IL-6/JAK/STAT3信号通路在纤维化疾病中作用的研究进展*

韩 超，王丽娟，王鹏源，胡良皞

（海军军医大学第一附属医院消化内科，上海 200433）

组织或器官纤维化是多种疾病的基本病理改变，临床中较为常见的包括肺纤维化、肝纤维化、肾纤维化和心肌纤维化等。白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）/Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信号传导及转录激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号通路是参与调控细胞分化和增殖等生物学功能的重要分子机制。既往研究多聚焦于该信号通路在肿瘤和炎症发生发展中的作用。此外，也有很多研究证实该信号通路在纤维化疾病中扮演重要角色，尤其对调控成纤维细胞增殖和分化过程至关重要。因此，本文综述IL-6/JAK/STAT3信号通路在常见纤维化疾病中的作用机制以及信号通路抑制剂的研究成果，以期为该信号通路抑制剂用于临床抗纤维化治疗提供参考。

1 组织或器官纤维化的概述

通常情况下，组织受到损伤后会进行自我修复，包括结构重建和功能恢复等。机体在受到损伤性刺激后，出现局部炎症反应以清除坏死细胞，主要表现为局部免疫细胞浸润、活化并分泌多种炎症介质；随后，这些炎症介质激活具有组织修复潜力的间充质细胞，使其从静息状态转变为激活状态，促进细胞外基质（extracellular matrix，ECM）合成，参与组织结构修复。然而，如果组织中炎症反应长期存在导致自我修复过程不能及时终止，便会呈现炎症反应失衡、大量胶原蛋白沉积和组织结构改变的病理状态，进而发生纤维化，导致功能障碍［1］。因此，如何能够及时阻断纤维化修复进程中的信号通路转导是纤维化疾病研究的焦点。

2 IL-6/JAK/STAT3信号通路的生物学特性及其在纤维化修复中的作用

IL-6是一种重要的炎性细胞因子，可由多种细胞合成并分泌，参与调节组织炎症反应和细胞增殖等重要生物学进程。IL-6受体（IL-6 receptor，IL-6R）由结合链（α链）和信号转导链（β链/gp130）组成，主要分为两类，分别为细胞膜IL-6R和细胞质中可溶性IL-6R，IL-6通过结合不同的受体，启动经典信号通路或反式信号通路，并调控不同的生物学效应［2］。

IL-6/JAK/STAT3信号通路的关键蛋白JAK属于酪氨酸激酶家族，包含JAK1、JAK2、JAK3和TYK2共4个主要成员。除JAK3主要分布于血液系统外，JAK1、JAK2和TYK2在全身各个系统中均广泛表达［3］。组织损伤后大量释放的IL-6与IL-6R结合后形成复合体，其中的gp130能够促使JAK由非活化状态转为激活状态，从而启动下游多种信号通路［4］。

STAT是JAK下游重要的信号蛋白，目前已发现STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6七个主要成员。其中，STAT3基因的缺失具有胚胎致死性，即STAT3对维持细胞生物功能至关重要［5-6］。非活化状态的STAT3以单体形式广泛存在于细胞质中；gp130中的酪氨酸残基磷酸化后能够锚定STAT3的Src同源结构域2（Src homology 2，SH2），使活化后的JAK靠近STAT3，并将STAT3第705位酪氨酸（Tyr705）磷酸化。磷酸化后的STAT3会以二聚体形式头尾相连并入核，参与转录调控［7］。除了最为常见的Tyr705磷酸化外，第727位丝氨酸（Ser727）磷酸化及其他位点的泛素化［8］、乙酰化［9］和甲基化［10］等修饰均属于STAT3经典活化机制。另外，STAT3在线粒体［11］、内质网［12］和血小板［13-14］内部通过非经典活化机制也发挥不同的生理功能。

组织或器官受到损伤等刺激后，早期以急性炎症反应清除坏死细胞或组织为主，晚期则以结构修复和功能恢复为主。目前研究证实很多炎症相关机制均参与介导组织或器官的纤维化，例如pyrin结构域蛋白3炎症小体［15-16］、初始CD4+T细胞活化［17］等。在早期炎症反应过程中，初始CD4+T细胞受到IL-6和TGF-β1等细胞因子的刺激后，分别激活下游的STAT3和SMAD信号通路，进而促进炎症反应和组织修复；如损伤刺激条件持续存在导致IL-6水平持续升高，则可进一步诱导IL-21表达水平增加，而增加的IL-21正反馈促进STAT3活化，导致“瀑布式”持续的炎症反应［18］。同时，IL-6水平持续升高也会激活JAK/STAT3信号通路，通过介导增殖、自噬、内质网应激或上皮细胞/成纤维细胞间质转化等机制促进纤维化进程［19］。因此，IL-6/JAK/STAT3信号通路能够介导早期炎症进展为慢性纤维化的病理过程，而如果能够适当调控该信号通路，则有望达到控制炎症和抑制纤维化的双重效果。

