龐國龍 孫 河

2黑龍江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院

細胞因子控制著人體內(nèi)細胞的生長、分化、凋亡等一系列生物反應，與細胞因子相關的信號通路經(jīng)過長期的研究取得了突破性的進展，Janus激酶-信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子途徑（januskinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT）就是其中一條重要通路。該信號通道為Darnell等〔1〕首次發(fā)現(xiàn)，Darnell在研究干擾素（interferon，IFN）作用后靶基因激活所需的信號分子過程中，發(fā)現(xiàn)并闡明了此通道的組成和激活過程。該次實驗研究結果及此后的眾多研究結果均認定JAK-STAT通道為免疫系統(tǒng)及其它組織中完整而且普遍存在的細胞因子信號傳導途徑，同時也證實了JAKSTAT通道在細胞因子誘導的生物反應中具有至關重要的作用。關于JAK-STAT通道的探討，以往多集中在淋巴系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及各種腫瘤等疾病，而近期的研究發(fā)現(xiàn)JAK-STAT通路在視神經(jīng)損傷，視網(wǎng)膜等疾病中也有不同程度的激活，此通道或許在上述各類疾病的發(fā)生、發(fā)展以及預后的過程當中發(fā)揮了至關重要的作用，并且是當前已經(jīng)確認的最重要的神經(jīng)保護通路之一。本綜述就JAK-STAT通路的組成、激活過程和其在視神經(jīng)以及視網(wǎng)膜系統(tǒng)疾病中的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 JAK-STAT 通路及其激活與調(diào)控

1.1 JAK-STAT通路概論

Janus酪氨酸激酶家族（janus kinase，JAK）和信號傳導與轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）共同構成JAK-STAT通道。JAKs是一類可溶性的酪氨酸蛋白激酶，分布于胞漿內(nèi)，JAK1、JAK2、JAK3與Tyk2是哺乳動物家族已知的四種JAK激酶。保守的7個JAK同源結構域（JAK homology domain，JH）組成了 JAK激酶，其中具有催化功能的JH1為激酶區(qū)，假性激酶區(qū)為JH2，其具體功能目前不得而知，進一步的研究尚在進行中〔2〕。當且僅當JH2同時存在時，JAKs才擁有完整的活性〔3〕，其次，JH6、JH 7 在和受體結合中發(fā)揮著重要的作用。STATs是由734～851個氨基酸構成，分子量大約在84～113 KDa之間這樣的一類胞漿蛋白，可以與靶基因調(diào)控區(qū)DNA結合調(diào)控轉(zhuǎn)錄，和JAKs信號相互偶聯(lián)。STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b與 STAT6是到現(xiàn)在為止在哺乳動物的細胞中發(fā)現(xiàn)的7種蛋白，主要由N端的寡聚化區(qū)，中間的DNA結合區(qū)與Src同源結構域2（Src homology 2 domain，SH2），C 端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)共同構成。

1.2 JAK-STAT通路的激活與調(diào)控

首先是細胞膜上的受體與細胞因子結合，二者的結合物激活JAK，然后經(jīng)由胞漿內(nèi)受體的亞基進行磷酸化，使得STAT募集到的受體復合體上有了結合位點，STAT通過自身的SH2區(qū)域和受體結合位點結合之后，JAK初步完成了對STAT的激活，導致STAT酪氨酸殘基發(fā)生了磷酸化，STAT經(jīng)過磷酸化后，通過自身的SH2區(qū)域的一系列相互作用生成，然后通過異二聚體或同二聚體的形式轉(zhuǎn)運到了核內(nèi)，以此來激活靶基因，進而實現(xiàn)了對靶基因的轉(zhuǎn)錄〔4〕。JAK的激活、STAT核內(nèi)轉(zhuǎn)運和負反饋途徑等多個水平協(xié)同進行了JAKSTAT通道的調(diào)控。其中最為經(jīng)典的JAK-STAT信號通路的負反饋調(diào)節(jié)機制是細胞信號抑制蛋白（suppressors of cytokine signaling，SCOS）家族〔2〕，此家族由多于 8 個具有 SH2 區(qū)域和C段 SOCS框的個體組成，其中四個（CIS、SOCS1、SOCS2和SOCS3）為目前已知的個體。 另外，包括 PIAS3、PI-ASy、PIASx在內(nèi)的 STAT蛋白抑制劑（protein inhibitor of activated stat，PIAS），均可以和活化的STAT結合，進而達到阻斷轉(zhuǎn)錄過程的目的〔5〕。總之，JAK-STAT通路的獨特之處在于：在受體與配體快速激活并進行結合之后的1～15 min內(nèi)，JAK的酪氨酸殘基與STAT的酪氨酸殘基均已開始磷酸化的過程，然后STAT進一步被轉(zhuǎn)運到了細胞核內(nèi)；另外，在受體與配體結合物快速下調(diào)的情況下，已經(jīng)被活化的JAK，在2 h之內(nèi)即可喪失酪氨酸殘基的磷酸化功能。

