?；?劉長(zhǎng)梅 翟淼浡 杜鑫 李昕璽 徐會(huì)圃

缺血性心臟?。↖schemic heart disease，IHD）是目前世界范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡的主要原因之一，給個(gè)人和社會(huì)醫(yī)療資源帶來巨大負(fù)擔(dān)[1]。傳統(tǒng)的慢性IHD病理生理學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，IHD的發(fā)生主要是由脂質(zhì)斑塊逐漸累積，進(jìn)而形成梗阻性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊導(dǎo)致[2]。近年來，隨著對(duì)IHD研究的不斷深入，臨床、血管造影及尸檢結(jié)果都表明IHD的發(fā)生是一系列復(fù)雜的病理生理過程。許多有冠狀動(dòng)脈疾病證據(jù)的患者在血管造影時(shí)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的冠狀動(dòng)脈粥樣硬化，相反，一些有嚴(yán)重冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的患者既沒有胸痛癥狀，也沒有任何冠狀動(dòng)脈疾病的證據(jù)，這些理論和臨床現(xiàn)實(shí)之間的矛盾提示IHD與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生并不是1:1的關(guān)系，冠狀動(dòng)脈粥樣硬化所致的狹窄僅為IHD的復(fù)雜多因素病理生理過程中的一個(gè)因素[3]。目前，對(duì)IHD的認(rèn)識(shí)是包括“自發(fā)性”血栓形成、冠狀動(dòng)脈狹窄及痙攣、炎癥、微血管功能障礙、內(nèi)皮功能障礙和血管生成等多種因素共同作用的結(jié)果[4]。

IHD的防治已成為全球首要的安全問題[5]。過去幾十年，IHD的預(yù)防和治療不斷取得進(jìn)展，藥物治療、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù)+支架置入術(shù)、冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)、人工輔助循環(huán)和人工心臟、以及心臟移植等均已顯著改善了IHD患者的預(yù)后[6]，但仍有大量患者不能接受常規(guī)治療。研究表明，新血管形成對(duì)恢復(fù)缺血心肌的血液灌注至關(guān)重要，適當(dāng)?shù)墓嘧⒑脱芡暾允蔷S持心肌穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵條件[7]。近年來，隨著分子生物學(xué)的進(jìn)展和輔助生長(zhǎng)因子的引入，利用血管再生治療IHD已成為心血管基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[8]。

血管生成是新毛細(xì)血管發(fā)芽的過程，主要包括血管內(nèi)皮細(xì)胞的激活及一氧化氮介導(dǎo)的血管擴(kuò)張，基底膜及細(xì)胞外基質(zhì)的降解，成纖維細(xì)胞、肥大細(xì)胞及中性粒細(xì)胞等釋放趨化因子，引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞遷移至需要血管生成的部位，進(jìn)而使新生血管內(nèi)皮細(xì)胞及周細(xì)胞增殖，新基底膜形成及新生血管網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、成熟和穩(wěn)定[6]，但確切機(jī)制尚未明確。在心肌梗死的修復(fù)過程中，我們可以看到冠狀動(dòng)脈側(cè)支循環(huán)的形成能夠恢復(fù)缺血區(qū)心肌灌注，從而減少心功能障礙的發(fā)生。然而機(jī)體自身生成的新生血管往往不足以代償冠狀動(dòng)脈閉塞誘發(fā)的心肌缺血。因此，刺激缺血區(qū)小血管生長(zhǎng)，促進(jìn)側(cè)支循環(huán)的建立，為缺血心肌提供重要的血流來源，完成缺血區(qū)血管的自我搭橋便成了重要的治療方法[9]。

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（Signal transducer and activator of transcription，STAT）首次發(fā)現(xiàn)于1994年，是一種能與靶基因調(diào)控區(qū)DNA結(jié)合的胞質(zhì)蛋白家族[10]。STAT分布于多種類型的組織和細(xì)胞中，有6個(gè)功能結(jié)構(gòu)域，包括N端結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域、SH2結(jié)構(gòu)域、卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域、酪氨酸活化區(qū)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域[11]。迄今為止，在人和哺乳動(dòng)物中已發(fā)現(xiàn)至少7個(gè)STAT家族成員，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6[12]。STAT家族成員通常位于細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，處于非活性狀態(tài)，這些蛋白分子具有較為特別的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄因子的作用，可以在外界信號(hào)的刺激下激活并直接轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)引發(fā)相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)多種細(xì)胞功能，包括生存、生長(zhǎng)和增殖以及血管生成等[13]。STAT家族成員的氨基酸序列及其組織特異性分布有極大的多樣性，這也是它們?cè)趯?duì)分子外信號(hào)蛋白反應(yīng)中的不同作用的主要原因[14]。

