基于JAK/STAT 信號通路探究中醫(yī)藥改善繼發(fā)性脊髓損傷后微循環(huán)障礙的研究進展

★ 郭德華 吳成林 許洋 張國福 張鎂琴 林睿 王劍清 （.江西中醫(yī)藥大學 南昌 330004；.江西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 南昌 330006）

21 世紀以來，脊髓損傷（spinal cord injury,SCI）的發(fā)病率在我國乃至全世界呈明顯上升趨勢［1］，但臨床上對于SCI 尚無有效的治療措施［2］。SCI 不僅嚴重影響患者的生活質量，甚至對患者家庭和社會環(huán)境均造成嚴重的影響［3］。另外，脊髓損傷的病理機制極其復雜，其微環(huán)境改變不是單因素作用，而是多因子、多系統(tǒng)、多因素協(xié)同作用的生物共濟環(huán)，任何單一的治療方式都無法在整體上修復脊髓損傷，其治療及康復是醫(yī)學界的一大難點。而Janus 激酶信號傳導及轉錄激活因子（janusactivated kinase singal transducers and activators of transcriprion，JAK/STAT）信號通路是近年來重點研究的細胞內重要的信號傳遞途徑，具有調節(jié)細胞凋亡和神經再生等多方面作用［4］。與中醫(yī)藥治療SCI 體現(xiàn)的多層次和多系統(tǒng)的作用機制非常相似，他們的作用機理往往是多因子、多靶點聯(lián)合促進神經功能恢復，可能會提供更有利于神經功能恢復的環(huán)境。本文對JAK/STAT 通路及中醫(yī)藥治療SCI 的研究進展進行綜述，為中醫(yī)藥治療SCI 的理論研究及作用機理提供新的方向。

1 JAK/STAT 信號通路與SCI 后微環(huán)境

JAK/STAT 信號通路的發(fā)現(xiàn)至今已有近30 年，作為介導細胞與細胞之間信號轉導的信號通路，對于發(fā)育、細胞分化和體內穩(wěn)態(tài)至關重要［5］。參與細胞的生長、分化、凋亡以及免疫調節(jié)等許多重要的生物學過程。

JAK 分子與相對應的受體結合后，產生二聚體化效應，并轉到信號和（或）產生自動磷酸化而最后被激活，該活化模式的應用宜接受瘦素受體。相應物質一旦被活化后，JAKs 使其磷酸化并調控下游的受體因子，同時使STAT 發(fā)生磷酸化反應，進一步STATs 將被激活。激活后的 STAT 與受體分開，同時產生不同性質的二聚體物質，進入細胞核內，與特定的DNA 序列結合并發(fā)生相應的變化，最終激活或抑制靶基因的轉錄［6］。JAK/STAT信號通路具有一個特征性的雙面結構，前面有一個氨基末端激酶結構域，后面有一個調節(jié)性假激酶結構域，因此，提供了將細胞外信號轉化為轉錄反應的直接機制。細胞因子及其受體是JAK/STAT 通路的主要激活因子，這些受體主要有白介素、垂體催乳素、集落刺激因子等。JAK/STAT 途徑除了效應子外，還有三大類負調節(jié)：SOCS、PIAS 和PTPs。JAK/STAT 信號通路是一個非常簡單的通路，整體結構一目了然。主要分為主干通路和旁支通路。主干通路就是這個JAK/STAT 通路名稱的由來，主要涉及JAK 和STAT 2 個蛋白的磷酸化激活以及激活下游通路。旁支通路說明JAK 也可以通過磷酸化SHP2 和PI3K，來激活MAPK 和PI3K-AKT 2個通路。JAK 和STAT 涉及IL-6（gp130）受體家族，能調控B 淋巴細胞的增殖分化，效應B 細胞生成。STAT 在未被激活的情況下一直在細胞質中待命，一旦有危險信號刺激，則立刻磷酸化并集合到細胞核發(fā)揮轉錄功能，響應速度快。JAK 蛋白家族是一類非跨膜型的酪氨酸激酶，包括4 個成員：JAK1-3 和TYK2，前三者廣泛分布于各組織細胞，JAK3 僅存在于骨髓及淋巴系統(tǒng)，它們分別承擔不同的生物學功能。JAK1 蛋白主要參與細胞內相關物質的結合，JAK2 負責介導細胞外的信號傳導，JAK3 僅在造血細胞源性細胞及部分內皮組織中表達；TYK2 參與了淋巴細胞中炎癥因子的調節(jié)。JAK 家族蛋白的N 端JAK 同源區(qū)又稱JH 結構域，根據(jù)其激酶結構的差異分為JH1 和JH2；JH1 存在激酶結構域，其中保守的雙重Tyr 磷酸化是關鍵組分；JH2 代表一個假激酶結構域，似乎能夠調節(jié)激酶結構域；JAKs C 端有2 個酪氨酸激酶活性結構域，C 端末端是JAK 激酶的催化活性區(qū)，位于近N 端另一個激酶樣結構域沒有激活活性。STAT 蛋白家族在進化上非常保守，包括7 個成員：STAT 1～6，其中STAT5 又分為STAT5a 和STAT5b。雖然STAT1～6 之間結構相似，但他們之間都擁有其獨立的基因代碼。STATs 的N 端結構域空間口袋底部存在一個絕對保守的Arg（如STAT1-Arg602、STAT3-Arg609），具有識別結合特定受體磷酸化酪氨酸基序、與激活的JAK 結合、STAT 同源或異源二聚化的功能。

