STAT6在肺部疾病發(fā)生發(fā)展中的生物學(xué)功能

胡 露（綜述） 姜志龍（審校）

（復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸內(nèi)科 上海 200032）

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）屬于轉(zhuǎn)錄因子家族，其主要表達在細胞質(zhì)中，通過Janus激酶（Janus kinase，JAK）進行酪氨酸磷酸化反應(yīng)，激活后可轉(zhuǎn)入細胞核內(nèi)與DNA結(jié)合，具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄的雙重功能［1］。JAK-STAT信號通路是細胞因子發(fā)揮生物學(xué)功能的主要通路，該通路機能的失調(diào)可引起免疫系統(tǒng)紊亂，甚至導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。STAT 6是STAT家族成員之一，近年的研究表明STAT 6在多種肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展中有重要的調(diào)控作用。STAT 6可介導(dǎo)IL-13誘導(dǎo)的肺氣道高感應(yīng)性（airway hyperrespon siveness，AHR）和黏液的生成［2-3］。STAT 6還參與調(diào)節(jié)動物模型中的許多病理反應(yīng)，包括氣道嗜酸性粒細胞的增多、上皮細胞黏液的生成、平滑肌的變化、Th2細胞分化以及B細胞產(chǎn)生IgE等［4-5］。STAT 6不僅是哮喘發(fā)展的一個關(guān)鍵因素，還參與肺部抗病毒反應(yīng)及肺纖維化的發(fā)展。另外，STAT 6與IL-4/IL-13誘導(dǎo)的腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）的分化密切相關(guān)。本文總結(jié)了STAT 6信號通路在這些肺部疾病中作用和機制的最新研究進展。為進一步深入和系統(tǒng)了解STAT 6在生理和病理條件下的生物學(xué)功能，探索以STAT 6為靶點的靶向治療提供新的理論基礎(chǔ)和思路。

STAT6的信號通路STAT 6屬于STAT家族，由847個氨基酸構(gòu)成，在第641位氨基酸殘基的酪氨酸發(fā)生突變的情況下，STAT 6將喪失結(jié)合DNA和轉(zhuǎn)錄活性。STAT 6由 IL-4和IL-13激活［1］。IL-4以高親和力與IL-4受體α鏈（IL-4Rα）和伽瑪鏈（γc）組成的Ⅰ型受體復(fù)合物結(jié)合，激活JAKSTAT 6通路［5］。IL-13與 IL-4Rα和 IL-13Rα1組成的Ⅱ型受體復(fù)合物結(jié)合，激活JAK-STAT 6通路。STAT 6單體被磷酸化和同源二聚化后，被轉(zhuǎn)運到細胞核，與相關(guān)基因的啟動子結(jié)合，誘導(dǎo)特異基因的表達。

STAT6與哮喘支氣管哮喘的發(fā)生和發(fā)展由多種細胞參與，包括嗜酸性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和氣道上皮細胞等。這些細胞產(chǎn)生和分泌多種細胞因子，誘導(dǎo)氣道慢性炎癥和氣道高反應(yīng)性。IL-4和IL-13是哮喘的主要炎癥因子，主要由CD4+Th2細胞和交替激活或抗炎作用的M 2型巨噬細胞產(chǎn)生，在過敏性哮喘的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用［6-7］。在過敏性氣道疾病（allergic airway disease，AAD）小鼠模型中，IL-4/IL-13 升高，誘導(dǎo)氣道上皮細胞表達 STAT 6［1，8］。當STAT 6基因敲除時，卵清蛋白（ovalbumin，OVA）誘導(dǎo)AAD小鼠模型的肺部炎癥和AHR明顯減輕［9-10］，肺 泡 灌 洗 液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）的嗜酸性粒細胞明顯降低［3，11］，表明 STAT 6參與Th2細胞的分化，及其誘導(dǎo)的過敏性肺部炎癥反應(yīng)［1，12］。過繼性輸入野生型抗原特異性 Th2細胞到該抗原誘導(dǎo)的STAT 6-/-小鼠哮喘模型后，并不能增加該模型肺嗜酸性粒細胞數(shù)量、黏液生成和AHR，表明肺上皮細胞的STAT 6信號通路在哮喘的誘導(dǎo)和發(fā)展中具有重要影響［13］。