STAT3作為STAT家族的成員，是信息傳遞過程中的主要樞紐，整合和轉(zhuǎn)導(dǎo)來自40多種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的信號(hào)[15]，通過將活化的質(zhì)膜受體的信號(hào)傳遞到細(xì)胞核，對(duì)各種刺激作出反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。最早提出STAT3與血管生成有關(guān)的證據(jù)之一是來自于絨毛尿囊膜巨噬細(xì)胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）誘導(dǎo)雞的血管生成活性[16]，其研究結(jié)果表明，組成型STAT3的激活可上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）表達(dá)和血管生成；下調(diào)STAT3的激活可以抑制VEGF的表達(dá)，抑制血管生成[17]。

STAT3也是癌癥中許多致癌信號(hào)通路的匯聚點(diǎn)[18]。STAT3在癌癥中具有高頻率的組成性激活，并可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生存和增殖。腫瘤細(xì)胞中組成性激活的STAT3已被證明能促進(jìn)腫瘤侵襲和血管生成。血管生成是大腫瘤生長(zhǎng)所必需的，由腫瘤缺氧引發(fā)。在缺氧條件下，腫瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞被招募到腫瘤部位，產(chǎn)生趨化因子和促血管生成因子[19]。我們發(fā)現(xiàn)，STAT3信號(hào)通路介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞、腫瘤間質(zhì)中的髓細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞之間的多向交叉，有助于腫瘤血管生成[20]。通過STAT3誘導(dǎo)血管生成因子（如VEGF和bFGF）的體內(nèi)、外實(shí)驗(yàn)均證明STAT3信號(hào)通路激活并誘導(dǎo)血管生成，對(duì)腫瘤血管生成是必需的[21]。

近年來，由于經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形+支架置入術(shù)、冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)等治療的創(chuàng)傷性，以及其在彌漫性病變患者治療中的局限性，治療性血管再生術(shù)已成為治療缺血性疾病領(lǐng)域的研究新方向。一些血管生成誘導(dǎo)劑如堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Basic fibroblast growth factor，bFGF）和VEGF已被用于通過促進(jìn)新血管形成、傷口愈合和組織再生來治療缺血性疾病[22]。STAT3不僅對(duì)腫瘤的血管形成發(fā)揮重要作用，在缺血性心臟病中也可以通過多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)缺血區(qū)心肌組織小血管再生。

1 STAT3通過JAK/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)缺血區(qū)心肌組織血管再生

在哺乳動(dòng)物中，Janus激酶（Janus kinase，JAK）是一類胞質(zhì)內(nèi)可溶性蛋白酪氨酸激酶，有JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（Tyrosine kinase 2，TYK2）4種家族成員，包括SH2結(jié)構(gòu)域、JAK假酶區(qū)、FERM結(jié)構(gòu)域和蛋白酪氨酸激酶（PTK）以及其他同源相似結(jié)構(gòu)域[23]，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都有7個(gè)同源結(jié)構(gòu)域（JH1～7），JH1是具有催化活性的激酶結(jié)構(gòu)域，JH2是抑制激酶活性、誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)域，JH3和JH4主要是穩(wěn)定酶的結(jié)構(gòu)構(gòu)象，JH6和JH7是受體結(jié)合域。該家族的3個(gè)成員（JAK1、JAK2和TYK2）基本上在所有細(xì)胞中表達(dá)，而JAK3主要在造血細(xì)胞中表達(dá)。

