黃駿文 ，向文麗 ，李浪

1 廣西壯族自治區(qū)桂東人民醫(yī)院，廣西梧州543000；2 廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院；3 廣西心腦血管疾病防治精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室；4 廣西心腦血管疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心

我國心血管疾病現(xiàn)患人數(shù)約3.30 億，心血管疾病是我國城鄉(xiāng)居民首位死亡原因，且心血管疾病患病率及病死率仍不斷升高。心血管疾病嚴(yán)重威脅人類健康，使我國疾病負(fù)擔(dān)日漸加重，成為醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域突出問題，防治心血管疾病刻不容緩。然而，心血管疾病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，多種信號通路及大量分子參與調(diào)控心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3（STAT3）作為一種常見的急性反應(yīng)性因子，在多種組織器官中表達(dá)，參與多種信號級聯(lián)通路，能調(diào)控數(shù)百個基因表達(dá)，參與細(xì)胞生長、凋亡、癌變等多種生命活動。近年研究發(fā)現(xiàn)，STAT3 及其相關(guān)信號通路參與調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、心肌肥大等病理生理過程。現(xiàn)就STAT3 對心肌細(xì)胞調(diào)控作用機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1 STAT3概述

STAT 是一大類具有細(xì)胞質(zhì)內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄激活雙重作用的蛋白，由750～850 個氨基酸組成，具有高度保守的序列。STAT3是STAT家族7 個成員之一，可接受外界多種細(xì)胞因子或生長因子的刺激，進(jìn)入細(xì)胞核參與DNA 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，調(diào)控下游目的基因表達(dá)，從而參與調(diào)節(jié)生物體內(nèi)復(fù)雜多樣的生命活動。在腫瘤領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn)，STAT3 在腫瘤細(xì)胞中持續(xù)大量表達(dá)，作為多種腫瘤調(diào)控通路的匯合點(diǎn)，能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抵抗腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制抗腫瘤免疫等，STAT3 在一定程度上已成為腫瘤治療的重要分子靶點(diǎn)。在心血管系統(tǒng)疾病方面研究發(fā)現(xiàn)，活化的STAT3 可促進(jìn)心肌保護(hù)因子、凋亡相關(guān)基因表達(dá)，對心肌細(xì)胞凋亡、能量代謝、炎癥反應(yīng)等起重要調(diào)控作用。

2 STAT3對心肌細(xì)胞調(diào)控的作用機(jī)制

2.1 抑制心肌細(xì)胞凋亡 研究表明，心肌細(xì)胞凋亡是心肌缺血早期心肌細(xì)胞死亡的主要形式，快速磷酸化激活的STAT3 能抑制心肌細(xì)胞凋亡，促進(jìn)心肌細(xì)胞存活，提高心肌細(xì)胞對缺血刺激的適應(yīng)性。HILFIKER-KLEINER 等［1］構(gòu)建 STAT3 基因缺陷小鼠，發(fā)現(xiàn)該小鼠對心肌缺血再灌注損傷（MIRI）和心肌梗死的易感性增加，心肌細(xì)胞凋亡增加，心肌梗死面積擴(kuò)大，心功能下降明顯。同樣在大鼠IRI 模型中，使用 Janus 激酶 2（JAK2）抑制劑 AG490 后，STAT3 活化減少，促凋亡蛋白Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bax）表達(dá)增加，抗凋亡蛋白B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2（Bcl-2）表達(dá)減少，心肌細(xì)胞凋亡數(shù)及心肌梗死面積增加［2］。心肌細(xì)胞凋亡與病毒性心肌炎密切相關(guān)。WANG 等［3］發(fā)現(xiàn)，在柯薩奇病毒B3（CVB3）誘導(dǎo)的病毒性心肌炎動物和細(xì)胞模型中STAT3 均被激活，使用慢病毒轉(zhuǎn)染新生小鼠心肌細(xì)胞上調(diào)STAT3表達(dá)，心肌細(xì)胞凋亡減少，而下調(diào)或使用STAT3 抑制劑AG490 抑制STAT3 表達(dá)，則使心肌細(xì)胞凋亡增加。使用人生存素（Survivin）抑制劑YM155 后，STAT3 的抗凋亡作用減弱，提示STAT3 可能通過靶向Survivin減輕CVB3誘導(dǎo)的心肌炎心肌細(xì)胞凋亡。

