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1、2 0 0 3 年全国危重病急救医学学术会议论文集J a n u s 激酶信号转导和转录激活因子通路与脓毒症的研究进展北京解放军第3 0 4 医院全军烧伤研究所( 1 0 0 0 3 7 ) 姚咪明脓毒症和多器官功能障碍综合征( M O D S ) 仍然是严重烧伤、创伤、休克、感染患者的主要死亡原因。据美国疾病控制中心最新统计，美国每年约有7 5 万人发生脓毒症，超过2 2 5 万人因此而死亡。每年全球有超过1 8 0 0 万严重脓毒症病例，且患者数目每年以1 5 速度递增，地球上每天大约有1 4 0 0 人死于该并发症。脓毒症来势凶猛，病情进展迅速，病死率高，给临床救治工作带来极大困难，已成
2、为现代创、烧伤外科及危重病医学面临的突出难题。自2 0 世纪9 0 年代初脓毒症的新概念提出以来，脓毒症的基础与临床研究方兴未艾。近年来，随着分子生物学的飞速发展与广泛应用，人们对全身性炎症反应分子与基因调控机理的了解也日益加深研究表明，外界刺激因子对细胞行为的调节主要与细胞内多条信号转导通路的活化密切相关，其中J a n u s 激酶信号转导子和转录激活因子( J a n u sk i n a s e s i g n a lt r a n s d u c e ra n da c t i v a t o ro ft r a n s c r i p t i o n ，J A K S T A T
3、) 途径是近年发现的在细胞因子信号转导中起重要作用的信号通路，因其简单的构 成模式( 主要由J A K 和S T A T 两种组分构成) 和独特的激活方式而备受关注嘞。脓毒症发生与发展过程中J A K s T A T 通路的研究是目前危重症领域的前沿课题之一，阐明其活化与调控机制将有助于从信号转导水平深化对创伤脓毒症本质的认识。 一、J A K S T A T 通路的构成及其信号转导过程现有资料表明，J A K 家族主要有4 个成员：J A K l 3 和T Y K 2 。其中T Y K 2 、J A K l 和J A K 2 分布广泛，参与了干扰素一1 ( I F N 一1 ) 、白细胞介素
4、( I L s ) 和生长激素等多种细胞因子和激素的信号转导过程渊。与之相比，J A K 3 分布较局限，主要存在于造血细胞。研究显示，T 细胞、B 细胞和单核细胞的活化或髓系细胞的分化均可刺激J A K 3 的表达显著增高，提示它可能在免疫调节中发挥着极为重要的作用。当J A K 3 的基因缺失或突变时可使人类出现严重的联合免疫缺陷。同样，J A K 3 基因缺陷的小鼠也会出现B 细胞发育不良和免疫功能明显受损。S T A T 是一族分子量在8 4 一1 1 3 k D a 之闯的蛋白质约由7 5 0 - 8 5 0 个氨基酸构成。迄今为止，在哺乳动物 细胞中已克隆出7 个S T A T 家
5、族成员，即S T A T l - - - 4 、5 a 、5 b 和6 ，所有S T A T 均含有以下的功能区。( 1 ) 氨基 末端约5 0 个氨基酸的保守片段：是S T A T 被J A K 磷酸化的部位，可介导S T A T 的寡聚化。去除其中- - 4 , 部分，S T A T 被磷酸化的能力即丧失。( 2 ) 位于4 0 0 5 0 0 位氨基酸残基之间的D N A 结合区：S T A T 与基因启动子上的相应结合位点结合的部位。( 3 ) 第5 0 0 6 0 0 位氨基酸残基间的S H 3 样功能区：体现该家族成员高度保守性的区域。( 4 ) S H 2 区：是S T A T
