信號傳導及轉錄激活因子信號通路在自然殺傷細胞研究中的進展

于淮海，孫雨飛，金昌洙，付 強

自然殺傷(natural killer, NK)細胞是固有免疫系統的重要組成部分，是機體抗感染和防止細胞惡性轉化的重要免疫調節細胞。NK細胞不表達特異性的抗原識別受體，不需預先活化就能夠識別并殺傷異常細胞，在機體抗感染、抗腫瘤、正常妊娠和免疫調節等方面發揮重要作用。因其毒副作用小，近年來已初步應用于臨床的相關治療。但目前對NK細胞的生長發育和功能調控還有許多機制尚未闡明，限制了其進一步的應用。

信號傳導及轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)信號通路廣泛參與NK細胞的各項生理功能并發揮著重要的調控作用，因此對這條通路的研究具有重要的意義。STAT信號通路的上游有酪氨酸激酶相關受體、酪氨酸激酶。細胞因子與相應受體結合引起受體分子的二聚化，然后與受體偶聯的酪氨酸激酶相互接近并通過交互的酪氨酸磷酸化作用而活化?；罨腟TAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內與靶基因結合，調控基因的轉錄[1]。STAT作為最終的轉錄激活子，負責轉錄相應的基因或影響其他因子的活性，進而影響NK細胞相應的功能活性?，F就以不同的STAT為序，探討STAT信號通路對NK細胞功能的影響。

1 STAT1：NK細胞的激活因子

STAT1可以促進NK細胞的發育，增強NK細胞的抗感染和抗腫瘤能力。STAT1促進NK細胞的發育，Cardif是一種胞內受體蛋白，介導Ⅰ型干擾素和其他炎癥因子的產生，Ⅰ型干擾素對維持細胞內STAT1的水平至關重要，敲除Cardif的NK細胞表達STAT1水平低，其增殖能力和細胞毒性均降低[2]。STAT1增強NK細胞的抗感染作用，其對NK細胞介導的抗病毒作用至關重要，尤其在干擾素介導的一系列抗病毒反應中發揮著重要作用。STAT1基因敲除鼠發育正常，對其他細胞因子反應正常，但對干擾素無應答，極易受病毒感染死亡[3]。STAT1增強NK細胞的抗腫瘤作用，轉移性黑色素瘤患者與正常人相比較，其體內NK細胞的STAT1表達水平下降[4]。姜黃素類化合物不僅可以通過抑制核因子-κB起到抑制腫瘤增殖的作用，同時也抑制了STAT1在腫瘤細胞中的抗腫瘤增殖作用和NK細胞干擾素(interferon，IFN)-γ的分泌，但姜黃素類化合物與Ω-3脂肪酸聯合使用，可以減少STAT1磷酸化水平降低而致的NK細胞的失活，增強對腫瘤的殺傷作用[5]。另有研究發現STAT1蛋白一個磷酸化位置S727的點突變可顯著增加NK細胞穿孔素和顆粒酶B的釋放，從而大大提高了NK細胞的抗腫瘤活性[6]。以上研究表明STAT1促進NK細胞的細胞活性，因而增加STAT1在NK細胞的表達有利于發揮NK細胞的細胞毒性作用。但關于STAT1通路的詳細機制還未研究透徹，值得進一步研究探討。

2 STAT2：Ⅰ型干擾素的信號因子

Ⅰ型干擾素和白細胞介素(interleukin，IL)可以通過STAT2對NK細胞進行免疫調節。Ⅰ型干擾素通過激活蛋白酪氨酸激酶(Janus kinase，JAK)1和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2，TYK2)從而激活STAT1和STAT2，形成相應的二聚體調節NK細胞的一系列生物效應，其中包括對STAT4的調節，影響NK細胞釋放IFN-γ。TYK2基因敲除小鼠的NK細胞細胞毒性降低，對腫瘤的抵抗力下降[7]。IFN-α可以減少NK細胞IL-21受體mRNA表達，調節NK細胞IL-21受體的表達，這一過程需要STAT2的參與[8]。另外IL-15受體信號通路也可以激活下游的STAT2從而影響NK細胞的生物活性[9]。Ⅰ型干擾素在抗病毒中發揮著重要的作用，并已應用于臨床治療某些病毒感染疾病和惡性腫瘤。而Ⅰ型干擾素作用于細胞受體所介導的一系列信號通路離不開STAT2的參與[10]。Clr-b是NK細胞抑制性受體NKR-P1B的配體，在巨細胞病毒感染模型鼠中，旁鄰細胞在Ⅰ型干擾素的刺激下高表達Clr-b，保護其免受NK細胞的殺傷。在這一過程中，STAT2對于Clr-b的誘導是必不可少的[11]。值得注意的是，Ⅰ型干擾素介導的經典的信號通路是通過STAT1/STAT2/IRF9三聚體作用的，但有研究發現STAT2可以不依賴STAT1與干擾素調節因子9(inter feron regulatory factors 9，IRF9)形成STAT2/IRF9二聚體就可以對病毒感染做出反應[12]。目前對STAT2與NK細胞之間聯系的研究較少，除與STAT1共同介導Ⅰ型干擾素對NK細胞調節之外的其他功能有待進一步闡明。

