JAK/STAT 及其中药干预在糖尿病肾病中的研究现状

陈争跃， 步世忠， 包蓓艳

(1. 宁波大学糖尿病研究中心 润良糖尿病研究室，浙江 宁波315211;2. 宁波市泌尿肾病医院，浙江 宁波315192)

糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy，DN)是糖尿病最严重的慢性并发症之一，也是导致终末期肾脏疾病的重要原因［1］。据国际糖尿病联盟2013 年最新数据显示，目前全球糖尿病患者已达到3.66 亿人，而中国大约有1.14 亿患者，20 岁以上人群患病率已达9.7%，其中伴有慢性肾脏病变的约占25% ～60%。DN 的确切发病机制至今尚未阐明，致炎因子引起的多条炎症信号通路激活起着重要作用，研究表明，Janus 激酶/信号转导与转录激活子(Janus activated kinase/signal transducer and activator of transcriptions，JAK/STAT)信号通路的活化可以引起肾组织的免疫性炎症反应［2-4］。据报道，单味中药及其提取物(如党参、芍药等)及一些中药复方制剂(如肾益胶囊等)可以通过调节肾组织JAK/STAT 信号通路而抑制炎症因子的活化，从而改善肾损伤，延缓DN 的进展。

1 JAK/STAT 信号通路概述

1.1 JAK/STAT 信号通路的生理特征 JAK-STAT 信号通路主要由三部分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAKs 和转录因子STATs［5］。受体主要包括激素类(如生长激素、催乳素)受体，淋巴细胞抗原特异性受体及某些细胞因子受体(如白细胞介素和干扰素)。细胞因子信号需要通过受体偶联的酪氨酸蛋白激酶传递，该激酶即JAK家族，有4 个成员，即JAKl、JAK2、TYK2 及JAK3，前三者存在于各种细胞和组织中，而JAK3 仅存在于骨髓和淋巴系统。JAK 包含7 个JAK 同源结构域(JAK homology domain，JH)，其中JH1 为激酶区，JH6 和JH7 是受体结合区。动物实验发现，腺病毒介导的肾脏细胞因子信号抑制物(Suppressor of cytokine signaling，SOCS)2 表达上调，能够显著抑制链脲霉素诱导的JAK2 和STAT3/5 磷酸化增加，证实SOCS2 通过JAK/STAT 通路降低糖尿病大鼠的有关的肾损害［6］。STATs 是一类与靶基因调控区DNA 结合的胞质蛋白，是JAKs 的下游物质，现已发现有6 个成员，即STAT1 ～STAT6。STAT 蛋白在结构上可分为N-端保守序列、SH (Src homology，SH)2、3 结构域、DNA 结合域及C-端转录激活区。已有研究表明，STAT5 抑制剂可针对STAT5 多方面的活性，其活性受磷酸化的DNA 结合活性影响，独立于上游激酶［7-9］。体内实验证实，STAT5 的初始活化(磷酸化或核转)既不受去乙酰化酶抑制剂干扰，也不与DNA 结合。相反，上述药物通过阻止基础转录的正确装配，最终导致转录抑制［10］。另有实验表明，SOCS1-衍生肽注射疗法抑制糖尿病小鼠动脉粥样硬化斑块组织STAT1/3的激活，并显著降低早晚期斑块大小及斑块进展［11］。因此，抑制SOCS 蛋白负性调节JAK/STAT 已成为有前途的靶向抗炎疗法。

1.2 JAK/STAT 信号通路的信号转导机制 细胞因子与其特异性受体结合后，通过酪氨酸磷酸化作用而激活JAK 激酶及细胞因子受体本身。JAK 一旦被激活，将激活下游的信号分子，包括STAT 本身。激活的STATs 将形成二聚体并易位至细胞核，激活特定的基因表达。JAK/STAT 通路受不同的机制调控，包括酪氨酸磷酸酶、活化的STAT 蛋白抑制剂和细胞因子信号抑制物 (Suppressor of cytokine signaling，SOCS)［2］。SOCS 包括8 种细胞内受体，即细胞因子诱导蛋白(CIS，SOCS1 ～SOCS7)，每种都包含一个N-端结构域、一个中心SH2 结构域和一个保守的C-末端SOCS 区域，其中SOCS1 和SOCS3 通过多种机制来控制JAK/STAT 信号的幅度和持续时间，包括直接抑制JAK 与STAT 的结合，以及靶向受体复合物和其他信号转导蛋白酶体的降解［12-13］。

因此，JAK/STAT 信号通路被认为是连结细胞表面受体和核转录，促使细胞生长的重要通路。除了细胞因子外，SOCS1 和SOCS3 参与的生物过程还能被许多病理刺激(如血管紧张素Ⅱ，趋化因子，胰岛素等)诱导［14-15］。目前，已发现JAK/STAT 信号传导途径的活化参与多种疾病的发展，如动脉粥样硬化、高血压及糖尿病肾脏和血管并发症等［16-17］。