JAK/STAT信號(hào)通路最初是在IFN-α、IFN-γ和IL-6介導(dǎo)的下游信號(hào)通路中發(fā)現(xiàn)的[24]。STAT、JAK及JAK相關(guān)受體是JAK/STAT信號(hào)途徑的3個(gè)主要組成部分，JAK/STAT3是其中重要的一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，也由這3部分組成[25]。JAK可與細(xì)胞膜上的信號(hào)分子受體結(jié)合，當(dāng)細(xì)胞外信號(hào)分子作用于細(xì)胞膜上相應(yīng)的受體后，引起受體分子的二聚化，使JAK分子相互靠近并磷酸化激活，活化的JAK分子引起受體胞內(nèi)區(qū)域構(gòu)象改變，使受體胞質(zhì)內(nèi)區(qū)域磷酸化形成STAT3分子的停泊位點(diǎn)，使STAT3通過其SH2結(jié)構(gòu)域與磷酸化的受體分子結(jié)合，并在JAK激酶的作用下發(fā)生磷酸化，磷酸化的STAT3形成二聚體進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與特定的DNA序列結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而發(fā)揮多種生物學(xué)效應(yīng)[26]。研究表明，JAK/STAT3信號(hào)通路的激活主要調(diào)節(jié)VEGF、存活基因、增殖基因、侵入性因素等[27]。

JAK/STAT3信號(hào)傳導(dǎo)途徑是多種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子在細(xì)胞中傳遞信號(hào)的共同途徑，且與機(jī)體各種生命活動(dòng)密切相關(guān)。有研究表明[28]，促紅細(xì)胞生成素（EPO）及粒細(xì)胞集落刺激因子[29]（G-CSF）可通過激活JAK2/STAT3通路上調(diào)心肌間質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1（SDF-1）的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）歸巢至缺血損傷的心肌組織，通過旁分泌方式促進(jìn)VEGF的表達(dá)，協(xié)同SDF-1促進(jìn)新生血管的形成、減少梗死心臟內(nèi)細(xì)胞的凋亡。陳磊磊等[30]認(rèn)為，在心肌梗死大鼠中，經(jīng)eNOS基因轉(zhuǎn)染后，eNOS表達(dá)增加，JAK1/STAT3信號(hào)通路的蛋白表達(dá)增加，從而明顯增加NO生成，促進(jìn)新生血管形成，推測(cè)eNOS可通過激活JAK1/STAT3信號(hào)通路增加NO的表達(dá)水平，使血管擴(kuò)張及VEGF生成增加，從而促進(jìn)血管生成。Duan等[31]在對(duì)缺血再灌注損傷大鼠的離體實(shí)驗(yàn)中表明，姜黃素（Cur）對(duì)心臟有保護(hù)作用，其作用可被JAK2/STAT3信號(hào)通路特異性抑制劑AG490阻斷，表明Cur可通過激活JAK2/STAT3信號(hào)通路，減輕缺血再灌注損傷，發(fā)揮心臟保護(hù)作用。Liu等[32]在高糖對(duì)大鼠骨髓多能祖細(xì)胞（rMAPCs）作用的研究表明，VEGF的表達(dá)與rMAPCs中JAK2及STAT3的組成性激活相關(guān)。高糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的rMAPCs、JAK2和STAT3的酪氨酸磷酸化和磷酸化的STAT3的核轉(zhuǎn)位顯著降低，且VEGF的mRNA及蛋白表達(dá)水平下降，更加證明抑制JAK2-STAT3信號(hào)通路可影響VEGF的表達(dá)，從而影響血管生成。此外，在巨細(xì)胞動(dòng)脈炎的小鼠模型中[33]，JAK/STAT3信號(hào)可驅(qū)動(dòng)炎癥血管壁中炎癥相關(guān)的微血管生成，JAK/STAT3抑制劑Tofacitinib可以抑制新血管生成反應(yīng)，更加證實(shí)JAK/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在血管再生中的作用。