2 JAK-STAT通路在視神經(jīng)及視網(wǎng)膜系統(tǒng)疾病中的研究現(xiàn)狀

2.1 STAT3在出生后視網(wǎng)膜早期發(fā)育過程中的表達

近幾年的相關研究表明〔6，7〕，JAK-STAT 通路廣泛參與細胞的一系列活動，包括細胞的增殖、分化和抗凋亡等一系列過程，是細胞因子進行信號傳導的主要途徑之一。

1993年，Yang等〔8〕首次報道了發(fā)育小鼠腦內(nèi)存在 JAK家族成員后，De-Fraja C 等〔9，10〕發(fā)現(xiàn) JAK/STAT 家族成員廣泛表達于發(fā)育中大鼠腦內(nèi)，且其表達模式在不同發(fā)育階段有著不同表達，同時還發(fā)現(xiàn)在成年之后的視網(wǎng)膜中也同樣存在著STAT3蛋白的表達，為進一步深入研究JAK-STAT信號傳導通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中的作用提供了形態(tài)學證據(jù)。張艷，丁恩華等〔11〕在研究信號轉(zhuǎn)導子與轉(zhuǎn)錄激活因子3蛋白在金黃地鼠視網(wǎng)膜生后早期發(fā)育過程中的表達時，在細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜STAT3的陽性產(chǎn)物，并且主要分布于胞漿，但在個別細胞內(nèi)，STAT3也分布在胞漿和核內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)與De-Fraja C〔9，10〕研究的 STAT3在大鼠所有腦區(qū)陽性細胞里的分布狀況大體相似，同時與Peterson〔12〕等研究的STAT3在視網(wǎng)膜陽性神經(jīng)元的表達部位相吻合。張艷，丁恩華等〔11〕采用免疫細胞組織化學染色以及Western免疫印跡方法，觀察到金黃地鼠從出生后早期一直到成年的發(fā)育過程中，均發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)有STAT3蛋白的表達，金黃地鼠出生后7天內(nèi)STAT3蛋白的表達水平達到了最高值，多數(shù)研究認為〔13，14〕，該階段恰好是細胞凋亡最為關鍵的時期，這提示大鼠出生后早期視網(wǎng)膜細胞的凋亡同STAT3蛋白的表達相關，但是要徹底搞清二者之間的具體關系，還需要進一步深入的研究。

2.2 STAT3在視網(wǎng)膜母細胞瘤中的表達

楊樂，申家泉等〔15〕研究顯示：視網(wǎng)膜母細胞瘤視神經(jīng)浸潤組中p-STAT3表達強于視神經(jīng)未浸潤組，提示p-STAT3在視網(wǎng)膜母細胞瘤中的高表達可能和RB腫瘤細胞的侵襲有關，為今后在RB中以STAT3作為靶點的基因治療提供了一定的理論基礎和實驗依據(jù)。

2.3 STAT3在脈絡膜新生血管發(fā)生中的可能作用

李夏，王雨生等〔16〕為探討STAT3在CNV生成中的可能作用，觀察了STAT3在激光誘導的大鼠CNV中的表達，并在體外采用特異性阻斷劑AG490阻斷Janus激酶2（JAK2）/STAT3信號轉(zhuǎn)導通路，觀察了對缺氧誘導的人RPE細胞中缺氧誘導因子-1a（HIF-la）和VEGF表達的影響，其在成功建立激光誘導大鼠CNV模型的基礎上，采用免疫熒光雙標記染色方法，發(fā)現(xiàn)激光光凝后3 d，光凝區(qū)及周圍視網(wǎng)膜和脈絡膜組織散在分布的黃色熒光強度明顯增加，提示RPE細胞中磷酸化的STAT3可能與早期CNV的生成相關。STAT3是眼部多種病理性新生血管形成的重要調(diào)控因素〔17-19〕。局部組織缺血缺氧打破促血管生成因子和抑制因子之間的平衡，是啟動病理性新生血管發(fā)生的重要原因之一〔20〕，缺氧可激活RPE細胞內(nèi)多種信號通路〔21-24〕。有研究發(fā)現(xiàn)，STAT3不僅參與細胞周期的調(diào)控，還參與了VEGF 的表達〔25，26〕，雖然研究證實STAT3參與了實驗性CNV的發(fā)生過程，但該信號通路是否有助于防治人類CNV相關疾病，仍需進一步的研究。

