STAT家族在复发性自然流产中的研究进展

STAT家族在复发性自然流产中的研究进展
吴荣荣;张玉泉;杨晓清
【摘要】复发性自然流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)是指与同一性伴侣连续发生≥3次的自然流产,是常见的妊娠并发症之一.多种因素可导致RSA,如染色体或内分泌异常,血型、免疫、生理解剖异常和生殖道感染.RSA的发生、发展与免疫因素,尤其是与免疫调节细胞及其产生的细胞因子存在极大的关联性,其中辅助性T细胞(helper T cells,Th)及其产生的细胞因子的稳态在RSA中的作用尤为重要,调控其平衡也已成为免疫学治疗自然流产的研究热点.调节免疫相关分子的信号通路中,酪氨酸激酶/信号转导和转录激活因子(janus kinase/signal transducers and activators of transcription,JAK/STAT)信号转导通路是目前研究最为广泛也是最被认可的经典通路.RSA发生时,JAK/STAT信号通路可介导多种细胞因子信号转导,发挥其生物学效应.STAT作为此信号转导通路上的关键分子,正日益受到广泛关注.%Recurrent spontaneous abortion (RSA) is clinically defined that they had been at least three or more consecutive pregnancy losses, which is one of the common complications of pregnancy. Multiple factors can lead to RSA, such as chromosomal or endocrine abnormalities, blood type, immune, physiological anatomical abnormalities and genital tract infections. The occurrence and development of RSA is closely related to immune factors, especially in immune cells and the cytokines secreted by them. The balance between helper T cells (Th) and the cytokines secreted by them is of great significance, so control the steady state becomes a new breakthrough for the treatment of RSA by immunology. Janus
kinase/signal transducers and activators of transcription (JAK/STAT) signal
transduction pathway is the most widely studied and recognized pathways in the signaling pathways that regulate immune molecules. While RSA occurs, the expression of the key molecules of JAK/STAT signal transduction pathway changes significantly, and JAK/STAT signal transduction pathway can mediate the signal transduction of a variety of cytokines.
【期刊名称】《国际妇产科学杂志》
【年(卷),期】2017(044)005
【总页数】5页(P547-551)
【关键词】流产,自然;流产,习惯性;T淋巴细胞,辅助诱导;免疫因子类;JAK/STAT通
路
【作者】吴荣荣;张玉泉;杨晓清
【作者单位】226001 南通大学附属医院妇产科;226001 南通大学附属医院妇产科;226001 南通大学附属医院妇产科
【正文语种】中文
复发性自然流产（recurrent spontaneous abortion，RSA）是指与同一性伴侣
连续发生≥3次的自然流产，临床上主要表现为腹痛及停经后阴道出血，是常见的妊娠并发症之一[1]。

多种因素可导致RSA，如染色体或内分泌异常，血型、免疫、生理解剖异常和生殖道感染等，但仍有约40%～50%的RSA病因仍不明确，称为原因不明的复发性自然流产（unexplained recurrent spontaneous abortion，URSA）[2]。

近年来大量文献报道，RSA的发生、发展与免疫因素，尤其是与免
疫调节细胞及其产生的细胞因子存在极大的关联性[3-4]。

因此，RSA的免疫调节
机制及其所涉及的信号转导通路正逐渐成为研究热点，为RSA的靶向治疗提供了
新的思路及靶点。

信号转导和转录激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）家族作为酪氨酸激酶（janus kinase，JAK）/STAT信号转导通路的关键分子，日益受到广泛关注。

现对STAT家族成员在RSA过程中
的调控作用进行综述，以期为临床治疗自然流产提供新的思路。

生殖免疫学认为，妊娠结局取决于母体内建立的母-胎免疫耐受微环境，一旦这种
免疫耐受格局被破坏，将发生流产。

而母体与胎儿之间的免疫学关系复杂并且特殊，包括人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）、滋养层细胞膜
抗原（trophoblast antigen，TA）及血型抗原等多种抗原表达增加，封闭抗体
或保护抗体产生不足，免疫职能细胞亚群格局变化以及Th细胞因子平衡失调等多种因素。

