STAT4多态性与自身免疫性疾病相关性研究进展①

张 薇 综述 杨林花 审校(山西医科大学第二医院血液科，山西030001)

自身免疫性疾病是机体对自身成分发生免疫应答而导致的疾病状态，其基本特征是自身应答性T淋巴细胞或自身抗体造成相应的组织细胞损伤或功能障碍，血液中可检测到高效价的自身应答性T淋巴细胞和/或自身抗体，且病情的转归与自身免疫应答的强度密切相关。T辅助细胞1型(T-helper cell type 1，Th1)、Th17细胞功能失调可诱导多种自身免疫性疾病的发生［1］。

信号转导和转录激活子4(Signal transducer and activators of transcription-4，STAT4)是STAT家族成员之一，和家族其他成员 STAT1、STAT2、STAT3、STAT5a、STAT5b及STAT6一样属于细胞信号转导分子。STAT4基因位于人类染色体2q32.2-q32.3，毗邻STATl基因，全长122.021 kb，包括24个外显子和23个内含子，编码748个氨基酸组成的85 kD蛋白质。STAT4蛋白在体内介导多种细胞因子和生长因子信号的作用，包括IL-12和IL-23，参与细胞分化、增殖和凋亡［2］，其中包括参与 T细胞分化过程。

近年来，越来越多的研究显示STAT4单核苷酸多态性与多种自身免疫性疾病发病相关，深入研究其调控方式不仅有利于研究这类疾病的发病机制，还有助于对自身免疫性疾病的精确诊断和靶向治疗。

1 STAT4单核苷酸多态性与自身免疫性疾病

单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms，SNPs)，是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，是人类基因组DNA序列变异的主要形式，已成为新一代分子标记。SNPs是决定多基因疾病(包括自身免疫性疾病)易感性和药物反应性差异的核心信息。

1.1 STAT4单核苷酸多态性与类风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis，RA)2006年有研究人员对北美类风湿性关节患者进行SNPs分析时发现2号染色体长臂区域是一个连锁高发区［3］。Remmers等［4］随即对这一区域进行了大样本的病例对照基因分型研究，在该区域的13个候选基因中挑选了82个标签 SNP(tag SNP)进行相关性分析，发现STAT4第3内含子中一个SNP:rs7574865与类风湿性关节炎的发病呈显著相关。进一步对STAT4的详细基因分型研究显示STAT4第3内含子区的4个SNPs:rs7574865、rs8179673、rs11889341、rs10181656与类风湿性关节炎发病显著相关，这四个SNPs之间呈连锁不平衡。其中rs7574865和类风湿性关节炎发病相关性最强，其在患者中的最小等位基因频率(minor allele frequency，MAF)为0.27，正常人为0.22，研究还提示rs7574865与抗环瓜氨酸肽抗体(anticyclic citrullinated peptide antibody，anti-CCP antibody)的发生相关。在瑞典类风湿性关节炎患者中进行的基因分型研究获得了一致的结果。荟萃分析研究也证实了rs7574865与RA的相关性。

这一发现引起了众多研究人员的注意，其后在韩国、中国、西班牙等多个国家进行的大样本研究均证实 rs7574865、rs11889341、rs8179673和 rs101816-56与类风湿性关节炎相关，是其发病的独立危险因素［5-7］。

1.2 STAT4单核苷酸多态性与系统性红斑狼疮(Systemic Lupus Erythematosus，SLE) Remmers等［4］还在多个人群中发现rs7574865与系统性红斑狼疮的发病相关，患者中MAF 0.29-0.31，对照中MAF 0.22-0.23。其后在美国、中国等多国人群中进行的研究均提示rs7574865与 SLE发病相关［8-10］。

STAT4 的另两个 SNPs——rs10181656、rs75826-94也被发现与SLE发病相关［10］。此外rs10181656还与SLE患者缺血性脑血管事件及抗磷脂抗体出现相关［11］。