3 STAT3：NK細胞毒性的抑制因子

STAT3抑制NK細胞的活性，抑制NK細胞對腫瘤的殺傷，但有時會起到相反的作用。實驗表明敲除STAT3基因的NK細胞表達更高的顆粒酶B、穿孔素和DNAM-1，提高對腫瘤的免疫監視殺傷作用[13]。Schnurri-2是細胞內一類含鋅指樣結構調控細胞生長發育的蛋白，參與細胞生長發育的信號傳導，Schnurri-2敲除小鼠NK細胞的STAT3表達上升，其顆粒酶B、穿孔素釋放減少，表明Schnurri-2對NK細胞的發育功能有重要影響，并通過STAT3信號通路發揮作用，STAT3的激活抑制NK細胞的細胞毒性[14]。在腫瘤微環境中，腫瘤細胞可以分泌多種細胞因子激活腫瘤微環境內的STAT3信號通路，STAT3在NK細胞的激活可以抑制NK細胞的活性，表現在NK細胞激活性受體DNAM-1、NKp30、NKp44和NKG2D的表達下調，以及穿孔素A和顆粒酶B的表達下降，從而降低了NK細胞對腫瘤的殺傷作用。STAT3在腫瘤細胞的激活既可以抑制NK細胞釋放趨化因子，減少招募到腫瘤微環境中免疫細胞的數量，又可以減少NKG2D配體MICA和ULBP的表達，從而抑制NK細胞的活性，并且還發現STAT3的激活可以導致腫瘤細胞程序性死亡受體配體-1(Programmed cell death-ligand 1，PD-L1)表達增高，PD-L1與NK細胞表達的程序性細胞死亡蛋白-1結合降低NK細胞的細胞毒性。腫瘤細胞和骨髓來源的抑制性細胞共同釋放吲哚胺2，3-雙加氧酶和轉化生長因子-β抑制NK細胞的發育、增殖、活性。NK細胞可以與體內的各種免疫細胞相互作用，促進其對腫瘤細胞的殺傷作用，但是STAT3的激活會抑制這一活性[15]。

但也有實驗表明，STAT3會起到完全相反的作用，會促進NK細胞的活性，促進NK細胞對腫瘤的殺傷。用表達CD137L和mbIL21的K562細胞從外周血擴增NK細胞，發現可以明顯促進NK細胞的增殖和細胞毒性，但STAT3抑制劑JSI-124可以抑制這一過程，使K562細胞的作用失效，表明STAT3的激活有利于NK細胞的發育和細胞毒性[16]。IL-10和IL-21通過激活STAT3使NK細胞激活性受體NKG2D、DAP10、DAP12表達上升，STAT3抑制劑會抑制NKG2D的表達，STAT3基因敲除的NK細胞表達低水平的NKG2D，這使得NK細胞的殺傷活性降低[17]。IL-21作用于NK細胞會增強NK細胞對腫瘤的殺傷從而延長腫瘤小鼠模型的生存期，這一作用是NKG2D依賴的。使用NKG2D抗體或抑制小鼠模型內NK細胞的活性后，IL-21對小鼠的保護作用消失，小鼠生存期減少[18]。這些實驗表明，IL-21可以通過激活STAT3，增加NK細胞表面NKG2D的表達，從而增加NK細胞對腫瘤細胞的殺傷作用。研究發現，慢性NK細胞增殖性疾病與STAT3基因的突變有關，突變位于二聚化界面上的SH2區域，介導STAT3的激活。STAT3通路不僅可以調節NK細胞的細胞活性，突變還可造成NK細胞的癌變[19]。STAT3既可抑制又可促進NK細胞的細胞活性，但以抑制為主，因此減少STAT3在NK細胞中的表達有利于NK細胞發揮其細胞毒性作用，但需根據不同的微環境而定。對于某些腫瘤，STAT3抑制劑不僅起不到治療的作用還會促進腫瘤的生長，抑制NK細胞的活性，其具體機制仍需進一步研究。

4 STAT4：NK細胞毒性的促進因子

STAT4的激活可以促進NK細胞釋放IFN-γ和穿孔素從而增強NK細胞的細胞毒性，并在移植免疫和抗感染中發揮著重要的作用。STAT4在NK細胞可經IL-12信號通路活化，IL-12通過激活JAK2和TYK2從而激活STAT4，活化的STAT4促進NK細胞的增殖，增強NK細胞的細胞毒性，增加IFN-γ的釋放[20]。IL-12還可以通過激活STAT4促進NK細胞穿孔素的釋放，這與STAT4促進穿孔素相關蛋白的轉錄有關[21]。在移植免疫中，使用地塞米松可有效抑制NK細胞STAT4的表達，從而抑制NK細胞的免疫活性，這有利于抑制器官移植的排斥反應[22]。接受肝移植的非丙型肝炎患者體內NK細胞的活性降低，表達低水平的NKp46和NKp30，IFN-γ釋放減少，細胞毒性降低。與健康人和丙型肝炎肝移植患者對比，接受肝移植的非丙型肝炎患者體內NK細胞的STAT4的水平明顯降低，這表明STAT4和NK細胞介導的免疫耐受有關[23]。研究發現，STAT4還可通過誘導T-bet和IL-10產生記憶性NK細胞，進一步增強NK細胞的抗感染能力[24]。分泌IFN-γ和穿孔素是NK細胞行使免疫功能的重要體現，因而增加STAT4在NK細胞中的表達有利于NK細胞發揮其細胞毒性作用，抑制STAT4信號通路則有利于減少來自NK細胞的免疫排斥反應。