Th细胞在免疫应答中发挥了重要的调节作用。

研究表明，在RSA患者中，维持
Th1/Th2/Th3/Th17细胞群在母-胎界面中的平衡，调控其分泌的细胞因子的稳态已经成为免疫学治疗RSA的新切入点[5]。

但这些免疫因子如何进行调节呢？研究表明，其信号转导通路是关键性的调节步骤。

根据文献报道，目前RSA发生、发
展过程中涉及到的免疫调节相关分子信号通路主要包括环氧合酶2（COX-2）、Wnt/βcatenin、P53、PD-1/PD-L1、JAK/STAT 以及 Toll样受体4/核因子κB （TLR4/NF-κB）等信号通路。

其中JAK/STAT信号转导通路是目前研究最为广泛也是最被认可的经典通路，其中的关键分子STAT是目前研究认为与
Th1/Th2/Th3/Th17免疫调节最为相关的信号分子家族，其家族成员的表达均与RSA的发生、发展密切相关。

JAK/STAT信号通路是近年来发现的一条主要由细胞因子激活的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等诸多生物学过程[5]。

与其他信号转导
通路相比，JAK/STAT通路的信号转导过程较为简单，由JAK和STAT两部分组成。

2.1 JAK家族 JAK主要分布在细胞膜表面，通常是以与细胞因子受体偶联的方式存在。

JAK家族共包括 4 个成员：JAK1、JAK2、JAK3 和 Tyk2，平均分子质量约为130 ku，其中JAK1、JAK2和Tyk2在细胞与组织中广泛表达，而JAK3主要在造血细胞中表达[6]。

2.2 STAT家族 STAT是一种能与DNA结合的独特蛋白家族，于 1997年Darnell[7]在研究干扰素（interferon，IFN）时被发现。

STATs是JAK/STAT信号转导通路中重要的JAKs底物，在多种细胞因子的信号转导中发挥作用。

其作为胞内第二信使，家族成员包括 STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6等。

STAT信号转导通路是细胞因子和转录因子发生作用的关键信号途径，其与酪氨酸磷酸化信号通路偶联，把细胞外信号与基因表达调控直接联系起来，发挥转录调控作用。

研究发现，其正常表达对维持机体的生理功能，如细胞的生长分化、胚胎发育及免疫功能的完善等起到关键作用，而该通路的异常活化则可能导致疾病的发生和发展，如恶性肿瘤、自身免疫性疾病、RSA等[8]。

Ellis等[9]研究表明，在流产发生的过程中JAK/STAT信号通路的关键分子JAK及STAT表达均显著上升。

Sansone等[10]研究表明，Th1/Th2/Th3/Th17分泌的白细胞介素（IL-2、IL-3、IL-5、IL-6、IL-10、IL-17等）主要是通过JAK/STAT 信号转导通路发挥生物学功能，并且这些因子在特定状态下可以反向激活
JAK/STAT信号转导通路。

当然也有其他信号通路参与由IL介导的免疫反应，例如可以通过抑制NF-κB对DNA的结合活性或者抑制核因子κB抑制蛋白（IκB）激酶的活性来影响NF-κB通路的激活[11]。

研究证实，STAT家族成员各自具有独特的生物学特点，STAT1和STAT2参与病毒侵入免疫反应中的第一道防线[12-
13]；STAT3与肝细胞再生等病理生理过程，以及消化道炎症疾病、肿瘤等疾病发生、发展有着密切的关联[14-15]；STAT4和STAT6参与Th细胞的免疫应答[16-17]；STAT5a敲除后可导致乳腺发育异常[18]；STAT5b在免疫反应中也发挥着
重要作用[19]。

现重点介绍STAT家族成员中的STAT1、STAT3、STAT4、
STAT6与RSA的关系。

3.1 STAT1与RSA STAT1参与多种细胞因子、生长因子和激素的信号转导及转录调控过程。

STAT1处于JAK/STAT1信号转导通路级联反应的中心环节，能对其下游信号转导通路转录调控基因进行调控，在胚胎植入过程中起关键作用。

Kokawa等[20]研究发现，正常妊娠时，低浓度的STAT1可作为促凋亡因子，诱
导子宫蜕膜一定程度地退化，为胎盘形成及胚胎发育提供有利环境，保证在妊娠早期细胞增殖与凋亡处于平衡状态，维持妊娠。