3 IL-6/JAK/STAT3信号通路在不同类型纤维化疾病发挥的机制不同

3.1 IL-6/JAK/STAT3信号通路介导肺泡上皮细胞凋亡和炎症参与肺纤维化特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一种以慢性进展性肺纤维化为病理特征的疾病，临床表现为劳力性呼吸困难和干咳，目前病因未明，绝大多数患者在确诊后2～5年内进展为呼吸衰竭［20］。研究人员通过对比正常人群和IPF患者的肺泡上皮，证实IL-6在正常肺泡上皮细胞中能够促进Fas诱导的细胞凋亡和Bax的表达升高，但在IPF患者的肺泡上皮中却抑制细胞凋亡并诱导Bcl-2表达升高，说明IL-6在生理或病理条件的肺泡上皮中具有不同的作用［21］。Kobayashi等［22］通过博来霉素（3 mg/kg）诱导建立小鼠肺纤维化模型，检测到肺泡灌洗液中IL-6水平呈双峰改变，即在早期（12～72 h）和晚期（8～10 d）达到峰值水平；应用IL-6中和抗体阻断IL-6早期高峰能够促进Ⅱ型肺泡上皮细胞凋亡和中性粒细胞浸润，并加速肺纤维化进展，而阻断晚期高峰则能够缓解肺纤维化，提示在病变早期IL-6具有促炎症修复的作用，而在病变晚期则以促纤维化作用为主。上述研究结果表明，IL-6/JAK/STAT3信号通路的长期激活是导致肺纤维化的重要因素之一。在此基础上，研究人员也进行了相关药物（丹参酮ⅡA联合葛根素［23］、宣肺败毒汤［24］等）研究，结果表明抑制IL-6/JAK/STAT3信号通路能够减轻组织炎症细胞浸润，缓解肺纤维化进展。

3.2 IL-6/JAK/STAT3信号通路调控炎症和免疫反应参与肝纤维化肝纤维化以进行性ECM沉积及肝小叶结构受损为特征，肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）活化在肝纤维化病理进程中扮演重要角色［25］。Kovalovich等［26］敲除小鼠Il-6基因后，应用四氯化碳诱导建立小鼠急慢性肝损伤模型，检测到Il-6基因敲除小鼠HSC中α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）水 平 升 高。Streetz等［27］在gp130基因敲除小鼠中应用四氯化碳建立慢性肝损伤模型，观察到选择性敲除肝脏非实质细胞中gp130基因会加重肝纤维化。此外，其他研究也证实IL-6通过激活MAPK和JAK/STAT3信号通路，诱导HSC活化，促进肝纤维化［28］；而藻酸双酯钠等药物能通过阻断JAK/STAT3信号通路发挥抑制肝纤维化的作用［29］。上述研究表明，IL-6/JAK/STAT3信号通路参与肝纤维化的病理生理机制复杂，而且与其他信号通路存在交互作用，共同影响肝纤维化病理进程。

在我国，乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）是导致肝纤维化的主要病因之一。研究证实，活化的STAT3能够激活自然杀伤（natural killer，NK）细胞，清除肝坏死细胞；HBV感染会降低STAT3表达水平，影响NK细胞清除功能，进而导致肝纤维化；而外源性补充STAT3则能够改善NK细胞功能，减轻HBV感染导致的肝纤维化［30］。然而，也有研究表明STAT3可能具有促进肝脏炎症和纤维化、加重肝损伤 的 作 用。同 源 框 基 因A10（homeobox A10，HoxA10）属于Hox基因家族，其编码蛋白HoxA10能够参与调控基因转录，在细胞分化和肿瘤生长中发挥重要作用［31］。HBV感染后小鼠动物模型实验证实HoxA10能够加速MAPK和STAT3去磷酸化，以及与STAT3竞争性结合启动子，抑制HBV复制，进而减轻肝损伤［32］。另外，有研究结果显示IL-6联合放射治疗能够使HBV再激活，提高STAT3磷酸化水平，导致肝损伤加重［33］。

