SOCS3参与丙型肝炎病毒感染和治疗的研究进展

高荣，王嘉琪，任浩

海军军医大学微生物学教研室，上海市医学生物防护重点实验室，上海 200433

丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)是引起慢性肝炎、肝硬化及肝细胞癌的重要病毒之一。目前，全球有 1.7亿～2亿人感染HCV，我国健康人群中HCV抗体阳性率为 0.7%～3.1%[1]。聚乙二醇α干扰素(pegylated interferon α，PEG-IFN-α)联合利巴韦林(ribavirin，RBV)疗法是目前抗HCV感染的经典治疗方案，但IFN的严重毒副作用、不同HCV基因型的敏感性不同及IFN抵抗等因素限制了其疗效及使用范围。细胞因子信号转导抑制蛋白3(suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3)是SOCS家族的重要分子之一，在多种疾病的发生发展中具有重要作用。SOCS3可负性调节Janus激酶/信号转导和转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)通路，后者是Ⅰ型和Ⅱ型IFN发挥抗病毒作用的信号通路。研究表明，SOCS3的表达与HCV在细胞内的复制程度密切相关，丙型肝炎患者肝样本中SOCS3蛋白表达增加，而高水平SOCS3表达与IFN治疗抵抗相关[2]。同时，肝细胞SOCS3水平可反映IFN治疗HCV感染的效果，其基因多态性与宿主对抗病毒治疗的反应相关。本文就SOCS3与HCV感染和治疗的关系进行综述。

1 SOCS蛋白

1.1 SOCS

SOCS家族包含SOCS1～SOCS7和CIS共8个成员，可被多种细胞因子、生长因子和激素诱导。SOCS家族蛋白由3部分组成。① SH2结构域：其为SOCS家族的核心结构，具有泛素连接酶样功能，任何具有酪氨酸磷酸化功能的信号中间体(如磷酸化的JAK、磷酸化的STAT、磷酸化受体)均为其可能的作用底物。例如，SH2结构域可抑制细胞信号转导级联反应，这一作用是通过其与JAK或细胞因子受体磷酸化的酪氨酸结合而实现的[3]。② N端激酶抑制区(kinase inhibitory region，KIR)：KIR与JAK底物类似，可作为假底物，通过竞争性抑制JAK的催化活性而发挥抑制信号转导的作用。③ C端保守序列SOCS盒：SOCS盒与elongins B/C组成复合体，结合目标底物后促进其降解[3]。磷酸化的STAT可刺激SOCS基因的转录，促进SOCS蛋白表达。此外，SOCS亦可直接结合磷酸化的JAK，进一步调节STAT的产生，从而形成经典的负反馈调节回路。

1.2 SOCS3负反馈调节JAK/STAT信号通路

JAK是一类非受体型酪氨酸激酶，包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2共4个成员。每个JAK家族成员具有7个保守结构域，无跨膜结构域，C端均有一个保守的酪氨酸激酶区域[4]。在IFN作用机制研究过程中起初发现了STAT蛋白。目前，在哺乳动物中共发现7个STAT家族成员，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。JAK/STAT通路由3部分组成：细胞膜受体、JAK蛋白和STAT蛋白。目前为止，已发现40余种细胞因子[IFN-α/β、IFN-γ、白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)、IL-10、集落刺激因子、红细胞生成素、生长激素、血管紧张素等]通过该通路发挥作用。JAK/STAT通路的基本传递过程如下：细胞因子与其相应受体结合，进一步诱导受体分子二聚体化，然后通过酪氨酸磷酸化作用激活与受体偶联的JAK蛋白；活化的JAK蛋白可进一步磷酸化受体自身的酪氨酸磷酸化结合位点；细胞受到上述信号刺激后，STAT的SH2结构域与受体结合，磷酸化的STAT从受体解离后形成同/异二聚体并入核；入核的二聚体与相关的靶基因启动子特异性结合，激活相应效应基因的转录和翻译，最终完成细胞因子介导的信号转导全过程。

目前研究认为，可对JAK/STAT通路进行负反馈调节的因子主要有3个，分别是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，其他负性调节因子也可调节JAK/STAT通路，如酪氨酸磷酸化抑制剂AG-490、环磷腺苷(cyclic AMP，cAMP)等[5]。生理情况下，大多数细胞中SOCS基因的表达水平极低或很微弱。在不同的组织及细胞中，许多细胞因子通过JAK/STAT通路或受体蛋白酪氨酸激酶(receptor protein tyrosine kinase，RPTK)诱导SOCS基因表达[6]。目前认为，SOCS可调节30余种细胞因子，如白血病抑制因子、粒细胞集落刺激因子、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可被多种炎症因子和抗炎因子诱导表达，在感染性疾病、炎症性疾病、代谢性疾病及肿瘤等的发生发展中发挥着重要作用[7]。鉴于SOCS3在一些疾病过程中的异常表达，可能将其作为某些疾病诊断及预测预后的生物分子指标，也可作为某些特定疾病治疗的靶标。

