针刺调控JAK-STAT通路对脑血管疾病影响的现代研究*

王东岩，杨海永，董 旭，何 雷，麻聪聪

(1.黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江中医药大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150001)

Janus激酶/信号传导和转录激活蛋白(Janus kinase/Signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信号转导通路为生物体内调控细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡及体内氧化应激等多种生物学效应，同时还介导机体免疫调节、炎症反应以及肿瘤生成等过程，是一条完整的且广泛存在的细胞因子信号转导途径[1-2]。目前,研究发现，JAK/STAT信号转导通路不但与神经细胞的生长发育及衰老等生理过程有关，还与部分神经系统疾病的病理过程有关，特别是脑血管疾病[3]。JAK/STAT信号转导通路可能通过调节脑缺血后细胞因子反应从而促进脑血管疾病的后期康复[4]。针刺能够多水平、多通道、多靶点的保护和干预脑血管病引起的损伤，目前研究表明针刺可能通过调控生物体内JAK-STAT信号转导通路活性调节下游相关基因及蛋白的表达，从而抑制神经元的凋亡，对脑血管疾病损伤具有明确的促修复和保护性作用[5]。

1 JAK-STAT通路概述

JAK-STAT信号转导通路是多种细胞因子和生长因子在哺乳动物体内进行信号转导的重要通路之一，是由非跨膜型酪氨酸激酶JAKs(JAK1、JAK2、JAK3、TYK2)和STATs蛋白(STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b)组成[6]。激活本通路能够诱导细胞增殖、分化、迁移及凋亡等活动，而细胞增殖、分化、迁移及凋亡在机体造血、免疫、发育和脂肪合成等生理反应中发挥重要作用[7-8]。当机体受到外界刺激时，跨膜受体识别胞外信号后经过JAK-STAT信号转导通路直接将胞外信号传递到细胞核中的靶基因启动子，从而调控靶基因的表达。细胞内信号传导是细胞对胞外刺激作出反应，进而产生特异性生物学效应。目前研究表明JAK-STAT信号转导通路能够被多种细胞因子激活，例如：①干扰素(IFN)家族：IFN-α/β、IFN-γ和IL-10等 ；②gp家族：IL-6、LIT和Leptin 等；③γC 家族：IL-2、IL-4和IL-7等；④单链家族：Epo和Tpo等[9-10]。

JAK-STAT信号转导通路的激活主要有以下3部分：①外界刺激激活细胞因子并使其与相应的受体结合，从而引起细胞质构象发生改变，使与受体相关联的Janus激酶被激活；②JAK激酶使特异性受体酪氨酸残基磷酸化，并进一步使相应的STAT磷酸化从而被激活；③磷酸化的STAT被激活后可以从受体上游离出来并且以二聚体的结构从胞浆进入胞核中，与细胞核中γ激活位点(GAS)增强子家族成员结合从而调控靶基因的转录。JAK-STAT信号转导通路可以调控多种疾病的发生发展，如炎性疾病、淋巴瘤、脑血管疾病等。

2 JAK-STAT通路的调控机制

JAK-STAT信号转导通路能够接受多种细胞的调控，一般可分为负调控作用和正调控作用。负调控作用：由于STAT蛋白的激活持续时间短暂，因此STAT信号的衰减是能够被调控的。目前研究表明受体与STAT信号分子能够被JAK激酶与STAT蛋白调控。

2.1 受体

例如具有溶解特征的受体能够竞争性地与受体上的配基相结合，从而抑制受体长期处于被持续激活状态。梁俊君等[11]研究重组人促红细胞生成素可能激活JAK2/STAT5信号机制通路起到抗凋亡的作用，该研究证明受体可能激活JAK-STAT通路。

2.2 靶点降解作用

泛素蛋白酶体降解能够明显下调细胞因子信号的表达。研究证实，蛋白酶体抑制剂能够降低STAT1和IFN-γ蛋白受体的分解，并使酪氨酸磷酸的STAT4～6化亚型维持在稳定状态，该种特性对STAT1～3无明显效果[12]。