2 STAT3通過STAT3/HIF-1α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)缺血區(qū)心肌組織血管再生

低氧誘導(dǎo)因子HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β兩種亞基組成的異源二聚體[34]，兩個(gè)亞基均屬于bHLH/PAS家族蛋白[35]。N末端均含有bHLH/PAS同源區(qū)，對(duì)于二聚化及與靶基因的結(jié)合必不可少；C末端是反式激活區(qū)，包括2個(gè)反式激活域（TAD）即TAD-N和TAD-C，2個(gè)TAD序列間的區(qū)域?yàn)橐种平Y(jié)構(gòu)域，抑制TAD的轉(zhuǎn)錄激活[36]。有研究表明，HIF-1α與急性低氧反應(yīng)有關(guān)[37]。HIF-1α由氧來調(diào)節(jié)其蛋白的穩(wěn)定性，在正常氧飽和度下，檢測(cè)不到HIF-1α的表達(dá)，當(dāng)氧氣濃度低于5%時(shí)，HIF-1α穩(wěn)定存在于細(xì)胞中[38]。HIF-1α的活性對(duì)于組織缺血后的恢復(fù)是十分必要的。HIF-1α可以上調(diào)與血管生成相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，如促進(jìn)血管生成的VEGF及其受體等來增加血流，降低缺血損傷[39]。在HIF-1α基因敲除的股動(dòng)脈結(jié)扎模型中發(fā)現(xiàn)，VEGF等血管生長(zhǎng)因子沒有被激活，缺血后再灌注能力降低[40]。在心肌肥大、心肌梗死、傷口愈合和視網(wǎng)膜血管再生的模型中也發(fā)現(xiàn)，HIF-1α具有促血管生成作用。這些結(jié)果表明，HIF-1尤其是HIF-1α在缺血組織中介導(dǎo)促血管生成的作用[41～43]。

STAT3和HIF-1α同時(shí)調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。HIF-1α基因的啟動(dòng)子包含幾個(gè)STAT3結(jié)合位點(diǎn)，并且在癌細(xì)胞和小鼠T細(xì)胞中均證實(shí)了STAT3與HIF-1α啟動(dòng)子的結(jié)合[44，45]。抑制STAT3的基因表達(dá)使HIF-1α的mRNA和蛋白水平降低，而促進(jìn)STAT3表達(dá)則上調(diào)了HIF-1α的mRNA和蛋白表達(dá)水平[15]。有研究表明[15]，STAT3/HIF-1α信號(hào)在正常人體血管生成和傷口愈合過程中有重要作用。當(dāng)冠狀動(dòng)脈血流減少時(shí)，HIF-1α表達(dá)水平增加，促進(jìn)STAT3在缺血區(qū)域的磷酸化，上調(diào)VEGF-α和FGF-2的表達(dá)[15]。Job's綜合征患者存在冠狀動(dòng)脈血管灌注減少，研究發(fā)現(xiàn)可能與血管生成相關(guān)的STAT3/HIF-1α信號(hào)通路缺陷有關(guān)，通過穩(wěn)定HIF-1α并恢復(fù)其信號(hào)傳導(dǎo)可糾正這些異常，進(jìn)一步證實(shí)該信號(hào)通路促血管生成的作用[15]。進(jìn)一步的研究表明[46]，缺氧條件下，VEGF的最佳表達(dá)需要STAT3和HIF與VEGF啟動(dòng)子的結(jié)合。STAT3調(diào)控AKT的表達(dá)，而AKT是生長(zhǎng)信號(hào)誘導(dǎo)HIF-1上調(diào)的必須因子。阻斷STAT3信號(hào)通路可抑制腫瘤生長(zhǎng)，減少血管生成，并取消JAK/STAT3和PI3K/AKT信號(hào)通路所誘導(dǎo)的腫瘤血管生成作用。

因此，STAT3可以通過調(diào)控HIF-1α的表達(dá)間接調(diào)控VEGF的水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)血管生成。STAT3/HIF-1α信號(hào)通路在人類ECM重構(gòu)、血管生成和傷口愈合過程中具有重要作用[15]。

3 STAT3通過IL-6/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)缺血區(qū)心肌組織血管再生

1985年Kishimoto等從人T細(xì)胞中首先獲得IL-6的cDNA克隆，并在1986年統(tǒng)一命名為白細(xì)胞介素-6。IL-6是一種促炎細(xì)胞因子[47]，可由多種細(xì)胞產(chǎn)生。IL-6受體（Interleukin-6 receptor， IL-6R）由兩種亞基組成，其中α鏈為80kDa的同源受體亞單位，β鏈為130kDa的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件（Glycoprotein 130，gp130）。IL-6可結(jié)合跨膜受體IL-6R，形成IL-6/IL-6R復(fù)合物，這種復(fù)合物與gp130信號(hào)受體結(jié)合，形成高親和力的IL-6結(jié)合位點(diǎn)，并誘導(dǎo)IL-6、IL-6R和gp130共同組成六聚體[48，49]。

