Stat3在眼科领域的研究现状和前景展望

庞国龙 孙 河

2黑龙江中医药大学附属第一医院

细胞因子控制着人体内细胞的生长、分化、凋亡等一系列生物反应，与细胞因子相关的信号通路经过长期的研究取得了突破性的进展，Janus激酶-信号转导子和转录激活子途径（januskinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT）就是其中一条重要通路。该信号通道为Darnell等〔1〕首次发现，Darnell在研究干扰素（interferon，IFN）作用后靶基因激活所需的信号分子过程中，发现并阐明了此通道的组成和激活过程。该次实验研究结果及此后的众多研究结果均认定JAK-STAT通道为免疫系统及其它组织中完整而且普遍存在的细胞因子信号传导途径，同时也证实了JAKSTAT通道在细胞因子诱导的生物反应中具有至关重要的作用。关于JAK-STAT通道的探讨，以往多集中在淋巴系统、造血系统、心血管系统以及各种肿瘤等疾病，而近期的研究发现JAK-STAT通路在视神经损伤，视网膜等疾病中也有不同程度的激活，此通道或许在上述各类疾病的发生、发展以及预后的过程当中发挥了至关重要的作用，并且是当前已经确认的最重要的神经保护通路之一。本综述就JAK-STAT通路的组成、激活过程和其在视神经以及视网膜系统疾病中的研究现状做一综述。

1 JAK-STAT 通路及其激活与调控

1.1 JAK-STAT通路概论

Janus酪氨酸激酶家族（janus kinase，JAK）和信号传导与转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT）共同构成JAK-STAT通道。JAKs是一类可溶性的酪氨酸蛋白激酶，分布于胞浆内，JAK1、JAK2、JAK3与Tyk2是哺乳动物家族已知的四种JAK激酶。保守的7个JAK同源结构域（JAK homology domain，JH）组成了 JAK激酶，其中具有催化功能的JH1为激酶区，假性激酶区为JH2，其具体功能目前不得而知，进一步的研究尚在进行中〔2〕。当且仅当JH2同时存在时，JAKs才拥有完整的活性〔3〕，其次，JH6、JH 7 在和受体结合中发挥着重要的作用。STATs是由734～851个氨基酸构成，分子量大约在84～113 KDa之间这样的一类胞浆蛋白，可以与靶基因调控区DNA结合调控转录，和JAKs信号相互偶联。STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b与 STAT6是到现在为止在哺乳动物的细胞中发现的7种蛋白，主要由N端的寡聚化区，中间的DNA结合区与Src同源结构域2（Src homology 2 domain，SH2），C 端的转录激活区共同构成。

1.2 JAK-STAT通路的激活与调控

首先是细胞膜上的受体与细胞因子结合，二者的结合物激活JAK，然后经由胞浆内受体的亚基进行磷酸化，使得STAT募集到的受体复合体上有了结合位点，STAT通过自身的SH2区域和受体结合位点结合之后，JAK初步完成了对STAT的激活，导致STAT酪氨酸残基发生了磷酸化，STAT经过磷酸化后，通过自身的SH2区域的一系列相互作用生成，然后通过异二聚体或同二聚体的形式转运到了核内，以此来激活靶基因，进而实现了对靶基因的转录〔4〕。JAK的激活、STAT核内转运和负反馈途径等多个水平协同进行了JAKSTAT通道的调控。其中最为经典的JAK-STAT信号通路的负反馈调节机制是细胞信号抑制蛋白（suppressors of cytokine signaling，SCOS）家族〔2〕，此家族由多于 8 个具有 SH2 区域和C段 SOCS框的个体组成，其中四个（CIS、SOCS1、SOCS2和SOCS3）为目前已知的个体。 另外，包括 PIAS3、PI-ASy、PIASx在内的 STAT蛋白抑制剂（protein inhibitor of activated stat，PIAS），均可以和活化的STAT结合，进而达到阻断转录过程的目的〔5〕。总之，JAK-STAT通路的独特之处在于：在受体与配体快速激活并进行结合之后的1～15 min内，JAK的酪氨酸残基与STAT的酪氨酸残基均已开始磷酸化的过程，然后STAT进一步被转运到了细胞核内；另外，在受体与配体结合物快速下调的情况下，已经被活化的JAK，在2 h之内即可丧失酪氨酸残基的磷酸化功能。

