SOCS3參與丙型肝炎病毒感染和治療的研究進(jìn)展

高榮，王嘉琪，任浩

海軍軍醫(yī)大學(xué)微生物學(xué)教研室，上海市醫(yī)學(xué)生物防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200433

丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)是引起慢性肝炎、肝硬化及肝細(xì)胞癌的重要病毒之一。目前，全球有 1.7億～2億人感染HCV，我國健康人群中HCV抗體陽性率為 0.7%～3.1%[1]。聚乙二醇α干擾素(pegylated interferon α，PEG-IFN-α)聯(lián)合利巴韋林(ribavirin，RBV)療法是目前抗HCV感染的經(jīng)典治療方案，但I(xiàn)FN的嚴(yán)重毒副作用、不同HCV基因型的敏感性不同及IFN抵抗等因素限制了其療效及使用范圍。細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制蛋白3(suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3)是SOCS家族的重要分子之一，在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。SOCS3可負(fù)性調(diào)節(jié)Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)通路，后者是Ⅰ型和Ⅱ型IFN發(fā)揮抗病毒作用的信號(hào)通路。研究表明，SOCS3的表達(dá)與HCV在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制程度密切相關(guān)，丙型肝炎患者肝樣本中SOCS3蛋白表達(dá)增加，而高水平SOCS3表達(dá)與IFN治療抵抗相關(guān)[2]。同時(shí)，肝細(xì)胞SOCS3水平可反映IFN治療HCV感染的效果，其基因多態(tài)性與宿主對(duì)抗病毒治療的反應(yīng)相關(guān)。本文就SOCS3與HCV感染和治療的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 SOCS蛋白

1.1 SOCS

SOCS家族包含SOCS1～SOCS7和CIS共8個(gè)成員，可被多種細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和激素誘導(dǎo)。SOCS家族蛋白由3部分組成。① SH2結(jié)構(gòu)域：其為SOCS家族的核心結(jié)構(gòu)，具有泛素連接酶樣功能，任何具有酪氨酸磷酸化功能的信號(hào)中間體(如磷酸化的JAK、磷酸化的STAT、磷酸化受體)均為其可能的作用底物。例如，SH2結(jié)構(gòu)域可抑制細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這一作用是通過其與JAK或細(xì)胞因子受體磷酸化的酪氨酸結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的[3]。② N端激酶抑制區(qū)(kinase inhibitory region，KIR)：KIR與JAK底物類似，可作為假底物，通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制JAK的催化活性而發(fā)揮抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用。③ C端保守序列SOCS盒：SOCS盒與elongins B/C組成復(fù)合體，結(jié)合目標(biāo)底物后促進(jìn)其降解[3]。磷酸化的STAT可刺激SOCS基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)SOCS蛋白表達(dá)。此外，SOCS亦可直接結(jié)合磷酸化的JAK，進(jìn)一步調(diào)節(jié)STAT的產(chǎn)生，從而形成經(jīng)典的負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路。

1.2 SOCS3負(fù)反饋調(diào)節(jié)JAK/STAT信號(hào)通路

JAK是一類非受體型酪氨酸激酶，包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2共4個(gè)成員。每個(gè)JAK家族成員具有7個(gè)保守結(jié)構(gòu)域，無跨膜結(jié)構(gòu)域，C端均有一個(gè)保守的酪氨酸激酶區(qū)域[4]。在IFN作用機(jī)制研究過程中起初發(fā)現(xiàn)了STAT蛋白。目前，在哺乳動(dòng)物中共發(fā)現(xiàn)7個(gè)STAT家族成員，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。JAK/STAT通路由3部分組成：細(xì)胞膜受體、JAK蛋白和STAT蛋白。目前為止，已發(fā)現(xiàn)40余種細(xì)胞因子[IFN-α/β、IFN-γ、白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6)、IL-10、集落刺激因子、紅細(xì)胞生成素、生長(zhǎng)激素、血管緊張素等]通過該通路發(fā)揮作用。JAK/STAT通路的基本傳遞過程如下：細(xì)胞因子與其相應(yīng)受體結(jié)合，進(jìn)一步誘導(dǎo)受體分子二聚體化，然后通過酪氨酸磷酸化作用激活與受體偶聯(lián)的JAK蛋白；活化的JAK蛋白可進(jìn)一步磷酸化受體自身的酪氨酸磷酸化結(jié)合位點(diǎn)；細(xì)胞受到上述信號(hào)刺激后，STAT的SH2結(jié)構(gòu)域與受體結(jié)合，磷酸化的STAT從受體解離后形成同/異二聚體并入核；入核的二聚體與相關(guān)的靶基因啟動(dòng)子特異性結(jié)合，激活相應(yīng)效應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，最終完成細(xì)胞因子介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)全過程。