1.3 STAT4单核苷酸多态性与其他自身免疫性疾病 rs7574865和其他自身免疫性疾病的发病也具有相关性。多个研究提示rs7574865与干燥综合征、1型糖尿病、系统性硬化症、抗磷脂综合征、银屑病、溃疡性结肠炎、自身免疫性甲状腺疾病的发病相关［12-18］。

STAT4的SNPs和自身免疫性疾病的关联并未在所有研究中得到重复，在汉族人群中发现rs11889341与RA发病不相关，但与类风湿因子出现相关［19］;非洲裔美国人中 rs7574865、rs8179673、rs11889341、rs10181656 与 RA 发病不相关［20］;在英国人群中进行的研究发现rs7574865与抗CCP抗体阳性的RA患者弱关联，而与抗CCP抗体阴性的RA患者无关［21］;土耳其人中rs7574865则与SLE发病不相关［22］，提示STAT4多态性对自身免疫性疾病发病的影响有种族差异。

1.4 STAT4单核苷酸多态性与血液系统疾病 自身免疫功能异常尤其是Th1功能亢进也参与很多血液系统疾病的发病过程，因而STAT4基因多态性可能也与这些血液系统疾病发病相关。现已有研究发现rs7574865可能与中国人再生障碍性贫血(Aplastic Anemia，AA)发病相关［23］。另外，有实验显示原发免疫性血小板减少症(Primary immune thrombocytopenia，ITP)患者的Th1及Th1/Th2的水平较正常对照组升高，经治疗后病情有缓解的病人会下降，提示ITP的发病除自身抗体形成外，Th1功能亢进也起到一定作用［24］;也有研究表明Th17细胞与成人慢性ITP有一定相关性［25］。STAT4基因多态性是否参与ITP发病过程中的免疫功能异常还有待进一步实验证实。

2 STAT4单核苷酸多态性影响自身免疫性疾病发病的机制

STAT4单核苷酸多态性影响自身免疫性疾病发病的机制尚未研究明确，但STAT4表达水平与这一类疾病发病的相关性已得到确证。目前认为STAT4多态性参与自身免疫性疾病发病主要是通过影响STAT4表达水平来进行。

2.1 STAT4表达水平与自身免疫性疾病发病STAT4表达于淋巴系统，包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤(Natural killer，NK)细胞、巨噬细胞、树突状细胞;还表达于髓系细胞，以及睾丸、脾、胸腺、心脏、大脑等器官［24］。表达于 T淋巴细胞的STAT4主要功能是接受相应细胞因子作用后分别调节初始CD4+T细胞向Th1细胞和Th17细胞分化。

2.1.1 STAT4通过调控Th1细胞分化参与自身免疫性疾病发病 STAT4是调节Th1细胞分化的关键性转录因子，这种调控作用是在IL-12作用下进行的［1］。IL-12与T淋巴细胞膜上IL-12受体亚单位之一的 IL-12Rβ1膜外位点特异性结合以后，IL-12Rβ1与另一亚单位 IL-12Rβ2分别结合 Janus激酶(Janus kinase，JAK)Tyk2和Jak2，引发JAK的自磷酸化和转磷酸化，从而激活JAK。激活的Tyk2和Jak2引起IL-12受体细胞内催化位点酪氨酸激酶的磷酸转移作用，磷酸化的IL-12 Rβ2胞膜尾部上特定酪氨酸残基(人类为酪氨酸800)成为STAT4蛋白结合的位点。结合于受体的STAT4发生酪氨酸磷酸化，形成二聚体，并由细胞浆转入细胞核内与IFN-γ的启动子序列结合，激活IFN-γ表达、促进初始CD4+T细胞向Th1分化。

