1、S抑制剂专家JAK/TAT 信号通路的最新研究进展一、 JAK/STAT 综述JAK (Janus kinase)属于蛋白酪氨酸激酶(PTK)中的一种，可以介导细胞因子与其受体结合后的信号蛋白分子级联活化反应。细胞因子、生长因子等与其相应受体结合后激活 JAK，进而激活信号转导子和转录激活子 STAT。JAK-STAT 信号通路是与细胞生长、增殖和分化关系十分密切的一条细胞信号通路，近年来发展迅速。本文就其组成结构，功能机制以及相关疾病和抑制剂做一个总结。二、 组成与结构此信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶 JAK 和转录因子 STAT。JAK(
2、 Janus kinase)是一种蛋白酪氨酸激酶，迄今为止。共发现有 4 个家族成员，即 JAK 1， JAK2， JAK3 和 JAK4，整个分子可分为 7 个结构域:(1) JH1，位于梭基末端，具有激酶催化功能。其中有高度保守的八残基特征性序列 FWF。(2) JH2，与激酶功能相关，但不具有直接的催化活。(3) JH3 一 JH7，功能不明确，可能与细胞因子受体的结合有关。JAK 1， JAK2， Jyk2 广泛分布于多种组织细胞，而 JAK3 仅见于白细胞中。STATs 是 JAKS 的直接底物，能将信号直接传递到核内，调节特定基因的表达。共包括 6 个家族成员，即 STAT1- 6
3、。STAT 蛋白长约 800 个氨基酸，分子量 89- 97 kDa，其编码基因在染色体上紧密连锁。S抑制剂专家结构上 STATs 具有 SH2 和 SH3 功能区，SH2 序列高度保守，位于第 600- 700位氨基酸之间，与 STATs 的激活有关。 SH3 则位于第 500- 600 位氨基酸之间，序列保守性较 SH2 差，能结合富含脯氨酸的序列，功能尚不明确、此外，STATs 还具有 DNA 结合区，不同的 STATs 常有共同的 DNA 结合基序，但最佳结合点有差异。三、 信号通路的过程与调控JAK 一 STAT 信号传递的基本过程可概括为:公田胞因子与其相应配体结合 ;C 受体和
4、JAKS 发生聚集，邻近的 JAKS 相互磷酸化而被活化;OJAKs 的 JH 1 结构域催化STATs 上相应部位的酪氨酸残基磷酸化，同时 STATs 的 SH2 功能区与受体中磷酸化的酪氨酸残基作用而使 STATs 活化尸 4，TATs 进入核内同其他一些转录因子相互作用从而调控基因转录 181。负反馈调节机制：像其他任何信号通路一样，JAK 一 STAT，信号通路也有其自身的负反馈调节机制，以免信号通路持续开放造成细胞代谢失常和生理功能紊乱。目前对确切的S抑制剂专家调控机制尚不十分清楚一种可能的机制是通过酪氨酸 PTP 酶的作用使 JAK 失活而发挥作用。如 SHP 一 1，该分子特异性
5、地作用于血红蛋白受体而抑制配体刺激的酪氨酸磷酸化，并引起 JAK2 的去磷酸化。也有报道认为是先由 TGF 一 p 活化蛋白酪氨酸 H1P 酶。尽管对 JAK-STAT 信号传导途径主要集中于负调控，但细胞因子级联在 JAK-STAT 调控中起正向调节作用。报道显示，低阂值水平的 I 型 IFN s(IFN-司田正向调节 IFN-y 信号级联，其主要通过低阂值浓度的 IFN-司俘级联，导致 IFN-aRl 和 IFN-yR2 的相互作用加强，并且增加 STAT1 蛋白的酪氨酸磷酸化。 I F N-y 及 IFN 基因诱导(ISG15)都能够加强 JAK-STAT 通路的信号转导。JAK-STA