除了病毒性肝炎，脂肪性肝病是导致肝纤维化的另一个重要病因。Daniela等［34］敲除小鼠的Il-6基因或gp130基因后，在高脂饮食构建小鼠脂肪性肝病模型中观察到肝脏炎症和脂肪变性得到显著改善，组织重构和纤维化也得到不同程度的抑制。除了IL-6外，在非酒精性脂肪性肝病中，JAK/STAT3信号通路也能够被IL-22激活，与同样被IL-22激活的JNK和ERK信号通路共同参与调控肝的炎症、代谢、组织修复及重构［35］。

3.3 IL-6/JAK/STAT3信号通路与血管紧张素共同参与心肌纤维化心肌纤维化以心肌细胞间ECM大量沉积导致心脏结构改变为病理特征，临床上好发于急性心肌梗死后，可进展为心力衰竭［36］。Banerjee等［37］证实，敲除小鼠Il-6基因可导致STAT3活化水平降低，心肌细胞减少，成纤维细胞增加，毛细血管密度降低，提示IL-6/JAK/STAT3信号通路对维持心脏正常功能具有重要意义。

在病理条件下，IL-6/JAK/STAT3信号通路则具有促纤维化的作用。研究人员通过高脂饮食构建大鼠心脏纤维化模型，检测到心肌组织中氧化应激和IL-6表达水平增加，并明确了IL-6可激活JAK/STAT3和肾素-血管紧张素（angiotensin，Ang）信号通路，最终活化TGF-β/SMAD3信号通路，导致左心室胶原纤维合成增加和心肌纤维化；而在抑制上述分子机制后，心肌纤维化得到显著缓解［38］。同时，其他研究也证实Ang II可经Toll样受体诱导STAT3磷酸化，促进IL-6生成增多，并通过持续激活JAK/STAT3通路，从而形成正反馈，促进心肌肥大、纤维化和心室重构，应用血管紧张素转化酶抑制剂能够改善上述病理改变［39-41］。此外，在寄生虫感染导致心肌纤维化小鼠模型中，应用STAT3抑制剂TTI-101也能够降低纤维化标志物表达水平，改善心肌纤维化［42］。

3.4 IL-6/JAK/STAT3信号通路调控免疫反应和代谢参与肾纤维化肾纤维化多见于多种病因（慢性肾小球肾炎、糖尿病肾病、狼疮性肾炎及尿路梗阻等）导致的慢性肾病，病理表现为肾小球或肾小管上皮细胞及毛细血管床缺失、成纤维细胞及炎症细胞的活化和聚集以及ECM沉积，肾结构发生改变，晚期可进展为肾功能不全［43-44］。Craciun等［45］应用单侧输尿管结扎法构建梗阻性肾病的小鼠肾纤维化模型，证实IL-6可通过活化STAT3，促进纤维蛋白原表达增加，而纤维蛋白原能够诱导成纤维细胞增殖，并通过促进TGF-β/SMAD2信号通路活化参与肾纤维化。另外，应用重组Fc-gp130阻断IL-6/JAK/STAT3信号通路，降低STAT3磷酸化水平，能够减少肾间质中ECM沉积，减轻肾纤维化［46］。上述研究结果显示IL-6/JAK/STAT3信号通路在肾纤维化发生发展过程中扮演重要角色。

糖尿病肾病是糖尿病患者的常见微血管并发症，约25%～40%的慢性肾脏病是由糖尿病肾病所导致的，而肾纤维化是糖尿病肾病终末期的重要病理特征［47］。Tao等［48］在体外通过高糖处理系膜细胞作为糖尿病肾病体外模型，检测到mucin 1（一种原癌基因编码的蛋白）可以通过活化STAT3和β-catenin相关信号通路，促进系膜细胞增殖，提高纤维化标志物的表达水平。另外，针对糖尿病肾病和炎症的关系开展的研究证实趋化因子CXCL6可激活JAK/STAT3信号通路，促进肾间质细胞增殖和纤维化相关细胞因子的表达［49］；而应用IL-6R抗体以及中药制剂二黄散能够抑制该信号通路活化，从而缓解肾纤维化［50-51］。另外，Huang等［52］在链脲霉素诱导的大鼠糖尿病肾病模型中观察到MALAT1（一种长链非编码RNA）能够经miR-2355-3p抑制IL-6/JAK/STAT3信号通路，减轻糖尿病相关肾纤维化。

肾纤维化的病因复杂，其原发疾病多与免疫或代谢性疾病存在联系，其中大多都有IL-6/JAK/STAT3信号通路的涉及，同时也受其他信号通路以及miRNA等调节机制的介导。因此，该信号通路在肾纤维化中的具体调控机制仍需通过构建不同的肾纤维化模型进行深入探究。