STAT4对具有完整功能的Th1细胞的发育必不可少［25］，并参与了由Th1亢进引发的自身免疫性疾病的发病过程。Western blot方法检测炎症性肠病(Inflammatory bowel diseases，IBD)患者STAT4的蛋白表达，可见胞浆中 STAT4及胞核中磷酸化的STAT4表达均增加［26］。STAT4基因敲除小鼠对由Th1细胞介导的自身免疫性疾病具有耐受性，在实验性非肥胖型糖尿病(non-obese diabetics，NODs)小鼠模型中，与野生型小鼠相比，STAT4基因敲除小鼠表现出更轻的炎症反应和更低的糖尿病发病率［27］。相反STAT4缺陷对主要由抗体介导的自身免疫性疾病不存在保护作用，在这一类疾病重症肌无力的小鼠模型中，STAT4基因敲除小鼠和野生型小鼠的罹患率无统计学差异［28］。

2.1.2 STAT4也可通过调控Th17细胞分化参与自身免疫性疾病发病 IL-23是IL-12家族成员之一，由IL-12p40亚单位和p19亚单位组成异二聚体结构。相应细胞膜上的受体复合体则由IL-12Rβ1和IL-23R组成。在体内，IL-23主要是作用于记忆T细胞，促进其增殖，也可以激活STAT4，促进Th17细胞分化。IL-23和细胞膜上受体结合后，同样可以激活Tyk2、Jak2，引起STAT4的磷酸化、二聚体化并转入核内，不同的是IL-23诱导IL-17表达，维持分泌IL-17的Th17细胞数量及能力［29］。Th17细胞可以分泌效应分子:IL-17、IL-21、IL-22、GM-CSF 和CCL20，并与自身免疫性疾病发病相关［30］。

2.1.3 STAT4与其他免疫细胞 除T细胞外，STAT4还表达于B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞，这些细胞上STAT4的变异也可能通过产生炎症性细胞因子、抑制凋亡、递呈自身抗原、产生自身抗体来影响自身免疫性疾病进程［31］。

2.2 STAT4单核苷酸多态性影响STAT4表达水平

STAT4可通过调控下游Th1及Th17细胞分化来影响自身免疫性疾病的发病，而STAT4的表达和功能除受上游IL-12、IL-23等细胞因子调控外，也受自身单核苷酸多态性调控［32］，因而STAT4的SNPs也与多种自身免疫性疾病发病相关。

与自身免疫性疾病相关的 rs7574865、rs11889341、rs8179673、rs10181656、rs7582694 均位于STAT4第3内含子区域而并非外显子区域，这些SNPs调控STAT4表达水平的机理尚未完全明确，有研究证实rs7574865可影响STAT4的DNA甲基化水平，从而影响 STAT4表达水平［33］。另一方面其影响自身免疫性疾病发病可能是通过形成不同剪接体STAT4α和STAT4β，也可能是通过截断转录因子或者是组蛋白结合位点来完成［31］。

3 结论

STAT4是调节Th1和Th17细胞分化的重要转录因子，是机体自身免疫的重要组成部分。STAT4的 SNPs——rs7574865、 rs8179673、 rs11889341、rs10181656和rs7582694被发现与RA、SLE等多种自身免疫性疾病发病相关，其他自身免疫相关疾病是否也与这些SNPs相关有待进一步研究发掘。研究STAT4基因多态性影响自身免疫性疾病发病的机制有助于我们对于这一类疾病的更深入理解，并为诊断和治疗提供新的思路。

［1］Watford WT，Hissong BD，Brem JH，et al.Signaling by IL-12 and IL-23 and the immunoregulatory roles of STAT4 ［J］.Immunol Rev，2004，202(2):139-156.

［2］Nguyen KB，Watford WT，Salomon R，et al.Critical role for STAT4 activation by type I interferons in the interferon-gamma response to viral infection［J］.Science，2002，297:2063-2066.

［3］Amos CI，Chen WV，Lee A，et al.High-density SNP analysis of 642 Caucasian families with rheumatoid arthritis identifies two new linkage regions on 11p12 and 2q33［J］.Genes Immun，2006，7:277-286.