而STAT1在子宫蜕膜中的过度表达
会导致子宫蜕膜组织中的细胞凋亡增强，发生自然流产。

动物实验研究发现，自然流产模型组中的子宫蜕膜IL-2、IFN-γ等细胞因子的表达水平明显高于正常对照组，推测自然流产的发生可能与IFN-γ介导的STAT1信号转导通路启动的抗微生物免疫应答有关，使母体对胚胎排斥增强，破坏母胎免疫平衡，引起自然流产[21]。

3.2 STAT3与RSA STAT家族成员STAT3基因人类位于第12号人色体，于1994年作为IL-6信号传递中的急性期反应因子（acute-phase response factor，APRF）被发现[22]，参与早期胚胎发生、细胞生长分化、增生、恶性转化及凋亡
等[23]。

近几年已有大量的研究证实，STAT3异常激活与肿瘤、消化道炎症等多
种疾病的发生、发展关系密切，但STAT3在RSA中的表达情况还鲜有报道。

研究表明，JAK/STAT3信号转导通路是STAT3激活的经典途径，而在介导
STAT3活化的胞外细胞因子信号中，IL-6与JAK/STAT3的激活关系最为密切[24]。

另有研究发现，其他免疫因子如IL-10同样也能激活STAT3[25]。

IL-6、IL-10等
细胞因子主要由Th2细胞分泌产生，参与体液免疫，维持母胎免疫耐受微环境，
有利于正常妊娠。

有研究显示，在小鼠妊娠的胚胎着床期，磷酸化的STAT3（p-STAT3）在胚泡植入部位的子宫内膜腺上皮和间质组织中高表达，并且随着胚胎
着床过程的进行，STAT3的表达及活化过程主要在蜕膜细胞内，推测STAT3可能在子宫内膜蜕膜化及胚胎着床的过程中起关键作用；而敲除STAT3基因的小鼠，
胚胎在妊娠第7天即可死亡[26]。

Catalano等[27]抑制小鼠体内STAT3的磷酸化后，小鼠受精卵着床失败，同时实验组子宫蜕膜中的IL-6、IL-10等因子的表达水平相较于正常妊娠组明显下降；Nakamura等[28]通过在胚胎着床期将外源性STAT3注入大鼠宫腔内，短暂性局部抑制STAT3的活性与传导，结果胚胎吸收率达30%。

另有研究检测RSA患者绒毛中的STAT3表达水平，结果发现其与正常
妊娠孕妇绒毛中的STAT3表达水平相比明显降低[29]。

因此推测STAT3可能会成为预测胚胎着床失败导致自然流产较为有效的指标之一，并与IL-6、IL-10等表达水平密切相关。

3.3 STAT4与RSA STAT4基因位于人染色体2q32.2～32.3，编码约748个氨基酸。

2000年有动物实验表明Th1型细胞因子影响胚胎着床，导致流产[30]。

近年来，对于母胎界面Th1/Th2/Th3/Th17细胞因子的稳态与复发性流产的关系备受
关注。

母胎界面Th1/Th2/Th3/Th17等细胞因子的平衡对维持胚胎正常发育起重
要作用。

有研究发现，IL-12以及IFN-γ是维持Th1/Th2/Th3/Th17细胞因子稳
态的关键环节之一[31]。

1996年，Cho等[32]在Th细胞研究中发现，IL-12可诱导STAT4磷酸化，而STAT4也是IL-12诱导Th1细胞分泌IFN-γ过程中的关键调控因子。

由于IL-12
在Th1细胞的分化过程中的重要作用，以及STAT4是IL-12免疫调节的关键媒介，因此有关STAT4的研究主要集中在STAT4介导IL-12诱导Th1的极化以及在某
些疾病，尤其是自身免疫性疾病中的作用机制[33-34]。

Lund等[35]利用寡核苷酸阵列将野生型小鼠与STAT4缺陷型小鼠进行系统比较发现，小鼠在正常妊娠过程
中为“Th2应答倾向”，推测STAT4信号转导途径是细胞因子调节免疫细胞向
Th1分化的最主要的信号传导通路之一。

研究还发现，在Th0细胞分化为Th1细胞的过程中，通过IL-12/STAT4信号通路调节的基因有20个，并且依靠IL-
12/STAT4信号通路诱导的第1个基因是IFN-γ。