2 JAK-STAT通路在视神经及视网膜系统疾病中的研究现状

2.1 STAT3在出生后视网膜早期发育过程中的表达

近几年的相关研究表明〔6，7〕，JAK-STAT 通路广泛参与细胞的一系列活动，包括细胞的增殖、分化和抗凋亡等一系列过程，是细胞因子进行信号传导的主要途径之一。

1993年，Yang等〔8〕首次报道了发育小鼠脑内存在 JAK家族成员后，De-Fraja C 等〔9，10〕发现 JAK/STAT 家族成员广泛表达于发育中大鼠脑内，且其表达模式在不同发育阶段有着不同表达，同时还发现在成年之后的视网膜中也同样存在着STAT3蛋白的表达，为进一步深入研究JAK-STAT信号传导通路在中枢神经系统发育过程中的作用提供了形态学证据。张艳，丁恩华等〔11〕在研究信号转导子与转录激活因子3蛋白在金黄地鼠视网膜生后早期发育过程中的表达时，在细胞内发现视网膜STAT3的阳性产物，并且主要分布于胞浆，但在个别细胞内，STAT3也分布在胞浆和核内。这一发现与De-Fraja C〔9，10〕研究的 STAT3在大鼠所有脑区阳性细胞里的分布状况大体相似，同时与Peterson〔12〕等研究的STAT3在视网膜阳性神经元的表达部位相吻合。张艳，丁恩华等〔11〕采用免疫细胞组织化学染色以及Western免疫印迹方法，观察到金黄地鼠从出生后早期一直到成年的发育过程中，均发现视网膜内有STAT3蛋白的表达，金黄地鼠出生后7天内STAT3蛋白的表达水平达到了最高值，多数研究认为〔13，14〕，该阶段恰好是细胞凋亡最为关键的时期，这提示大鼠出生后早期视网膜细胞的凋亡同STAT3蛋白的表达相关，但是要彻底搞清二者之间的具体关系，还需要进一步深入的研究。

2.2 STAT3在视网膜母细胞瘤中的表达

杨乐，申家泉等〔15〕研究显示：视网膜母细胞瘤视神经浸润组中p-STAT3表达强于视神经未浸润组，提示p-STAT3在视网膜母细胞瘤中的高表达可能和RB肿瘤细胞的侵袭有关，为今后在RB中以STAT3作为靶点的基因治疗提供了一定的理论基础和实验依据。

2.3 STAT3在脉络膜新生血管发生中的可能作用

李夏，王雨生等〔16〕为探讨STAT3在CNV生成中的可能作用，观察了STAT3在激光诱导的大鼠CNV中的表达，并在体外采用特异性阻断剂AG490阻断Janus激酶2（JAK2）/STAT3信号转导通路，观察了对缺氧诱导的人RPE细胞中缺氧诱导因子-1a（HIF-la）和VEGF表达的影响，其在成功建立激光诱导大鼠CNV模型的基础上，采用免疫荧光双标记染色方法，发现激光光凝后3 d，光凝区及周围视网膜和脉络膜组织散在分布的黄色荧光强度明显增加，提示RPE细胞中磷酸化的STAT3可能与早期CNV的生成相关。STAT3是眼部多种病理性新生血管形成的重要调控因素〔17-19〕。局部组织缺血缺氧打破促血管生成因子和抑制因子之间的平衡，是启动病理性新生血管发生的重要原因之一〔20〕，缺氧可激活RPE细胞内多种信号通路〔21-24〕。有研究发现，STAT3不仅参与细胞周期的调控，还参与了VEGF 的表达〔25，26〕，虽然研究证实STAT3参与了实验性CNV的发生过程，但该信号通路是否有助于防治人类CNV相关疾病，仍需进一步的研究。

2.4 形觉剥夺性近视的视网膜中STAT3活性蛋白的表达

朱子诚，张金嵩〔27〕研究STAT3活性蛋白在豚鼠形觉剥夺性近视（FDM）视网膜中的表达，在蛋白质表达水平探讨了p-Stat3在形觉剥夺性近视中的动态变化情况，为后续研究提供了一定的实验依据。该实验表明Stat3信号通路可能参与了FDM形成与发展，加之p-Stat3在视网膜光感受器外节有明显的表达，这说明视网膜光感受器外节是Stat3作为信使导致近视的关键部位，是Stat3导致近视的重要载体。在正常的生理状态下，Stat信号通路的激活受到严格的调控，但是慢性的或持续的激活因素可能会导致内环境的稳态被打破，从而导致生长因子诱导的Stat信号通路激活，并最终致使靶组织出现了病理改变〔28〕。该实验首次探讨了p-Stat3在FDM中的动态表达特征以及可能的作用机制，为进一步探明近视眼的发病机制、进一步防治近视眼等相关领域的研究提供了新的思路与方向。

2.5 STAT3对视神经元的保护作用

研究报道〔29〕视网膜内STAT3的灭活会加速基因突变诱导的神经元凋亡，说明STAT3神经通路在视神经元的保护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，荧光标记的视网膜神经节细胞数随眼压升高时间延长而降低，最初为（1887±117）/mm2， 而 1.5 年后下降到（92±26）/mm2，视网膜内 STAT3 也随之上调和表达，提示STAT3信号通路在青光眼视神经损伤时被激活。目前已知并广泛研究的对神经元以及视觉神经元有保护作用的细胞因子像睫状神经营养因子（CNTF）就是通过激活STAT3保护和延缓多种病因引起的神经元凋亡。研究〔31〕表明CNTF可以显著减少高眼压青光眼动物模型RGCs的凋亡。

3 前景展望

JAK-STAT通路作为近年来眼科学热点的信号传导通路，正逐渐受到眼科科研工作者的青睐，眼科学者对STAT3在眼科疾病中的作用关注度逐年加强，其在眼科领域的研究必然得到广泛深入发展，这就意味着众多的眼科疾病在该通道的发病机制有可能被破解，而伴随着发病机制的破解，预示着我们有可能通过药物或其它措施干预该通道，进而达到预防或治疗疾病的目的。

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