SOCS通过调控JAK/STAT通路影响Th细胞分化在感染性疾病中的作用研究进展

葛改 杨智雅 张祥宇 陈标 史冬梅,4

(1.北京协和医院 中国医学科学院，南京 210042；2.济宁市第一人民医院医学真菌实验室，济宁 272001；3.济宁市第一人民医院病理科，济宁 272001；4.济宁市第一人民医院皮肤科，济宁 272001)

细胞因子/JAK/STAT(janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信号通路几乎存在于所有的细胞因子信号的传导过程中，可以发挥信号转导和基因转录活化的双重作用，介导多种细胞因子和生长因子的细胞内信号转导过程，活化相应靶基因，与细胞的增殖、分化、侵袭、凋亡以及免疫调节均密切相关[1]。细胞因子信号抑制因子(suppressor of cytokine signaling, SOCS)是细胞因子信号转导通路JAK/STAT的一个负性调控分子家族，共有8个成员(CIS和SOCS1-SOCS7)，作用在经典的负反馈反应中，通过调控细胞因子信号通路，参与辅助性T细胞亚群(T helper lymphocyte, Th)的增殖和分化[2, 3]，在感染性疾病中发挥着极其重要的作用。

1 SOCS调控细胞因子/JAK/STAT3与Th细胞关系

1.1 细胞因子/JAK/STAT信号通路与SOCS

JAK/STAT信号通路在细胞活化、增殖、分化、凋亡和血管生成等生物学过程中发挥着重要作用[4]。由于该信号通路在信号转导中扮演着重要角色，JAK家族自20多年前被发现以来一直受到广泛关注[5]。JAK家族包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2，它们均在人类细胞中表达，而JAK3主要限于造血源的细胞[6]。STATs(包括STAT1-4、5A、5B和6)以二聚体的形式存在[7]，通过靠近受体相关的JAK，进而被JAK磷酸化，从而使二聚体内的亚基重新定向，并转移到细胞核中，从而发挥调控转录因子的作用[8]。而大量的激素、生长因子和细胞因子可以激活JAK/STAT信号通路。细胞因子是细胞分泌的小的可溶性分子，可促进细胞分化、增殖、凋亡或调节免疫和炎症反应，在免疫系统、造血、炎症、天然免疫和适应性免疫反应的发展过程中起着至关重要的作用[9]。它们具有促炎或抗炎作用，能够协调有效的防御机制，防止病原体入侵；但是，也可致免疫反应失控，促进或加重组织损伤性炎症[10]。

SOCS蛋白家族是细胞因子/JAK/STAT信号通路中细胞因子受体信号的经典负调节因子，(见图1)。该家族以SOCS1和SOCS3的研究最广泛，可有效抑制JAK/ STAT信号分子，在感染性疾病的发展中起着关键作用[11]。

图1 SOCS调控细胞因子/JAK/STAT信号通路(自绘图)当细胞因子配体与相应的受体结合后，受体二聚化，使得结合在受体亚基上的两个JAK相互靠近，并相互磷酸化，然后JAK再催化其底物蛋白STAT磷酸化。磷酸化了的STAT蛋白从受体上解离下来，形成二聚体结构，然后迅速被运输到核内，诱发了SOCS的转录。SOCS抑制细胞因子信号有4种方式：①阻断STAT与细胞因子受体的接触；②降解受体；③直接降解JAKs；④结合到JAKs，直接抑制JAKs酶的活性。Fig.1 SOCS modulating cytokine/JAK/STAT signaling pathway. Cytokine exposure leads to a change in the conformation and/or oligomeric state of the receptor which allows trans-activation of JAKs. Once activated, JAKs phosphorylate the receptor and subsequently the STAT family of transcription factors. STATs are normally sequestered in the cytoplasm but once activated, they dimerise and translocate into the nucleus, where they upregulate transcription of the appropriate genes and thereby effect the appropriate biological response. There are 4 possible steps that SOCS proteins inhibit cytokine signaling: ①block STATs recruitment to the cytokine receptor by masking STAT binding sites of the receptor, ②target proteins for proteosomal degradation via ubiquitination, ③target JAKs for degradation via the proteasome, or ④bind to JAKs and inhibiting their kinase.

