细胞因子信号传导抑制蛋白?1（SOCS?1）研究进展
【摘要】 细胞因子信号传导抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling, SOCS)家族是一类由细胞产生并反馈性阻断细胞因子信号转导过程的负性调节因子，最先发现的是SOCS?1。SOCS?1可抑制IL?6、LIF、OSM、INF?γ以及GH等多种细胞因子的信号转导，对体内多种免疫反应的激活起调控作用。SOCS?1异常表达与多种疾病的发病相关，在急慢性白血病、类风湿性关节炎、肝硬化和肝癌的发病中起重要作用。本文就SOCS?1与细胞因子的关系及其临床研究进展进行综述。
【关键词】 细胞因子信号传导抑制蛋白?1； 细胞因子； 高甲基化； 信号转导； 白血病
Progress of Study on Suppressor of Cytokine Signaling?1 ——Review
Abstract Suppressor of cytokine signaling (SOCS) is a new family of proteins produced in cells. It may play an important role in classic negative feedback loop to regulate cytokine signal transduction. SOCS?1 was observed and confirmed firstly. Expression of SOCS?1 can inhibit cytokine signal transduction of some cytokines, such as IL?6,LIF,OSM,INF?γ, GH, and so on, many immune responses are regulated by them in vivo. Abnormal expression of SOCS?1 is closely related to some human diseases. It plays an important role in the development of leukemia, rheumatoid arthritis, liver cirrhosis and liver cancer. In this review, the advances of research on the relationship between SOCS?1 and cytokine, and its correlation with some diseases were summarized.
Key words SOCS; cytokine; hypermethylation; signal transduction; leukemia
细胞因子信号传导抑制蛋白 (suppressor of cytokine signaling， SOCS)家族是一类由细胞产生并反馈性阻断细胞因子信号转导过程的负性调节因子，其中最先发现的是SOCS?1，它可抑制IL?6、LIF、OSM、INF?γ和GH等多种细胞因子的信号转导，抑制血栓生成素诱导下的M1(鼠单核细胞性白血病细胞系)细胞分化成熟［1］。SOCS?1是在1997年由3个实验室分别用不同的方法发现的，Naka等［1］发现它能与STAT3的SH2结构发生交叉免疫反应，而将其命名为SSI?1(STAT?induced STAT inhibitor?1)；Endo等［2］发现它能与JAK2催化域JHl结合，而将之命名为JAB (JAK??binding protein)； Starr等［3］发现该蛋白质能抑制IL?6对M1细胞的诱导分化而将其命名为SOCS?1，现多数学者将其称为细胞信号传导抑制因子或抑制蛋白1。 SOCS?1是JAK?STAT通路的反馈调控蛋白，可通过其SH2结构域与JAK(JAK1?3, TYK2)催化域的JH1区的酪氨酸残基高亲和力结合，抑制其激酶活性。SOCS?1基因被高甲基化后，JAK?STAT通路失去抑制，导致JAK持续活化，JAK的持续活化与肿瘤细胞的增殖及凋亡有关。SOCS?1蛋白在经典的负反馈链中是JAK激酶的内源性抑制物，在细胞因子信号转导途径中作为抑制性干扰物存在，与白血病的关系尚未完全明确，本文就SOCS?1的研究进展及其与临床关系进行综述。
SOCS?1与细胞因子
