JAK2-STAT3信号通路在心肌缺血再灌注损伤中的作用机制及其中医药防治机制进展

张曾宇，侯佳豪，吴玲玲，陈思思，陈嘉敏，刘建和

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）死亡率在我国呈快速上升态势，尽早进行血运重建让缺血心肌恢复正常的血液供应是目前治疗AMI的主要方法［1］。然而，血流恢复后发生的缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI）可严重影响治疗效果和患者预后，这成为临床不可忽视的问题［2］。MIRI的诱因较为复杂，涉及氧化应激（oxidative stress，OS）、钙超载、线粒体障碍等多种心血管疾病的病理生理过程，且目前尚未发现安全有效的治疗方法［3-4］。MIRI确切的病理生理机制及可应用于临床的干预途径仍是目前众多研究者及临床工作者关注的焦点。研究表明，JAK2-STAT3信号通路对OS、钙超载、炎症反应、内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）和线粒体障碍等心血管疾病的病理生理过程均有调节作用，且与MIRI病情严重程度密切相关［5］。本文对JAK2-STAT3信号通路在MIRI中的保护作用及其中医药防治机制进行综述，以期为MIRI的临床治疗提供一定理论参考。

1 MIRI的定义及发病机制

MIRI指栓子堵塞血管、血管狭窄等原因导致心肌供血中断，一段时间后该心肌区域因缺血缺氧而受到损伤，而当血管恢复血流后，心肌损伤不但没有减轻反而呈进行性加重，继而产生不可逆的心肌损伤的现象［6］。

引起MIRI的因素复杂多样，关于其发病机制的相关研究也在不断地深入和完善。到目前为止，MIRI发病公认是由炎症反应、OS、ERS、细胞凋亡等多种病理生理反应诱导的，而自由基的攻击、钙超载损伤、白细胞作用、心肌细胞能量代谢障碍等，是此类病理生理反应发生的基础，这些病理生理反应彼此影响，共同促进MIRI的发生和发展［7-8］。因此抑制上述病理生理反应的发生是防治MIRI的重要思路。

2 JAK2-STAT3信号通路

JAK是一种非受体型蛋白质酪氨酸激酶，JAK家族中有4位成员，包括JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2，Tyk2），其分子量为120～140 kD［9］。JAK1、JAK2和Tyk2在结构上基本均含有7个JAK同源结构域（JAK homology domain，JH），其中JH1结构域具有能激活自身磷酸化所需的基因序列，能够调节激酶活性且为STAT提供结合位点［10］。而STAT是JAK家族的下游调节蛋白，是发挥心脏保护作用的关键物质。STAT家族共有7位成员，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其分子量为84～113 kD，STAT家族成员在心肌组织中均有表达［11］。研究发现，JAK2-STAT3信号通路可发挥调节心血管功能的作用，且在JAK-STAT家族中占据着重要地位［12］。多项研究发现，JAK2-STAT3信号通路在缺血预处理、缺血后适应以及部分药物治疗MIRI的过程中处于激活状态，并对多种心血管疾病的病理生理反应具有重要的调节作用［13-14］。

相关研究显示，JAK2-STAT3信号通路是通过IL-6与相应质膜受体结合来完成初始激活的［15］。IL-6和细胞因子结合形成的受体复合物发生二聚化后，通过与胞质膜内亚基近端区域的JAK2连接而激活JAK2的生物活性，JAK2与STAT蛋白两两结合形成同二聚体或异二聚体并转移至细胞核，同时与细胞基因组（即核内相应DNA序列）的特殊结构位点结合，从而激活转录，转录后的表达产物则可参与调控细胞的多项生命活动［16-18］。