Rankin等［14］進一步研究了 IL-4和IL-13在哮喘中的潛在作用，發(fā)現(xiàn)IL-4在肺組織內(nèi)過表達可增加肺部炎癥反應(yīng)，主要表現(xiàn)為上皮細胞肥大、巨噬細胞、淋巴細胞、嗜酸性粒細胞和中性粒細胞等浸潤。IL-13在肺組織內(nèi)過表達也可引起單核和嗜酸性細胞炎癥反應(yīng)、黏液細胞增生、Charcot-Leyden樣晶體沉積、氣道纖維化、嗜酸性粒細胞趨化因子生成、氣道阻塞和非特異性AHR［15］。哮喘患者的痰和支氣管活檢中不僅可檢測到過表達的IL-4和IL-13［16］，其氣道平滑肌中肥大細胞來源的IL-4和IL-13含量也增加［17］，患者支氣管活檢組織中的STAT 6表達明顯升高［18］，進一步表明 IL-4、IL-13和 STAT 6與哮喘易感性的關(guān)系［19］。

因此，IL-4/IL-13/STAT 6信號通路在過敏性哮喘的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用，可作為哮喘治療的靶點，目前已經(jīng)出現(xiàn)STAT 6抑制肽、抗IL-13單克隆抗體和IL-4受體拮抗劑，并用于臨床前期治療［4，20］。STAT 6-IP 是新研發(fā)的一種抑制 STAT 6轉(zhuǎn)錄因子的細胞穿透肽，已經(jīng)證實可以抑制小鼠哮喘模型的Th2細胞分化、黏液分泌、肺部炎癥和AHR［21］。STAT 6反義核苷酸和顯性負肽等動物實驗治療效果尚不明確［20］。近期的一項Ⅱ期臨床試驗表明，IL-4Rα拮抗劑可明顯減輕哮喘的臨床癥狀［22］，IL-13單克隆抗體 lebrikizumab也有類似的治療效果［23］。

STAT6與急性呼吸窘迫綜合征急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是一種嚴重的彌漫性肺部疾病，其嚴重形式是急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS），目前尚無特效治療方法。ALI的主要特征是炎性損傷、肺水腫和難治性低氧血癥，其中炎癥損傷主要是組織和細胞損傷。異常激活的巨噬細胞、中性粒細胞的浸潤以及過量的炎性細胞因子共同導(dǎo)致炎癥反應(yīng)發(fā)生。肺部炎癥反應(yīng)程度與巨噬細胞表型的多樣性密切相關(guān)［24］。巨噬細胞表型可分為M 1（典型激活或促炎）或M 2（交替激活或抗炎）型。巨噬細胞可從急性炎癥時期為主的M 1表型轉(zhuǎn)變?yōu)榛謴?fù)時期的M 2表型，這一過程有助于肺組織損傷的修復(fù)［25］。M 2巨噬細胞主要通過IL-4/IL-13/STAT 6信號通路發(fā)揮抗炎功能［1］。IL-4和IL-13與相應(yīng)的受體結(jié)合，促進STAT 6磷酸化、二聚化并轉(zhuǎn)運到細胞核，從而觸發(fā)靶基因的表達。IL-4在脂多糖誘導(dǎo)的小鼠ALI模型中表達明顯增加，具有免疫抑制和保護性作用［26］。給予IL-4可明顯減輕無菌性和感染性肺部炎癥，并改善肺功能，目前認為IL-4通過增加巨噬細胞STAT 6的表達和激活，抑制炎癥基因的轉(zhuǎn)錄和減輕肺炎癥反應(yīng)［27］。

STAT6與肺纖維化研究發(fā)現(xiàn)特發(fā)性肺纖維化患者有高水平的IL-4和IL-13［28］，同時在特發(fā)性間質(zhì)性肺炎患者的肺活檢組織中過表達IL-4Rα和IL-13Rα2受體亞基［29］。此外，特發(fā)性間質(zhì)性肺炎和普通間質(zhì)性肺炎患者來源的肺成纖維細胞株中也有高水平的IL-4Rα、IL-13Rα1及IL-13Rα2表達。目前認為IL-13與肺纖維化密切相關(guān)，參與哮喘和間質(zhì)性肺炎的氣道纖維化和平滑肌增生［30］。IL-4和IL-13還涉及組織重塑，刺激人肺成纖維細胞分化，增加α-平滑肌肌動蛋白和膠原的表達［31］。IL-4和IL-13水平在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化動物模型中明顯升高，但阻斷IL-4/IL-13信號通路后，STAT 6激活減低，可明顯減輕肺間質(zhì)纖維化［32］。IL-4/IL-13/STAT 6通路在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展中有重要作用，可作為肺纖維化的有效治療靶點。