6、T 在免疫调控中的作用：随着 Jak 激酶和 STAT 蛋白的结构与功能的不断阐明，Jak/ ST AT 信号途径的作用模式已基本清楚:细胞因子与其受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的 Jak 激酶相互接近并通过交互的 Tyr 磷酸化作用而活化活化的 Jak 激酶催化受体本身的 Tyr 残基磷酸化并形成相应的 STAT 分子与受体复合物结合的停泊位点” ，使 STAT 得以通过其 SH2 结构域与受体上的磷酸 Tyr 残基结合并在 Jak 激酶的作用下实现其 C 端 Tyr 残基的磷酸化。两个磷酸化的 STAT 分子利用 SH2 结构域的 Arg 与磷酸 Tyr 之间的作用形成同
7、 /异二聚体并离开受体进入细胞核，与目的基因的启动子区域结合，有些可能再经过某种修饰作用(如 S er 的磷酸化)而激活相应基因的转录和表达。JAK-STAT 介导的生理过程：Souza-Neto 等(2009)研究结果发现，登革病毒(dengue virus)通过激活 f AK-STAT 信号通路感染埃及伊蚊(lledes aegypti )，用 RNAi 沉默 fAK 激酶后和 PIAS 后，蚊子对登革病毒的抵抗力升高。用 RNAi 沉默巴西疟疾带菌昆虫疟蚊 STAT 和 PIAS可以增加中肠的卵巢数目，表示 JAK-STAT 可能参与中间宿主对病原的抗感染作用(Bahia 等，2011)
8、 。研究结果显示， JAK-STAT 通路异常持续激活与遗传学异常及病毒感染引起的白血病细胞的增殖异常、凋亡受阻及分化障碍密切相关，在白血病的病理机制中起着重要作用。IFN-y 通过激活 STATl 诱导 A431 和 Hela 细胞表达 Caspasel 而出现凋亡。通过 Reatime RT-PCR 和 Western blotting 检测，上皮细胞、巨噬细胞样 THP-1 细胞、S抑制剂专家新分离的人外周单个核细胞，在 IFN-Y 作用以后，FcRn 表达明显降低。FcRn 的这种表达降低并不是由细胞凋亡或 FcRn mRNA 水平不稳定性引起的。染色质免疫沉淀和凝胶泳动变位试验显示，
9、IFN-y 的这种下调作用主要是通过 STAT-1 结合到FcRn 启动子区域的一种 IFN-y 活化位点、降低 STAT-1 抑制剂 PIAS1 的表达和调控STAT-1 负调控磷酸化位点 Tyr-701 和 Ser-727 基活性实现。结果显示， JAK-STAT 信号通路参与 IFN-y 下调 FcRn 基因表达过程 (I，iu 等，2008)。成熟神经原细胞，JAK-STAT 信号通路参与 IFN-y 介导的对 SIN V 病毒的清除。报道显示，大脑皮质缺血后，星形胶质细胞内 JAKl 活化，并可诱 STAT3 核移位，诱发胶质细胞在缺血后的各种反应性变化。JAKl 在视网膜节细胞轴突
10、、双极神经元及无长突细胞、发育脑的嗅球、下丘脑内表达，JAK2 在发育脑的纹状体、海马、小脑、基底前脑高度表达。研究结果发现，在血管紧张素 II 介导的糖尿病肾脏组织过度增生中，Ang II 可活化 JAK 级联反应，导致 JAK2 ， STATl 和 STAT3酪氨酸磷酸化及 STATl 和 STAT3 核内移位。用 JAK 抑制剂或用阻断 STAT 抗体可以阻断 Ang II 介导的血管平滑肌细胞增殖和 DNA 合成。四、 相关疾病研究STAT 与肿瘤： STAT 参与调控细胞的生长、分化和凋亡。在正常生理状态下，STAT 的激活是短暂而且受严格调控的，然而在许多人类的肿瘤中都发现 STA