3 JAK2-STAT3信号通路在MIRI中的作用机制

3.1 抑制炎症反应 炎症反应是MIRI的重要发生机制，当大量有害炎症递质与心肌细胞接触时，会导致心肌细胞损伤甚至坏死。心肌细胞的正常生理功能依赖于促炎因子和抗炎因子之间的相互联结和相互制约。在缺血心肌恢复灌注时，促炎因子IL-6、TNF-α会过度表达，使趋化因子和细胞黏附分子表达增加，促进白细胞黏附、聚集、浸润，进而导致心肌细胞损伤［19-21］；同时抗炎因子IL-10的表达受到抑制，使心肌损伤进一步加重。苏燕胜等［22］研究发现，JAK2-STAT3信号通路被激活后会抑制IL-6和TNF-α的生成并上调IL-10的表达，从而抑制心肌细胞炎症反应，进而减少MIRI的发生。沈诚等［23］采用酪氨酸磷酸化抑制剂AG490和雷帕霉素抑制JAK2-STAT3信号通路，结果显示，当JAK2-STAT3信号通路被抑制时，再灌注时期心肌组织TNF-α、IL-6水平较JAK2-STAT3信号通路未被抑制时明显升高，进一步表明JAK2-STAT3信号通路可以通过调节炎症因子的表达来抑制炎症反应，进而发挥保护心肌的作用。

3.2 抑制OS OS指机体氧化和抗氧化的相对稳定性被破坏，其主要表现为氧化增强，抗氧化减弱，致使氧自由基（oxygen free radical，OFR）大量生成而不能被及时清除，进而损伤细胞［24］。心肌缺血时，心肌细胞被动进行有氧代谢及三羧酸循环（柠檬酸循环），其中间产物琥珀酸会明显增加，而大量积累的琥珀酸可以在缺血心肌再灌注时作为还原剂，通过反向电子转移促进线粒体复合体Ⅰ产生超氧化物，促使活性氧（reactive oxygen species，ROS）明显增加；ROS可直接损伤DNA并使线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）长时间开放，从而加重线粒体损伤［25］。同时在再灌注治疗期间，被激活的中性粒细胞的细胞膜无法维持正常生理状态，导致呼吸爆发，心肌细胞的耗氧量急剧升高，心肌细胞内的线粒体无法维持足够的有氧代谢而在短时间内产生并释放大量ROS，而ROS可损伤心肌细胞膜、破坏胞内蛋白、诱导核内DNA断裂等，从而诱发心律失常并促进细胞凋亡，进而加剧心肌损伤［26］。生理状态下，机体内存在一套完备的抗氧化系统，其可以及时清除OFR以避免或减轻OFR对机体的损伤，而抗氧化酶——超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽合酶（glutathione synthase，GSH）是该抗氧化系统的重要组成成分，且SOD发挥主要的抗氧化功能［27］。刘胜中等［28］研究显示，JAK2-STAT3信号通路可以通过上调热激蛋白70（heat shock protein 70，HSP-70）的表达来增加SOD的活性，导致ROS生成减少，从而减轻OS损伤并减少MIRI的发生。JAK2-STAT3信号通路还可以通过保护线粒体氧化还原电位来增强线粒体SOD的活性，减少线粒体过氧化氢和丙二醛（malonaldehyde，MDA）的生成，进而抑制OS，减轻心肌细胞损伤［29］。相关研究表明，Toll样受体3（Toll like receptor 3，TLR3）可通过激活JAK2-STAT3信号通路来提高心肌细胞对OS的抵抗能力［30］。以上研究结果表明，JAK2-STAT3信号通路的激活可以增强心肌抗OS损伤的能力。

3.3 抑制ERS 内质网具有修饰蛋白质、合成脂质和释放Ca2+等功能，其结构和功能的完好是细胞生命活动正常进行的基础。当心肌发生缺血、缺氧时，内质网腔中会出现蛋白质错误折叠或连续不折叠、ROS爆发及钙含量异常增多等现象，这些均会导致ERS的发生［31］。研究发现，内质网膜上存在一种肌浆网Ca2+-ATP酶（sarco-endoplasmic reticulum calcium-ATPase，SERCA），其可将Ca2+从胞浆内运输至内质网，而SERCA活性主要受JAK2-STAT3信号通路调控［32］。在SERCA活性受损时，粗面内质网将释放大量Ca2+到细胞质中，同时通过上调黄嘌呤氧化酶的表达来诱导ROS的产生，而ROS能够使JAK2-STAT3信号通路沉默，从而加剧ERS，促进细胞凋亡，加重心肌细胞损伤［33］。LI等［34］研究发现，JAK2-STAT3信号通路可能通过抑制Rho激酶而提高SERCA活性，进而抑制ERS的发生。研究表明，严重或持续的ERS会导致ERS相关凋亡信号通路被激活，包括C/EBP同源蛋白（C/EBP-homologous protein，CHOP）、c-Jun NH2末端激酶（c-Jun N-terminal protein kainse，JNK）、Caspase12信号通路［35］。赵国龙［36］研究表明，小檗碱能够通过激活JAK2-STAT3信号通路而减少CHOP等蛋白的表达，从而抑制心肌ERS，减少细胞凋亡，进而减轻MIRI。此外，JAK2-STAT3信号通路还可通过调控原花青素来控制再灌注心肌ERS水平，且实验证实，JAK2-STAT3信号通路阻断剂可以明显减弱原花青素对ERS的抑制作用［37］。