2.3 JAK激酶去磷酸化作用

当JAK激酶酪氨酸位点被磷酸化后才可能被激活，而SHP1与SHP2的磷酸化在调控JAK激酶的活性方面起到负调控作用。研究证实,SHP1与SHP2对JAKs与STAT5 的去磷酸化作用具有直接的联系，其机制可能是SHP2结构域失活可以增加STAT 信号通路的激活时间。也有研究证明氧化应激反应也可以激活该通路[13]。

2.4 负反馈回路

STAT信号通路的激活可以提高细胞因子抑制剂(SOCS)的表达水平，过度表达的SOCS能够拮抗STAT蛋白的活化，两者之间组成一条负反馈回路[14]。

2.5 STAT蛋白的修饰

去磷酸化可以直接使STAT蛋白失活，从而使转录和翻译时生成的C-末端剪接亚型抑制STAT蛋白的功能[14]。

2.6 正调控作用

主要是丝氨酸激酶及相互作用的蛋白因子及转录因子参与STAT的激活作用。①丝氨酸磷酸化：研究表明STAT3的PMSP基序的丝氨酸结合位点可以磷酸化，同时磷酸化的丝氨酸能够增强STAT3的转录活性;②相互作用的蛋白质及转录因子：GBP/p300是第1个被发现能够与STAT蛋白相互作用的染色体修饰蛋白。研究发现,STAT3蛋白与c-Jun、Sp1及糖皮质激素等均存在相互作用。细胞及多种因子通过以上正负反馈两条通路来调控JAK-STAT，从而使JAK与STAT维持动态平衡[15]。

3 JAK-STAT通路与脑血管疾病的关系

脑缺血后JAK-STAT信号转导通路被激活，导致细胞因子和生长因子的释放，被激活的信使通过识别细胞膜上的受体后与受体特异性结合，使胞浆内产生JAK蛋白的特异性结合位点，同时磷酸化JAK暴露STAT的结合点，使STAT被磷酸化而激活并移向胞核内，从而促进促凋亡因子、炎性因子、形胶质细胞等升高或降低，导致脑血管疾病的加重或阻碍脑血管疾病的康复[16-17]。

JAK-STAT通路与脑血管病之间具有密切的关系，当脑缺血发生后导致大量能够激活JAK-STAT信号转导通路的细胞因子和生长因子的释放。研究发现JAK-STAT信号转导通路介导神经细胞凋亡对脑组织缺血性损伤后再灌注引起的局部炎性反应过程中发挥重要的作用，其中STAT1激活可能与细胞凋亡相关，而STAT3、STAT5激活可能参与细胞生存和修复过程[18]。脑缺血及再灌注损伤过程中，JAK2-STAT3信号传导路径为信使物质被细胞外的各种刺激所激活，被激活的信使物质能够特异性识别胞膜上的受体并与之结合，从而使胞浆内出现JAK2结合位点，同时使JAK2磷酸化将STAT3的锚定点暴露，STAT3磷酸化后被激活并向细胞核内转移，在细胞核内实现调控目的基因的表达[17,19]。研究发现激活JAK2-STAT3通路可以降低抗凋亡因子丝氨酸/苏氨酸激酶(Serine/threonine Kinase,AKT)的激活量，从而促进Caspase-3及Caspase-9等促凋亡因子的活化，加重脑血管病后神经元的凋亡，而当小鼠STAT基因被敲除后，其体内的Akt活性增强，导致促凋亡因子Caspase-3等表达的减少，从而抑制细胞的凋亡[20]。还有研究发现,脑血管病发病后，在缺血再灌注损伤后大脑半暗带区域磷酸化的JAK2与磷酸化STAT3蛋白表达明显增加，缺血区脑组织的神经细胞死亡数增多，脑缺血发生后体内JAK2与STAT3的磷酸化表达能够明显被JAK2抑制剂AG490或STAT3干扰剂所抑制，从而减少缺血损伤导致的脑组织损伤面积，减少其损伤区域脑神经细胞凋亡数，改善缺血损伤导致的脑神经功能缺损症状，明显缓解缺血导致的神经细胞损伤[21]。JAK2-STAT3信号传导通路的激活不仅可以通过损伤脑组织神经元及介导多种炎性反应的病理过程诱发脑血管病的继发性损伤，同时还能够调控星形胶质细胞的增殖分化从而激活星形胶质细胞，阻碍脑卒中后的神经功能的恢复[22]。Yamashita T等[23]通过IL-6受体单克隆抗体阻断IL-6信号转导，发现小鼠皮层缺血半暗带磷酸化STAT3表达显著减少，梗死区域神经凋亡细胞数明显增多，梗死面积显著增加，神经功能缺损恶化，结果显示机体可能通过激活STAT3介导内源性IL-6在脑缺血急性期阻止受损神经元凋亡中发挥重要作用。

