摘要：JAK/STAT分子通路在肺动脉高压血管重塑中的作用（文献学习）-（-8-7）
正文：
JAK/STAT分子通路在肺动脉高压血管重塑中的作用
摘要：
肺动脉高压是一组以肺血管阻力（PVR）逐渐增加为特征的疾病，可导致右心室衰竭和过早死亡。有多种临床表现，可分为五种不同类型。肺动脉重构是肺动脉高压（PH）的一个常见特征，其特征是内皮功能障碍和平滑肌肺动脉细胞增殖。目前对PH的治疗仅限于血管扩张剂不能阻止疾病的进展。因此，需要新的药物来抑制肺动脉重塑，靶向参与PH的主要基因、分子和细胞过程。慢性炎症导致肺动脉重塑和PH，以及其他血管疾病，许多炎症介质通过JAK/STAT途径发出信号。最近的证据表明，不同类型PH患者的肺动脉中JAK/STAT通路过度激活。此外，不同的促纤维化细胞因子（如IL-6、IL-13和IL-11）以及生长因子（如PDGF、VEGF和TGFβ1）是JAK/STAT通路的激活剂和肺重塑的诱导剂，因此参与PH的发生。了解JAK/STAT通路在PH中的参与和调节可能是开发未来治疗的一个有吸引力的策略。迄今为止，还没有关于JAK/STAT通路和PH的研究。在这篇综述中，我们重点分析不同类型PH患者肺动脉中不同JAK/STAT亚型的表达和分布。此外，分子经典的和非经典的AK/STAT途径的反式激活将在血管重塑和PH的背景下讨论。JAK/STAT激活对内皮细胞和肺动脉平滑肌细胞增殖、迁移、衰老的影响，向间充质/肌成纤维细胞的转化将被描述和讨论，以及体外和体内靶向JAK/STAT通路的不同的有前景的药物。
1、介绍
肺动脉高压（PH）是一组以肺血管阻力（PVR）逐渐增加为特征的疾病，可导致右心室衰竭和过早死亡[1]。术语肺动脉高压是指根据欧洲心脏病学会（SEC）和欧洲呼吸学会（SER）发布的指南，在静息状态下测量的平均肺动脉压（mPAP）大于25mmHg[2]。
PH的临床分类旨在根据临床表现、病理表现、血流动力学特征和治疗策略将多种临床情况分为五组[2]。当有关上述特征的新数据出现或考虑其他临床实体时，可更新临床分类。临床分类的综合版本如表1所示。
第一组被称为肺动脉高压（PAH），可能是特发性的或由人类免疫缺陷病毒、肝病或先天性心脏病（PAH-CHD）引起的。第2组PH与心脏左侧有关。长期高血压和二尖瓣疾病也与第2组PH有关。第3组PH指慢性肺病（PH-CLD）和/或低氧血症。第4组PH是由慢性血栓性和/或栓塞性疾病引起的。第5组包括各种血液疾病、全身疾病、代谢疾病和其他疾病，如肾脏疾病[3]。
据报道，Janus激酶2型（JAK2，Januskinasetype2）和信号转导和转录激活因子3（STAT3，signaltransducerandactivatoroftranscription3）参与与肺动脉重塑直接相关的过程，如平滑肌增生、内皮功能障碍和炎症。这些细胞和分子过程在一些血管疾病中很常见，如血管炎、动脉粥样硬化和PH[4,5]。
PH包括多种分子通路，可导致血管收缩、肺动脉重塑和肺血管阻力增加。此外，据报道，在PH患者的肺动脉中JAK/STAT通路过度激活。关于PH中的JAK/STAT通路有一些综述[6]。因此，本综述旨在深入分析JAK/STAT激活在PH中的表达、激活、分子和细胞效应，以及PH新靶向治疗的最新进展。
2.JAK/STAT亚型的表达和分布
JAK/STAT信号通路调节细胞的发育、分化、增殖、凋亡等。它参与协调免疫系统发挥协调的作用。有四种蛋白质属于JAK家族：JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2。JAK1–2和TYK2普遍存在，而JAK3似乎在造血谱系中发挥作用，并在淋巴细胞功能中发挥关键作用。人类STAT家族包括七种异构体（STAT1-4、5A、5B和6）[8]。某些JAK和STAT亚型的表达在PH患者的肺动脉（表2）或临床前PH模型的肺动脉（表3）中增加。