3.4 抑制细胞凋亡 细胞凋亡已被证实会影响MIRI后心肌梗死范围［38］。研究发现，JAK2-STAT3信号通路的激活能更好地减轻机体心脏损伤情况并减少心肌细胞凋亡［39］。STEPHANOU等［40］、LIAO等［41］实验结果显示，采用JAK阻断剂AG490预处理心肌细胞以减少STAT3的磷酸化时，发生MIRI后心肌细胞凋亡率增加了；而采用心肌营养素1（cardiotrophin-1，CT-1）预处理心肌细胞以增加STAT3磷酸化时，发生MIRI后心肌细胞凋亡率降低了。相关研究认为，Caspase蛋白家族和B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）蛋白家族在细胞凋亡的分子调控机制中起主要作用［42］。Caspase蛋白家族主要起促凋亡作用，尤其是Caspase-3，其表达情况可直接反映细胞凋亡程度［36，42］。Bcl-2蛋白家族对细胞凋亡具有多方面的调控作用，该家族由促进细胞凋亡的Bcl-2关联X蛋白（Bcl2-associated X，Bax）和抑制细胞凋亡的Bcl-2蛋白组成，且Bcl-2/Bax比值常用于评估细胞凋亡程度。其中Bcl-2通过改变线粒体膜的通透性而减少细胞色素C的释放，进而抑制细胞凋亡［42］。当JAK2-STAT3信号通路被激活时，磷酸化的STAT3可通过调节Bcl-2、Bcl-xL、FLICE抑制蛋白（FLICE-inhibitory protein，FLIP）和生存素Survivin等靶基因而抑制肿瘤蛋白质53（tumor protein 53，p53）和Caspase蛋白的表达，进而抑制细胞凋亡［43-45］。多项研究表明，JAK2-STAT3信号通路可以通过上调Bcl-2蛋白及下调Caspase-3、Bax、Bak等多个途径而达到抑制心肌细胞凋亡的目的［45-46］。

4 MIRI的中医药防治机制

4.1 MIRI的中医发病机制 从祖国医学角度来看，可将MIRI归属于“胸痹”“心痛”“真心痛”等疾病范畴［47-48］。目前大多数医家认为，MIRI的发生机制属于“本虚标实”：MIRI患者多为老年人，体质较为特殊，身体功能处于衰退状态，加之劳逸失调、情志不稳定，导致心气亏虚，气血阴阳失调，此为本虚；老年人体质较弱，如遇外界刺激及饮食失节等，易引起外邪入侵，导致气血稽留于体内或痰瘀等阻塞心之脉络，此为标实［49］。

对于MIRI的具体病机，各位医家有着不同的观点。有学者认为，在心肌缺血期，血流阻塞造成气机郁滞；在心肌再灌注期，血流再通，久郁之气形成冲破之势而加重心肌损伤，符合“气滞痰瘀”的特点［50］。急性心肌缺血时，心脏受损，心血瘀阻，从而导致脏腑功能、气机升降、水液代谢严重失调，体内代谢产物不能被及时排出而蕴积于体内，从而产生痰、湿、瘀等病理产物［51］。冠状动脉狭窄、血液运行不畅可导致心肌缺血，这个病理过程与中医“痰瘀形成”病机相契合。人体内废弃物的堆积可导致“痰瘀”形成，而JAK2-STAT3信号通路可及时调节细胞凋亡，即中医中的“除瘀”，及时清理人体内的废弃物，这两者的机制较为相似。而张文高等［52］认为，MIRI与“气虚血瘀”存在契合点，心气虚则心脏失去“泵”功能，无以使血液在全身顺利流通；心气虚则血液失去运输动力，血液稽留于脉管，从而容易出现医书中描述的“心动悸，脉结代”的状况，这与MIRI患者发病后发生心跳节律异常的情况类似。目前关于MIRI的中医药研究发现，MIRI与中医的“热毒”理论有一定的联系，如MIRI的一系列病理变化与心脉瘀阻久生热酿毒、毒邪损伤经脉有相似之处，符合“内生痈疮”的中医概念［53］。还有一些学者总结提出了“阳虚痰瘀”的观点，其认为MIRI发病期间患者心脏受到极大创伤，心阳暴衰，心之脉络受阻，机体代谢失调，导致痰、瘀等病理产物，因而“阳虚痰瘀”是MIRI无复流的主要病机［54］。研究表明，炎症因子的大量释放可诱导ROS的产生，进而介导线粒体自噬，以清除受损线粒体，而过量ROS可损伤线粒体，造成缺陷线粒体的堆积，导致“痰瘀”的形成，这与“阳虚痰瘀”病机也有相似之处［55］。除此之外，还有研究者认为，MIRI的典型临床症状就是再灌注期的心律失常，这与厥阴病“消渴，气上撞心，心中疼热……”的表现有着较多契合点［56］。

