细胞因子信号转导抑制因子-3与缺血性脑血管病

来源:用户上传      作者: 岑琳 唐兴江 陈路熙

　　[摘要] SOCS蛋白家族中多个成员参与细胞因子信号内转导的调控，其中，细胞因子信号转导抑制因子-3（SOCS-3）在缺血性脑血管病特别是缺血后再灌注损伤中，对炎症细胞因子的表达起着负性调控的作用。SOCS-3在缺血性再灌注中表达的升高，有利于控制炎症因子的过度表达，防止神经功能损害，本文就SOCS-3与缺血性脑血管病的关系，及其在缺血性再灌注损伤的研究现状做一综述。
　　[关键词] 细胞因子信号转导抑制因子-3；脑缺血性疾病
　　[中图分类号] R743 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2011）06（c）-013-03
　　
　　The suppressor of cytokine signaling-3 in ischemic cerebrovascular disease
　　CEN Lin, TANG Xinjiang, CHEN Luxi
　　The Affiliated Hospital of Luzhou medical college, Sichuan Province, Luzhou 646000, China
　　[Abstract] Many members of suppressors of cytokine signaling (SOCS) family are physiological regulators during cytokine responses. The expression of SOCS-3 act as a negative feedback regulation of inflammatory systems in ischemia reperfusion injury, which is propitious to control overexpression of inflammatory factors and avoid neurological deficits. The author summarized the recent progresses about the relation of SOCS-3 and inflammation in ischemia reperfusion injury.
　　[Key words] Suppressor of cytokine signaling-3; Ischemic cerebrovascular disease
　　
　　 脑缺血性疾病是目前常见病、多发病，致死、致残率很高。缺血性脑血管疾病的缺血后再灌注损伤同样危害极大，而多种过度表达的炎症细胞因子（TNF、IL-1、IL-6）介导的炎症反应是诱发再灌注损伤的主要因素之一[1]。近年来的研究发现，炎症细胞因子的转导通路受细胞因子信号转导抑制因子（Suppressor of cytokine signaling，SOCS）的负性调控。实验表明，在脑缺血后梗死灶给予高渗KCl/NaCl可诱导脑缺血耐受，而Ｍuamatsu 等人经研究发现，经高渗KCl/NaCl预处理后脑缺血组织中，SOCS-3可用Northern印迹法检测到其迅速而广泛的表达[2]。而新近的研究也发现，某些神经营养因子（如睫状肌神经营养因子）对脑缺血损伤的保护作用也与其刺激SOCS-3上调相关[3]。反之，减少缺血诱导的SOCS-3表达，则梗死的面积会增大，同时，神经功能缺损也会加重，目前，SOCS-3作为SOCS 家族一员，因作用广泛尤受广大研究者的关注。在脑缺血后缺血灶及周边区域的表达明显升高，对局灶性脑缺血再灌注的炎症反应有抑制作用，进而影响着病情的程度和患者的预后，SOCS-3在局灶性脑缺血再灌注损伤的表达和作用也成为探讨研究治疗脑血管病的热点问题[4]，本文就目前的研究现状做一综述。
　　1 SOCS-3结构特点及其分布
