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世界华人消化杂志. 2003-04-15; 11(4): 464-466
在线出版日期: 2003-04-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i4.464
丙型肝炎病毒与JAK-STAT信号转导系统
成军, 刘妍, 陆荫英, 李克, 王琳
成军, 刘妍, 陆荫英, 李克, 王琳, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心, 全军病毒性肝炎防治研究重点实验室 北京市 100039
基金项目: 国家自然科学基金资助项目, No. C39970674; C03011402.
通讯作者: 成军, 100039, 北京市西四环中路100号, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心. cj@genetherapy.com.cn
电话: 010-66933391 传真: 010-63801283
收稿日期: 2002-10-29
修回日期: 2002-11-10
接受日期: 2002-11-18
在线出版日期: 2003-04-15

N/A

关键词: N/A
引文著录: 成军, 刘妍, 陆荫英, 李克, 王琳. 丙型肝炎病毒与JAK-STAT信号转导系统. 世界华人消化杂志 2003; 11(4): 464-466
N/A
N/A
Correspondence to: N/A
Received: October 29, 2002
Revised: November 10, 2002
Accepted: November 18, 2002
Published online: April 15, 2003

N/A

Key Words: N/A
0 引言

丙型肝炎病毒(HCV)感染具有显著的慢性化倾向, 而且只有部分患者对于干扰素α(IFNα)的治疗有较好的应答. 为什么会存在这种情况和差别, 这是与HCV-肝细胞之间相互作用的分子生物学机制和基础来决定的[1]. 关于HCV分子生物学调节机制以及细胞信号转导的研究进展和研究结果表明, HCV RNA和/或其编码的蛋白分子, 对于感染细胞的信号转导及其应答机制产生影响, 是造成HCV慢性感染和对于IFNα治疗应答率偏低的重要原因[2]. Janus激酶-信号转导和转录激活子 (JAK-STAT)信号转导系统是细胞因子信号转导的主要途径, 研究表明, HCV对于肝细胞信号转导具有显著的影响[3].

1 JAK-STAT信号转导系统的组成和调节机制

在众多的细胞信号转导路径中, JAK-STAT信号转导通路主要是负责细胞外多肽或细胞因子刺激信号通过跨膜受体的转导, 直接作用于细胞核中的基因的启动子序列, 不需要第二信使进行转录调节[4]. 从进化角度, 从低级的真核细胞到人类, 这一信号转导通路都是高度保守的. JAK-STAT信号转导通路似乎是细胞早期在适应细胞间信号转导过程中逐渐形成的. JAK-STAT信号 转导通路受到大量来自细胞内部和环境因素的影响.

在研究细胞因子信号转导的过程中发现了JAK-STAT系统. 细胞因子与相关的细胞膜上的特异性受体结合以后, 通过酪氨酸激酶JAK系统激活了STATs.STATs 一旦被激活, 就形成同二聚体, 并且发生细胞内转位到细胞核内, 以对靶基因的表达进行调节[5]. 过去几年中对于JAK-STAT信号转导途径进行了系统的研究, 鉴定了多种STATs和调节蛋白. 到目前为止, 在哺乳动物的细胞内总共鉴定了7种STATs蛋白, STATs最主要的功能就是介导细胞因子的信号转导途径.

在细胞内部, 还存在着JAK-STAT信号转导系统的拮抗系统. 细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)就是细胞因子和生长因子信号通过JAK-STAT系统进行信号转导的抑制因子[6]. 细胞因子通过 JAK-STAT进行的信号转导, 调控一系列的生物应答, 包括免疫应答, 细胞生长与分化, 以及造血过程等. SOCS家族由8种蛋白组成, 包括CIS蛋白, 以及SOCS1-SOCS7. 这些蛋白分子的结构中部都有SH2结构域(domain), 还有保守的C-末端序列, 称为SOCS盒式(box)结构. 这些蛋白都有独特的N-末端结构. 细胞因子和生长因子的刺激都能诱导SOCS1-3和CIS的表达, 抑制JAK-STAT介导的细胞因子信号转导, 形成了经典的负反馈环.