6、与活化的受体结合的部位。该区的磷酸化可促进S T A T 形成二聚体，进而与D N A 结合。( 5 ) 羧基末端的转录活化区，约4 0 个氨基酸。目前已发现，至少有3 5 种多肽配体可有效激活S T A T ，包括细胞因子( 如I F N T 、I k ) 、某些生长因子和生长激素等。提示S T A T 在机体生长发育和免疫调理过程中发挥了一定作用。J A K S T A T 途径的信号转导主要由以下三个步骤完成i z 3 l ：首先，配体与细胞表面的受体结合诱导受体二聚化，并通过酪氨酸磷酸化作用激活J A K ；进而活化的J A K 又反过来磷酸化受体的酪氨酸残基，使之形 成S T A T
7、 结合位点，而S T A T 与受体结合后其第7 0 1 位酪氨酸残基也被J A K 磷酸化，使之从受体上解离下来；最后，活化的S T A T 形成同源或异源二聚体转入核内，并与相应基因启动子上的S T A T 结合位点结合，调节基因的转录。由于I F N - 1 “ 、T N F - 叮和f h 等众多细胞因子基因的启动子上均存在s T A T 的结合位点，因此它们的基因转录直接受S T A T 的调控。在此应强调的一点是，这些配体与对S T A T 的活化具有一定的特异性，即不同配体与受体结合后往往可激活一种或多种不同的S T A T s 成员，而产生不同的转录效果。虽然 研究表明J A
8、K 是S T A T 惟一的上游活化激酶，但这种特异性似乎并不是由】A K 决定的。因为不同受体即使激活了相同的J A K ，它们也可通过S T A T 上相同的酪氨酸磷酸化位点来活化相同的S l A T 。因此，S T A T 的 S H 2 区与受体磷酸化位点之间的特异性作用更可能是导致这种特异性的真正原因。4 02 0 0 3 年全国危重病急救医学学术会议论文集二、脓毒症早期细胞因子与J A K S T A T 信号转导机制研究证实，J A K S T A T 途径参与了多种重要致炎抗炎细胞因子的信号转导及调控过程，其中尤以I F N - Y 、I L _ 1 、I L l 6 、I L
9、 - 1 0 、I L _ 4 与J A K S T A T 通路活化关系密切。业已明确，I F N Y 是脓毒症时重要的炎症介质，内毒素( L P S ) 合并1 F N 一1 攻击能使小鼠的致死率明显升高，其原因可能与I F N 一1 活化J A K S T A T有关。据报道，I F N 一1 刺激信号作用可诱导括化J A K S T A T 通路，使T N F d 、I L l B 产生增多；在大鼠巨噬 细胞和人D L D - - 1 细胞中，I F N T 等通过激活J A K 2 再激活其下游的S T A T I 和S T A T 3 ，从而引起一氧化氮合酶( i N O S )
10、表达增强和诱发炎症反应；L P S 与I F 一Y 等联合刺激使这一作用增强，而J A K 2 特异性抑制剂 A G 4 9 0 可以下调L P S 等对i N O S 的诱导作用1 5 I ；值得说明的是，L P S 能促进I F N 一1 对J A K S T A T 的活化作用，I F N 一1 也增强L P S 对N F - K B 的诱导作用，这种相互协同效应可能在失控性炎症反应中具有特殊的意义。另一方面，I L J B 作为一种重要的早期促炎因子，参与了J A K S T A T 的活化与调节过程。例如，脓毒症时I L l B 、I L 一6 等可刺激肝脏合成、释放脂多糖结合蛋白(
11、 L B P ) ，增敏L P S 的致炎反应。I L 一1 B 、I L 6 活化了S T A T 3 、A P l 等核转录因子并结合于L B P 基因启动子上，在促进L B Pm R N A 表达中起到关键作用；腹腔注射L P S 和I L l B 能刺激三叉神经细胞I L 一6 的合成，引起S T A T l 3 的括化，进一步诱导I L 6 分泌增多。J A K S T A T 信号通路的话化不仅参与了机体致炎过程，而且同体内抗炎反应亦密切相关。许多研究证实，I L 一1 0 是一种重要的抗炎细胞因子，它可通过J A K I 、S T A T 3 途径抑制由L P S 介导的T N
