种干预机制研究主要在缺血性脑卒中、缺血后再灌注损伤、阿尔茨海默病等方面的疾病。

对于缺血性脑卒中的临床研究中，运用分期针灸对急性期缺血性脑卒中患者进行干预后，血清中磷酸化的JAK2与STAT3的表达均下降，治疗效果显著。这表明，分期针灸能通过干预JAK2/STAT3信号通路来介导缺血性脑卒中脑梗死急性期的治疗[16]。临床研究显示，运用针灸疗法对急性期缺血性脑卒中患者的干预会引起血清中IL-6水平的降低，证明针灸治疗的机制与干预炎性因子IL-6的水平相关[17]。在缺血性脑卒中病理机制中的基础实验研究表明，对缺血性脑卒中脑梗死急性期小鼠模型运用IL-6受体抗体阻断的方法，会导致磷酸化的STAT3表达显著减少，梗死区域神经凋亡细胞数明显增多，梗死面积显著增加。这提示IL-6/JAK2/STAT3信号通路的活化会影响脑缺血急性期的病理进程[18]。同时，对缺血性脑卒中引起的血管性痴呆大鼠模型的相关研究表明，针刺相关腧穴作用于α7盐碱样乙酰胆碱受体(α7 nicotine acetylcholine receptor，α7nAChR)，通过α7nAChR激活JAK2/STAT3信号通路，会作用于下游炎症因子基因，减少胶质细胞IL-6等促炎性炎症因子的产生，防治过度的炎症反应于神经元，引起脑组织的损伤，阻碍认知功能[19]；通过进一步研究表明，针灸干预缺血性脑卒中的治疗作用是通过拮抗炎性反应起作用的，主要表现在降低IL-6、肿瘤坏死因子-α水平，其分子机制与α7nAChR/JAK2/STAT3信号通路相关[20]。所以，针灸治疗缺血性脑卒中的分子机制，可能与JAK2/SATA3信号通路介导炎性反应，引起IL-6的水平变化有关。

对阿尔茨海默病相关实验研究分析可知，针加灸法干预阿尔兹海默症大鼠，能抑制JAK2/STAT3信号通路的活化以及蛋白的表达，减少阿尔茨海默病病理进程中的β-淀粉样蛋白沉积诱导的小胶质细胞炎性反应，减缓其病理进程，对大鼠的海马区认知功能障碍和大脑皮层损伤有治疗作用[21-22]。这表明，针灸对于阿尔茨海默病的治疗机制与缺血性脑卒中的机制类似，是通过干预JAK2/SATA3信号通路介导的炎性反应来进行的。

同时也有研究表明，运用电针干预脑缺血再灌注损伤的大鼠模型能够提高JAK2、STAT3 mRNA和磷酸化的JAK2、STAT3蛋白表达，减少神经细胞凋亡，保护缺血再灌注引起的脑组织损伤，电针的这种干预不是针对神经细胞，而是神经元产生作用的[23]。

通过对不同针灸方法介导JAK2/SATA3信号通路的活化来治疗多种脑血管疾病的研究进行分析，可知针灸是通过活化神经胶质细胞和海马区神经元的JAK2/SATA3信号通路激活免疫反应，进一步调节炎性因子的水平发挥作用。但是在该类研究中，目前对JAK2/SATA3信号通路的下游炎性因子的研究较少，直接作用机制的研究尚且不足，在之后的研究中有待进一步补充。

3.2 JAK2/STAT3信号通路调节脂质代谢疾病及针灸干预效应

在脂质代谢方面，针灸干预JAK2/STAT3信号通路能调节脂质代谢，降低炎症反应，对于介导高血脂症引起的并发症，如肥胖性高血压、动脉粥样硬化、糖尿病等临床最为常见的疾病有其明确的治疗机制。相关调节机制主要涉及瘦素/JAK2/STAT3信号通路和三磷酸腺苷结合盒转运体A1(ABCA1)/JAK2/STAT3信号通路。

