JAK/STAT途径研究进展及其与白血病的关系

　　国外医学输血及血液学分册2000年第23卷第3期

成都，华西医科大学免疫教研室（610041）　胡为民（综述）　章崇杰（审校）

　　 摘　要　细胞因子信号传导的JAK酪氨酸蛋白激酶（Janus Kinase,JAK）/信号转导子和转录活化子（signal transducers and activators of transcription,STAT）途径是当前研究的热点。本文分析了在白血病细胞中JAK/STAT的活化及其抑制，阐述了JAK/STAT的持续活化与白血病发生之间的关系，为白血病的治疗提供了新思路。

　　关键词：信号转导　JAK　STAT　白血病

　　细胞因子的信号传导途径之一，即JAK/STAT途径，是近来研究的热点。细胞因子与其受体结合，致与受体胞浆区相结合的JAK活化，活化的JAK选择性激活STAT，使其磷酸化。STAT转入核内启动相应基因的转录，从而表达细胞因子的功能。细胞因子激活JAK/STAT的作用常常是一过性的，但在白血病细胞中却有JAK/STAT的持续活化，用JAK/STAT的特异性抑制剂可以抑制白血病细胞的增殖和诱导凋亡，说明JAK/STAT的持续活化与白血病的发生有密切联系。本文仅对近年来有关JAK/STAT和白血病关系的研究作一回顾和总结。

　　1 JAK/STAT途径

　　许多细胞因子和生长因子通过JAK/STAT途径传导信号，包括大多数白细胞介素（IL-2～7，10，12，13），粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），促红细胞生成素（EPO），催乳素（prolactin），生长激素（GH），表皮生长因子（EGF），血小板衍生因子（PDGF），干扰素（IFN）等。当细胞因子与相应受体结合后，JAKs被活化。对于细胞因子受体有无与JAKs结合的共同基序，现在仍不肯定，一般认为受体近膜胞浆区在与JAKs结合中起重要作用，目前发现有以下三种保守序列与JAKs结合有关：①Box1，为富含脯氨酸的8aa基序，介导EPO、GH、prolactin受体及gp130同Jak2的作用。②Box2，其作用尚不肯定。突变的Box2使EPO受体、IL-2受体βc链失去传导信号的作用。③Box1样基序，存在于IFN受体中。IFNγR1亚单位与Jak1的结合位点为近膜区的LPKS基序；IFNγR2亚单位与Jak2的结合位点为一富含脯氨酸的PPSIP基序^[1]。

　　JAK为非受体酪氨酸蛋白激酶，分子量120～140kDa，迄今在哺乳动物中发现有四种家族成员：Jak1、Jak2、Jak3和Tyk2，从N末端到C端依次由7个不同长度的JH区（JH7～JH1）构成（见图1）：C末端为典型的酪氨酸激酶区JH1，是JAK的催化功能区，具有活性必需的Phe-Trp-Tyr基序，该区的缺失将导致JAK失活，并能抑制正常JAK的活性；JH2为激酶样区（即假激酶区），其功能可能为介导底物与JH1间的相互作用；JH7～JH3功能不明，可能介导JAK与细胞因子受体结合，其中JH4最为保守，在所有家族成员中均有一18个aa残基组成的核心序列。JH1区关键酪氨酸磷酸化消除了催化位点的空间位阻，允许底物接近。JAK可以激活多种底物，包括其它JAK、受体组分及STAT^[1]。STAT是重要的JAK底物，在哺乳动物中发现有7种家族成员：Stat1α/β、Stat2、Stat3α/β、Stat4、Stat5A/B、Stat6、LIL-Stat（LPS-and IL-1-inducible Stat）。STAT含750-850个aa,由几个高度保守的功能区构成（见图2）：①SH2区，与受体上的磷酸化酪氨酸下游序列作用共同决定了STAT的受体结合特异性，是细胞因子刺激后STAT酪氨酸发生磷酸化所必需的。并介导STATs二聚体形成，可能还有稳定STAT-DNA的作用。②DNA结合区，决定除Stat2外的所有STATs与DNA结合的部位。Stat1、3、4、5的一致性DNA结合序列为TTCN₃GAA（N为任意核苷酸），而Stat6为TTCN₄GAA。但对不同基因的STAT结合序列，STATs的亲合力也不一样。③转录活性区，与转录激活有关。Stat1、3、4、5在该区还有一保守基序Pro-Met-Ser-Pro，细胞因子作用后Ser可发生磷酸化。④N末端区，是STAT与其它转录因子（如P48）作用部位，也是两个STATs二聚体形成四聚体的部位^[1-3]。