11、T 分子的持续激活。几乎在所有的头颈部肿瘤中都发现，Stat3 异常的活化。在检查的多种骨髓瘤中，Stat3 也持续处于激活状态。到目前为止，尚未发现 Stat3 基因水平上的突变，而一般都是信号分子的调节失控或者负调控分子的突变或缺失造成其功能的失调。STAT 与心血管疾病： JAK-STAT 信号通路介导心肌细胞的生长、存活和凋亡，并参与血管生成的调节，在心脏疾病的发生机制中发挥重要作用。如压力负荷导致的心肌肥大、心力衰竭、缺血预处理诱导的心肌保护，以及缺血一再灌注引起的心功能障碍，都与这一信号通路密切相关。近年来的研究显示，JAK-STAT 信号通路在缺血预处理诱发的心肌细胞保护机制中也
12、发挥重要作用。心肌缺血预处理快速诱导 JAK2 和 Stat3 磷酸化，预处理的心脏缺血 30min 再灌注 2h 后仍能检测到 JAK2 和 Stat3 的激活。另有研究表明，心肌特异性大量表达 Stat3 基因的转基S抑制剂专家因小鼠能够耐受阿霉素引起的心肌损伤，直接说明 Stat3 信号通路介导了心肌内源性细胞保护作用。STAT 与白血病：白血病是造血组织的恶性疾病，又称“血癌” 。在白血病细胞中普遍存在着 JAK-STAT 信号通路的持续激活，因此，STAT 蛋白也就成为重要检测的指标之一。STAT 分子的过量表达往往出现在很多恶性增殖性疾病中，而造血系统的肿瘤中 STAT 家族被活化
13、的种类最多，例如 STAT1、 STAT3 和 STAT5 就是白血病中最常见的持续激活的信号蛋白。不同类型的白血病细胞可以表现为一种或多种 STAT 蛋白的异常激活，例如在淋巴细胞白血病和单核粒细胞白血病中，常见的是 STAT5 持续激活；而骨髓系白血病细胞则以 STAT3 持续激活为主。激酶 JAK 对整个信号通路激活起着关键作用。迄今，我们已经在人体白血病细胞中发现了很多 JAK 基因的点突变，其中的一些点突变造成激酶 JAK 持续激活STAT 蛋白。最经典的例子就是 JAK2 V617F 突变（蛋白 JAK2 第 617 位的缬氨酸突变成苯丙氨酸） ，造成 JAK-STAT 信号通路的
14、异常激活。曾有一份针对白血病患者的统计结果显示，222 例急性骨髓系白血病患者中有 4 例出现 JAK V617F 突变，116 例慢性骨髓系白血病患者中有 9 例出现 JAK V617F 突变。此外，JAK 蛋白的其它突变形式也与很多白血病类型紧密相关。S抑制剂专家五、 相关抑制剂介绍Ruxolitinib (INCB018424)是第一个应用于临床的、有效的、选择性的 JAK1/2 抑制剂，IC50 为 3。3 nM/2。8 nM。作用于 JAK1， JAK2 与 作用于 JAK3 相比，选择性强 130 倍多。Tofacitinib (CP-690550) Citrate 是一种新型 J
15、AK3 抑制剂，IC50 为 1 nM，作用于 JAK2 和 JAK1 选择性比其低 20 到 100 倍。AZD1480 是一种新型，ATP 竞争性的 JAK2 抑制剂，IC50 为 0。26 nM，选择性作用于 JAK3 和 Tyk2，对 JAK1 的作用较弱。Phase 1。Stattic 是第一个非肽类小分子，有效抑制 STAT3 激活和核易位， IC50 为 5。1 M ，高选择性作用于 STAT1。S3I-201 有效抑制 fSTAT3DNA 结合活性，IC 50 为 86 M ，对 STAT1 和 STAT5抑制作用弱。SH-4-54 是一种高效的 STAT 抑制剂，其作用 STAT3 和 STAT5 的 KD 分别为 300 nM 和 464 nM。本文档由 S 原创，引用转发请注明出处，谢谢！