ABCA1/JAK2/STAT3信号通路是针灸对于高血脂症治疗机制研究的一条重要通路，在调节脂质与抗炎方面发挥重要作用。在对脂质代谢异常的高脂血症的临床试验中，高脂血症患者在针刺丰隆穴时能通过ABCA1激活JAK2/STAT3信号通路在巨噬细胞的表达，反作用于ABCA1的基因表达，增强ABCA1的表达能更有效的促使细胞内的胆固醇和磷脂转移到细胞外的生理反应，减少脂质类在细胞内的堆积，同时能减弱巨噬细胞的炎性反应，使巨噬细胞减少促炎因子TNF-α、IL-6、MCP-1的分泌，从两个方面发挥脂质代谢和抗炎效果，对临床治疗高血脂症有良好的作用[24]。

在对高血脂症模型兔进行隔药饼灸治疗的研究表明，隔药饼灸激活瘦素/JAK2/STAT3信号通路，从而有效降脂[13]。同时，临床研究与实验研究证明[25]，高血脂症与炎症反应有高度相关性。对高血脂症大鼠促炎性因子进行检测，结果IL-6、TNF-α相较于正常大鼠而言水平偏高，而通过电针降脂干预后，促炎性因子的水平也随之降低，证明了高血脂症的发病机制中，炎症反应也发挥了重要的作用，而针灸对高血脂症治疗作用的机制与针灸的抗炎作用有关。同时有基础研究表明[26]只有长形式的受体才能与瘦素特异性结合，才能发挥调节脂质的代谢的重要作用，并且瘦素与长形式的受体结合从而激活JAK2/STAT3信号通路，能够对T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞产生影响作用已经被证实[27-30]。另外实验研究表明[28]，瘦素激活JAK2/STAT3信号通路时，能够影响T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞，其主要作用方式是通过促进这些免疫细胞产生促炎性因子IL-6、TNF-α、抗炎因子IL-10的水平，并且这种作用是通过依赖性浓度而增加的，但是对于不同的免疫细胞，产生的细胞因子的浓度是有所不同的。这都证明了针灸对高血脂症的治疗机制可能与激活瘦素/JAK2/STAT3信号通路后，通路降低炎症因子分泌来调控脂质代谢方面来降脂。但目前研究不足的是，只有针灸关于该通路单方面地调控脂质或者与免疫相关的研究，并未将二者的关系进行更深入的研究。

3.3 JAK2/STAT3信号通路调节肿瘤免疫相关疾病

关于肿瘤方面，针灸治疗的相关研究较少。仅有相关研究证明，对Lewis肺癌小鼠进行麦粒灸干预，相较于模型组，麦粒灸能降低IL-6以及STAT3的水平，同时麦粒灸能抑制Lewis肺癌小鼠的肿瘤生长速度，提高其生存率。这表明针灸对于肿瘤的治疗效果与炎性反应相关，主要是与肿瘤微环境的形成有密切关系的是炎性反应，而针灸通过降低炎性反应来抑制肿瘤微环境的形成[31]。

同时JAK2/STAT3通路的激活会对肝、结肠、乳腺肿瘤的发展产生一定的影响。在对结肠癌的研究中发现STAT3促进结肠癌细胞的增殖活动，而IL-6能介导JAK2/STAT3通路的激活，从而促进结肠癌细胞的增长；通过研究促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin-releasing hormone，CRH)干预结肠癌细胞增殖机制中，可以发现CRH通过与其受体结合而促进IL-6表达，从而激活JAK2/STAT3信号通路，提高细胞G1/S期而促进结肠癌细胞的增殖[32]。在对肿瘤相关巨噬细胞对肝癌细胞的作用机制研究中[33]，JAK2/STAT3信号通路会影响肝癌细胞凋亡。有研究表明[34]，M2型巨噬细胞可通过分泌IL-10来促进乳腺癌细胞的增殖、侵袭和凋亡，其机制可能与激活JAK2/STAT3通路相关。