目前研究認(rèn)為，可對(duì)JAK/STAT通路進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)的因子主要有3個(gè)，分別是SOCS、活化STAT的蛋白抑制因子(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)及蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTP)。此外，其他負(fù)性調(diào)節(jié)因子也可調(diào)節(jié)JAK/STAT通路，如酪氨酸磷酸化抑制劑AG-490、環(huán)磷腺苷(cyclic AMP，cAMP)等[5]。生理情況下，大多數(shù)細(xì)胞中SOCS基因的表達(dá)水平極低或很微弱。在不同的組織及細(xì)胞中，許多細(xì)胞因子通過JAK/STAT通路或受體蛋白酪氨酸激酶(receptor protein tyrosine kinase，RPTK)誘導(dǎo)SOCS基因表達(dá)[6]。目前認(rèn)為，SOCS可調(diào)節(jié)30余種細(xì)胞因子，如白血病抑制因子、粒細(xì)胞集落刺激因子、IFN-γ、IL-6等。SOCS3是SOCS家族的重要分子之一，也是目前被研究最多的家族分子之一。大量研究表明，SOCS3可被多種炎癥因子和抗炎因子誘導(dǎo)表達(dá)，在感染性疾病、炎癥性疾病、代謝性疾病及腫瘤等的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[7]。鑒于SOCS3在一些疾病過程中的異常表達(dá)，可能將其作為某些疾病診斷及預(yù)測(cè)預(yù)后的生物分子指標(biāo)，也可作為某些特定疾病治療的靶標(biāo)。

SOCS3可通過以下機(jī)制進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)：①直接結(jié)合磷酸化的JAK，抑制其被激活；②結(jié)合受體上的磷酸化酪氨酸殘基，使STAT與受體結(jié)合被競(jìng)爭(zhēng)性阻斷；③通過其C端SOCS盒與elongins B/C形成的復(fù)合體，泛素化降解JAK或STAT而阻斷細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。研究表明，SOCS3可抑制JAK1、JAK2、TYK2，這一作用是通過其SH2結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合gp130細(xì)胞因子受體而實(shí)現(xiàn)的[8-9]。

1.3 SOCS3與微小RNA(microRNA，miRNA)

miRNA是一類長(zhǎng)18～22個(gè)核苷酸的內(nèi)源性單鏈非編碼小RNA。自最初的miRNA(lin-4和let-7)發(fā)現(xiàn)以來，miRNA逐漸被認(rèn)為是真核細(xì)胞基因表達(dá)的重要調(diào)控因子[10]。多數(shù)miRNA通過與靶基因mRNA的3′-非翻譯區(qū)(3′-untranslated region，3′-UTR)不完全結(jié)合而發(fā)揮抑制靶基因轉(zhuǎn)錄的作用。由于miRNA與靶基因序列互補(bǔ)的不完全性，任一miRNA均有調(diào)控多種基因的潛能；同時(shí)，多個(gè)miRNA的組合也可精細(xì)調(diào)節(jié)同一靶基因的轉(zhuǎn)錄[11]。研究表明，沉默miR-122可通過下調(diào)SOCS3表達(dá)而增強(qiáng)IFN刺激反應(yīng)元件(interferon-stimulated response element，ISRE)激活。有趣的是，SOCS3表達(dá)水平的降低并非通過miR-122抑制靶基因表達(dá)，而是通過增強(qiáng)SOCS3基因啟動(dòng)子甲基化[12]。miR-221可通過下調(diào)SOCS1和SOCS3增強(qiáng)IFN抗HCV感染的作用[13]。miR-185可通過結(jié)合SOCS3 3′-UTR抑制SOCS3表達(dá)并調(diào)節(jié)STAT3通路，從而顯著誘導(dǎo)胰島素分泌和刺激胰腺細(xì)胞生長(zhǎng)[14]。近期一項(xiàng)研究報(bào)道，miR-19a在HCV感染的肝細(xì)胞與肝星狀細(xì)胞纖維化之間通過外泌體的形式發(fā)揮重要的關(guān)聯(lián)作用，而SOCS3在這一過程中扮演重要角色[15]。另一項(xiàng)對(duì)HCV感染的肝癌細(xì)胞中miRNA表達(dá)進(jìn)行分析的研究發(fā)現(xiàn)，miR-30c在HCV感染的Huh7.5細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)并在IFN-α處理后表達(dá)上調(diào)，推測(cè)miR-30c可能通過靶向SOCS1和SOCS3而調(diào)節(jié)兩者的表達(dá)，而SOCS1和SOCS3是JAK/STAT信號(hào)通路的負(fù)性調(diào)節(jié)因子[16]。