　　一般认为，JAK/STAT途径为：配体与受体结合，致受体二聚化或寡聚化，与受体联接的JAK被激活并磷酸化受体亚单位。STAT向活化的受体复合物聚集，其上的酪氨酸和/或丝氨酸被JAK磷酸化，磷酸化的STAT形成同源或异源二聚体转入核内，通过N末端区与另外的转录因子结合或与另一STAT二聚体结合，作用于特异的细胞因子应答基因启动转录。需要说明的是：①JAK可直接聚集和活化STAT；②STAT可通过非受体途径被激活，如src家族（c-src,v-abl等）在细胞中过度表达，导致STATs的持续活化；③STAT分子量大且无核定位信号（nuclear localization signal,NLS），因此STAT可能与含有NLS的蛋白质（如某些配体和受体）形成复合物，一起通过核孔入核，共同启动特异性转录。④JAK/STAT途径与Shc/Ras/Raf-丝裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）途径有联系：JAKs通过磷酸化受体或受体相关的蛋白Shc、Ras、Raf而活化MAPK途径，某些STAT家族的成员（Stat1α，Stat3和Stat4）也可作为MAPK的底物被其活化。⑤蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase,PTPase）、细胞因子信号抑制蛋白（suppressors of cytokine signaling，SOCS）家族、活化STATs的蛋白抑制物（protein inhibitors of activated STATs,PIAS）等对JAK/STAT途径起负性调节作用^[1，2，4]。

　　2 白血病JAK/STAT的活化

　　2.1 白血病病毒转化细胞JAK/STAT的活化

　　Yamamura等^[5]证实，Friend脾病灶形成病毒（Friend spleen focus forming-virus,F-SFFV）感染小鼠的脾类成红细胞或其诱导的红白血病细胞株中，有Jak1、Stat5的持续活化。Abelson鼠白血病病毒（Abelson murine leukemia virus,A-MuLV）转化的细胞，出现了Jak1和STATs的持续活化，转化细胞出现不依赖细胞因子的增殖^[6]。Ⅰ型人T细胞白血病病毒（HTVL-Ⅰ）能诱发成人T细胞白血病，在HTVL-Ⅰ转化的T细胞株MT-2中有Jak1、3,Stat3、5的持续活化，而正常T细胞只有在IL-2刺激后才会出现^[7]。

　　2.2 白血病细胞JAK/STAT的活化

　　用电泳泳动度移动分析法（electrophoretic mobility shift assay,EMSA）及免疫沉淀、免疫印迹法，在部分HTLV-Ⅰ诱发的成人T细胞白血病/ 淋巴瘤（adult T cell leukemia/lymphoma,ATLL）病人外周血单个核细胞（PBMC）中，检测出有Jak3,Stat1、3、5的活化。通过对比发现，缺乏STATs活化的病例，其细胞周期94%以上为G0/G1期，S、G2/M期极少，而有STATs活化的病例其S、G2/M期明显高于前者，说明JAK/STAT的活化与白血病细胞的增殖有密切联系^[8]。在90%的慢性髓细胞白血病（CML），25%～30%的急性淋巴细胞白血病（ALL）和5%的急性髓细胞白血病（AML）中有t（9，22）（q34,q11）染色体易位，即Ph染色体。易位造成bcr-abl癌基因形成。在BCR-Abl表达的细胞株K562、M3.16和病人PBMC中，持续有Jak1、Jak2和Stat5的活化^[9]，其中Stat5 的活化与白血病的发生关系密切^[10]。其它文献也报道ALL、AML有Jaks，Stat1、3、5的活化，ALL以Stat5活化为主，而AML以Stat1、3为主^[11，12]。在Stat5活化的AML病例中，有部分只有Stat5B活化而无Stat5A活化，这种选择性活化与白血病的关系尚在研究中^[13]。Frank等^[14]发现慢性淋巴细胞白血病（CLL）有Stat1、3的活化。Tuyt等^[3]证实在AML中一新近发现的转录因子LIL-Stat出现持续性活化，而在分化成熟的单核细胞和粒细胞中未检出。