患有PH的特发性肺纤维化（IPF）患者的离体肺动脉中JAK2和STAT3mRNA转录水平和蛋白表达增加。肺切片免疫组化显示健康、不吸烟的受试者JAK2和STAT3表达较弱，主要定位于肺泡巨噬细胞，但在肺动脉中未检测到。相比之下，IPF+PH患者的肺切片显示JAK2和STAT3表达升高，局限于内膜和中膜，但不局限于小肺动脉外膜（图1）[9]。
在博莱霉素诱导的肺纤维化和PH的动物模型中，p-JAK2/p-STAT3过度表达并定位于肺动脉[9]。
据报道，在PH患者中p-STAT3表达升高。已在来自iPAH的人肺动脉内皮细胞（HPAEC，humanpulmonaryarteryendothelialcells）和人肺动脉平滑肌细胞（HPASMC，humanpulmonaryarterysmoothmusclecells）中观察到TyrSTAT3磷酸化[10,11,12]。此外，来自iPAH患者的肺组织切片显示，p-STAT3在内皮、丛状病变、同心内膜病变以及小动脉内皮中高表达[10]。P-STAT3定位于PAHHPASMC的细胞核[13]，表明STAT3的转录因子作用；对于p-JAK2也发现了类似的结果，尽管p-JAK2作为转录因子的作用鲜为人知[9,14,15]。P-STAT3和P-JAK激活广泛的转录因子和蛋白质，这些转录因子和蛋白质都与增殖调节和抗凋亡有关，从而导致PAH的发生。
根据文献，STAT1在PH中的参与是有限的。只有一项研究详细说明了STAT1在来自iPAH的HPASMC中的过度表达[12]，但没有证据表明STAT1在细胞功能或诱导PH的机制中起作用。数据显示，p-STAT3和STAT1在较小程度上参与了iPAH的病理生理学，因为STAT3具有多个下游靶点，可增加细胞存活和增殖并抑制凋亡。
JAK1在缺氧小鼠中差异泛素化。泛素化失调可能在PH值中发挥作用，但目前尚未确定[16]。此外，缺氧诱导的PH增加了大鼠JAK1mRNA的表达。在该模型中，在肺泡和支气管上皮细胞以及缺氧大鼠的炎症细胞中观察到JAK1的组织化学染色[17]。
低氧条件下，HPASMC中也显示了JAK1、JAK2、JAK3、p-STAT1和p-STAT3在mRNA和蛋白质水平的过度表达[18]。JAK/STAT通路激活与其他形式PH的关联目前尚不清楚；未来的研究需要澄清JAK/STAT通路在其他PH临床实体中的作用。
WHO对PH的分类包括与PAH发展相关的骨髓增生性疾病[19]，根据文献，PH影响约30%的骨髓纤维化（MF）患者[20,21]。在骨髓纤维化（MF）中，观察到JAK/STAT信号上调。这是通过鉴定躯体获得性JAK2VF突变发现的。JAK2VF破坏自身抑制性JH2假激酶结构域，导致JAK2激酶活性的组成性激活和STAT介导的转录激活[22]。虽然JAK2在MF中被激活，但尚不清楚这种激活是否是PH值发展的原因。
3.JAK/STAT激活剂
JAK/STAT通路在将许多细胞因子和生长因子的信号传递到细胞核、调节基因表达和细胞功能方面至关重要。IL-6家族的细胞因子、生长因子和血管张力介质激活多种细胞类型中的JAK/STAT信号通路[23]（表4）。JAK对配体的激活涉及自动或交叉磷酸化，并导致受体的磷酸化和STAT亚群的招募/激活，可能通过其SH2结构域[24]（图2）。
图2