1.2 Th细胞亚群及其作用

活化的T细胞分为CD4+T细胞和CD8+T细胞[12]。CD4+T细胞，包括Th1、Th2、Th17细胞和调节性T淋巴细胞(regulatory T cell, Treg)等功能性T细胞亚群，在感染、慢性炎症及自身免疫性疾病中具有重要作用。Th1细胞参与细胞介导的炎症和迟发型超敏反应，特征细胞因子为干扰素(interferon, IFN)-γ、白介素(interleukin，IL)-2和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)-β，这些细胞因子可以强有力地诱导细胞免疫，共同参与细胞内细菌、病毒等病原体的清除[13]。Th2细胞则主要分泌IL-4、IL-5和IL-10等，可促进机体内感染性寄生虫的消除，也可促进B细胞产生免疫球蛋白E、募集嗜酸性粒细胞[14]。Th17细胞主要分泌一组独特的免疫调节细胞因子，包括IL-17A、IL-17F、IL-22和IL-21，这些细胞因子可共同在消除细菌和真菌等病原体的免疫应答中发挥积极作用。Treg细胞通过调节其他T细胞亚群，抑制潜在的病理性免疫反应[13, 15]。值得注意的是，一些学者认为某些由Treg细胞产生或与Treg细胞相关的因子，如IL-10和TGF-β，可能并不总是具有抗炎作用，在某些条件下可能促进免疫病理的进程[16]。然而科学研究往往是在不断地否定与争论中日臻完善。

1.3 SOCS调控细胞因子/JAK/STAT与Th细胞亚群的增殖和分化

SOCS及其相关分子在Th细胞亚群分化中具有靶向调节作用。SOCS1是IFN-γ和IL-6信号的经典调节因子，可以促进T细胞分化为Th1和Th17[14]。沉默SOCS1，CD4+T细胞倾向于分化为Th1，这可能是IFN-γ过度激活及增强信号传导所致；而Th17的分化受到抑制，主要是SOCS3基因表达上调，STAT3活性降低，从而引起IL-6应答减少所致[17]。进一步探索发现，初始T细胞向Th1分化增殖状态下，可激活STAT1，这反过来又抑制了STAT3活化，因此抑制了初始T细胞向Th17增殖和分化；而当初始T细胞倾向于Th17分化时，高表达的SOCS1抑制IFN-γ介导的Th1细胞的增殖分化[17]。在Treg中，SOCS1水平一直很高，尤其在炎症情况下(高水平的细胞因子如IL-2、IL-6和IFN-γ)，可抑制STAT1、STAT3和STAT5表达。然而，STAT5可促进转录因子叉头框蛋白P3(transcription factor forkhead box protein P3, Foxp3)的表达，若STAT5表达增多，则可促进机体Treg细胞的增殖分化，引起Treg细胞的比率增高。然而，STAT1和STAT3的高表达或两种分子的活性增高，导致Foxp3失表达，并分别促进了IFN-γ和IL-17的产生，影响Th细胞亚群分化。比如，SOCS1表达缺失时，Tregs分别通过激活STAT1和STAT3分泌IFN-γ和IL-17[18]，并倾向于分化为Th1和Th17[19]。因此，多数学者认为SOCS1是Tregs的“监控者”[20]，在Tregs的完整性和功能中发挥着重要作用，保护机体免受炎症条件下过度炎性细胞因子的伤害[18]。

SOCS3在调节Th介导的变态反应性免疫疾病的发生和维持中起着重要的作用。有学者认为SOCS3对IL-23介导的STAT3磷酸化和Th17极化具有负调控作用[21]，可与IL-17A和IL-17F启动子结合[22]。此外，研究发现通过使用SOCS3过表达模型，SOCS3可以通过抑制IL-12诱导STAT4激活，故也被认为是Th1和Th2极化的调节因子[23, 24]。然而，Chen等[25]发现SOCS3缺失对Th1和Th2极化影响不大。

2 JAK/STAT/SOCS信号通路调控Th细胞与真菌感染性疾病

CD4+T细胞在机体抗真菌感染中发挥着至关重要的作用。目前研究证实，CD4+T细胞亚群Th1、Th17细胞均能有效促进真菌的清除，为机体针对真菌感染提供保护性免疫[26]。树突状细胞(dendritic cells, DCs)捕获入侵的白念珠菌后，DCs以抗原呈递的方式，通过信号转导途径激活人体的免疫系统，诱导CD4+T细胞分化为Th1、Th2。Th1细胞主要分泌IL-12和IFN-γ，主导着机体的细胞免疫应答；Th2细胞则分泌IL-4、IL-5和IL-10，介导体液免疫应答，它们在免疫过程中相互调节并相互制约，从而发挥辅助杀伤的免疫效应。Shi等[27]研究结果首次表明，通过RNA干扰(RNA interference, RNAi)技术沉默DCsSOCS1的表达，然后与白念珠菌进行共同孵育，与未沉默SOCS1的DCs相比，DCs表现为成熟表型，且DCs对白念珠菌的吞噬及杀伤作用增强。Shi等[28]在宿主与白念珠感染的免疫应答探讨中发现，当降低机体DCs中SOCS3的表达，小鼠DCs IL-6、IL-17、IL-23细胞因子表达增加，DCs通过激活IL-6/STAT3信号通路对白念珠菌的吞噬及杀伤能力增加，且诱导初始T淋巴细胞向Th17细胞增殖分化，这提示沉默DCsSOCS1在机体抗白念珠菌感染过程中可能具有潜在保护作用，为针对抗白念珠菌感染的特异性基因修饰DCs疫苗的研发奠定了理论基础。