2.2 抗氧化應(yīng)激 在缺血缺氧情況下，活性氧（ROS）會不斷堆積、活化，加重心肌損傷。動物實(shí)驗證實(shí)，特異性表達(dá)活化STAT3 的轉(zhuǎn)基因小鼠，在心肌IRI 后，心肌ROS 明顯減少，心肌梗死面積減少60.3%［4］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠心肌中ROS 清除劑、金屬硫蛋白1（MT1）和金屬硫蛋白2（MT2）表達(dá)增加，而MT1 和MT2 基因敲除的純合子小鼠無STAT3 的心肌保護(hù)作用和ROS 清除效應(yīng)，提示STAT3 激活可能通過增加MT1 和MT2 表達(dá)，清除ROS，減輕心肌IRI 損傷。劉勝中等［5］在大鼠心臟停搏模型中發(fā)現(xiàn)，河豚毒素心臟停搏液能激活JAK2/STAT3 信號通路，上調(diào)熱休克蛋白70 表達(dá)，增強(qiáng)SOD活性，清除大量氧自由基，減輕膜脂質(zhì)過氧化損傷，減輕心肌IRI損傷。

2.3 提高線粒體功能 線粒體合成的三磷酸腺苷（ATP）是機(jī)體的直接供能物質(zhì)，可為各種生命活動提供能量。電子傳遞鏈（ETC）復(fù)合酶是線粒體合成ATP 的關(guān)鍵酶。STAT3 可進(jìn)入線粒體，調(diào)節(jié)ETC 復(fù)合酶的活性，提高氧化磷酸化水平，增加ATP 的產(chǎn)生，提高線粒體功能。ELSCHAMI 等［6］使用慢病毒轉(zhuǎn)染小鼠心肌細(xì)胞系HL-1 建立STAT3 缺陷的細(xì)胞模型（STAT3 KO 細(xì)胞），使細(xì)胞中STAT3 表達(dá)沉默，結(jié)果顯示，STAT3 KO細(xì)胞線粒體電子傳遞鏈復(fù)合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的活性均有下降，線粒體結(jié)構(gòu)完整性受損。GOUGH 等［7］采用 STAT3 缺失（STAT3-/-）、Ser-727 突變型（Ser-727 位點(diǎn)不能磷酸化）和野生型STAT3細(xì)胞（WT）進(jìn)行實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)與WT相比，STAT 3-/-細(xì)胞和Ser-727突變型細(xì)胞的線粒體膜電位去極化，電子傳遞鏈復(fù)合酶Ⅱ及ATP 合成酶的活性均下降。因此推測STAT3 可能是依賴于Ser-727 磷酸化來調(diào)節(jié)線粒體電子傳遞鏈復(fù)合酶的活性。在IRI 過程中，線粒體可能是STAT3 心肌保護(hù)作用的共同下游途徑。被上游因子激活的磷酸化STAT3 能刺激呼吸作用（主要與復(fù)合體Ⅰ有關(guān)）和抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（MPTP）的開放。BOENGLER 等［8］構(gòu)建小鼠STAT3 基因 缺陷（ STAT3-KO）IRI 模 型，發(fā)現(xiàn)STAT3-KO 小鼠和使用 STAT3 抑制劑 Stattic 的小鼠線粒體呼吸下降，加速鈣誘導(dǎo)的線粒體MPTP 孔道開放，加重心肌細(xì)胞損傷。在豬的IRI 模型中亦發(fā)現(xiàn)線粒體STAT3 能通過調(diào)控復(fù)合體Ⅰ/鈣發(fā)揮心肌保護(hù)作用［9］。