2 JAK/STAT 信号通路与糖尿病肾病的关系

2.1 JAK/STAT 信号通路的激活 在DN 的高糖环境下，生长因子、细胞因子、血管紧张素Ⅱ、活性氧或其他上游信号被认为是JAK/STAT 信号通路的主要活化信号。以往研究表明，与血管紧张素Ⅱ受体激活过程类似，高血糖通过多元醇通路，诱导细胞内活性氧产生增加，刺激细胞内信号传导，包括JAK2［18］。

Marrero［19］等发现，高血糖通过活性氧介导的多元醇通路使血管紧张素Ⅱ生成增加，诱导JAK/STAT 通路，从而促使肾小球系膜细胞增殖。在血管平滑肌细胞中，JAK2/STAT3/SOCS3 通路可以被血管紧张素Ⅱ激活，导致JAK2和STAT 蛋白酪氨酸磷酸化并向细胞核易位，而血管紧张素转化酶2 能够拮抗血管紧张素Ⅱ介导的氧化应激和血管平滑肌细胞增殖［20］。在小鼠的肾小球中，高糖同样可以通过血管紧张素Ⅱ诱导JAK2 激酶和STAT 蛋白的磷酸化从而活化JAK/STAT 通路。因此，通过抑制JAK2 酪氨酸磷酸化，或通过JAK2 抑制剂，或封闭抗STAT1/STAT3 抗体，即可阻断血管紧张素Ⅱ诱导的JAK/STAT 通路激活。

2.2 JAK/STAT 信号通路的激活对DN 的影响 体外培养系膜细胞时发现，磷酸化JAK2 和其下游底物激活加强，能使活性氧产生增多，可能导致高血糖和糖尿病［19，21］。史永红［22］等通过检测大鼠肾皮质磷酸化STAT1、STAT3 和转化生长因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β)蛋白的表达，推测JAK/STAT 信号途径可能参与糖尿病早期肾脏病变。Berthier［16］对早期肾病患者的肾小管间质和肾小球组织cDNA 样品进行分析，发现JAK/STAT 基因在这两个区域中的表达均较高。另外，在无激动剂刺激的情况下，肾小球系膜细胞JAK2 的表达增加，导致JAK/STAT 信号通路激活，STAT3 磷酸化增强。由此表明，JAK/STAT 信号通路可能参与DN 的发生发展。

糖尿病患者的高血糖水平通过各种途径损害肾功能，包括JAK/STAT 途径，同时其血浆内皮素和细胞内活性氧水平显著升高［23］。此外，JAK/STAT 通路通过调节TGF-β、细胞外基质蛋白、Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白(fibronectin，FN)的生成，从而导致肾小球系膜增生和肾组织纤维化，最终发展成DN。Zhou［6］等发现，肾内注射SOCS2 腺病毒可以降低链脲霉素诱导的肾脏病变，包括肾小球肥大、肾小球高滤过、异常炎症和纤维化。SOCS2 基因转染后，糖尿病肾脏中的促炎因子(如单核细胞趋化因子-1，肿瘤坏死因子-α 和白介素-6)表达水平增加，致纤维化因子(TGFβ，Ⅳ型胶原和FN)表达减少。此外，腺病毒介导的肾脏SOCS2 的表达上调可明显抑制JAK2、STAT3、STAT5 磷酸化表达水平的增加［6］。因此，SOCS2 可以降低糖尿病大鼠的肾脏损伤。

3 中药对JAK/STAT 信号通路的干预作用

3.1 单味中药对JAK/STAT 信号通路的影响 目前，中医药对JAK/STAT 信号通路影响的研究较少，主要集中于单味中药或中药复方制剂的动物实验，包括党参、芍药、藕节、黄芪及其有效成分等［24］。党参主要来源为桔梗科植物党参、素花党参、川党参等的干燥根，具有补中益气，除烦渴之功效，常用于治疗脾肺虚弱，气短心悸，食少倦怠，内热消渴等症状。药理实验证实，党参多糖是党参的有效成分之一，并且党参对DN 的治疗具有良好的临床效果。一项利用党参治疗db/db 小鼠模型的研究［21］发现，给药12周后，采用基因芯片检测db/db 小鼠肾脏组织中的基因表达，同时采用实时荧光定量PCR 法来确认其差异性，并进行JAK/STAT/SOCS 信号传导途径的研究，结果提示党参可以降低db/db 小鼠的血糖和尿蛋白水平，治疗组和正常对照组(氯沙坦钾片)基因芯片实验数据的差异具有统计学意义(P ＜0.05)。同时，党参治疗组JAK1、JAK2 和STAT3 的表达均增加，而STAT4 表达下降，JAK 的上调可以激活SOCS1、3、7，而后者又能够负反馈调节JAK/STAT/SOCS 途径的其他相关基因。由此可知，党参能够通过调节JAK/STAT/SOCS 信号通路，从而有利于治疗DN。