研究表明，SOCS?1基因是在IL?6刺激M1细胞后由活化的STAT3所诱导的，其产物SOCS?1蛋白在M1细胞中可干扰IL?6信号转导子gp130和STAT3的酪氨酸激酶磷酸化，从而抑制M1细胞的分化和凋亡。此外，它还抑制IFN?γ、IL?2、IL?3以及GH等细胞因子的信号转导,但不影响成纤维细胞生长因子受体（FGFR）［2］、胰岛素受体［4］或实验血液学杂志 J Exp Hematol 2007; 15(2)细胞因子信号传导抑制蛋白?1（SOCS?1）研究进展Flt3(FMS?like tyrosine kinase 3)［1］和c?kit信号转导子的酪氨酸磷酸化。SOCS?1基因产物是细胞质内重要的细胞因子信号转导负调控因子，经由IFN?γ受体转导。通过Src同源区2，它在靶向作用位点结合磷酸酪氨酸残基，减少多种细胞因子受体的表达。SOCS?1还能够在活化的巨噬细胞中通过TLR促效剂如脂多糖（LPS）阻断TLR信号转导，对体内多种免疫反应的激活起调控作用。Gingras等［5］研究发现，SOCS?1在体外对IFN?α/β受体信号转导是必需的，而且缺乏等位基因编码的TYK?2（一种IFN?α/β受体信号转导必需的JAK家族成员）可减少SOCS?1?/?小鼠的早期死亡率。因此，SOCS?1和TLR之间的信号转导很可能通过IFN?α/β受体信号转导实现的。SOCS基因表达可被多种细胞因子、生长因子、内源性免疫刺激物如LPS诱导。Stevenson等［6］报道，在人骨髓细胞、早幼粒细胞、外周血单核细胞和树突状细胞中加入化学诱导物IL?8和fMLP，可引起SOCS?1 mRNA表达的增加。在早幼粒细胞经fMLP或IL?8预处理能阻断G?CSF介导的STAT3激活，提示这些化学刺激因子可能通过迅速诱导SOCS?1表达，使早幼粒细胞对G?CSF敏感性下降。Schuringa等［7］研究发现，SOCS?1在Ntera?2/D1 EC细胞中持续高表达，从而抑制了白血病抑制因子(LIF）的信号转导。IL?10能够抑制许多细胞因子的产生和功能，已证明它是机体炎症反应的关键细胞因子。检测Ba/F3 早前B细胞、 MC/9肥大细胞、 M1白血病细胞、 U3A人成纤维细胞和鼠原代CD4+ T细胞等细胞系的研究发现，IL?10除了诱导SOCS?3，还诱导SOCS?1的增量调节，SOCS分子的诱生依赖于IL?10受体1的STAT3激活。通过IL?10介导的SOCS可能是体内IL?10和IFN?γ信号转导的重要抑制因子，IL?10诱导的SOCS?1可能直接抑制IL?10和IFN?γ的信号表达［8］。Hebenstreit等［9］研究发现，转染SOCS?1、3表达载体可抑制嗜伊红粒细胞趋化蛋白（eotaxin 3）/趋化因子配体26（CCL26）分泌IL?4、IL?13，而且用eotaxin 3/CCL26启动报道基因，共转染SOCS?1、3表达型载体，可使IL?4、IL?13诱导的荧光酶活化显著减少。用IL?4、IL?13处理的细胞转染SOCS?1、3，磷酸化的STAT6水平显著减少，从而确定了这些因子对IL?4、IL?13诱导活化的eotaxin 3/CCL26基因表达的负调控作用。氨基酸的插入改变了SOCS?1、3的激酶抑制区域，表明这些区域是正常抑制功能表达所必需的。Mostecki等［10］指出SOCS?1是脂多糖诱导的细胞因子产生的关键调节物质，调节机制尚未完全明了。对SOCS?1的启动基因进行功能分析表明，Egr?1可能是以SOCS?1为基础和通过LPS诱导活化的重要启动调控因子［10］。SOCS?1/JAB对调节树突状细胞的功能、抑制全身炎症反应和系统自身免疫有重要的调控作用。Hanada等［11］研究发现，SOCS?1缺乏的树突状细胞无论在体外或体内均可诱导较强烈的Th?1细胞反应，在体外SOCS?1缺乏的树突状细胞在未致敏的T细胞比野生株的T细胞诱生较多的IFN?γ。当SOCS?1缺乏的骨髓来源的树突状细胞转移至体内时，T淋巴细胞也产生较多的IFN?γ。而且，SOCS?1(?/?)BMDC（bone marrow derived DC）比野生型的BMDC具有更有效的抗肿瘤免疫效应。SOCS?1在树突状细胞中的基因表达减少导致CD8(+)的树突状细胞表型增强Th?1型细胞的高反应性。Inaba等［12］发现，SOCS?1稳定的肌原细胞抑制肌肉分化，SOCS?1缺乏的肌原细胞促进肌肉分化，这一作用可能通过IGF?I受体介导的信号转导途径实现。
SOCS?1异常表达的致病性
SOCS蛋白在体内可阻断增强的细胞因子效应，不仅是细胞因子的调节者，而且在控制细胞分化和决定细胞命运方面起重要作用，与自身免疫、超敏反应和肿瘤发生密切相关。Marine等［13］对正常细胞表达SOCS?1的研究表明：在胸腺中SOCS?1呈现高水平转录，且主要是CD4+、CD8+的双阳性细胞。正常的骨髓、脾或外周血细胞则表达很低，而在大多数组织中均未表达，这说明SOCS?1蛋白在胸腺细胞中的表达与调节其发育有关。从SOCS?1基因敲除的研究中表明，SOCS?1基因缺失的纯合子小鼠在出生后第2和第3周体重不再增加，变得体弱多病；组织学和免疫学分析表现出肝脏脂肪变性，心肌、胰腺单核细胞浸润，肺泡壁异常增厚，Ｔ、Ｂ淋巴细胞的功能缺失等，被称为致死性新生综合症。