选择性诱导DCs的成熟，定向诱导Th0细胞向Th1或/和Th17细胞活化，促进IL-12、IFN-γ、IL-17等Th1和/或Th17细胞因子的分泌，抑制Th2细胞免疫及细胞因子的分泌，进而可增强机体抗真菌保护性免疫应答，有望成为念珠菌病及真菌感染性疾病防治的新方法。

3 JAK/STAT/SOCS信号通路调控Th细胞与细菌感染性疾病

结核分枝杆菌(tuberculous mycobacteria, MTB)是现今最多见、致病性最强的分枝杆菌，特别是随着多重耐药菌株和人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)与MTB共同感染的出现，被认为是世界范围内死亡的主要原因[29]。MTB侵入人体后，通过信号转导途径激活人体的免疫系统。DCs在捕获MTB后，经历了一个成熟的处理病原菌过程，然后以抗原呈递的方式将这一信息传递给CD4+T细胞[30]，并分泌相关的细胞因子IFN-γ、IL-12等，诱导CD4+T细胞分化为Th1、Th2、Th17、Th9及Treg细胞等，进而引起机体免疫应答。有研究表明MTB成分可抑制DCs的成熟，降低DCs分泌IL-12的能力，并进而抑制DCs刺激T细胞增殖的能力，促进了MTB的感染及扩散，并易于合并其他病原菌感染[31-33]。

细菌感染免疫中，细胞对IFN-γ反应的核心是激活JAK1和JAK2，随后磷酸化STAT1。磷酸化的STAT1二聚体转移到细胞核中，从而激活许多靶基因的转录。SOCS家族蛋白，尤其是SOCS1和SOCS3，为JAK结合蛋白或STAT抑制剂，是JAK/STAT信号级联、IFN-γ信号转导通路的负反馈调节因子。Kenichi等[34]通过体外细胞实验发现，SOCS1信使核糖核酸(Messenger RNA, mRNA)表达水平在加入细菌后1h增加，3 h达到最大值；SOCS3mRNA表达早于感染后1 h出现。6, 6’-dimycolate/cord factor是结核分枝杆菌细胞壁的主要成分，可诱导SOCS的表达，并广泛抑制IFN-γ刺激的STAT1磷酸化。分枝杆菌感染时，SOCS负性调控IFN-γ信号转导，这与抑制IFN-γ刺激的JAK/STAT信号和基因表达密切相关。随后研究发现，与未感染的细胞相比，鸟胞内分枝杆菌感染的细胞对IFN-γ的应答降低，抑制STAT1磷酸化。鸟胞内分枝杆菌与巨噬细胞受体的相互作用，增加了SOCS的基因表达，降低了IFN-γ的反应性[35]。然而，体外研究表明SOCS1更有可能调节IL-12而不是IFN-γ反应[36]。实际上，SOCS1削弱了细胞对分枝杆菌的控制[36]。在小鼠模型中，也观察到SOCS1沉默的T细胞明显增强了T细胞介导巨噬细胞内结核分枝杆菌清除的能力[37]。

总的来说，通过沉默DCs中SOCS1的表达，上调IFN-γ、IL-12和IL-4分泌水平，调控DCs成熟，增强Th1细胞分化、抑制Th2细胞分化，这可能在细菌感染性疾病的治疗中可发挥积极作用。

4 JAK/STAT/SOCS信号通路调控Th细胞与病毒感染性疾病

SOCS3的表达水平与宿主IFN抵抗密切相关，丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)感染及IFN治疗可改变宿主微小RNA(microRNAs, miRNAs或miR)表达水平，靶向SOCS3的miRNA可通过调节SOCS3表达参与宿主抗HCV复制[38]。Gang等[39]进一步证实以SOCS1和SOCS3为靶点的miR 221激活JAK/STAT信号，同时激活的IFN/JAK/STAT信号通路能够更有效地抑制丙型肝炎病毒的复制。SOCS1是抗病毒IFN信号的一种强有力的负反馈抑制剂[40]。有学者发现在HIV等病毒感染疾病中，SOCS1基因沉默的DCs可激活特异性的T细胞免疫，促进HIV等病毒的清除[41]；上调miR-155抑制了巨噬细胞中SOCS1的表达，随后增强了I型IFN效应基因的表达，从而达到抑制病毒复制的目的[42]。SOCS1拮抗剂可能通过增强细胞IFN反应而增强抗病毒作用[43]。然而，日本脑炎病毒感染介导miR-432的下调导致SOCS5的上调，从而帮助病毒逃避细胞的抗病毒应答[44]。

综上，下调SOCS1或SOCS3的表达可以提高机体免疫原性，在抗真菌、抗病毒等感染中发挥着重要的作用。未来仍需进一步深入研究靶向调控SOCS，激活细胞因子/JAK/STAT通路在感染性疾病治疗中可能的靶向调控分子，为感染性疾病的治疗探讨新的治疗策略。