［4］Remmers EF，Plenge RM，Lee A，et al.STAT4 and the risk of rheumatoid arthritis and systemic lupus erythematosus［J］.N Engl J Med，2007，357(10):977-986.

［5］Freudenberg J，Lee HS，Han BG，et al.Genome-wide association study of rheumatoid arthritis in Koreans:population-specific loci as well as overlap with European susceptibility loci［J］.Arthritis Rheum，2011，63(4):884-893.

［6］Liang YL，Wu H，Li PQ，et al.Signal transducer and activator of transcription 4 gene polymorphisms associated with rheumatoid arthritis in Northwestern Chinese Han population［J］.Life Sci，2011，89(5-6):171-175.

［7］Lamana A，Balsa A，Rueda B，et al.The TT genotype of the STAT4 rs7574865 polymorphism is associated with high disease activity and disability in patients with early arthritis［J］.PLoS One，2012，7(8):e43661.

［8］Kariuki SN，Kirou KA，Mac Dermott EJ，et al.Cutting edge:autoimmune disease risk variant of STAT4 confers increased sensitivity to IFN-alpha in lupus patients in vivo［J］.J Immunol，2009，1;182(1):34-38.

［9］Han JW，Zheng HF，Cui Y，et al.Genome-wide association study in a Chinese Han population identifies nine new susceptibility loci for systemic lupus erythematosus［J］.Nat Genet，2009，41(11):1234-1237.

［10］Luan H，Li P，Cao C，et al.A single-nucleotide polymorphism of the STAT4 gene is associated with systemic lupus erythematosus(SLE)in female Chinese population［J］.Rheumatol Int，2012，32(5):1251-1255.

［11］Svenungsson E，Gustafsson J，Leonard D，et al.A STAT4 risk allele is associated with ischaemic cerebrovascular events and anti-phospholipid antibodies in systemic lupus erythematosus［J］.Ann Rheum Dis，2010，69(5):834-840.

［12］Palomino-Morales RJ，Diaz-Gallo LM，Witte T，et al.Influence of STAT4 polymorphism in primary Sjögren's syndrome［J］.J Rheumatol，2010，37(5):1016-1019.

［13］Zervou MI，Mamoulakis D，Panierakis C，et al.STAT4:a risk factor for type 1 diabetes?［J］.Hum Immunol，2008，69(10):647-650.

［14］Gourh P，Agarwal SK，Divecha D，et al.Polymorphisms in TBX21 and STAT4 increase the risk of systemic sclerosis:evidence of possible gene-gene interaction and alterations in Th1/Th2 cytokines［J］.Arthritis Rheum，2009，60(12):3794-3806.

［15］Yin H，Borghi MO，Delgado-Vega AM，et al.Association of STAT4 and BLK，but not BANK1 or IRF5，with primary antiphospholipid syndrome［J］.Arthritis Rheum，2009，60(8):2468-2471.

［16］Zervou MI，Goulielmos GN，Castro-Giner F，et al.STAT4 gene polymorphism is associated with psoriasis in the genetically homogeneous population of Crete［J］.Greece.Hum Immunol，2009，70(9):738-741.

［17］Diaz-Gallo LM，Palomino-Morales RJ，Gómez-García M，et al.STAT4 gene influences genetic predisposition to ulcerative colitis but not Crohn's disease in the Spanish population:a replication study［J］.Hum Immunol，2010，71(5):515-519.

［18］Ben Hamad M，Cornelis F，Mbarek H，et al.Signal transducer and activator of transcription and the risk of rheumatoid arthritis and thyroid autoimmune disorders［J］.Clin Exp Rheumatol，2011，29(2):269-274.

［19］Li H，Zou Q，Xie Z，et al.A haplotype in STAT4 gene associated with rheumatoid arthritis in Caucasians is not associated in the Han Chinese population，but with the presence of rheumatoid factor［J］.Rheumatology(Oxford)，2009，48(11):1363-1368.