4 针刺调控JAK/STAT促进脑血管病恢复的机制研究

针刺是一种对脑血管疾病有确切疗效的治疗手段，已经在临床中得到了广泛的应用，虽然大量的临床试验证明针刺治疗脑缺血性损伤具有效性、可行性及可信性，针刺能够多水平、多通道、多靶点的对脑血管疾病引起的脑损伤产生保护和干预作用，目前研究表明针刺能够缓解缺血引起的神经元损伤，抑制缺血导致的神经元凋亡，促进脑组织损伤后神经组织的修复对缺血组织具有一定的保护作用。针刺调控JAK-STAT促进脑血管病恢复的机制可能有以下几点。

4.1 改善免疫调节

免疫调节是脑血管病相应脑组织损伤恢复的重要原因，目前研究表明针刺的脑保护作用可能是通过介导JAK-STAT信号转导通路中mRNA的转录，调控该通路下游相关基因的表达，调控机体的免疫应答。刘智斌等[24]研究发现，针刺能够调节JAK-STAT信号转导通路中mRNA转录水平及和相应DNA的结合能力。通过不同手法针刺足三里穴后，发现针刺足三里穴采用补法手法能够显著提高人体外周血液单核细胞中STAT5 mRNA的转录水平，同时能够提高STAT5和特定DNA相结合的能力，说明针刺足三里穴采用补法手法能够介导JAK-STAT信号转导通路改善机体免疫调节作用。于涛[25]采用电针治疗局灶性脑缺血模型大鼠，研究结果显示电针治疗能够促进脑缺血模型大鼠体内固有的保护与修复系统，在模型大鼠脑缺血的早期阶段发现STAT3与STAT5的表达及STAT3 mRNA与STAT5 mRNA表达的增加能够抑制脑组织缺血诱发的组织损伤，随着脑缺血时间的延长大鼠体内自身保护和修复能力逐渐减弱；当脑组织缺血发作的第3天大鼠体内STAT1 mRNA的表达到达了巅峰水平。根据以上结果推断电针治疗可以促进脑缺血大鼠模型体内STAT3、STAT5及STAT3 mRNA、STAT5 mRNA的表达，并且能够使其发挥作用时间延长，同时抑制STAT1、STAT1 mRNA的表达，从而增强缺血导致的受损脑细胞的自我保护作用和修复能力，最终降低缺血导致的半暗带区域细胞的凋亡数，促进受损脑组织细胞功能的恢复。