3.5 IL-6/JAK/STAT3信号通路也参与腹膜、皮肤和胰腺等纤维化腹膜透析是肾替代治疗的一种主要方式，葡萄糖是目前腹膜透析过程中常用的渗透剂。但长期的腹膜透析会引发腹膜纤维化，导致腹膜组织结构改变和滤过功能降低，影响腹膜透析效果。Yang等［53］证实腹腔注射高浓度葡萄糖的透析液能够加重腹膜纤维化，促进血管生成和巨噬细胞浸润，同时伴有STAT3磷酸化水平升高；而在应用IL-6阻断抗体后，上述病理改变得到缓解，意味着IL-6/JAK/STAT3信号通路可能成为治疗腹膜透析相关腹膜纤维化的潜在靶点。

系统性硬化症是一种以局限性或弥漫性皮肤增厚和纤维化为特征的自身免疫性疾病，其中皮肤纤维化是其特征性表现，肺、消化道、肾和心脏等重要器官的病理改变是决定其临床预后的关键因素［54］。O′Reilly等［55］观察到系统性硬化症患者的病变皮肤组织中IL-6可通过活化STAT3，经gremlin-1蛋白介导TGF-β/SMAD3信号通路，导致皮肤纤维化。

胰腺纤维化多见于慢性胰腺炎和胰腺癌，以胰腺星状细胞活化、大量ECM沉积为主要病理改变［56］。有研究表明，烟草中的尼古丁可与α7-乙酰胆碱受体结合，激活JAK2和下游STAT3，促进胰腺纤维化［57］。另外，在肌肉损伤［58-59］、青光眼［60］、黄韧带肥厚［61-62］等疾病中也有研究证实IL-6/JAK/STAT3信号通路能够一定程度参与纤维化病理进程。

4 IL-6/JAK/STAT3信号通路抑制剂的研发尚处于起步阶段

IL-6/JAK/STAT3信号通路广泛参与各种组织和器官纤维化疾病的发生发展，因此抑制该通路可作为研发抗纤维化药物的重要靶点。目前，针对该信号通路的抑制剂可分为IL-6/IL-6R单克隆抗体、JAK抑制剂、STAT3抑制剂和miRNA。

4.1 IL-6/IL-6R单克隆抗体尚未应用于抗纤维化治疗目前已经批准用于临床的IL-6单克隆抗体产品仅有siltuximab，而IL-6R单克隆抗体产品有tocilizumab和sarilumab等；其他正在开展临床试验的包括gerilimzumab、WBP216（MEDI5117）、CMAB806等。尽管如此，目前单克隆抗体仅可用于类风湿性关节炎、幼年特发性关节炎和Castleman病的抗炎治疗，尚未用于纤维化疾病的临床治疗［63］。

4.2 JAK抑制剂的应用尚处于临床试验阶段目前应用于临床治疗的JAK抑制剂包括tofacitinib（JAK1/3抑制剂）、ruxolitinib（JAK1/2抑制剂）、oclacitinib（JAK1/2抑制剂）等；正在开展临床试验的JAK抑制剂包括baricitinib（JAK1/2抑制剂）、Peficitinib（JAK1/3抑制剂）和filgotinib（JAK1抑制剂）等。临床上，JAK抑制剂主要应用于骨髓增生性肿瘤、移植物抗宿主病、类风湿性关节炎、银屑病性关节炎和溃疡性结肠炎的治疗［64］。

4.3 STAT3抑制剂的研发仍处于初步探索阶段STAT3本身无激酶活性，主要与激酶结合发挥作用，因此，特异性抑制STAT3主要通过阻断STAT3与激酶结合、阻断STAT3活化或者应用诱骗性寡核苷酸使其远离基因结合位点。目前无STAT3抑制剂用于纤维化疾病治疗，仅有少数进入肿瘤治疗的临床试验阶段，多以苯并比噻吩1，1-二氧化物、磺胺衍生物、醌类化合物、萜类化合物和类黄酮及其类似物为基础进行研发［65］。

5 小结及展望

目前IL-6/JAK/STAT3信号通路的研究主要集中在炎症和肿瘤领域，但随着纤维化疾病研究的不断深入，该信号通路在纤维化疾病发生和进展过程中的重要作用逐渐被揭示。目前普遍认为，在组织或器官纤维化进程中，IL-6/JAK/STAT3信号通路与其他信号通路（如TGF-β/SMAD、MAPK和PI3K/Akt等）相互交叉和影响，靶向特定组织或器官。今后，从特异性阻断IL-6/JAK/STAT3信号通路的思路出发，应用信号通路抑制剂治疗纤维化疾病将是研究重点。