SOCS3可通过以下机制进行负反馈调节：①直接结合磷酸化的JAK，抑制其被激活；②结合受体上的磷酸化酪氨酸残基，使STAT与受体结合被竞争性阻断；③通过其C端SOCS盒与elongins B/C形成的复合体，泛素化降解JAK或STAT而阻断细胞因子信号转导。研究表明，SOCS3可抑制JAK1、JAK2、TYK2，这一作用是通过其SH2结构域特异性结合gp130细胞因子受体而实现的[8-9]。

1.3 SOCS3与微小RNA(microRNA，miRNA)

miRNA是一类长18～22个核苷酸的内源性单链非编码小RNA。自最初的miRNA(lin-4和let-7)发现以来，miRNA逐渐被认为是真核细胞基因表达的重要调控因子[10]。多数miRNA通过与靶基因mRNA的3′-非翻译区(3′-untranslated region，3′-UTR)不完全结合而发挥抑制靶基因转录的作用。由于miRNA与靶基因序列互补的不完全性，任一miRNA均有调控多种基因的潜能；同时，多个miRNA的组合也可精细调节同一靶基因的转录[11]。研究表明，沉默miR-122可通过下调SOCS3表达而增强IFN刺激反应元件(interferon-stimulated response element，ISRE)激活。有趣的是，SOCS3表达水平的降低并非通过miR-122抑制靶基因表达，而是通过增强SOCS3基因启动子甲基化[12]。miR-221可通过下调SOCS1和SOCS3增强IFN抗HCV感染的作用[13]。miR-185可通过结合SOCS3 3′-UTR抑制SOCS3表达并调节STAT3通路，从而显著诱导胰岛素分泌和刺激胰腺细胞生长[14]。近期一项研究报道，miR-19a在HCV感染的肝细胞与肝星状细胞纤维化之间通过外泌体的形式发挥重要的关联作用，而SOCS3在这一过程中扮演重要角色[15]。另一项对HCV感染的肝癌细胞中miRNA表达进行分析的研究发现，miR-30c在HCV感染的Huh7.5细胞中表达下调并在IFN-α处理后表达上调，推测miR-30c可能通过靶向SOCS1和SOCS3而调节两者的表达，而SOCS1和SOCS3是JAK/STAT信号通路的负性调节因子[16]。

1.4 SOCS3、miRNA与HCV感染

体外实验表明，Huh7.5.1细胞感染HCV可上调SOCS3表达水平，丙型肝炎患者肝细胞中SOCS3表达水平与患者对IFN治疗不应答有关[2]。一项对IFN治疗后肝组织中SOCS3表达的研究发现，与正常肝组织样品相比，SOCS3的表达在持续病毒学应答(sustained virologic response，SVR)组和无应答组明显升高[17]。另外，多项关于SOCS3基因多态性与丙型肝炎患者对IFN治疗反应性的研究发现，不同SOCS3基因型患者对抗病毒治疗的反应有明显差异，而SOCS3 rs4969170基因型(-4874 AA)的HCV1型患者对IFN-α治疗反应更差[2]。另一项研究发现，SOCS3 rs4969170 GG基因型频率在SVR患者中明显高于无应答和复发患者[18]。近期一项研究发现，Toll样受体7(Toll-like receptor 7，TLR7)在树突细胞中激活可诱导SOCS3表达，而SOCS3可强烈抑制TLR7介导的Ⅰ型IFN产生，这一作用是通过SOCS3介导的IFN调节因子7(interferon regulatory factor 7，IRF7)降解而直接调节树突细胞中TLR7信号转导和Ⅰ型IFN产生发挥的[19]。

研究表明，IFN-α处理的未感染HCV的Huh7细胞中SOCS3及STAT3表达均上调[20]。另一项研究发现，HEK 293T细胞中IFN-α可在未激活SOCS3转录的情况下强烈诱导STAT3的磷酸化，而IFN-α处理的HCV感染细胞中IFN-α诱导的STAT3表达上调伴随着SOCS3下调。这一研究提示，IFN-α抗HCV作用是通过上调STAT3信号和弱化SOCS3信号来实现的[8]。早期的一项体外研究发现，长期IFN刺激可筛选出JAK/STAT通路效应缺陷细胞，IFN治疗抵抗与STAT3激活缺陷和SOCS3反应增强有关[21]。此外，在HCV感染的黑猩猩中，SOCS3表达在Ⅰ型、Ⅱ型IFN治疗后明显上调，从而导致对IFN治疗的反应性降低[22]。一项采用anti-miRs(可抑制miR-196、miR-296、miR-351、miR-431和miR-448表达)技术的研究发现，在anti-miRs与miR-122模拟物共转染的情况下，IFN-β抗HCV复制的效果约降低75%[21]。另有研究报道，HCV感染可上调miR-373表达，而miR-373可通过抑制JAK1和IRF9的表达而负性调节Ⅰ型IFN信号通路。上述研究提示，Ⅰ型IFN诱导的宿主miRNA直接参与HCV复制及感染性的调节，并靶向宿主因子，产生了限制病毒感染及复制的其他途径。近期一项研究表明，直接抗病毒药物(direct-acting antiviral agent，DAA)治疗组、IFN/RBV治疗组丙型肝炎患者中SOCS3表达水平较未接受治疗患者明显升高(DAA组为2倍，IFN/RBV组为 3.7 倍)，而DAA治疗组比IFN/RBV治疗组更趋向于正常水平[23]。