Metcalf等［14］研究SOCS?1(?/?) IFN?γ(?/?), SOCS?1(+/+) IFN?γ(?/?)，SOCS?1(+/+) IFN?γ(+/+)3组小鼠，比较它们的平均寿命，发现缺乏SOCS?1和IFN?γ的小鼠死亡率比对照组明显升高，多囊肾、肺炎、慢性皮肤溃疡和消化道等器官的慢性肉芽肿发生率高，患T淋巴细胞白血病的易感性增加，原因可能在于全身炎症反应因子如肿瘤坏死因子和IFN?γ的水平和敏感性增加，早期死亡可能与肝功能损伤、肝衰竭和胰腺炎有关。Flowers等［15］研究发现，通过SOCS?1激活的STAT蛋白能够抑制细胞质内JAK的活化，介导细胞内广泛的细胞因子、生长因子、激素等的信号转导，STAT的病态激活与人类许多肿瘤的产生有关，包括前列腺癌。
SOCS?1与白血病
造血干细胞的增殖和分化依赖于各种各样的细胞因子。SOCS?1负调节(JAK/STAT)途径的活化，抑制各种细胞因子的生物学效应，可能与白血病的发生、密切相关。Schuringa等［16］研究了20例急性髓细胞性白血病(AML)患者，5例持续的STAT3磷酸化，用IL?6预处理后不再表现为持续的正调节。有趣的是，AML细胞持续的STAT3活化同时存在高水平的IL?6，这种持续的IL?6的高表达与高水平的SOCS?1和SOCS?3 mRNA转录有密切联系，它不受抗IL?6抗体的负调节。转染腺病毒载体表达SOCS?1/JAB蛋白不抑制IL?6依赖的信号转导，表明在人髓细胞性白血病M1细胞中SOCS?1/JAB蛋白是潜在的抑制STAT3信号的抑制因子［17］。Roman?Gomez等［18］应用RT?PCR方法检测75例新发病的慢性髓细胞性白血病慢性期的患者SOCS?1 mRNA转录水平，发现49例SOCS?1 mRNA有持续转录。在高危患者中更常见SOCS?1 mRNA高转录，中位生存期相对较短，对干扰素反应差，细胞遗传学缓解率低。这些表明SOCS?1 mRNA的持续高转录与慢性髓性白血病的发病有关，可能影响疾病的生物学行为，与治疗反应密切相关。Chen等［19］研究了89例新诊断的AML患者，53例（60%）有SOCS?1的甲基化，阳性率与疾病的细胞遗传学类型有关，SOCS?1的甲基化出现于超过半数的AML患者，可能在AML不同亚型的发生发展中有重要地位。
SOCS?1与其他疾病
Yamana等［20］研究发现，活动性类风湿性关节炎（rheumatoid Arthritis, RA）患者的外周血CD4+ T细胞加入1 ng/ml IL?10，在CD3和CD28的共同刺激下，其产生的IFN?γ比对照组能够产生的更多，尽管它们表面表达的IL?10R1是增加的，但是RA患者中CD4+ T细胞在向滑膜组织转移之前对IL?10的免疫抑制作用产生耐受，这种IL?10信号转导的损伤可能与STAT3的持续活化和SOCS?1的诱导作用相关联。应用RT?PCR方法研究类风湿性关节炎患者与对照组血CD4+ T细胞，发现RA组含有高水平的SOCS?1 mRNA和低水平的SOCS?3 mRNA转录［20］。
另有研究发现，原发性肝癌与SOCS?1基因的高甲基化和沉默有关。通过研究200例慢性肝病患者，发现肝纤维化的严重程度与SOCS?1基因的高甲基化高度相关。在二甲基亚硝胺制作的鼠肝纤维化模型中，SOCS?1(?/+)的小鼠比野生型的SOCS?1(+/+)小鼠发展成更严重的肝纤维化。而且，SOCS?1基因缺失的小鼠在致癌物的影响下更容易发展成肝细胞癌［21］。这提示SOCS?1对肝细胞损伤起保护作用，对肝纤维化和肝癌的形成可能有预防作用。另外一项来自日本的报告，用PCR方法研究了22例肝细胞癌组织和相邻的非肝癌组织标本中SOCS?1 5'?非编码区和CpG岛的高甲基化表达，发现用CpG岛中的引物检测，22例中9例阳性，非肝癌样本中仅有1例阳性，用5'?非编码区引物检测，22例中12例阳性，非肝癌样本中5例阳性，这说明SOCS?1与肝细胞癌密切相关［22］。多数学者认为，SOCS?1具有肿瘤抑制基因活性，该基因的甲基化导致转录沉默，可能在恶性肿瘤的发生发展过程中起重要作用。
结语与展望
SOCS蛋白家族具有广泛的功能和复杂的调控机制，它对信号转导，特别是JAK?STAT通路的负调控作用已被肯定。随着分子生物学技术的发展，应用基因克隆和基因敲除等技术，在SOCS?1基因及其产物的结构等方面有了一定的认识，揭示了诸多细胞生物学现象。在探讨其正常生理功能的同时，揭示其高表达或缺失时病理变化的本质，是临床与基础研究密切结合的预期结果。这不仅为阐明SOCS?1的生物学意义和新的病因学有一定的理论意义, 控制SOCS?1蛋白的表达量可为临床新药的研发提供思路。
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