1.4 SOCS3、miRNA與HCV感染

體外實(shí)驗(yàn)表明，Huh7.5.1細(xì)胞感染HCV可上調(diào)SOCS3表達(dá)水平，丙型肝炎患者肝細(xì)胞中SOCS3表達(dá)水平與患者對(duì)IFN治療不應(yīng)答有關(guān)[2]。一項(xiàng)對(duì)IFN治療后肝組織中SOCS3表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，與正常肝組織樣品相比，SOCS3的表達(dá)在持續(xù)病毒學(xué)應(yīng)答(sustained virologic response，SVR)組和無應(yīng)答組明顯升高[17]。另外，多項(xiàng)關(guān)于SOCS3基因多態(tài)性與丙型肝炎患者對(duì)IFN治療反應(yīng)性的研究發(fā)現(xiàn)，不同SOCS3基因型患者對(duì)抗病毒治療的反應(yīng)有明顯差異，而SOCS3 rs4969170基因型(-4874 AA)的HCV1型患者對(duì)IFN-α治療反應(yīng)更差[2]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，SOCS3 rs4969170 GG基因型頻率在SVR患者中明顯高于無應(yīng)答和復(fù)發(fā)患者[18]。近期一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Toll樣受體7(Toll-like receptor 7，TLR7)在樹突細(xì)胞中激活可誘導(dǎo)SOCS3表達(dá)，而SOCS3可強(qiáng)烈抑制TLR7介導(dǎo)的Ⅰ型IFN產(chǎn)生，這一作用是通過SOCS3介導(dǎo)的IFN調(diào)節(jié)因子7(interferon regulatory factor 7，IRF7)降解而直接調(diào)節(jié)樹突細(xì)胞中TLR7信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和Ⅰ型IFN產(chǎn)生發(fā)揮的[19]。

研究表明，IFN-α處理的未感染HCV的Huh7細(xì)胞中SOCS3及STAT3表達(dá)均上調(diào)[20]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，HEK 293T細(xì)胞中IFN-α可在未激活SOCS3轉(zhuǎn)錄的情況下強(qiáng)烈誘導(dǎo)STAT3的磷酸化，而IFN-α處理的HCV感染細(xì)胞中IFN-α誘導(dǎo)的STAT3表達(dá)上調(diào)伴隨著SOCS3下調(diào)。這一研究提示，IFN-α抗HCV作用是通過上調(diào)STAT3信號(hào)和弱化SOCS3信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的[8]。早期的一項(xiàng)體外研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期IFN刺激可篩選出JAK/STAT通路效應(yīng)缺陷細(xì)胞，IFN治療抵抗與STAT3激活缺陷和SOCS3反應(yīng)增強(qiáng)有關(guān)[21]。此外，在HCV感染的黑猩猩中，SOCS3表達(dá)在Ⅰ型、Ⅱ型IFN治療后明顯上調(diào)，從而導(dǎo)致對(duì)IFN治療的反應(yīng)性降低[22]。一項(xiàng)采用anti-miRs(可抑制miR-196、miR-296、miR-351、miR-431和miR-448表達(dá))技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，在anti-miRs與miR-122模擬物共轉(zhuǎn)染的情況下，IFN-β抗HCV復(fù)制的效果約降低75%[21]。另有研究報(bào)道，HCV感染可上調(diào)miR-373表達(dá)，而miR-373可通過抑制JAK1和IRF9的表達(dá)而負(fù)性調(diào)節(jié)Ⅰ型IFN信號(hào)通路。上述研究提示，Ⅰ型IFN誘導(dǎo)的宿主miRNA直接參與HCV復(fù)制及感染性的調(diào)節(jié)，并靶向宿主因子，產(chǎn)生了限制病毒感染及復(fù)制的其他途徑。近期一項(xiàng)研究表明，直接抗病毒藥物(direct-acting antiviral agent，DAA)治療組、IFN/RBV治療組丙型肝炎患者中SOCS3表達(dá)水平較未接受治療患者明顯升高(DAA組為2倍，IFN/RBV組為 3.7 倍)，而DAA治療組比IFN/RBV治療組更趨向于正常水平[23]。

綜上所述，SOCS3、miRNA、IFN在HCV感染中相互調(diào)節(jié)，相互影響(圖1)。

圖1 SOCS3、miRNA、IFN在HCV感染中的相互作用示意圖

2 SOCS3與抗HCV治療

2.1 IFN-α抗HCV感染機(jī)制

IFN是人和動(dòng)物細(xì)胞被病毒感染后產(chǎn)生的一種細(xì)胞因子，具有廣譜抗病毒生物活性，通常分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。其中，Ⅰ型包括IFN-α、IFN-β等；Ⅱ型包括IFN-γ；Ⅲ型包括IFN-λ[24]。各型IFN的抗病毒機(jī)制不同。大量研究表明，IFN抗病毒效應(yīng)是通過其與受體結(jié)合后激發(fā)不同信號(hào)通路，使細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白，主要包括 IFN刺激基因(interferon stimulated gene，ISG)、2′,5′寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-oligoadenylate synthetase，OAS)、蛋白激酶R(protein kinase RNA-activated，PKR)、黏病毒抗性蛋白(myxovirus resistance protein，Mx)。Ⅰ型IFN誘導(dǎo)的信號(hào)通路包括JAK/STAT信號(hào)通路、CT10激酶調(diào)節(jié)子樣蛋白(CT10 regulator of kinase like protein，CRKL)途徑、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)途徑、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑，其中以JAK/STAT通路最為重要[25]。