脊髓微環(huán)境是脊髓細胞的正常增殖、代謝、分化和功能活動的組織環(huán)境，主要由神經細胞、基質細胞、小膠質細胞、免疫細胞、各種生長因子、細胞因子以及局部的血液供應、離子濃度指數(shù)等組成。SCI 后脊髓組織內細胞微環(huán)境失衡，是導致神經功能恢復受限的主要原因。因此，調控SCI 后紊亂的細胞微環(huán)境是神經元再生與修復的關鍵因素。

該微環(huán)境可分為由各種神經細胞、基質細胞、小膠質細胞、免疫細胞等組成的免疫微環(huán)境；非免疫細胞、血液供應、氧濃度指數(shù)、離子平衡、pH 值平衡等構成的非免疫微環(huán)境兩大類。繼發(fā)性SCI免疫微環(huán)境的失衡主要包括免疫細胞、炎癥因子、趨化因子的持續(xù)存在，SCI 后免疫炎癥反應并不會逐漸減弱或消失；持續(xù)激活的免疫微環(huán)境是導致SCI 療效不佳及愈合困難的主要原因之一。繼發(fā)性的SCI 非免疫微環(huán)境失衡，主要包含星形膠質細胞功能異常、脊髓組織局部缺血缺氧、α-氨基戊二酸蓄積與細胞酸堿失衡及缺血再灌注損傷等。

郭德華等［7］研究表明，SCI 早期的病理變化可能與脊髓損傷局部神經細胞的炎癥因子含量的變化、細胞生物學改變及JAK/STAT 信號通路的調控密切相關。SCI 后其損傷區(qū)域組織中p-JAK2 和p-STAT3 的含量增加，在SCI 發(fā)生12 h 后p-JAK2和p-STAT3 的水平達到峰值，隨后逐漸減少［8］；在SCI 大鼠體內去除JAK/STAT 相關的基因后，神經恢復的轉錄基因表達水平明顯減弱［9］；通過病毒載體將敲除的特定基因重新植入大鼠體內后，神經再生基因表達又顯著恢復，表明JAK/STAT 與神經再生密切相關［10］。由于SCI 后神經細胞的再生能力差及復雜的脊髓微環(huán)境，導致神經的損傷修復存在巨大挑戰(zhàn)。JAK/STAT 信號通路在脊髓損傷病理的各階段發(fā)揮的作用的研究大多處于動物實驗階段，仍需要大量的研究進行完善。

2 中醫(yī)藥與SCI

SCI 屬于中醫(yī)理論“體惰”“痿證”的范疇，中醫(yī)藥治療SCI 體現(xiàn)了中醫(yī)整體觀念、辨證論治的特點，能通過多路徑、多層次和多靶位的作用機制，改善中樞神經系統(tǒng)的微環(huán)境，促進SCI 組織的修復，與現(xiàn)代醫(yī)學近年來降低炎性反應，抑制神經細胞的凋亡和神經元丟失，減少相關蛋白及mRNA 的表達，改善神經生長的微環(huán)境的機理類似［11］。中醫(yī)認為SCI 是因外傷致使督脈氣血逆亂，經絡瘀而不通，氣血不能正常溫煦、濡養(yǎng)肢體所形成。其病因病機為“瘀血阻絡致使督脈樞機不利”［12］?！峨y經·二十八難》敘述：“督脈者，起于命門，并行脊髓，上至風府之位，入屬于腦?！爆F(xiàn)代醫(yī)學中脊髓的解剖位置與中醫(yī)學理論中督脈的循行路徑十分相似，現(xiàn)代中醫(yī)認為SCI 與督脈損傷密切相關。脊髓為督脈運行之路，而督脈統(tǒng)帥一身之陽經；督脈致傷，氣血逆亂，陰陽失衡無法溫煦、濡養(yǎng)肢體，故雙下肢萎廢不用。經脈閉阻、督陽不樞，足太陽膀胱經及大腸功能失調，則二便潴留［13］。