在PH的病理生理学中起重要作用的JAK/STAT的不同激活剂。（A）细胞因子（IL-6或IL-11）与其独特受体（IL-6R或IL-11R）的结合触发GP的同源二聚化。这导致JAK1、JAK2和Tyk2的磷酸化，其磷酸化细胞内酪氨酸残基，作为PH值中STAT3的对接位点。（B）ET1和AngII通过激活属于跨膜鸟嘌呤核苷酸结合蛋白偶联受体（GPCRs，guaninenucleotide-bindingprotein-coupledreceptors）大家族的受体发挥作用。JAK和STAT组成性表达并直接与该受体偶联。ETI/AngII的结合诱导JAK2激酶中酪氨酸的磷酸化，从而激活STAT1和STAT3。此外，ET-1可以刺激PKCδ的活性，PKCδ使STAT3磷酸化。(C）VEGFR和PDGFR是酪氨酸激酶受体。配体结合诱导受体二聚体（同源或异源二聚体，homo-orheterodimers）和激酶结构域的激活。STAT1和STAT3的激活可通过JAK或TYK2（JAK依赖性途径）或通过生长因子受体的固有酪氨酸激酶活性（JAK非依赖性途径）介导。（D）TGFβ刺激可诱导JAK2磷酸化，从而激活STAT3，但确切机制尚不清楚。激活的STAT1和STAT3易位到细胞核，在那里它们与顺式诱导元件结合并促进早期生长反应基因的转录，从而导致增殖、血管生成、血管收缩、炎症和抗凋亡，触发PH。缩写：AngII：血管紧张素II；ET1:内皮素1；IL-6：白细胞介素6；IL-11：白细胞介素11；JAK:Janus激酶；PDGF:血小板衍生生长因子；PKCδ：蛋白激酶Cδ；STAT3：信号转导子和转录激活子3；TGFβ:转化生长因子；VEGF:血管内皮生长因子。用BioRender创建。
3.1.细胞因子作为JAK/STAT通路的激活因子
许多以前的研究已经描述了IL-6家族的白细胞介素在PH发病机制中的重要作用，其中IL-6和IL-11是最相关的。IL-6增加的首次证明日期为年[25]；然而，我们的研究组最近证实了IL-11参与PH[26]。IL-6或IL-11信号分别需要形成IL-6/IL-6Rα/GP或IL-11/IL-11Rα/GP的六聚体复合物。细胞因子（IL-11或IL-6）与其独特的α受体（IL-11R或IL-6R）的结合触发GP的同源二聚化。这导致Janus激酶的磷酸化，其磷酸化作为转录因子（如STAT3或磷酸酶SHP2）对接位点的细胞内酪氨酸残基。JAK1、JAK2和Tyk2已被证明与GP相关，但JAK3的参与尚未被描述。只有JAK1对IL-6和IL-11信号至关重要，而JAK2和Tyk2调节信号[24,27,28]（图2A）。
与对照动脉相比，从iPAH患者肺组织分离的远端肺小动脉显示平滑肌层膜结合IL-6R水平升高[29]。iPAH患者的血清IL-6水平升高，这与他们的预后相关[25,30,31]。此外，已有研究表明，HPASMC中的IL-6浓度增加，但内皮细胞中的IL-6浓度没有增加，这证实了先前的研究表明HPASMC可能是IL-6增加的来源[32]。
在肺中，IL-11Rα在成纤维细胞、血管平滑肌细胞和上皮细胞等细胞中高度表达[33,34,35]。我们最近描述了患有PH的IPF患者肺动脉中IL-11和IL-11-Rα表达更高，这与肺动脉重塑有关[26]。
IL-15还参与不同的PH过程并促进细胞存活。iPAH细胞上清液中的这种细胞因子高于对照细胞。IL-15还诱导STAT3的酪氨酸磷酸化，并激活参与内皮细胞存活和增殖的靶基因[36,37]。然而，IL-15/STAT信号通路与PH没有直接关系。
3.2.血管张力介质失衡
缺氧性血管收缩是PH的特征之一，除其他因素外，还与内皮功能障碍有关。内皮功能障碍导致血管扩张剂（如NO）的产生长期受损，血管收缩剂（如内皮素（ET-1）和血管紧张素II（AngII））的过度表达[44]。
PAH研究中的一个关键临床发现是肺动脉高压患者肺中内皮型一氧化氮合成酶（eNOS，endothelialnitricoxidesynthase）表达降低和NO缺乏[45,46,47,48]。另一方面，血浆ET-1水平在不同形式的PH中检测到升高，如与慢性肺疾病或PAH-CHD相关的PH[49]，并与疾病严重程度相关[50]。