4.2 MIRI的中医药防治机制 目前，关于MIRI的西药研究大多集中在可以调控缺血机制的相关受体、改变相关酶表达的药物以及离子通道的特异性激动剂方面，然而这些药物有较多不良反应［57-58］。中医药多层次、多靶点、多角度治疗的特点与MIRI的发病机制相呼应，且中药的成本低廉、不良反应少也让其成为治疗MIRI的理想选择。例如川芎具有行气活血的功效，有“血中之气药”之称，研究表明，川芎可抑制OS诱导的内皮细胞功能障碍［59］，也可降低核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的活性，介导心肌炎症通路，进而发挥心肌保护作用［60］；同时，川芎还可通过调控JAK2-STAT3信号通路而调节内皮细胞中Caspase、Bcl的表达，抑制内皮细胞凋亡，发挥保护心肌的作用。

目前多项研究证明，中医药的抗MIRI作用与JAK2-STAT3信号通路息息相关，如陈乘波等［61］研究表明，川芎嗪作为中药提取物可能通过激活JAK2-STAT3信号通路而抑制细胞凋亡，进而减轻MIRI；姚橘泉等［62］表示，中药复方加味丹参饮可以通过调控JAK2-STAT3信号通路而缩小心肌梗死面积，进而发挥抗MIRI作用；王庆高等［63］研究显示，扶芳藤丹参合剂预处理能够通过激活JAK2-STAT3信号通路而减轻MIRI。另外，栝楼薤白半夏汤、芪龙胶囊、养心通痹汤及中药提取物人参皂苷Rb1等均具有抗MIRI作用，且其保护心肌的作用均可能与激活JAK2-STAT3信号通路有关［64-66］；而其治疗MIRI的机制采用现代医学理论可解释为减少钙超载、减轻大量OFR生成对机体造成的损伤、减轻心肌能量代谢障碍及血管内皮损伤、抑制心肌细胞凋亡、增加冠状动脉血流灌注等［67］。

5 小结及展望

综上所述，JAK2-STAT3信号通路可通过抑制炎症反应、OS、ERS、细胞凋亡等多种途径在MIRI发生发展过程中发挥保护作用。目前关于MIRI的研究主要集中在不同药物预处理对JAK2-STAT3信号通路的影响，且主要为动物实验，临床研究尚较少，且效果均有限。中医药多层次、多靶点、多角度治疗及成本低廉、不良反应少等特点让其成为缺血预处理药物的理想选择，且其抗MIRI作用与JAK2-STAT3信号通路息息相关。目前已有相关药物开始应用于临床，应该不断挖掘中医药的潜能，同时结合西医的治疗优势，将中西医结合理念应用于MIRI的防治中。未来，随着MIRI与JAK2-STAT3信号通路之间的关系逐渐被阐明，更多JAK2-STAT3信号通路调控MIRI的机制会被发掘，JAK2-STAT3信号通路有望成为MIRI潜在的治疗靶点。

作者贡献：张曾宇、刘建和进行文章的构思与设计、可行性分析；张曾宇、侯佳豪、吴玲玲、陈思思进行文献/资料收集、整理；张曾宇撰写论文；张曾宇、陈思思、陈嘉敏进行论文的修订；陈嘉敏、刘建和负责文章的质量控制及审校；刘建和对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。