白芍系毛莨科属植物的干燥根，性微寒，具有抗炎、抗氧化、免疫调节等功效［25］，而白芍总苷是其有效提取物之一。苏静［26］等采用不同剂量(50、100、200 mg/kg/d)的白芍总苷干预STZ 诱导的DN 大鼠模型，发现给药8 周后，白芍总苷不仅呈剂量依赖性地降低DN 大鼠24 h 尿白蛋白排泄率，而且肾组织磷酸化JAK2 (phosphorylated-JAK2，p-JAK2)、p-STAT3、Ⅳ型胶原以及TGFβ1的表达均降低。由此证实，白芍总苷可改善糖尿病大鼠早期肾损害，其机制可能与其部分抑制肾组织JAK/STAT 信号通路的激活有关。

藕节系睡莲科植物莲的干燥根茎节部，主治止血、消瘀，用于尿血、崩漏等。王金晶［27］等发现，与正常组比较，DN 组大鼠肾脏肾小球肥大、系膜基质增多、细胞凋亡明显，尿素氮、血肌酐、24 h 尿蛋白定量明显升高，肾组织Bcl-2 表达下调，Bax、p-JAK2、p-STAT3 表达明显上调。然后，用中、高剂量(3.0、6.0 g/kg/d)藕节治疗DN 大鼠，12 周后与DN 组相比，藕节组肾脏病理改变减轻、细胞凋亡减少，24 h 尿蛋白定量明显降低，同时肾组织Bcl-2表达上调，Bax、p-JAK2、p-STAT3 表达下调。该研究表明，藕节可能通过活化STAT3，从而上调Bcl-2 等下游靶基因的表达，继而调节细胞增殖、分化及凋亡，最终延缓DN进展。

上述几种中药能通过调节JAK/STAT 信号通路，抑制炎症因子、减弱氧化应激反应等多途径来减缓DN 病理损害，而且由于单味中药价格相对低廉，毒副反应较少，更适合DN 的长期治疗。然而，目前单味中药在DN 的治疗中往往仅扮演辅助药物的角色，其自身的治疗作用和机制并没有得到充分重视，因而其应用受到很大的限制［28-30］。

3.2 中药复方对JAK/STAT 信号通路的影响 黄芪系豆科草本植物蒙古黄芪和膜荚黄芪的根，具有补气固表、利水退肿、免疫调节、抗衰老等功效［31］。动物研究［32］发现，将黄芪总皂苷和丹参总酚酸按组分1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1 的比例喂养糖尿病大鼠，结果3 种组分均具有降低大鼠肾组织JAK2、STAT1、STAT3 蛋白表达、降低血糖、延缓肾纤维化的作用，但与剂量比例变化关系不大。

另外，益肾胶囊也被证实有利于治疗DN，其为纯中药制剂，由黄芪、当归、泽泻、芡实、红景天等制成。丁武杰［33］等建立DN 大鼠模型，发现与对照组相比，益肾胶囊治疗组的24 h 尿蛋白定量、尿素氮、血清肌酐表达降低(P ＜0.05)，肾组织形态学改变较轻，磷酸化JAK2、STAT3、α 平滑肌肌动蛋白、FN 表达降低(P ＜0.05)，可能是益肾胶囊通过抑制DN 大鼠肾组织JAK/STAT 信号通路的活化，抑制了α 平滑肌肌动蛋白和FN 表达，从而延缓DN 的进展。

3.3 中成药对JAK/STAT 信号通路的影响 有实验报道［34］，采用肾康丸(由黄芪、金樱子、水蛭、益母草等制成)干预治疗糖尿病大鼠，结果与对照组相比，发现肾康丸组的尿素氮、血清肌酐、肾脏组织磷酸化STAT3 表达明显降低，表明其对DN 大鼠具有肾脏保护作用。由此推测，其机制可能是降低肾小球系膜间质中肿瘤坏死因子-α 表达，减少其诱导白介素-6 合成，后者与相应受体结合，可激活JAK/STAT3 信号通路，导致STAT3 蛋白表达增加，磷酸化STAT3 表达增强，促进TGF-β 分泌，最终引起肾脏损害。

综上所述，一方面高血糖、血流动力学异常、氧化应激以及炎症因子等因素诱导JAK/STAT 信号通路激活;另一方面，活化的JAK/STAT 信号通路可以通过诱导炎症细胞活化、促进炎症介质表达、增加促炎因子产生等途径，导致糖尿病肾组织炎性损伤。中药能够调节JAK/STAT 信号通路，从而改善糖尿病肾组织的炎症性损伤，主要包括抑制炎症因子表达、降低磷酸化JAK2 和STAT3 表达、减少细胞凋亡及纤维化因子表达等。然而，由于中药成分复杂，其调节JAK/STAT 信号通路的具体机制还不完全明确，加上质量难以控制等缺点，限制了在临床中的广泛应用。随着医学的发展及对中药作用机制的深入研究，人们将逐步加深对中药在治疗疾病方面的认识和应用，相信在不久的将来，中药会为人类健康做出更大贡献。

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