中醫(yī)學治療SCI 以整體觀念入手，著重從氣血辨證。氣行則血行，氣血互相化生，氣虛則血液運化失司，進而導致氣滯血瘀之象，故活血化瘀的同時，應注重補氣行氣，從而達到活血化瘀行氣，疏通督脈之功效。中醫(yī)學認為督脈瘀阻，氣血運化失司是SCI 的基本病機。這與現(xiàn)代理論對SCI 的認識十分相似，其現(xiàn)代醫(yī)學中對SCI 后微循環(huán)障礙的見解與中醫(yī)理論對血瘀證的描述是宏觀與微觀的有機統(tǒng)一［14］。SCI 后微循環(huán)障礙與督脈瘀阻，氣血運化失司緊密相關。多項研究結果表明，中藥及中藥提取物、中藥配方及中醫(yī)傳統(tǒng)治療方式等均可緩解神經水腫，調控神經細胞的生物學特性，促進神經功能恢復相關蛋白及信使核糖核酸的表達，修復SCI 組織的微循環(huán)障礙，進而產生修復SCI 后神經功能的作用［15-19］。

3 基于JAK/STAT 信號通路中醫(yī)藥治療SCI 及改善微循環(huán)障礙研究

3.1 中藥有效成分及提取物

馬斌祥等［20］研究發(fā)現(xiàn)，相對于SCI 組采用腹腔注射1%生理鹽水，行相同途徑等體積的雷公藤內酯醇的雷公藤內酯醇組的行為學評分、超氧化物歧化酶和CAT 的mRNA 表達水平均顯著升高（P<0.05）；且脊髓組織中TNF-α、p-STAT3 和p-JAK2 的 mRNA 表達顯著降低（P<0.05）；證明雷公藤內酯醇通過產生抗炎作用，激活SOD-1,2,3和CAT 的mRNA 表達，降低小膠質細胞活化標志物Iba-1 蛋白表達，抑制JAK2 及STAT3 的磷酸化，并發(fā)揮了保護SCI 的作用。賀世集等［21］對受損脊髓患者應用姜黃素治療后出現(xiàn)了嗜中性粒細胞聚集現(xiàn)象，并且姜黃素降低了脊髓受損患者中的p-STAT、p-JAK 蛋白的表達，進而對SCI 具有保護作用。許大勇等［22］研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷通過促進RAW264. 7 細胞中Arg1 和MRC1 蛋白表達及SCI損傷組織中p-JAK1 和p-STAT6 蛋白表達，調控巨噬細胞M2 化，進而改善SCI 的炎癥反應，進而促進SCI 的修復。GEORGE 等［23］研究發(fā)現(xiàn)，高良姜水醇提取物下調促炎介質IL-6、TNF-α、NO 和放射性同位素等趨化因子的釋放，激活 JAK/STAT信號通路及靶向炎癥級聯(lián)的上游元件，抑制下游激酶的磷酸化，發(fā)揮抗炎作用。王敏等［24］發(fā)現(xiàn)復方甘草酸苷干預EAE 小鼠后其神經功能缺損評分顯著降低（P<0.05），證明復方甘草酸苷基于JAK2/STAT3 信號軸上調SOCS3 影響了Th17/Treg 細胞平衡以抑制EAE 小鼠的炎癥級聯(lián)反應。張明亮等［25］研究發(fā)現(xiàn)，苦參素減少脊髓組織中炎癥反應和免疫應答，降低大鼠脊髓組織中JAK2-mRNA 含量，證明苦參素抑制JAK2/STAT3 信號通路的異常激活。

目前以單味中藥及其提取物治療SCI 的研究仍存在如下問題：（1）探討藥物作用機理及藥物構效關系的研究內容較為單一，對通路/靶點相互關聯(lián)及調控網絡的認識不夠全面立體，未來仍需進行高質量研究；（2）研究多處于動物實驗階段，缺乏一定數(shù)量的臨床研究支持及循證醫(yī)學證據(jù)，實驗結論說服力小，其研究結果對臨床治療SCI 的指導意義不強；（3）對于藥物在宏觀上對機體作用機制、藥物代謝動力學及周期等研究較少。因此，隨著現(xiàn)代生物學技術的不斷進步，明確通路與靶點之間的相互關聯(lián)，進一步構建系統(tǒng)科學的調控網絡，加大藥物代謝動力學的定向研究，分析單味中藥及其提取物的構效關系；并且在遵照循證醫(yī)學要求的前提下，開展多中心、大樣本量的臨床隨機對照研究，將研究主體由實驗動物模型轉向人體，那么單味中藥及其提取物在SCI 修復中的臨床應用將會產生更大的實際價值，為臨床治療SCI 帶來更多的選擇性和可能性。