5 STAT5：NK細胞發育的必須因子

STAT5促進NK細胞的生長發育并增強NK細胞毒性和抗腫瘤能力。STAT5對NK細胞的發育起重要的作用，STAT5的缺失可導致NK細胞數量的減少，STAT5對小鼠的生存是必不可少的，失去STAT5的NK細胞不能存活[25]。Schnurri-2基因敲除小鼠NK細胞的STAT5表達下調，其顆粒酶、穿孔素釋放減少[15]。IL-15可以增強NK細胞的抗腫瘤作用，由Cish編碼的CIS蛋白是IL-15信號通路的抑制調節因子，敲除Cish基因，NK細胞對IL-15的敏感性增高，促進NK細胞的增殖和IFN-γ的分泌，增強其對腫瘤的殺傷作用，而這一過程離不開STAT5的參與[26]。V2O5可以通過抑制STAT5的磷酸化，致使NK細胞的增殖能力和IFN-γ釋放水平下降，促使腫瘤在機體內的發生[27]。STAT5被抑制了的NK細胞可被Bcl-2過表達所營救，并且通過增加血管內皮生長因子-A的水平促進腫瘤的形成，抑制NK細胞的STAT5水平可以增加腫瘤的血管生成，促進腫瘤生長[28]。STAT5增強NK細胞的細胞毒性，是NK細胞生長發育所必需的，抑制NK細胞內STAT5的表達會促進腫瘤的生長，因而增加NK細胞內STAT5的水平有利于NK細胞行使其正常的免疫功能。

6 STAT6:NK細胞活性的調節因子

STAT6既可增強NK細胞的細胞活性又可抑制NK細胞的細胞活性。STAT6促進NK細胞釋放IFN-γ，增強NK細胞的細胞活性。IL-4和IL-13通過調節JAK3和STAT6的磷酸化水平來調節NK細胞的生物活性，IL-4促進NK細胞釋放IFN-γ，這一過程是STAT6依賴的，IL-4不能刺激STAT6敲除小鼠NK細胞釋放IFN-γ。IL-4可以協同IL-2和IL-12共同刺激NK細胞釋放IFN-γ，不同的是IL-4協同IL-2刺激NK細胞釋放IFN-γ是STAT6依賴的，協同IL-12是非STAT6依賴的[29]。STAT6亦可抑制NK細胞的細胞活性，降低其對病毒的殺傷作用。在STAT6基因敲除小鼠體內，NK細胞細胞毒性增強，增強其對病毒感染細胞的殺傷作用[30]。此外，STAT6對維持母胎界面免疫平衡有一定的積極作用，研究發現IL-4在固有免疫細胞(包含NK細胞)中通過STAT6信號通路可誘導Tim-3表達，在妊娠期間，Tim-3作為一個調節分子，調控固有免疫和適應性免疫，從而調控Th1和Th2之間的平衡，影響母胎界面的免疫平衡[31]。CKJOT是韓國傳統方法治療女性不孕不育中使用的一種中草藥，研究發現CKJOT可以讓Th1相關轉錄因子T-bet明顯下調，而Th2相關轉錄因子GATA3及STAT6明顯上調，這表明韓國傳統中藥CKJOT對維持母胎界面免疫平衡有一定的作用，STAT6參與母胎界面免疫平衡的調節[32]。對于STAT6在NK細胞中的作用研究較少，STAT6在NK細胞中的調控以及對蛻膜NK細胞的影響有待于進一步研究。

7 結論

近年研究發現激活NK細胞內的STAT1、STAT4、STAT5可以促進NK細胞的細胞活性，增強NK細胞的細胞毒性，有利于NK細胞行使其抗感染、抗腫瘤的作用。抑制NK細胞內的STAT3、STAT6亦可增強NK細胞的細胞毒性，但有些情況下會起到相反的作用，提示STAT3、STAT6可能在自身免疫耐受有重要的作用。因而在利用STAT通路調節NK細胞的生物學功能時，要根據實際情況，兼顧STAT1/STAT4、STAT1/STAT3及STAT4/STAT6等信號通路的平衡來增強或抑制某一類STAT蛋白以發揮出NK細胞的最佳功能狀態。另外，細胞因子作用于NK細胞不僅僅激活STAT信號通路，往往可能與多條其他信號通路共同作用，信號通路之間的相互作用值得進一步探討。鑒于STAT信號通路在NK細胞生物活性中的重要性，在進一步闡明相關機制的基礎上，精確抑制或促進這條通路的某些靶點，亦或是將來在轉化醫學實踐中治療某些腫瘤、感染以及生殖相關疾病的有效手段。

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