　　 SOCS家族的第一个成员是Yoshimura等[5]在1995年研究细胞因子信号转导的负性调节时首次发现的，后来根据其氨基酸序列查找基因文库，发现了家族的其他成员SOCS-2~SOCS-7。SOCS-3含有225个氨基酸残基，由N区（氨基端）、SH2和羧基端的SOCS盒组成[6]。SH2区含有SH2结构域，能与磷酸化酪氨酸残基结合，它介导SOCS-3分子与其他信号转导分子之间的结合和相互作用，是其主要的功能部分，而其结构的其他部分的作用现在还不明确。
　　 有研究[7]发现SOCS-3广泛分布于脑组织，包括小脑、垂体等。在胚胎期至出生后短时间表达较高，随着年龄的增长逐渐减少。在正常成人脑组织中SOCS-3表达水平极低，石献忠等[8]通过免疫组织化学染色方法研究SOCS-3在成年大鼠脑内的基础表达中发现，SOCS-3在各个年龄段均有表达，大多数SOCS-3蛋白分布在神经元的胞核内，少数分布在神经元的胞浆中。依据现有的理论，SOCS-3 蛋白只有在胞浆中才能发挥其作用，那么考虑该蛋白作为基础的蛋白成分之一持续存在细胞核内，在受到伤害因素刺激或是某些细胞因子（如IFNγ、G-CSF、EPO、IL-2、IL-3、IL-4、IL-6等)诱导时,其表达量会在短时间内发生明显变化，并且胞核内的SOCS-3 转入胞浆而发挥作用。
　　2 SOCS-3的作用机制
　　 SOCS-3主要作用机制是通过细胞因子细胞内信号转导通路Janus激酶/信号转导与转录激活子途径（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT）途径的负性调控者。在多种因子或刺激因素的作用下，通过JAK/STAT信号通路迅速诱导SOCS-3的转录和表达，而且这种诱导效应具有细胞和组织特异性。目前普遍认为，SOCS-3对JAK/STAT通路的调节主要通过3种不同的方式：①SOCS-3可以抑制JAK激酶活性，阻断JAK/STAT通路[9]。多个实验表明，SOCS-3可通过其结构中的SH2部分，竞争性的与JAK2中JH1的酪氨酸残基直接结合，实现其抑制JAK激酶活性的作用。也有反向实验证实，如果去除N端靠近SH2结构域的12个氨基酸结构，SOCS则失去此作用，因此间接证明SOCS-3是通过SH2结构实现其抑制JAK激酶，阻断STAT磷酸化的作用的。②SOCS-3利用和STAT相似的SH2结构域，竞争性与多种细胞因子受体结合发挥负性调节作用。近来有研究证实SOCS-3可特异性地和多种细胞因子，如gp130上酪氨酸残基Y757，促红细胞生成素（EPO）受体Y401等结合，反馈抑制这些因子诱导的JAK2的酪氨酸磷酸化和JAK诱导的瘦素受体酪氨酸磷酸化，从而抑制JAK/STAT通路的信号转导，进而达到与①类似的机制。③通过SOCS盒促进结合蛋白发生蛋白酶体依赖途径的降解。研究发现SOCS-3可通过C端的SOCS盒与延伸蛋白BC复合体结合，将SOCS-3结合的信号蛋白如JAK和STAT通过泛素化途径降解[10]。
　　3 SOCS-3与缺血性脑血管疾病的关系
　　3.1 脑缺血性疾病后及再灌注过程的炎症反应
　　 脑梗死及再灌注损伤是通过多种途径引起的，其中炎症反应是其中最重要的发病机制之一。而在炎症反应中，是以细胞因子的表达作为最主要的环节。这些细胞因子广泛参与了脑组织由缺血性损伤向炎症性损伤的转变的全过程。细胞因子的细胞内信号转导通路主要包括核因子kB（NF-kB)及JAK/STAT通路。在炎症反应过程中，一方面组织的坏死，使得多种炎症因子的释放，这些炎症因子一方面通过趋化多种白细胞、吞噬细胞等渗透至脑缺血灶，参与炎症反应；另一方面这些白细胞等释放更多的致炎因子，进而形成级联放大，使脑组织在缺血坏死的基础上进一步产生局部炎症过程，最终导致神经元坏死。以此反推可以看出，通过对kB（NF-kB）及JAK/STAT通路这两条通路的调节和控制，就可以达到控制细胞因子，进而控制缺血性脑损伤后的炎症反应的目的。

　　3.2 脑缺血性损伤后SOCS-3的表达情况