2.4 調(diào)節(jié)心肌肥厚 心肌肥厚在代償期有助于維持正常心肌收縮功能，但長期會使心功能惡化，甚至導(dǎo)致心力衰竭。心肌肥厚的病理表現(xiàn)為心肌細(xì)胞增大和心肌收縮/舒張功能障礙。STAT3 是心肌肥厚的關(guān)鍵調(diào)控分子。KUNISADA 等［10］構(gòu)建心臟特異性過表達(dá) STAT3 的轉(zhuǎn)基因小鼠（STAT3-TG），發(fā)現(xiàn)STAT3-TG 在12 周時心臟的左心室厚度增加了21.3%。相反，JOHNSON 等［11］發(fā)現(xiàn)，使用 STAT3 抑制劑S31-201 后可減輕小鼠由血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）引起的心肌肥厚。LI 等［12］發(fā)現(xiàn)，硼替佐米可能通過抑制STAT3 通路激活，抑制心臟蛋白酶體的表達(dá)，從而抑制心肌肥厚。白細(xì)胞介素-6（IL-6）家族的細(xì)胞因子與糖蛋白130 共同受體結(jié)合形成復(fù)合物是引起心肌肥厚的主要上游通路，隨后可通過STAT3 依賴的下游通路調(diào)控心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。WANG 等［13］發(fā)現(xiàn)，聚 ADP 核糖聚合酶 1 在心肌組織中可與STAT3 相互作用，使STAT3 保持在磷酸化狀態(tài)，STAT3 轉(zhuǎn)錄活性和靶基因（c-fos、Bcl-xl和Agt）表達(dá)增加，導(dǎo)致心肌細(xì)胞表面積和肥大生物標(biāo)志物（BNP）mRNA表達(dá)增加，最終導(dǎo)致病理性心肌肥厚。而STAT3 基因敲除或抑制可阻止這種心肌肥大。非磷酸化形式的STAT3（U-STAT3）在心肌肥厚中亦發(fā)揮作用。YUE 等［14］發(fā)現(xiàn)，在血管緊張素Ⅱ1 型受體（AT1R）轉(zhuǎn)基因小鼠中，U-STAT3 的核累積與心肌肥厚的發(fā)展呈正相關(guān)，主要通過OPN 和G 蛋白信號調(diào)節(jié)因子2 的異常表達(dá)實(shí)現(xiàn)。除心肌細(xì)胞外，心臟成纖維細(xì)胞中的STAT3 與旁分泌肥大因子的產(chǎn)生有關(guān)，可產(chǎn)生血管緊張素轉(zhuǎn)換酶和IL-6，促進(jìn)心肌肥厚［15］。此外，由特定原因引起的心肌肥厚還涉及部分特殊的分子機(jī)制。LEIFHEIT-NESTLER 等［16］發(fā)現(xiàn)，無論是遺傳性還是飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠，心肌瘦素水平均會提高，瘦素與心肌瘦素受體結(jié)合，進(jìn)而使STAT3 磷酸化水平上升，致使心肌肥厚。XU等［17］發(fā)現(xiàn)，在高血糖大鼠中，血紅素氧合酶-1-STAT3信號通路可能參與了心肌肥厚的發(fā)生。

有研究認(rèn)為，內(nèi)源性STAT3 在某些情況下可減輕心肌肥厚。白細(xì)胞介素-10（IL-10）基因敲除小鼠可誘發(fā)心臟肥大，IL-10可能通過與STAT3的相互作用抑制核因子κB（NF-κB）和p38 的活化，減輕異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心肌肥大、左心室功能障礙［18］。心肌細(xì)胞特異性STAT3 可能不是影響血壓快速升高而導(dǎo)致心臟肥大生長的原因。相反，STAT3對于維持高血壓患者的收縮功能和代謝穩(wěn)態(tài)很重要。

2.5 調(diào)控心肌纖維化 心肌纖維化主要見于急性心肌梗死，大量心肌細(xì)胞壞死引發(fā)心肌炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致膠原纖維增生，最終可致心肌收縮功能障礙。STAT3 通過多種信號通路調(diào)控心肌纖維化。JACOBY 等［19］首次發(fā)現(xiàn) STAT3 基因缺陷的小鼠心肌纖維化和心力衰竭易感性增加。白細(xì)胞介素-11（IL-11）對于成纖維細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化起重要作用。IL-11可改善小鼠心肌梗死后的心肌纖維化，減輕心功能不全。轉(zhuǎn)基因小鼠心肌特異性過表達(dá)活化的STAT3 同樣可減輕心肌纖維化，而在心臟特異性STAT3 缺陷小鼠中，IL-11 減輕心肌纖維化的作用受到抑制，提示IL-11 可能激活細(xì)胞內(nèi)STAT3 從而減少心肌梗死后心肌纖維化的發(fā)生［20］。有研究發(fā)現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞表面跨膜配體EphrinB2 通過對STAT3 和Smad3 的協(xié)同激活而具有促纖維化作用［21］。AngⅡ可通過間接旁分泌效應(yīng)產(chǎn)生較高水平的活化Rac1，激活心房成纖維細(xì)胞中STAT3，促進(jìn)大鼠心房膠原蛋白合成和心房纖維化。使用STAT3抑制劑S31-201 可減輕小鼠心肌梗死后左心房纖維化［22］。同樣大鼠1 型糖尿病誘導(dǎo)的心肌纖維化模型中發(fā)現(xiàn)，STAT3 可上調(diào)結(jié)締組織生長因子（CTGF）和基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）的表達(dá)，促進(jìn)心肌纖維化，使用隱丹參酮可抑制STAT3 信號通路激活，改善糖尿病引起的大鼠心肌纖維化，改善心功能［23］。