综上所述，SOCS3、miRNA、IFN在HCV感染中相互调节，相互影响(图1)。

图1 SOCS3、miRNA、IFN在HCV感染中的相互作用示意图

2 SOCS3与抗HCV治疗

2.1 IFN-α抗HCV感染机制

IFN是人和动物细胞被病毒感染后产生的一种细胞因子，具有广谱抗病毒生物活性，通常分为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的抗病毒机制不同。大量研究表明，IFN抗病毒效应是通过其与受体结合后激发不同信号通路，使细胞产生抗病毒蛋白，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诱导的信号通路包括JAK/STAT信号通路、CT10激酶调节子样蛋白(CT10 regulator of kinase like protein，CRKL)途径、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)途径、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径，其中以JAK/STAT通路最为重要[25]。

经典的IFN-α抗HCV感染的JAK/STAT通路机制如下：IFN-α与IFN-α受体1(interferon α receptor 1，IFNAR1)和IFNAR2结合后，IFNAR与JAK1和TYK2结合，进一步磷酸化STAT1与STAT2，后两者活化后形成pSTAT1/pSTAT2异二聚体，该异二聚体进一步与IRF9形成转录因子复合物——IFN刺激基因因子3(interferon-stimulated gene factor 3，ISGF3)，ISGF3与ISRE结合后诱导靶基因转录[26]。此外，有研究发现，敲除STAT1后，STAT2仍可介导Ⅰ型IFN的抗病毒效应，其机制是形成pSTAT2/IRF9复合体或以非磷酸化STAT2(unphosphorylated STAT2，U-STAT2)的形式形成U-STAT2/IRF9复合体与ISRE结合而调节靶基因转录[27]。近期一项研究发现，甲基转移酶分子SETD2(SET domain containing protein 2)通过其甲基转移酶活性，直接催化IFN关键信号蛋白分子STAT1的第525位赖氨酸发生单甲基化修饰(STAT1-K525me1)，从而促进IFN效应信号的活化，诱导出更高水平的抗病毒蛋白，发挥更强的抗病毒效应[28]。

2.2 HCV蛋白与IFN抵抗

在IFN-α抑制HCV感染的同时，病毒可通过多种途径影响IFN的产生及削弱其抗病毒效应。如HCV core蛋白可通过作用于STAT3抑制JAK/STAT通路活化，作用于STAT1干扰ISG转录；HCV core蛋白可抑制IRF3影响IFN产生，也可下调ISGF3表达[29]。HCV NS3/4蛋白可抑制IRF3的激活以减少IFN产生[30]。HCV E2和NS5A蛋白可抑制PKR的活性[31]。NS5A蛋白还可降低pSTAT1表达水平、ISG转录及ISRE信号传递，诱导能抑制IFN-α的IL-8的表达[32]。

2.3 SOCS3表达与抗HCV治疗

有研究报道，IFN/RBV治疗后的丙型肝炎患者中，SOCS3的表达在达SVR者中升高了 2.275 倍，在无应答者中升高了 3.72 倍[2]。另有研究报道，SOCS3的表达在IFN治疗后无应答的丙型肝炎患者中比应答者中明显升高[33]。近期一项研究比较了采用两种治疗策略(IFN治疗组和DAA治疗组)的丙型肝炎患者中SOCS3表达，发现相较于未接受治疗的患者，IFN治疗组和DAA治疗组SOCS3的表达分别升高 3.7 倍和2倍[23]。

3 结语

近年来，随着对SOCS3广泛而深入的研究，人们对其生物学功能有了更加全面的了解。SOCS3与多种临床疾病密切相关，在HCV感染过程中发挥着重要作用，还可反映丙型肝炎患者在经典联合疗法抗HCV后对治疗的反应性。尽管目前DAA在抗HCV治疗方面有很大的发展，但由于应用时间不长，对其可能存在的一些潜在风险尚需进一步评估。近年来靶向治疗研究有了突破性进展，给肿瘤患者带来了福音，一些学者也在尝试将靶向治疗应用于抗HCV研究。SOCS3是HCV感染的重要宿主因子，在HCV感染和治疗中发挥重要作用，未来可探索基于HCV感染相关宿主因子的治疗方法。