　　 Raghavendra[11]分析成年大鼠创伤性脑损伤后基因表达的变化，发现局灶性脑创伤24 h内大脑皮质SOCS-3的表达明显上调。国内杨静等[12]用实时荧光定量PCR法检测急性脑梗死患者的PMBC（外周血单个核细胞）SOCS-3 mRNA的表达，发现在脑梗死患者发病后1~6 d PMBC SOCS-3 mRNA的表达明显高于正常对照组，其后呈下降趋势，至7、14 d时与正常对照组差异已无统计学意义。其调控的蛋白质的表达在发病后第2~3天升高并达到高峰，至第7天仍高于正常水平。这些都提示SOCS-3是一个缺血后上调基因，它的上升是对整个炎症过程进行细胞因子水平的调节（主要是抑制性作用）：局部的细胞因子环境导致负性调控因子的激活，例如SOCS-3等。
　　3.3 SOCS-3的神经保护机制
　　 SOCS-3具体的神经保护机制目前上不完全清楚，但现有的实验发现：给予腺病毒载体过度表达的SOCS-3，可以明显减少脑缺血模型梗塞体积[13]，反向的实验也有同样的结论。提示SOCS-3表达的增高可以减轻炎症反应的程度，提高机体对脑缺血状态的耐受。可能机制为：①抑制IL-6等白介素因子的表达水平：白介素系列因子是介导各种炎症反应的主要因子，其表达水平与炎症程度正相关，在脑缺血性疾病中表现为神经功能的损伤呈正相关。IL-6等与受体相结合导致与其受体相关的JAK转磷酸化，这将会通过使得整过JAK/STAT通路激活。部分实验表明，SOCS-3具有抑制白介素系列因子的表达，但还没有得到很确定的实验证实；②介导EPO信号传导：EPO是一种对红系祖细胞的分化与增殖起到关键作用的造血生长因子，缺血性脑损伤时EPO通过阻断JAK/STAT信号转导通路可阻止炎症反应的程度。EPO受体包含多个SOCS-3结合位点，所以有人认为，SOCS-3通过结合EPO受体，间接影响JAK/STAT信号转导通路；③促进Th2细胞的生成和活化：SOCS-3可以促进Th2细胞的生成和活化，Th2细胞进一步释放IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等抗炎症因子，从而减轻脑缺血后炎症反应的程度。总之，目前对SOCS-3的神经保护作用机制研究还有很多不足，往往涉及多个细胞信号通路来实现其作用。
　　4 目前对脑缺血性疾病和SOCS-3研究存在的疑问
　　 如前所述，SOCS-3虽然对脑缺血性疾病有很好的保护作用，但目前对其的研究还存在很多的不足和疑问，主要集中在几个方面：①SOCS-3上除SH2以外的其它部分（N区、SOCS盒等）的作用尚没有解释清楚；②SOCS-3是如何被外界刺激所调控的，这个过程又是通过什么途径实现的；SOCS-3又有没有自己的负反馈调节机制；③SOCS-3的神经保护作用具体是如何实现的，在多个假说中，哪种学说是站主导的地位；④SOCS-3在没有受到外界因子刺激时，它在细胞核内有没有基础的作用，这个作用是什么。这些问题都还需要大量的实验进一步的探索和阐述。
　　5 展望
　　 脑血管疾病发病率逐年升高，而缺血性脑血管病尤其常见。脑缺血后炎症反应是导致继发性损伤的主要因素。而目前研究已经表明：SOCS-3能通过JAK/STAT细胞因子信号转导途径，对多种炎性细胞因子进行调控，减轻细胞因子的过度表达所引起的炎症损伤，从而减轻脑损伤的程度。在这都说明了进一步研究SOCS-3的重要意义，以及广阔的应用前景。另一方面，新近在SOCS-3及信号转导和转录激活蛋白STAT-3对中枢神经系统再生作用的研究表明：SOCS-3可通过抑制JAK/STAT通路阻止STAT活化，从而抑制损伤后中枢神经元轴突的再生，有学者认为此与神经受损后炎症反应刺激有关[14]。目前关于SOCS-3的神经保护机制尚未明了，而其对中枢神经系统再生的抑制作用也需进一步探究，随着不断的深入研究，相信一定会对SOCS-3在缺血性脑血管病中的作用有更深入的认识，也必将为将来临床治疗缺血性脑血管疾病提供新的治疗途径。
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　　（收稿日期：2011-03-08）

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