2.4 形覺剝奪性近視的視網(wǎng)膜中STAT3活性蛋白的表達

朱子誠，張金嵩〔27〕研究STAT3活性蛋白在豚鼠形覺剝奪性近視（FDM）視網(wǎng)膜中的表達，在蛋白質(zhì)表達水平探討了p-Stat3在形覺剝奪性近視中的動態(tài)變化情況，為后續(xù)研究提供了一定的實驗依據(jù)。該實驗表明Stat3信號通路可能參與了FDM形成與發(fā)展，加之p-Stat3在視網(wǎng)膜光感受器外節(jié)有明顯的表達，這說明視網(wǎng)膜光感受器外節(jié)是Stat3作為信使導致近視的關鍵部位，是Stat3導致近視的重要載體。在正常的生理狀態(tài)下，Stat信號通路的激活受到嚴格的調(diào)控，但是慢性的或持續(xù)的激活因素可能會導致內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)被打破，從而導致生長因子誘導的Stat信號通路激活，并最終致使靶組織出現(xiàn)了病理改變〔28〕。該實驗首次探討了p-Stat3在FDM中的動態(tài)表達特征以及可能的作用機制，為進一步探明近視眼的發(fā)病機制、進一步防治近視眼等相關領域的研究提供了新的思路與方向。

2.5 STAT3對視神經(jīng)元的保護作用

研究報道〔29〕視網(wǎng)膜內(nèi)STAT3的滅活會加速基因突變誘導的神經(jīng)元凋亡，說明STAT3神經(jīng)通路在視神經(jīng)元的保護作用中具有不可替代的作用。Thanos和Naskar〔30〕研究大鼠慢性青光眼模型，熒光標記的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞數(shù)隨眼壓升高時間延長而降低，最初為（1887±117）/mm2， 而 1.5 年后下降到（92±26）/mm2，視網(wǎng)膜內(nèi) STAT3 也隨之上調(diào)和表達，提示STAT3信號通路在青光眼視神經(jīng)損傷時被激活。目前已知并廣泛研究的對神經(jīng)元以及視覺神經(jīng)元有保護作用的細胞因子像睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子（CNTF）就是通過激活STAT3保護和延緩多種病因引起的神經(jīng)元凋亡。研究〔31〕表明CNTF可以顯著減少高眼壓青光眼動物模型RGCs的凋亡。

3 前景展望

JAK-STAT通路作為近年來眼科學熱點的信號傳導通路，正逐漸受到眼科科研工作者的青睞，眼科學者對STAT3在眼科疾病中的作用關注度逐年加強，其在眼科領域的研究必然得到廣泛深入發(fā)展，這就意味著眾多的眼科疾病在該通道的發(fā)病機制有可能被破解，而伴隨著發(fā)病機制的破解，預示著我們有可能通過藥物或其它措施干預該通道，進而達到預防或治療疾病的目的。

[1]YuA，Jover.The STATs of cancer new molecular targets come of age[J].Nat rev cancer，2004，4（2）：97-105.

[2]Aoki Y，F(xiàn)eldman GM，Tosato G.Inhibition of STAT3 signaling induces apoptosis and decreases surviving expression in primary effusion lymphoma[J].Blood，2003，101（4）：1535-1542.

[3]WeiD，Lex，zheng L，et al.Stat3 acrivation regulates the expression of vascular endothelial growth factor and human parrcreatic cancer angiogenesis and metastacis[J].Oncogene，2003，22（3）：319-329.

[4]Wang T，Niu G，kortylews kim，et al.Regulation of the irrnate and adaptive immune responses by star3 signaling in tumor cells[J].Nat Med，2004，10（1）：48-54.

[5]Real P J，sierra A，DeJuanA，et al.Resistance to chemother apy via stat3 dependent overexpression of Bcl-2 in metastastatic breast cancer cells[J].Oncogene，2002，21（50）：7611-7618.

[6]Leonard WJ，OsheaJJ.Jaks and stats：biological implications[J].Annu bev Immunol，1997，16（1）：293-322.

[7]OsheaJJ.Jaks，stats.Cytokine signaling and immunovegulate on：are we there yet?[J].Immunity，1997，7（1）：1-11.

[8]Yang X，chung D，cepkoc.Molecular cloning of the murine JAK，protein tyrosine kinase and its expression in the mouse central nervous system[J].JNeurosci，1993，13（7）：3006-3017.