　　3 白血病JAK/STAT活化机制

　　3.1 v-oncogene产物的直接作用

　　F-SFFV编码的糖蛋白gp55能与EPO受体结合，发挥EPO样的作用。用抗EPO受体的抗体能够免疫共沉淀Jak1，说明gp55、EPO受体、Jak1之间存在直接或间接的联系^[5]。HTLV-Ⅰ所致的JAKs的活化可能与其PX区编码的蛋白P12、13和P30有关（如P12能与IL-2Rβ和γc结合）^[7]。癌基因v-abl编码的融合蛋白gag-Abl为非受体酪氨酸激酶，Jak1能与v-AblC末端区858-1080aa直接作用，后者的缺失突变不能活化Jak1和STATs,抑制缺乏细胞因子的BAF/3细胞的增殖，在裸鼠体内诱发肿瘤的潜伏期延长，Jak1的激酶缺陷形式（Jak1 K896R）也抑制了v-Abl活化STATs和不依赖细胞因子增殖的能力，说明v-Abl通过JAK活化STAT致细胞增殖^[6]。

　　3.2 基因重排和c-oncogene的激活

　　c-oncogene的激活往往是染色体易位的结果。t（9，22）（q34；q11）易位造成bcr-abl癌基因的激活，而其编码的蛋白P210和P185 BCR-Abl是非受体酪氨酸激酶。在造血细胞中发现，虽然BCR-Abl既不能结合Jak1、Jak2，也不能使其磷酸化，但能直接活化Stat5，其SH3和SH2区是Stat5活化所必需的。以上说明BCR-Abl的作用与v-Abl不同，并非通过JAK活化STAT^[10]。ALL的t（9，12）易位和CML的t（9；15；12）易位，致TEL的Helix-Loop-Helix（HLH）区与Jak2的激酶区融合，形成TEL-Jak2融合蛋白^[15]。将TEL-Jak2基因转入IL-3依赖株BAF/3，致Stat1、3、5活化，细胞出现非细胞因子依赖的增殖。TEL-Jak2含有Stat1、3、5的结合序列PYXXQ、PYXXP、PYXXL/V，因此，TEL-Jak2可以直接聚集和活化STATs^[16]。

　　3.3 细胞因子的自分泌和/或旁分泌

　　在急性白血病细胞中常可检测出细胞因子（如GM-CSF、G-CSF、IL-1等）的分泌^[13，17]，可能为病毒感染或染色体易位的结果^[11]。细胞因子的自分泌和/或旁分泌激活了JAK-STAT途径。但用部分细胞因子的抗体不能阻断JAK/STAT的活化，因此该机制尚不肯定^[8]。

　　4 JAK/STAT活化与白血病恶性表型的关系

　　JAK/STAT途径是细胞因子信号传导的重要途径，它的激活可产生类似某些细胞因子的作用，促进增殖和抑制凋亡。在人IL-1β基因的启动子中有LIG-Stat的一致性序列，因此LIL-Stat有可能通过刺激IL-1β基因转录而分泌IL-1β,而在AML中自分泌的IL-1能促进GM-CSF分泌，形成自分泌环，使白血病细胞增殖^[3，17]。癌基因bcl-2、bcl-xl启动子包含Stat5的结合位点，Stat5与bcl-2或bcl-xl启动子结合，促进抗凋亡分子A1蛋白的表达^[10，11]。而磷酸化是通过Stat5实现的。JAK/STAT通过促进bcl-2、bcl-xl、pim-1等癌基因转录而抑制凋亡。

　　5 对白血病治疗的启示

　　既然白血病的发生与JAK/STAT的活化联系密切，那么可以考虑用JAK或STAT的抑制剂来治疗白血病。AG-490是Jak2、Jak3、STATs的抑制剂^[19]，在Jak2活化的pre-B ALL或Stat3活化的蕈样肉芽肿（MF）中，均可诱导凋亡^[20，21]。Jak3的特异抑制剂WHI-P131可诱导Jak3活化的白血病细胞株NALM-6、LC1；19发生凋亡， 并抑制Jak3活化的细胞株DAUDI、RAMOS、LC1；19、NALM-6、MOLT-3和HL-60的增殖^[22]。除化学抑制剂外，还可考虑用显性阴性的JAK或STAT进行基因治疗。去C末端的Jak2可抑制正常Jak2的活化^[23]，Jak1和Tyk2的激酶缺陷形式对正常的Jak1和Tyk2以及STATs的活化具有抑制作用^[24]。对JAK/STAT进行负调节的SOCS、PIAS等也可考虑。

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