关于JAK-STAT信号转导系统的研究具有多方面的意义. JAK-STAT信号转导途径在细胞因子的信号转导以及细胞发育和生存过程中具有十分重要的作用[7,8]. Bhunia et al[9]研究了JAK-STAT信号转导系统异常与多囊肾疾病(PKD)之间的关系. 多囊肾疾病是一种常染色体显性遗传性疾病, 其特点就是在肾脏或其他器官中出现囊性改变, 原因就是PKD1或PKD2基因发生突变. 多囊蛋白-1(polycystin-1)具有激活JAK-STAT信号转导的作用, 籍此也可以上调p21/waf1的表达, 并诱导产生细胞周期的G0/G1阻滞. 这一过程需要有多囊蛋白-2这种通道蛋白的参与, 这是一种重要的辅助因子. 基因突变造成多囊蛋白-1/2结合特点发生改变, 导致这一激活系统产生障碍. PKD1基因敲除小鼠的胚胎STAT1蛋白磷酸化和p21/waf1的诱导过程有显著障碍. 这些结果表明, 多囊蛋白-1/2 复合物的功能之一就是调节JAK-STAT系统, 可以解释这些基因突变之后, 为什么会产生异常的生长调节.

为了阐明酒精性肝损伤的分子生物学机制, Chen et al[10]研究了酒精对于肝细胞中JAK-STAT急性调节作用. 以新鲜分离的大鼠肝细胞和 HepG2细胞进行了研究. 新鲜分离的肝细胞受到急性酒精处理以后, 白介素-6(IL-6)和IFNα-即获的STAT信号受到抑制, 但对于培养的肝细胞和HepG2细胞, 乙醇脱氢酶(ADH)基因转导和细胞色素P450(2E1)基因转导的HepG2细胞的信号转导系统没有影响. 酒精对于新鲜分离肝细胞的作用, 也不受ADH抑制因子4-甲基吡唑(4-MP)的拮抗. 以乙醛或者过氧化氢急性作用于肝细胞, 也没有抑制STAT的信号转导系统. 进一步的研究结果表明, 对于这些抑制作用应答的缺失, 也不是由于肝细胞增生发生改变, 或者与胶原的接触有关.

2 丙型肝炎病毒核心蛋白与JAK-STAT信号转导

丙型肝炎病毒核心蛋白是HCV基因组编码的一种结构蛋白, 具有多种生物学调节作用, 与JAK-STAT信号转导系统的调节有密切的关系. JAK-STAT信号转导系统是IFNα和I型细胞因子广泛采用的信号转导途径. 这些细胞因子首先激活JAK激酶, 然后磷酸化和激活STAT蛋白. 在磷酸化和激活之前, STAT蛋白存在与细胞质之中, 激活之后就发生细胞内转位, 到达细胞核中, 对于肝细胞基因组的表达进行调控[11]. 研究发现, HCV抑制IFNα介导的JAK-STAT信号转导系统, 主要机制是阻断IFNα刺激的基因因子3(ISGF3)复合物的形成. 但是其下游的信号转导通路以及主要的HCV蛋白类型目前还不是特别清楚. Basu et al[12]对HCV核心蛋白对IFNα和IFNγ介导的JAK-STAT信号转导的影响进行了研究. HCV核心蛋白的表达对于IFNα诱导的STAT1表达具有显著的下调作用, 凝胶迟滞分析(gel retardation assay)表明表达HCV核心蛋白的细胞, 受到IFNα刺激后反式激活因子GAF和ISGF3的形成显著降低. 蛋白表达和RNase保护研究结果表明, GAF或ISGF3形成能力的降低, 与STAT1蛋白表达水平的降低有关. 但这些信号转导途径的改变对于下游靶基因如IFNα调节因子-1(IRF-1)、561的表达没有显著影响. 以HCV结构和非结构基因稳定转染的细胞, 也有类似的效应, 原因不清楚.

3 丙型肝炎病毒非结构蛋白NS5A与JAK-STAT信号转导

Heim et al[13]建立四环素应答元件严谨控制的HCV全长编码区表达型转染细胞系, 并研究了HCV 蛋白对IFNα介导的信号转导的影响. HCV蛋白的表达, 强烈抑制IFNα介导的JAK-STAT系统的信号转导. 这种抑制作用与STAT酪氨酸磷酸化下游的信号转导途径有关, 而且对于JAK-STAT信号转导途径的抑制作用不仅限于IFNα, 而且可抑制白血病抑制因子(LIF)诱导STAT3的信号转导. 但对于TNFα诱导的转录因子NF-kB的激活没有影响. HCV干扰IFNα介导的JAK-STAT信号转导, 与对IFNα治疗的抗性作用无关, 而可能是与HCV感染后免疫逃逸以及慢性感染的形成过程有关.