而IL-12、IFN-γ等细胞因子主
要由Th1细胞分泌，且大量研究显示，Th1/Th2细胞间比例失衡是引起RSA的关键因素，由此推断STAT4介导Th1细胞分化与RSA的发生密切相关，但有关STAT4信号转导通路引起RSA的机制十分复杂，尚待进一步深入研究[36-38]。

3.4 STAT6与RSA STAT6基因位于人类第17号染色体的q11.1～q12区。

研究
证实，在STAT6羧基端存在一个转活区域，该区可结合DNA，若转活区域上的
残基发生突变，STAT6将丧失与DNA结合的能力，从而影响转录调控作用的发
生[39]。

大量研究表明，许多细胞因子通过STAT6信号转导通路发挥生物学效应。

近年文
献报道，Th0细胞向Th2细胞的分化与STAT6密切相关：STAT6是Th2细胞分
化过程中的特异性转录因子，可促进Th2细胞的增殖，及分泌IL-4、IL-10、IL-
13等细胞因子[40]。

特异性敲除STAT6基因后发现，STAT6对IL-4等细胞因子
的生物学功能的发挥不可或缺。

妊娠期母-胎界面中的IL-4在促进Th2细胞因子
分泌的同时，能明显抑制Th1细胞增殖分化，下调Th1细胞介导的细胞免疫应答。

也有文献报道，有RSA史的患者蜕膜和外周血中IL-4的表达相较于正常妊娠妇女显著减少[41]。

因此，维持一定水平的IL-4对正常妊娠至关重要。

正常情况下，STAT6的配体激活是一个短暂的过程，但在病理状态下，细胞因子
级联反应被启动，IL-4、IL-10等细胞因子可诱导STAT6持续激活及过度表达，
进而促进Th2细胞不断增殖分化，并促进其分泌Th2相关细胞因子，呈现“Th2
优势应答”。

在对STAT6缺陷型小鼠研究中发现，其表现为Th1免疫优势应答。

因此推断STAT6信号转导通路是细胞因子调节免疫细胞向Th2细胞分化的重要信
号转导途径，而Th1/Th2细胞比例失衡是RSA发生的重要环节之一。

所以通过调控STAT6所介导的信号转导通路来调控免疫系统，不失为RSA免疫治疗的一种新思路。

综上所述，在STAT家族成员中，阻断或降低STAT1、STAT4的活化，激活或升高STAT3、STAT6的表达，对RSA的预防及干预作用或可成为今后RSA治疗的新靶点及药物研究新的方向。

但STAT2以及STAT5等成员对自然流产的调控机制仍不明确，尚待进一步深入研究。

随着对STAT蛋白家族及JAK/STAT通路的深入了解，STAT家族信号通路的干预势必将为RSA、不孕不育症等妊娠相关性疾病的治疗，以及胚胎植入特异性避孕疫苗的研制提供新思路、新方向。