针灸通过JAK2/STAT3信号通路对肿瘤微环境的治疗机制研究较少，但是对于JAK2/STAT3信号通路在肝、结肠肿瘤的发病机制已经有一定的研究，未来可以对针灸干预肿瘤的治疗机制进行更深入、更广泛的研究，对于临床上针灸辅助治疗肿瘤提供一定的思路。

通过对JAK2/STAT3信号通路在疾病的发生和诊疗的相关分子机制及针灸干预研究发现，在脑血管疾病方面，针灸的干预机制主要是通过对小胶质细胞、神经元等上游分子进行活化，从而活化JAK2/STAT3信号通路，通过该通路作用于下游的炎症因子，从而减轻脑组织的损伤。但目前对于在针灸干预脑血管疾病的研究中，主要是从激活JAK2/STAT3信号通路的受体研究较多，对于通路活化的下游炎性因子较少。在脂质代谢方面，相较于针灸对瘦素/JAK2/STAT3号通路的单方面研究，针灸对ABCA1/JAK2/STAT3信号通路将抗炎和降脂结合起来进行研究，对临床有更好的指导作用，未来的研究过程中可以对针灸干预瘦素/JAK2/STAT3信号通路的降脂和抗炎作用进行综合研究，为高血脂的治疗达到更好的临床指导作用。在对于肿瘤方面的研究，主要在JAK2/STAT3信号通路对肿瘤疾病发生发展的分子机制方面，目前针灸效应在这方面的研究相对较少，深入对针灸干预肿瘤疾病JAK2/STAT3信号通路分子机制的效应研究能为临床治疗提供更多的理论基础。

4 结语

目前研究表明，对于JAK2/STAT3信号转导通路的结构、与免疫的关系，我们已经有了一定的认识和了解，在这个基础上，对于针灸介导该通路与针灸治疗相关疾病的分子机制的关系进行了探究。对JAK2/STAT3信号转导通路调节机体免疫功能的作用机制研究是通过两方面进行的，一方面是免疫相关疾病发生发展的分子机制与JAK2/STAT3信号通路的关系，另一方面是对疾病诊疗过程中是否有JAK2/STAT3信号通路参与进行的相关研究。针灸目前关于JAK2/STAT3信号通路的研究多集中对疾病治疗机制等方面的研究，主要体现在运用不同的针灸方法，在治疗不同疾病的效应机制中是否有JAK2/STAT3信号通路的介导，这对于临床运用针灸方法治疗相关疾病提供了理论基础。

目前针灸对JAK2/STAT3信号转导通路研究尚有不足。一方面针灸对于免疫器官、免疫细胞和免疫因子以及肿瘤疾病的效应机制是否有JAK2/STAT3信号通路的参与尚未明确。另外一方面对于针灸在脂质代谢和脑血管疾病方面，针灸对于JAK2/STAT3信号通路激活的上游受体以及下游炎性分子的研究，以及激活下游分子能反作用于JAK2/STAT3信号通路的研究相对较少，这种多通路的交互作用均有待深入研究。

近些年对于JAK2/STAT3通路在肿瘤的免疫机制作用，以及针灸对于免疫的作用研究已经深入到细胞的相关通路，如PD-1、CTLA-4以及其他免疫分子的通路研究。对该通路是如何在针灸干预发挥调控作用的机制还需要更多的探索，通过整理分析目前的研究，可知针灸介导JAK2/STAT3通路的直接机制研究还有待建立更全面的认识，在今后的研究中应更多的集中通路与效应分子的直接作用关系。综上所述，在今后的研究中，对针灸干预肿瘤的机制与JAK2/STAT3信号通路相关性，以及该通路的下游炎性因子的变化进行相关探索研究，明确其发挥功能的机制，从而为临床针灸治疗相关疾病提供有力的理论支持。