STAT6在肺部抗病毒中的作用干擾素基因刺激蛋白（stimulator of interferon genes，STING）是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的膜蛋白，在天然病毒免疫中有重要作用。STING被環(huán)狀二核苷酸激活后，轉(zhuǎn)移到高爾基體，激活下游TANK結(jié)合激酶1（TANK-binding kinase 1，TBK1）［33］。不同于 IL-4/IL-13 誘導(dǎo)的典型JAK/STAT 6 信號通路［34］，病毒感染免疫細胞后，STING被激活，將STAT 6招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由TBK 1促進STAT 6的磷酸化和形成二聚體，并轉(zhuǎn)至細胞核內(nèi)，誘導(dǎo)特定目標基因的表達和免疫細胞趨化轉(zhuǎn)移［34］。病毒感染成纖維細胞、骨髓來源的巨噬細胞和腹腔巨噬細胞后，STAT 6被激活，通過產(chǎn)生相關(guān)抗病毒淋巴因子，抑制病毒在細胞內(nèi)的增殖［34］，而在STAT 6-/-小鼠模型中，也證實STAT 6信號通路與細胞的抗病毒作用有關(guān)，因為STAT 6-/-小鼠更易受到病毒的感染和誘導(dǎo)呼吸道癥狀。雖然呼吸道病毒感染通過誘導(dǎo)STAT 6激活，增加哮喘發(fā)病的敏感性，但STAT 6同時具有抗病毒作用，因此STAT 6在哮喘和病毒免疫之間有雙刃劍的作用［35］。

STAT6與肺癌STAT 6不僅參與哮喘和肺部抗病毒反應(yīng)，在肺癌的發(fā)生和發(fā)展也有重要作用［36］。TAM是一種在腫瘤組織中浸潤的巨噬細胞，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移、免疫逃避、血管及淋巴管生成等過程中都有重要作用。TAM在腫瘤微環(huán)境中可被極化為M 2型巨噬細胞，刺激非小細胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）的血管生成，促進癌癥 進 展 和 轉(zhuǎn) 移［37-38］。 甘 露 糖 受 體 1（macrophage mannose receptor 1，MRC1）和精氨酸酶 1（arginase-1，Arg1）是M 2細胞標記性表達蛋白。腫瘤來源的巨噬細胞中MRC1和Arg1的表達明顯增加，表明腫瘤微環(huán)境中M 2細胞增多，可能不同程度參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移和免疫逃避［39］。Th2細胞分泌的IL-4和IL-13通過激活STAT 6，促進TAM細胞向M 2細胞極化［40］。肺癌患者過表達的STAT 6的mRNA水平，提示其可能在M 2細胞極化和免疫逃避中起到重要作用。體外實驗也證實STAT 6對癌細胞生長的促進作用，NSCLC患者的STAT 6和p STAT 6水平顯著升高［41］，但沉默肺癌細胞內(nèi)的STAT 6后，肺癌 細 胞 凋 亡 顯 著 增 加［41-42］。 此 外 ，p STAT 6 在NSCLC組織類型之間的表達也存在一定的差異［41］，表明STAT 6在肺癌發(fā)生中具有重要作用，p STAT 6可作為NSCLC各組織類型的潛在生物標記物。

癌細胞的基本特征包括基因突變、有絲分裂、血管生成、凋亡、轉(zhuǎn)移和免疫抑制等，與環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）驅(qū)動的前列腺素表達水平密切相關(guān)［41，43］。肺癌中 COX-2 的表達增加，促進腫瘤的發(fā)生、侵襲和腫瘤免疫［44］。在NSCLC中STAT 6 的 表 達 也 明 顯 升 高［9］。 Cui等［45］認 為 ，STAT 6可通過增加COX-2表達，減少NSCLC細胞的凋亡，沉默STAT 6后，COX-2的表達下降，NSCLC細胞凋亡減少［45］。STAT 6在肺癌細胞增殖和侵襲中發(fā)揮重要作用［46］。

細胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS）是JAK/STATs信號通路的負調(diào)控因子。SOCS蛋白功能喪失會增加癌變風(fēng)險，研究證實肺癌等諸多腫瘤組織內(nèi)的SOCS3表達較低或缺失［47］。恢復(fù)SOCS3表達后，癌細胞凋亡增加，細胞侵襲性減低［41］。高水平的SOCS3可提高NSCLC細胞對放療的敏感性［48］。由于腫瘤組織內(nèi)的 SOCS3和 STAT 6表達水平呈負相關(guān)［41］，提示SOCS3的抗腫瘤作用與STAT 6表達密切相關(guān)，SOCS3可能通過抑制STAT 6信號通路發(fā)揮抗肺癌作用。

結(jié)語STAT 6在多種肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中起關(guān)鍵的調(diào)控作用，包括哮喘、ALI、肺纖維化、肺部抗病毒作用和肺癌等。鑒于STAT 6在這些疾病進展中的重要作用，STAT 6可能成為這些肺部疾病的有效治療靶點。

作者貢獻聲明胡露 論文構(gòu)思、撰寫和修改。姜志龍 論文修改。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。