12、F - a 、I L I 、I L - 6增多1 6 1 。I L 一1 0 受体p 链与J A K l 相连；p 链与T y K 2 相连，I L 1 0 受体与I L 一1 0 结合后，通过J A K l 和T y K 2 激活S T A T I 3 ，其中起作用的主要是S T A T 3 。活化的S T A T 3 又可以与I L l O 基因启动子上的基序相结合，调节I L 一1 0 基因的表达。此外，I L 1 0 可活化S T A T I 3 ，使中性粒细胞表达细胞因子信号转导抑制因子( s u p p r e s s o ro fc y t o k i n es i g n a
13、l i n g ，S O C S ) m R N A 上调。它们作为J A K S T A T 的特异性内源抑制物参与了对 J A K S T A T 信号传递的“负反馈”调节过程，其表达增多则可有效抑制炎性因子活化J A K S T A T 通路，从而减轻炎症反应1 3 1 。另一种抗炎因子I 卜4 亦可通过J A K S T A T 通路抑制由T N F o t 诱导的E 一选择素的基因表达；I L _ 4 还可通过J A K S T A T 通路抑制由I L - 1 2 、I L - 1 8 诱导的I F N - ? 基因表达。迄今为止，关于J A K S T A T 信号转导通路的研究
14、大多局限于对T 细胞、单核细胞、巨噬细胞等细胞的体外观察，而对于创伤后细菌毒素对机体重要脏器J A K S T A T 活化的影响以及其在创伤后M O D S 发病中的意义的报道较少，特别是有关脓毒症时主要组织内J A K s T A T 信号通路活化对体内炎症反应的特异性调控作用则缺乏了解。新近，我们采用与l 临床脓毒症非常相似的大鼠盲肠结扎穿孔( c e c a ll i g a t i o na n dp u n c t u r e ，C L P ) 致严重腹腔感染模型，对此进行了初步研究。实验显示，S T A T l 在所观察肝、肺、肾、肠等重要器官中广 泛活化，S T A T 3 在
15、肝、肺组织活化明显。相关分析表明，C L P 大鼠肝、肺组织S T A T l 3 均与反映相应器官功能状态的指标呈显著正相关。说明J A K S T A T 通路，尤其是S T A T l 3 参与了机体脓毒症的发病过程，并可能与机体失控性炎症反应和多器官功能损伤过程有关。另一组实验中，我们在大鼠烧伤后金黄色葡萄球菌e 简称金葡菌) 感染致脓毒症模型中观察到，金葡菌攻击早期动物肝、肺，肾等组织中S T A T 3 迅速活化，其改变可能 与金葡菌肠毒素B 的直接刺激作用密切相关。采用J A K 2 激酶特异性抑制剂A G 4 9 0 和S T A T 3 磷酸化抑制剂雷帕霉素( R P M )
16、 进行干预后，动物肝、肺、肾组织中S T A T 3 的活化均不同程度的减轻；局部组织中I F N l 、T N F o t 、I L - I O 基因及其蛋白表达均明显降低，肝功能指标有所改善。说明直接抑制J A K S T A T 的活化能减轻烧伤脓毒症动物局部组织的炎症反应，进而对机体多脏器功能具有一定保护作用。此外，J A K S T A T 的活化还可上调细胞因子受体的表达，这些受体与相应的细胞因子结合后又可进一步促进J A K 的活化，从而对J A K S T A T 途径进行“正反馈”调节，使炎症反应不断放大，构成脓毒症发生、发展的重要分子基础之一。 三、脓毒症晚期介质高迁移率族蛋白B 1 与J A K S T A T 通路高迁移率族蛋白B l ( h i s hm o b i l i t yg r o u pb o x 1p r o t e i n ，H M G B l ) 是一种细胞内大量存在、高度保守的 非组蛋白，主要在核内参