HCV亚基因组复制子(replicon)在肝细胞中的复制, 可刺激干扰素β(IFNβ)启动子, 并使人肝癌细胞系产生IFN β. 研究发现, HCV RNA的复制可激活NF-kB和IFN调节因子(IRF-1)的激活和DNA结合功能[14]. 在细胞核中, 激活形式的IRF-3也增多. 含有HCV复制子的肝癌细胞系, 由IFN β激活的一系列的抗病毒作用基因的基础表达水平都显著提高. HCV RNA的复制, 可刺激细胞抗病毒机制, 并使细胞进入抗病毒状态. 稳定的HCV RNA复制要面对一些抗病毒作用机制的应答, 提示HCV可能会编码一种或多种病毒蛋白, 克服细胞产生的这些抗病毒机制, 以形成慢性感染.

Pflugheber et al[15]应用HCV亚基因组复制子细胞模型, 研究了HCV-肝细胞之间的相互作用的可能机制. 研究结果证实, HCV RNA亚基因组的复制可刺激双链RNA(dsRNA)的信号转导系统, 阻断IRF-1和PKR的信号转导, 与dsRNA结合以及抑制dsRNA对PKR的激活作用有关. NS5A蛋白单独情况下就足以阻断IRF-1的激活以及dsRNA依赖性IRF-1基因表达的诱导. PKR结合位点及其附近核苷酸序列的突变, 可以解除NS5A的这些抑制作用, 导致IRF-1表达水平升高, HCV RNA复制水平降低. 这些研究结果表明在dsRNA信号转导中具有重要作用的PKR, 以及病毒感染激活的IRF-1的功能异常, 是HCV NS5A阻断宿主抗病毒应答以及形成慢性感染的主要机制. HCV NS5A具有通过氧化应激机制诱导细胞质中转录因子NF-kB和STAT-3的作用[16]. NS5A可导致细胞内钙的异常. Ca2+所介导的信号触发线粒体活性氧成分的提高, 导致转录因子蛋白NF-kB和STAT-3向细胞核内的转位. 研究表明NS5A可以持续激活STAT-3. 在抗氧化剂吡咯烷二氨基甲酸酯(PDTC)、N-乙酰半胱氨酸(NAC)或Ca2+鳌合剂(EGTA-AM, TMB-8), 存在的条件下, NS5A诱导的NF-kB和STAT-3的激活作用消失. HCV NS5A与对IFNα的抗性有关, 其机制之一就是NS5A对于IFNα诱导关键酶, 即双链RNA激活的蛋白激酶(PKR)抑制作用, 但IFNα敏感和抵抗的HCV NS5A在Hela细胞中对于ISGF-3的表达的影响没有显著的差别[17]. NS5A蛋白缺失氨基末端110、222和334个氨基酸残基, 以及羧基末端缺失117、 230氨基酸残基时, 对于IFNα诱导ISGF-3的表达也没有显著的影响. HCV NS5A的表达也不影响IFNα诱导的STAT-1酪氨酸磷酸化以及上调PKR及MHC-I抗原的表达. 但NS5A可以诱导人细胞中IL-8 mRNA和蛋白的表达, 这一效应与体外NS5A抑制IFNα的抗病毒作用有关. NS5A可诱导IL-8启动子指导的报告基因的表达, 这种调节作用与IL-8 启动子序列中133 bp的序列有关. 氨基末端缺失110、222个氨基酸残基的NS5A突变体, 具有比全长NS5A更强的诱导IL-8启动子活性作用, 因为这种突变形式的NS5A蛋白更能分布在细胞核中. IL-8 启动子突变研究表明, NF-kB 和AP-1转录因子的结合是NS5A对其进行调节的必要环节. 因此, HCV NS5A蛋白对于趋化因子的调节, 也是影响细胞对IFNα敏感性的重要机制之一.

在HCV感染者外周血单个核细胞(PBMC)受到IFNα的刺激以后, IRF-1 mRNA和IRF-1/IRF-2比率较正常人显著升高. Sendai病毒刺激以后, 正常人和HCV感染者的PBMC的IRF-1、IRF-2和IFNα mRNAs, 以及IFNα蛋白表达水平也显著高于基础水平. 自然感染HCV诱导PBMC的IFNα5表达水平升高. 这些细胞体外感染Sendai病毒可以提高正常人和HCV感染者的IFNα8的表达水平. 病毒感染诱导的IFNα表达具有型特异性, 认为HCV感染可以特异性地诱导PBMC中IFNα5的表达[18,19].

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