先前的研究表明，JAK1/STAT3和JAK2/STAT3被ET-1激活。ET-1通过诱导平滑肌细胞肥大和抑制平滑肌细胞凋亡而增加PH中发现的气道平滑肌体积[39,40]。另一项研究表明，ET-1刺激蛋白激酶Cδ（PKCδ）的活性，使STAT3磷酸化（图2B），增加其与eNOS基因启动子的结合，减弱eNOS转录和NOS信号[51]。因此，JAK1、JAK2和STAT3在调节eNOS表达中起关键作用，eNOS在血管止血中起重要作用。
血管紧张素II肽是肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS，renin–angiotensin–aldosteronesystem）的效应分子。血管紧张素II与PH相关的适应性不良右心室肥厚和纤维化有关。所有血流动力学效应，包括血管收缩，都是通过一类称为AngII1型受体（AT1R）的细胞表面受体介导的[41]。先前的研究表明，PAH患者血管紧张素II和AT1R的表达显著增加[52,53]。ET1和AngII通过跨膜鸟嘌呤核苷酸结合蛋白偶联受体（GPCR，guaninenucleotide-bindingprotein-coupledreceptors）发挥作用，七种跨膜结构域受体，在配体刺激后与异二聚体G蛋白相互作用。G蛋白由GDP/GTP结合α-亚单位和βγ-亚单位复合物组成[6]。此外，JAK和STAT组成性表达，可直接与AT1R偶联[41,43]。因此，AngII诱导激酶JAK2和Tyk2中的酪氨酸磷酸化，从而激活STAT1和STAT3。激活的STAT1和STAT3易位到细胞核，在那里它们与顺式诱导元件结合并促进早期生长反应基因的转录（图2B）[23]。AG-阻断JAK2可减轻AngII诱导的小鼠高血压，并降低与PH相关的血管功能障碍和肺动脉重塑[41,43,54]。
3.3.生长因子作为JAK/STAT通路的激活因子
许多生长因子已被确定在PH中发挥重要作用。它们与细胞受体的结合促进跨膜细胞表面酪氨酸激酶（RTK）的激活，这有助于参与PAH发病机制的增殖、转化和形态发生过程。
血小板衍生生长因子（PDGF，Platelet-derivedgrowthfactor）有助于内膜和内侧血管重塑[55,56]。与健康患者相比，PAH患者的肺动脉中PDGFA、PDGFB、PDGFRα和PDGFβ过度表达[57]。PDGF信号是HPASMC异常病理生理学中的一个重要途径，并促进这些细胞从中膜向内膜的迁移[58]。因此，PDGF抑制被认为是血管增生性疾病治疗的重点[59]。PDGF刺激三种普遍表达的JAK的磷酸化：JAK1、JAK2和Tyk2。然而，这些都不是PDGF激活STAT1和STAT3所必需的。PDGF诱导的JAK和STAT的磷酸化需要PDGFR的固有激酶活性，这表明JAK激活机制及其功能（如有，,ifany,）因细胞因子受体而异（图2C）[12,38,60]。
血管内皮生长因子（VEGF）的信号也由STAT途径介导。VEGF在HPAECs中具有抗凋亡和血管增殖作用[61]。其生物学效应由两种酪氨酸激酶受体（VEGFR1和VEGFR2）调节。在PAH和PAH-CHD患者的肺样本中观察到高水平的VEGF和VEGFR2[62,63,64,65]。STAT1和STAT3在加入VEGF后被磷酸化和激活。STAT1和STAT3的激活可通过JAK或通过生长因子受体的固有酪氨酸激酶活性介导。然而，在添加VEGF后未检测到JAK1、JAK2和Tyk2的磷酸化，这表明STAT激活是由VEGFR的固有酪氨酸激酶活性诱导的[42,66]（图2C）。