2.6 促進(jìn)血管再生 缺血部位新生血管再生有利于為缺血、缺氧部位供血供氧、輸送營養(yǎng)物質(zhì)以及各種生長因子，利于組織修復(fù)。敲除STAT3 轉(zhuǎn)基因小鼠在出生后4個月內(nèi)可出現(xiàn)心肌毛細(xì)血管密度降低和間質(zhì)纖維化增加，隨后出現(xiàn)心力衰竭［1］。堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）可刺激新血管形成，利于傷口愈合和組織再生，已用于治療缺血性疾病。成熟的內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)促紅素（EPO）受體，EPO 受體系統(tǒng)可通過上調(diào)VEGF/VEGF 受體通路發(fā)揮缺血反應(yīng)的血管生成作用。STAT3在VEGF 和EPO 等促血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)信號的生成中起重要調(diào)節(jié)作用。OSUGI等［24］研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒轉(zhuǎn)染心肌細(xì)胞過表達(dá)STAT3，使心肌細(xì)胞中VEGF 表達(dá)的增加，可促進(jìn)內(nèi)皮小管形成，心肌毛細(xì)血管密度增加，并且該作用可被抗VEGF 抗體抑制。在大鼠心肌梗死模型中，EPO 可通過激活STAT3 信號通路提高大鼠心肌細(xì)胞中VEGF 的表達(dá)，使毛細(xì)血管密度增加37%，改善大鼠心臟功能［25］。心肌細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞間不同的通訊系統(tǒng)涉及粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF），其能對梗死后心肌的修復(fù)產(chǎn)生促進(jìn)作用，G-CSF 能對心肌細(xì)胞產(chǎn)生有益效果，并能增強(qiáng)毛細(xì)血管密度，這種效應(yīng)可被突變失活的STAT3 蛋白過表達(dá)所抑制［26］。

2.7 調(diào)控心肌炎癥反應(yīng) 在心肌梗死急性期，白細(xì)胞在促炎因子和趨化因子作用下浸潤、聚集到梗死區(qū)域，適度的心肌炎癥反應(yīng)有助于清除受損組織，利于心臟修復(fù)。而長期、過度的炎癥反應(yīng)激活可引起更嚴(yán)重的心肌損傷，導(dǎo)致心肌細(xì)胞丟失、收縮功能抑制，甚至可引起心室重構(gòu)、心力衰竭。STAT3 是一種急性期反應(yīng)蛋白，能選擇性地結(jié)合到IL-6 應(yīng)答元件上，與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)［27］。在小鼠內(nèi)毒素血癥模型中，脂多糖可引起心肌STAT3 磷酸化水平增加，促進(jìn)細(xì)胞間黏附分子表達(dá)，使心肌血管通透性增加［28］。在STAT3 基因敲除小鼠中脂多糖誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子的表達(dá)增加，心肌細(xì)胞凋亡增多，提示缺乏STAT3 可導(dǎo)致炎癥反應(yīng)加重，進(jìn)而引發(fā)心肌細(xì)胞凋亡［19］。然而，STAT3 的激活也可促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α 和IL-6、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）等炎性細(xì)胞因子。在脂多糖刺激的巨噬細(xì)胞中，亞氨基二苯乙烯可抑制STAT3 的表達(dá)和磷酸化，抑制促炎 細(xì)胞因子 IL-1β 和 IL-6 的 RNA 和 蛋 白質(zhì)水平［29］。心肌梗死后，心室壁機(jī)械張力持續(xù)激活JAKSTAT 信號通路，增加心肌 NF-κB、TNF-α 等炎性因子表達(dá)。而使用AG490阻斷JAK/STAT 信號通路則可抑制心肌NF-κB表達(dá)，降低血漿TNF-α水平，改善心肌梗死后的左心室重構(gòu)［30］。

綜上所述，STAT3可被各種細(xì)胞因子激活，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、凋亡、存活，還能促進(jìn)血管的形成、參與炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)等。STAT3是體內(nèi)多種信號調(diào)節(jié)通路的交匯點(diǎn)，在體內(nèi)有復(fù)雜的生物調(diào)節(jié)作用。在心肌缺血、心肌缺血再灌注損傷方面，STAT3扮演重要角色。在惡性腫瘤中，STAT3 促進(jìn)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。