[9]De-Fraja C，conti L，Magrassi L，et al.Members of Jakstat proteins are expressed and negulated during development in the mammalian fovebrain[J].JNeurosci Res，1998，54（3）：320-330.

[10]De-Fraja C，comti L，Govoni S，et al.STAT signaling in the mature and aging brain[J].Int J Neu rosci，2000，18（4-5）：439-446.

[11]張艷，丁恩華，劉猛，等.信號轉(zhuǎn)導子與轉(zhuǎn)錄激活因子3蛋白在金黃地鼠視網(wǎng)膜生后早期發(fā)育過程中的表達[J].解剖學報，2005，36（1）：10-13.

[12]Peterson wm，wang Q，Tzekova R，et al.Ciliary neurotrophic factor and stress stimuli activate the jak-stat pathway inretinal neurons and glia[J].J Neurosci，2000，20（11）：4081-4090.

[13]Frade JM，Bovolenta P.Control of early cell death by BNDF in the chick retina[J].Development，1997，124（17）：3313-3320.

[14]Derry VH.Postnatal charges in retinal ganglion and optic axon populations in the pigmented rat[J].J comp Neurol，1983，219（3）：356-368.

[15]楊樂，申家泉，程育宏.P-stat3，mmp-2及VEGF在視網(wǎng)膜母細胞瘤中的表達及意義[J].山東大學學報，2009，47（5）：113-116.

[16]李夏，王雨生，朱浩，等.缺氧誘導體外培養(yǎng)人視網(wǎng)膜色素上皮細胞中的 STAT3 的活化[J].國際眼科雜志，2007，7（6）：1555-1557.

[17]Chen Z，Han ZC.STAT3：a critical transcription activator in angiogenesis[J].Med Rev，2008，28（2）：185-200.

[18]Mechoulam H，Pierce EA.Expression and activation of STAT3 in ischemia-induced retinopathy[J].Invest cephthalmol vis Sci，2005，46（12）：4409-4416.

[19]Fasler-kanE，wanderliehk，Hildebrand P，et al.Activated STAT3 in choroidal neorascular membranes of patients with age-related macular degeneration[J].ophthalmologica，2005，219（4）：214-221.

[20]Fong GH.Mechanisms of adaptive angiogenesis to tissue hypoxia[J].Angiogenesis，2008，11（2）：121-140.

[21]張鵬，惠延年，王雨生，等.PKC信號傳導通路對缺氧人視網(wǎng)膜色素上皮細胞表達VEGF的作用[J].第四軍醫(yī)大學學報，2003，24（21）：1933-1934.

[22]趙煒，王雨生，張瑞，等.MAPK信號轉(zhuǎn)導通路在缺氧誘導的人視網(wǎng)膜色素上皮細胞VEGF表達中的作用[J].眼科新進展，2005，25（2）：109-112.

[23]李筠萍，唐羅生，賈松柏，等.缺氧對牛視網(wǎng)膜色素上皮細胞增生和凋亡基因Bcl-2表達的影響[J].中華眼底病雜志，2007，18（4）：293-295.

[24]周占宇，王榮榮，王崇輝.雌激素對缺氧損傷的人視網(wǎng)膜色素上皮細胞表達血管內(nèi)皮細胞生長因子的影響[J].中華眼底病雜志，2007，23（5）：317-320.

[25]Murray PJ.The JAK-STAT signaling pathway：input and output integration[J].JImmunol，2007，178（5）：2623-2629.

[26]XuQ，BriggsJ，Panks，et al.Targeting stat3 blocks both HIF-1 and VEGFexpression induced by multiole oncogenic growth signaling pathway[J].Oncogene，2005，24（36）：5552-5560.

[27]朱子誠，張金嵩.豚鼠形覺剝奪性近視中視網(wǎng)膜stat3活性蛋白的表達[J].安徽醫(yī)學，2009，30（8），860-862.

[28]Zhang SS，Wei JY，Li C，et al.Expression and activation of Stat proteins during mouse retina development[J].Exp Eye Res，2003，76（4）：421-431.

[29]Joly S，Lange C，Thiersch M，et al.Leukemia inhibitory factor extends the lifespan of injured photoreceptors in vivo[J].JNeurosci，2008， 28（51）：65-74.

[30]Thanos S，Naskar R.Correlation between retinal ganglion cell death and chronically developing inherited glaucoma in a new rat mutant[J].Exp Eye Res，2004，79（1）：119-129.

[31]Pease Me，ZackDJ，BerlinickeC，et al.Effect of CNTF on retinal ganglion cell survival in experimental glaucoma[J].Invest Ophthalmol Vis Sci.2009，50（5）：2194-2000.