转化生长因子β（TGFβ，Transforminggrowthfactor-beta）调节细胞生长、增殖和分化，并参与血管生成和炎症过程[67]。TGFβ也与PH的血管重塑有关，许多文章都强调了这一点[68,69,70,71]。其表达与肺血管系统和右心室压力的生理改变相关[72]。iPAH和PH-CLD患者血清和肺组织TGFB1表达升高[73]。JAK2及其下游介质STAT3已被确定为成纤维细胞、内皮细胞和平滑肌细胞中促纤维化效应和肺动脉重塑的细胞内介质。TGFβ刺激诱导JAK2磷酸化，从而激活STAT3[9,74]（图2D）。此外，JAK2还介导了TGFβ诱导的肺动脉内皮细胞向间充质细胞和平滑肌细胞向肌成纤维细胞的转变，这些转变参与了动脉重塑[9]。
4.JAK/STAT通路与肺动脉高压的细胞和分子失调
复杂的血管重塑过程是肺动脉高压的基础和标志。如上所述，JAK/STAT在细胞因子、生长因子或血管收缩激动剂（如ET-1和AngII）的作用下被激活。这些因子的分泌在PH值上发生改变。在疾病的早期阶段，HPAEC受到损伤，从而改变其作为屏障的功能。另一方面，PASMC与这些因子直接接触，从而增强生长、抗凋亡和迁移的途径。
4.1.JAK/STAT通路与血管重塑
所有形式的肺动脉高压都以肺动脉壁的细胞和结构变化为特征。我们的研究小组探讨了JAK2对肺动脉重塑的影响，并研究了HPAECs和HPASMCs的间充质转化。将HPAEC与TGFβ孵育后，其内皮表型改变为间充质/肌成纤维细胞表型（EnMT，mesenchymal/myofibroblastphenotype），其特征是内皮标志物VE钙粘蛋白、VEGFR1、FVIII和eNOS丢失，间充质标志物I型胶原和波形蛋白增加[9]（图3）。TGFβ1还增加了HPASMCs中I型胶原和波形蛋白的表达以及HPASMC的增殖。siRNA-JAK2可抑制这些作用。此外，IPF+PH的肺动脉显示与内皮细胞中的α-SMA和JAK2/p-STAT3共同免疫抑制，表明内皮细胞已转化为肌成纤维细胞[9]。其他研究证明PAH患者内膜和丛状病变的内皮细胞转化为间充质细胞/肌成纤维细胞，从而导致PH[75]。最近，我们的研究小组发现，从IL-11治疗的小鼠中分离的成纤维细胞具有内皮来源[76]。越来越多的证据表明，EnMT在本病的发生和发展[75,77,78]以及肺动脉重塑中起着关键作用，这有助于肺动脉闭塞性新生内膜病变的进展[75,79]。
图3
内皮-间充质转化（EnMT，Endothelial-to-mesenchymaltransition）。PH中的EnMT被认为是促进血管重塑的重要过程。在缺氧、炎症和TGF-β/BMP信号通路的激活下，肺内皮细胞（HPAECs）经历向间充质表型的细胞转变，在这种转变中，它们失去内皮标记物，获得间充质标记物。缩写：COLI:胶原蛋白1型；EnMT：从内皮表型过渡到间充质/肌成纤维细胞表型；FNT：纤维连接蛋白；MMP9：基质金属肽酶9；Vim:波形蛋白；α-SMA：α平滑肌肌动蛋白。用BioRender创建。
4.2.JAK/STAT通路、增殖和抗凋亡
PAH是一种以肺动脉平滑肌细胞增生和肺动脉肥大为特征的血管疾病[13]。STAT3抑制通过抑制新生内膜平滑肌细胞的增殖和促进其凋亡来防止新生内膜的形成[80]。在癌症中，STAT3促进原癌基因丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Moloney小鼠白血病病毒Pim1前病毒整合位点的表达。由于细胞增殖增加和抗凋亡，某些癌症的发展和进展与Pim1的过度表达有关[81,82,83]。Paulin等人表明，用ET1、AngII和PDFG治疗健康的PASMC可导致PY-STAT3/STAT3比率增加。一旦激活，STAT3增加Pim1和活化T细胞的核因子（NFAT2）的表达。它们为Pim1抑制逆转PAH的机制提供了体外和体内证据，包括抑制PASMC增殖和降低Bcl-2，增加细胞凋亡。他们