【相关文献】
[1]Laissue P，Lakhal B，Vatin M，et al.Association of FOXD1 variants with adverse pregnancy outcomes in mice and humans[J].Open Biol，2016，6（10）：160109.
[2]Turki RF，Assidi M，Banni HA，et al.Associations of recurrent miscarriages with chromosomal abnormalities,thrombophilia allelic polymorphisms and/or consanguinity in Saudi Arabia[J].BMC Med Genet，2016，17（Suppl 1）：69.
[3]Cai J，Li M，Huang Q，et al.Differences in Cytokine Expression and STAT3 Activation between Healthy Controls and Patients of Unexplained Recurrent Spontaneous Abortion(URSA)during Early Pregnancy[J].PLoS One，2016，11（9）：e0163252.
[4]Gao Y，Wang PL.Increased CD56(+)NK cells and enhanced Th1 responses in human unexplained recurrent spontaneous abortion[J].Genet Mol Res，2015，14（4）：18103-18109.
[5]Villarino AV，Kanno Y，Ferdinand JR，et al.Mechanisms of Jak/STAT signaling in immunity and disease[J].J Immunol，2015，194（1）：21-27.
[6]Ortmann RA，Cheng T，Visconti R，et al.Janus kinases and signal transducers and activators of transcription:their roles in cytokine signaling,development and immunoregulation [J].Arthritis Res，2000，2（1）：16-32.
[7]Darnell JE Jr.STATs and gene regulation[J].Science，1997，277（5332）：1630-1635.
[8]Roxburgh CS，McMillan DC.Therapeutics targeting innate immune/inflammatory responses through the interleukin-6/JAK/STAT signal transduction pathway in patients
with cancer[J].Transl Res，2016，167（1）：61-66.
[9]Ellis J，Sinclair D，Morrison D，et al.Microarray analyses of mouse responses to infection by Neospora caninum identifies disease associated cellular pathways in the host response[J].Mol Biochem Parasitol，2010，174（2）：117-127.
[10]Sansone P，Bromberg J.Targeting the interleukin-6/Jak/stat pathway in human malignancies[J].J Clin Oncol，2012，30（9）：1005-1014.
[11]Tong L，Wu S.The role of constitutive nitric-oxide synthase in ultraviolet B light-induced nuclear factor κB activity[J].J Biol Chem，2014，289（38）：26658-26668. [12]Stier MT，Goleniewska K，Cephus JY，et al.STAT1 Represses Cytokine-Producing Group 2 and Group 3 Innate Lymphoid Cells during Viral Infection[J].J Immunol，2017，199（2）：510-519.
[13]Bathige SDNK，Umasuthan N，Priyathilaka TT，et al.Molecular cloning,transcriptional profiling,and subcellular localization of signal transducer and activator of transcription 2 (STAT2)ortholog from rock bream,Oplegnathus fasciatus[J].Gene，2017，626：95-105. [14]Bosch-Barrera J，Menendez JA.Silibinin and STAT3:A natural way of targeting transcription factors for cancer therapy[J].Cancer Treat Rev，2015，41（6）：540-546. [15]Can G，Tezel A，Gürkan H，et al.Investigation of IL23R,JAK2,and STAT3 gene polymorphisms and gene-gene interactions in Crohn′s disease and ulcerative colitis in a Turkish population[J].Turk J Gastroenterol，2016，27（6）：525-536.
[16]Masuda T，Maeda K，Sato W，et al.Growth Factor Midkine Promotes T-Cell Activation through Nuclear Factor of Activated T Cells Signaling and Th1 Cell Differentiation in Lupus Nephritis[J].Am J Pathol，2017，187（4）：740-751.
[17]Michael H，Li Y，Wang Y，et al.TGF-β-mediated airway tolerance to allergens induced by peptide-based immunomodulatory mucosal vaccination[J].Mucosal Immunol，2015，8（6）：1248-1261.
[18]Bratthauer GL，Stamatakos MD，Vinh TN.Cells with minimal expression of the
JAK/STAT pathway related proteins STAT5a and the prolactin receptor:evidence of an alternate prolactin receptor isoform in breast disease[J].Protein Pept Lett，2010，17 （1）：104-108.
[19]Jin Y，Purohit S，Chen X，et al.Over-expression of Stat5b confers protection against diabetes in the non-obese diabetic(NOD)mice via up-regulation of
CD4(+)CD25(+)regulatory T cells[J].Biochem Biophys Res Commun，2012，424（4）：
669-674.
[20]Kokawa K，Shikone T，Nakano R.Apoptosis in human chorionic villi and decidua in normal and ectopic pregnancy[J].Mol Hum Reprod，1998，4（1）：87-91.
[21]Lüder CG，Sumpf K，Nast R.Releasing the Brake on IFN-γ Signaling on
Infection[J].Trends Parasitol，2015，31（10）：456-459.