4.2 抑制细胞凋亡

细胞凋亡是脑组织损伤研究中非常重要的因素。针刺可能调控JAK-STAT通路介导Caspase-3及Caspase-9等促凋亡因子的活化、炎性因子的释放、P53蛋白和Bcl-2蛋白等相关因子的表达有关。董正妮[26]通过电针作用于局灶性脑缺血大鼠结果表明，治疗3天治疗组中细胞凋亡指数较对照组明显下降，JAK 1蛋白表达显著上升，表明脑缺血损伤中JAK 1的活化及表达在保护神经元、抑制神经细胞死亡中具有重要作用。推断电针可能激活JAK 1蛋白抑制细胞的凋亡，降低神经细胞的损伤程度，发挥保护脑缺血引起的脑组织损伤。孔立红等[27]采用针刺治疗脑缺血模型大鼠观察对其脑组织中STAT表达的影响，结果显示电针治疗明显促进STAT3蛋白的表达，促进STAT3蛋白从胞浆中转位到细胞核内，调控与STAT3蛋白作用有关基因的表达，从而抑制缺血导致的神经元凋亡，缓解脑缺血导致的脑组织损伤。韩德雄等[28]研究表明，电针大鼠局灶性脑缺血再灌注大鼠百会穴、内关穴可以抑制急性脑缺血再灌注损伤诱导的大鼠神经元凋亡，调控JAK 2 mRNA与STAT 3 mRNA的过度表达，抑制其过度升高，从而起到保护脑组织、改善神经功能的作用。徐虹[29]研究电针脑缺血再灌注损伤大鼠百会、足三里穴发现，电针治疗能够上调P-JAK2、P-STAT3蛋白的表达，同时能够上调Epo、EpoR、JAK2、STAT3 mRNA的表达，减少神经细胞凋亡，保护缺血再灌注引起的脑组织损伤。

4.3 调节突触可塑性

JAK2-STAT3信号通路介导脑血管疾病恢复与突触可塑性密切相关，其介导突触可塑性可能与NMDA-LTD有关。实验研究表明电针能够抑制JAK2-STAT3信号转导通路的活化，从而下调JAK2、STAT3的磷酸化水平，降低其活化程度间接调控突触的可塑性[30]。相关研究显示电针作用脑缺血模型大鼠后，能够明显抑制缺血皮层p-JAK2、p-STAT3表达量[31-32]。Luo Ya等[33]电针作用局灶性脑缺血大鼠的百会、大椎穴发现大鼠突触超微结构明显改变，主要表现在突触数目密度的增加与突触界面曲率改善。利用透射电镜观察电针干预脑缺血模型大鼠缺血侧海马区突触超微结构的改变，观察发现缺血侧海马区突触后致密物质厚度较对照组明显增厚，突触界面曲率的弯曲度明显增加、突触间隙明显缩小，根据以上研究结果推测针刺能够改善脑血管病后突触超微结构的改变为突触之间的传递提供物质基础，使突触受体与递质更好的结合，改善突触的可塑性，从而促进脑血管病的恢复[34-35]。

综上所述,在脑血管疾病发生发展过程中JAK-STAT信号转导通路起到关键作用，针刺通过调控JAKs、STATs、P-JAK、P-STAT、JAK mRNA、STAT mRNA等的表达，介导其下游Caspase-3、Caspase-9、Bcl-2等促凋亡因子的释放及炎性因子的释放从而改善缺血后脑血流变、改善缺血组织微循环、增加损伤导致缺血区域的脑血流量、减轻缺血后氧化应激反应、缓解脑血管疾病诱发的炎性反应、改善突触可塑性等，从而减轻脑组织缺血后引起的神经元损伤、抑制缺血组织神经元细胞凋亡，最后减少脑血管疾病引起的脑组织损伤体积、减轻脑血管疾病引起的肢体功能障碍。

5 展望

JAK-STAT信号转导通路调控生物体内多种细胞因子的表达及信号转导，在脑血管疾病中发挥重要作用，影响中枢神经系统的发育以及神经细胞的增殖、生存、分化等。脑血管疾病能引起JAK-STAT信号转导通路的异常活化，目前针刺调控JAK-STAT 信号转导通路对脑血管疾病影响的机制仍不明确。目前研究只局限于JAK2和STAT3这两个在该通路上的相关蛋白，而对此通路上下游的蛋白研究处于空白。因此进一步研究针刺调控JAK-STAT信号转导通路在脑血管疾病导致脑组织损伤后的康复中发挥作用的机制，尤其是与其他信号通路之间的联系是目前需要解决的重点问题，该研究能够为阐明针灸治疗脑血管疾病的机制提供重要的研究方向，也将为脑血管疾病的预防、诊断及治疗提供重要的思路。