3.2 中藥復方

韓文文等［26］發(fā)現(xiàn)益腎化濁方降低神經膠質纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）基因mRNA 水平及STAT3、Smad1 及p-STAT3 的蛋白的表達，提高神經元1（neurogenin1，ngn1）基因含量，證明益腎化濁方可通過JAK/STAT 信號通路調控神經干細胞的生物學特性，進而維持神經元細胞的微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，保護神經元細胞。王凱華等［27］研究發(fā)現(xiàn)補陽還五湯降低大鼠神經功能缺損功能評分及梗死區(qū)p-STAT3、p-JAK2 陽性細胞的表達，證明補陽還五湯改善了腦損傷的神經功能恢復。關東升等［28］通過實驗研究發(fā)現(xiàn)益腎達絡飲降低了EAE 小鼠神經功能臨床癥狀評分、脊髓炎性細胞脫髓鞘的密度及脊髓組織中p-STAT1、p-STAT3 蛋白的表達，證明益腎達絡飲提高抑制JAK/STAT 信號通路改善EAE 小鼠脊髓損傷后神經功能缺損。郭德華等［29］通過實驗研究證明補陽還五湯通過JAK2/STAT3 信號軸促進脊髓間質干細胞遷移，減低脊髓損傷區(qū)域的炎癥反應，進而恢復SCI 大鼠的脊髓功能。

和中藥單體的研究進展相類似，中藥復方治療SCI 的研究主體以動物實驗為主，臨床病例報道相對較少；隨著中西醫(yī)結合治療理念的不斷深化，以中藥復方結合生物學技術聯(lián)合治療SCI 的基礎研究及臨床應用逐步加大；二者聯(lián)合治療在發(fā)揮現(xiàn)代醫(yī)學特點的同時也發(fā)揮了中醫(yī)藥辨證論治的優(yōu)勢，但其作用機制需要進一步深入探究。

3.3 針灸

林元杰［30］研究發(fā)現(xiàn)，針刺大鼠腎俞、大腸俞、環(huán)跳、陽陵泉穴聯(lián)合電針儀降低脊髓損傷組織中p-JAK2、p-STAT3 蛋白含量，減輕神經痛，緩解大鼠神經癥狀。李琪等［31］研究發(fā)現(xiàn)，針刺小鼠大椎穴、腎俞穴、足三里，證明針刺小鼠大椎穴、腎俞穴、足三里能夠通過抑制JAK2/STAT3 信號通路，激活特異性免疫應答， 改善炎癥反應及髓鞘脫失程度，達到EAE 小鼠治療神經功能作用。有研究通過動物實驗研究發(fā)現(xiàn)電針刺激CSR 大鼠雙側合谷、太沖，證明電針刺激CSR 大鼠雙側合谷、太沖通過抑制JAK1/STAT3 信號軸減輕脊髓損傷的炎癥反應，最終對CSR 大鼠達到鎮(zhèn)痛作用［32-33］。粟勝勇等［34］研究發(fā)現(xiàn)麥粒灸刺激CSR 模型大鼠大椎穴可降低脊髓及神經損傷組織中JAK1、STAT3 表達，證明麥粒灸可能激活JAK/STAT 信號通路。何可旺［35］研究發(fā)現(xiàn)，電針刺激頸型頸椎病模型兔L4-7 夾脊穴，可使頸椎間盤中的 JAK2、STAT3 升高，減少頸椎間盤軟骨細胞凋亡，良性調節(jié)頸椎病。

4 總結與展望

中醫(yī)治療脊髓損傷具有多因素、多靶點等整體優(yōu)勢，改善損傷組織局部微循環(huán)障礙，與現(xiàn)代醫(yī)學聯(lián)合應用產生協(xié)同增效的作用。但是現(xiàn)有中醫(yī)藥治療脊髓損傷在實驗研究中取得部分成果，臨床研究中報道極少，依舊存在很多局限性：怎樣發(fā)現(xiàn)中醫(yī)藥提高抑制JAK/STAT 信號通路改善脊髓損傷組織的微循環(huán)障礙的更進一步的分子機制研究？怎樣在協(xié)同增效的基礎上提升激脊損傷并發(fā)癥的治愈率？隨著醫(yī)學技術的不斷研究及各項實驗的不斷深入，上述問題將進一步得到解決。