［20］Kelley JM，Hughes LB，Malik A，et al.Genetic variants of STAT4 associated with rheumatoid arthritis in persons of Asian and European ancestry do not replicate in African Americans［J］.Ann Rheum Dis，2010，69(4):625-626.

［21］Morgan AW，Robinson JI，Conaghan PG，et al.Evaluation of the rheumatoid arthritis susceptibility loci HLA-DRB1，PTPN22，OLIG3/TNFAIP3，STAT4 and TRAF1/C5 in an inception cohort［J］.Arthritis Res Ther，2010，12(2):R57.

［22］Zervou MI，Vazgiourakis VM，Yilmaz N，et al.TRAF1/C5，eNOS，C1q，but not STAT4 and PTPN22 gene polymorphisms are associated with genetic susceptibility to systemic lupus erythematosus in Turkey［J］.Hum Immunol，2011，72(12):1210-1213.

［23］Ge M，Zheng Y，Li X，et al.The polymorphisms of T cell-specific TBX21 and STAT4 genes may contribute to the susceptibility of Chinese individuals to aplastic anemia［J］.Hum Immunol，2012，73(1):118-121.

［24］Gu D，Chen Z，Zhao H，et al.Th1(CXCL10)and Th2(CCL2)chemokine expression in patients with immune thrombocytopenia［J］.Human Immunology，2010，71(6):586-591.

［25］Harrington LE，Hatton RD，Mangan PR，et al.Interleukin 17-producing CD4+effector T cells develop via a lineage distinct from the T helper type 1 and 2 lineages［J］.Nat Immunol，2005，6(11):1123-1132.

［26］Horvath CM.STAT proteins and transcriptional responses to extracellular signals［J］.Trends in Biochem Sci，2000，25(10):496-502.

［27］Chang HC，Han L，Goswami R，et al.Impaired development of human Th1 cells in patients with deficient expression of STAT4［J］.Blood，2009，113(23):5887-5890.

［28］Pang YH，Zheng CQ，Yang XZ，et al.Increased expression and activation of IL-12-induced Stat4 signaling in the mucosa of ulcerative colitis patients［J］.Cell Immunol，2007，248(2):115-120.

［29］Yang Z，Chen M，Ellett JD，et al.Autoimmune diabetes is blocked in Stat4-deficient mice［J］.J Autoimmun，2004，22(3):191-200.

［30］Land KJ，Moll JS，Kaplan MH，et al.Signal transducer and activator of transcription(Stat)-6-dependent but not Stat4-dependent immunity is required for the development of autoimmunity in Graves’hyperthyroidism［J］.Endocrinology，2004，145(8):3724-3730.

［31］McKenzie BS，Kastelein RA，Cua DJ.Understanding the IL-23-IL-17 immune pathway［J］.Trends Immunol，2006，27:17-23.

［32］Maddur MS，Miossec P，Kaveri SV，et al.Th17 cells:biology，pathogenesis of autoimmune and inflammatory diseases，and therapeutic strategies［J］.Am J Pathol，2012，181(1):8-18.

［33］Korman BD，Kastner DL，Gregersen PK，et al.STAT4:genetics，mechanisms，and implications for autoimmunity ［J］.Curr Allergy Asthma Rep，2008，8(5):398-403.

［34］Abelson AK，Delgado-Vega AM，Kozyrev SV，et al.STAT4 associates with systemic lupus erythematosus through two independent effects that correlate with gene expression and act additively with IRF5 to increase risk［J］.Ann Rheum Dis，2009，68(11):1746-1753.

［35］Kim SW，Kim ES，Moon CM，et al.Abnormal genetic and epigenetic changes in signal transducer and activator of transcription 4 in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases［J］.Dig Dis Sci，2012，57(10):2600-2607.