經(jīng)典的IFN-α抗HCV感染的JAK/STAT通路機(jī)制如下：IFN-α與IFN-α受體1(interferon α receptor 1，IFNAR1)和IFNAR2結(jié)合后，IFNAR與JAK1和TYK2結(jié)合，進(jìn)一步磷酸化STAT1與STAT2，后兩者活化后形成pSTAT1/pSTAT2異二聚體，該異二聚體進(jìn)一步與IRF9形成轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物——IFN刺激基因因子3(interferon-stimulated gene factor 3，ISGF3)，ISGF3與ISRE結(jié)合后誘導(dǎo)靶基因轉(zhuǎn)錄[26]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，敲除STAT1后，STAT2仍可介導(dǎo)Ⅰ型IFN的抗病毒效應(yīng)，其機(jī)制是形成pSTAT2/IRF9復(fù)合體或以非磷酸化STAT2(unphosphorylated STAT2，U-STAT2)的形式形成U-STAT2/IRF9復(fù)合體與ISRE結(jié)合而調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄[27]。近期一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，甲基轉(zhuǎn)移酶分子SETD2(SET domain containing protein 2)通過其甲基轉(zhuǎn)移酶活性，直接催化IFN關(guān)鍵信號(hào)蛋白分子STAT1的第525位賴氨酸發(fā)生單甲基化修飾(STAT1-K525me1)，從而促進(jìn)IFN效應(yīng)信號(hào)的活化，誘導(dǎo)出更高水平的抗病毒蛋白，發(fā)揮更強(qiáng)的抗病毒效應(yīng)[28]。

2.2 HCV蛋白與IFN抵抗

在IFN-α抑制HCV感染的同時(shí)，病毒可通過多種途徑影響IFN的產(chǎn)生及削弱其抗病毒效應(yīng)。如HCV core蛋白可通過作用于STAT3抑制JAK/STAT通路活化，作用于STAT1干擾ISG轉(zhuǎn)錄；HCV core蛋白可抑制IRF3影響IFN產(chǎn)生，也可下調(diào)ISGF3表達(dá)[29]。HCV NS3/4蛋白可抑制IRF3的激活以減少IFN產(chǎn)生[30]。HCV E2和NS5A蛋白可抑制PKR的活性[31]。NS5A蛋白還可降低pSTAT1表達(dá)水平、ISG轉(zhuǎn)錄及ISRE信號(hào)傳遞，誘導(dǎo)能抑制IFN-α的IL-8的表達(dá)[32]。

2.3 SOCS3表達(dá)與抗HCV治療

有研究報(bào)道，IFN/RBV治療后的丙型肝炎患者中，SOCS3的表達(dá)在達(dá)SVR者中升高了 2.275 倍，在無應(yīng)答者中升高了 3.72 倍[2]。另有研究報(bào)道，SOCS3的表達(dá)在IFN治療后無應(yīng)答的丙型肝炎患者中比應(yīng)答者中明顯升高[33]。近期一項(xiàng)研究比較了采用兩種治療策略(IFN治療組和DAA治療組)的丙型肝炎患者中SOCS3表達(dá)，發(fā)現(xiàn)相較于未接受治療的患者，IFN治療組和DAA治療組SOCS3的表達(dá)分別升高 3.7 倍和2倍[23]。

3 結(jié)語

近年來，隨著對(duì)SOCS3廣泛而深入的研究，人們對(duì)其生物學(xué)功能有了更加全面的了解。SOCS3與多種臨床疾病密切相關(guān)，在HCV感染過程中發(fā)揮著重要作用，還可反映丙型肝炎患者在經(jīng)典聯(lián)合療法抗HCV后對(duì)治療的反應(yīng)性。盡管目前DAA在抗HCV治療方面有很大的發(fā)展，但由于應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)其可能存在的一些潛在風(fēng)險(xiǎn)尚需進(jìn)一步評(píng)估。近年來靶向治療研究有了突破性進(jìn)展，給腫瘤患者帶來了福音，一些學(xué)者也在嘗試將靶向治療應(yīng)用于抗HCV研究。SOCS3是HCV感染的重要宿主因子，在HCV感染和治療中發(fā)揮重要作用，未來可探索基于HCV感染相關(guān)宿主因子的治療方法。