目前IL-6/STAT3信號(hào)通路在腫瘤血管生成中的研究比較深入[50，51]。對(duì)直腸癌的研究表明[52]，IL-6是激活STAT3的中樞調(diào)節(jié)因子，在IL-6的刺激下，不僅使腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）的STAT3磷酸化，還促進(jìn)了STAT3 mRNA的表達(dá)，從而誘導(dǎo)VEGF激活，促進(jìn)血管生成，加速腫瘤進(jìn)展。Chen等[53]研究發(fā)現(xiàn)中心體p4.1相關(guān)蛋白（CPAP）在肝細(xì)胞癌中過表達(dá)，過表達(dá)的CPAP顯著激活I(lǐng)L-6/STAT3通路，敲除CPAP會(huì)損害IL-6介導(dǎo)的STAT3激活、靶基因表達(dá)、細(xì)胞遷移和侵襲能力，CPAP和激活的STAT3可能共位于細(xì)胞核內(nèi)，與靶基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，激活下游信號(hào)通路，促進(jìn)血管生成。

在缺血性心臟病中[54]，缺氧心肌釋放IL-6，一方面促進(jìn)心肌的炎癥反應(yīng)，另一方面也可以通過STAT3信號(hào)通路，促進(jìn)血管生成，從而發(fā)揮心臟保護(hù)作用[55]。最近的研究表明[46]，心肌缺血再灌注損傷（MIRI）時(shí)，IL-6及其受體表達(dá)明顯增加，且與預(yù)后相關(guān)。Banerjee等[56]研究表明，IL-6缺乏造成嚴(yán)重的心臟擴(kuò)大，增加間質(zhì)膠原的積累，以及粘連蛋白表達(dá)的改變。此外，流式細(xì)胞儀分析顯示，IL-6缺乏使心臟毛細(xì)血管密度大幅下降。進(jìn)行的體外研究表明，IL-6缺陷減弱STAT3途徑的激活和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生。

有研究表明[57]，IL-6引起的STAT3磷酸化是由于IL-6激活了JAK2/STAT3信號(hào)通路。在自噬在遠(yuǎn)端缺血預(yù)處理（RIPC）誘導(dǎo)的心肌保護(hù)作用的研究中[58]，RIPC能上調(diào)IL-6的表達(dá)，進(jìn)而通過JAK2/STAT3信號(hào)通路誘導(dǎo)自噬，從而保護(hù)心臟免受缺血再灌注損傷，使用JAK2/STAT3通路的抑制劑AG490后則未能上調(diào)自噬。Matsushita等[59]認(rèn)為，在MIRI早期，缺血邊緣區(qū)和非缺血區(qū)的IL-6/sIL-6R復(fù)合物誘導(dǎo)gp130的二聚化，這兩個(gè)gp130分子的二聚化作用可通過JAK2磷酸化gp130和轉(zhuǎn)錄因子STAT3，進(jìn)而激活細(xì)胞信號(hào)過程，抑制再灌注心肌細(xì)胞凋亡、減少梗死面積、促進(jìn)血管再生。

本研究主要對(duì)STAT3及其介導(dǎo)的幾種信號(hào)通路在缺血性心臟病血管再生中的作用進(jìn)行綜述，為今后的研究提供了理論依據(jù)，為缺血性心臟病的診斷和治療提供了新思路。對(duì)缺血性心臟病患者來說，上述信號(hào)通路促進(jìn)缺血區(qū)心肌組織血管再生的具體機(jī)制及如何通過藥物干預(yù)來促進(jìn)缺血區(qū)心肌血管再生還有待進(jìn)一步研究。

人作為一個(gè)整體，細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路錯(cuò)綜復(fù)雜，上述三條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并不是獨(dú)立存在，其也存在協(xié)同關(guān)系。目前，上述三條信號(hào)通路與其他信號(hào)通路在缺血性疾病中的相互作用尚不明確，有待于進(jìn)一步證實(shí)。