[22]Akira S，Nishio Y，Inoue M，et al.Molecular cloning of APRF,a novel IFN-stimulated gene factor 3 p91-related transcription factor involved in the gp130-mediated signaling pathway[J].Cell，1994，77（1）：63-71.
[23]Demoulin JB，Van Roost E，Stevens M，et al.Distinct roles for STAT1,STAT3,and STAT5 in differentiation gene induction and apoptosis inhibition by interleukin-9[J].J Biol Chem，1999，274（36）：25855-25861.
[24]Wang D，Tang S，Zhang Q.Maslinic acid suppresses the growth of human gastric cells by inducing apoptosis via inhibition of the interleukin-6 mediated Janus
kinase/signal transducer and activator of transcription 3 signaling pathway[J].Oncol Lett，2017，13（6）：4875-4881.
[25]Poholek AC，Jankovic D，Villarino AV，et al.IL-10 induces a STAT3-dependent autoregulatory loop in TH2 cells that promotes Blimp-1 restriction of cell expansion via antagonism of STAT5 target genes[J].Sci Immunol，2016，1（5）：eaaf8612.
[26]Chakraborty A，Tweardy DJ.Stat3 and G-CSF-induced myeloid differentiation[J].Leuk lymphoma，1998，30（5/6）：433-442.
[27]Catalano RD，Johnson MH，Campbell EA，et al.Inhibition of Stat3 activation in the endometrium prevents implantation:a nonsteroidal approach to contraception[J].Proc
Natl Acad Sci U S A，2005，102（24）：8585-8590.
[28]Nakamura H，Jasper MJ，Hull ML，et al.Macrophages regulate expression of α1,2-fucosyltransferase genes in human endometrial epithelial cells[J].Mol Hum Reprod，2012，18（4）：204-215.
[29]Zong S，Li C，Luo C，et al.Dysregulated expression of IDO may cause unexplained recurrent spontaneous abortion through suppression of trophoblast cell proliferation and migration[J].Sci Rep，2016，6：19916.
[30]Piccinni MP，Scaletti C，Maggi E，et al.Role of hormone-controlled Th1-and Th2-
type cytokines in successful pregnancy [J].J Neuroimmunol，2000，109（1）：30-33. [31]Talaat RM，Mohamed SF，Bassyouni IH，et al.Th1/Th2/Th17/Treg cytokine imbalance in systemic lupus erythematosus(SLE)patients:Correlation with disease
activity[J].Cytokine，2015，72 （2）：146-153.
[32]Cho SS，Bacon CM，Sudarshan C，et al.Activation of STAT4 by IL-12 and IFN-alpha:evidence for the involvement of ligand-induced tyrosine and serine phosphorylation[J].J Immunol，1996，157（11）：4781-4789.
[33]Weaver JR，Nadler JL，Taylor-Fishwick DA.Interleukin-12(IL-12)/STAT4 Axis Is an Important Element for β-Cell Dysfunction Induced by Inflammatory Cytokines[J].PLoS One，2015，10（11）：e0142735.
[34]O′Sullivan R，Carrigan SO，Marshall JS，et al.Signal transducer and activator of transcription 4 (STAT4),but not IL-12 contributes to Pseudomonas aeruginosa-induced
lung inflammation in mice[J].Immunobiology，2008，213（6）：469-479.
[35]Lund R，Ahlfors H，Kainonen E，et al.Identification of genes involved in the initiation of human Th1 or Th2 cell commitment[J].Eur J Immunol，2005，35（11）：3307-3319. [36]Gao Y，Wang PL.Increased CD56(+)NK cells and enhanced Th1 responses in human unexplained recurrent spontaneous abortion[J].Genet Mol Res，2015，14（4）：18103-18109.
[37]Yuan J，Li J，Huang SY，et al.Characterization of the subsets of human NKT-like cells and the expression of Th1/Th2 cytokines in patients with unexplained recurrent spontaneous abortion [J].J Reprod Immunol，2015，110：81-88.
[38]Chen Y，Lv W，Jia J，et al.Evaluation of serum concentrations of tumor necrosis factor(TNF)-α,interleukin(IL)-2,IL-10,and nitric oxide(NO)during the estrous cycle,early pregnancy and abortion in goats[J].Anim Reprod Sci，2016，174：73-79.
[39]Moriggl R，Berchtold S，Friedrich K，et parison of the transactivation domains of Stat5 and Stat6 in lymphoid cells and mammary epithelial cells[J].Mol Cell Biol，1997，17 （7）：3663-3678.
[40]Shea-Donohue T，Qin B，Smith A.Parasites,nutrition,immune responses and biology of metabolic tissues[J].Parasite Immunol，2017，39（5）：e12422.
[41]Lombardelli L，Logiodice F，Aguerre-Girr M，et al.Interleukin-17-producing decidual CD4+T cells are not deleterious for human pregnancy when they also produce interleukin-4 [J].Clin Mol Allergy，2016，14：1.。