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过敏性哮喘中IL-4JAKSTAT6的调控——基于信号通路对过敏性哮喘发病机制与靶向治疗中的作用

Regulation of the IL-4/JAK/STAT6 Pathway in Allergic Asthma: Its Role in the Pathogenesis and Targeted Therapy of Allergic Asthma Based on Signal Transduction

发布时间:2026-11-11
作者: 杨嘉欣 ,罗超 :绍兴理工学院医药与健康学院 浙江绍兴; YANG Jiaxin ,LUO Chao :School of Pharmacy and Health Sciences, Shaoxing Institute of Technology, Shaoxing;
摘要: 过敏性哮喘是一种以Th2型免疫反应异常激活的慢性气道炎症性疾病,其发病机制涉及IL-4/JAK/STAT6信号通路的持续活化,导致Th2细胞活化与分化释放大量细胞因子、作用B细胞产生IgE和巨噬细胞的极化,使得气道炎症加重,最终导致哮喘的急性发作。本文旨在深入探讨IL-4/JAK/STAT6信号通路在治疗过敏性哮喘的作用,从机制层面深化对过敏性哮喘发病机理的理解,并阐明其生物学机制与病理意义。
Abstract: Allergic asthma is a chronic airway inflammatory disease characterized by abnormal activation of Th2-type immune responses. Its pathogenesis involves the sustained activation of the IL-4/JAK/STAT6 signaling pathway, which leads to the activation and differentiation of Th2 cells, resulting in the release of large amounts of cytokines. These cytokines stimulate B cells to produce IgE and induce the polarization of macrophages, thereby exacerbating airway inflammation and ultimately triggering acute asthma attacks. This paper aims to thoroughly explore the role of the IL-4/JAK/STAT6 signaling pathway in the treatment of allergic asthma, deepen our understanding of the pathogenesis of allergic asthma at the mechanistic level, and elucidate its biological mechanisms and pathological significance.
关键词: 过敏性哮喘;发病机制;IL-4/JAK/STAT6信号通路
Keywords: allergic asthma; pathogenesis; IL-4/JAK/STAT6 signaling pathway

引言

过敏性哮喘(Allergic asthma,AAS)是一种以2型辅助T细胞(T helper cell 2,Th2)免疫反应异常激活的慢性气道炎症性疾病,其发病率在全球范围内呈现显著上升趋势,已成为备受关注的公共卫生问题。据流行病学调查显示,目前全球约有 3 亿哮喘患者,我国约占12.69%。其中,约 80% 的儿童哮喘和 50% 的成人哮喘与过敏机制相关。目前,临床一线治疗主要依赖吸入性糖皮质激素与长效β2受体激动剂的联合方案,虽能有效控制症状,但长期用药带来的副作用、患者依从性差以及部分难治性哮喘的存在,现有疗法存在局限性。因此,深入揭示AAS发病机制、探索更为精准有效的干预靶点,成为当前研究的重点方向。

近年来,白细胞介素-4(interleukin4,IL-4)及其下游的JAK激酶(Janus Kinase,JAK)-信号转导和转录激活因子6(signal transducer and activator of transcription 6,STAT6)作为调控Th2免疫应答的核心,已成为治疗AAS的关键靶点。IL-4作为Th2型免疫反应的关键启动因子,负责将细胞外的刺激信号跨膜传递至细胞内。激活与受体相关的JAK,使IL-4Rα链中特定的酪氨酸残基发生磷酸化,进一步激活STAT6。STAT6被招募、磷酸化、形成二聚体,并转运入核,结合IL-4响应基因启动子中的特定DNA基序,促进炎症因子的激活,从而放大和维持过敏性炎症反应。因此,靶向该通路能够从源头同时阻断IL-4与IL-13信号,还可从源头干预Th2型免疫失衡,实现对过敏性哮喘炎症网络的精准干预,达到多重治疗效益。

1 IL-4/JAK/STAT6信号通路的核心分子机制

1.1 IL-4的分子特性与主要来源

IL-4是一种I型细胞因子,其基因定位于染色体5q31-33上,编码的蛋白质包含多个半胱氨酸残基。在免疫系统中,IL-4主要由活化的CD4⁺Th2细胞、2型固有淋巴细胞(Type2InnateLymphoidCells‌,ILC2s)、肥大细胞及嗜碱性粒细胞等分泌。作为Th2型免疫应答的关键启动因子,IL-4通过调节细胞分化、增殖和凋亡,在过敏性和自身免疫性疾病的发病机制中发挥重要作用。其核心功能在于:决定初始CD4+T细胞向Th2亚群分化;驱动B细胞发生抗体类别转换,产生过敏原特异性免疫球蛋白E(immunoglobulinE,IgE);诱导巨噬细胞向M2型极化,参与免疫调节与组织修复。

1.2 IL-4受体结构与信号起始机制

IL-4通过与细胞表面的特异性受体结合发挥作用。该受体的关键亚基IL-4Rα可与共同γ链组成I型受体,或与IL-13Rα1组成II型受体。IL-4与IL-4Rα结合后,引发受体二聚化并磷酸化激活JAK激酶,活化的JAK促使受体胞内结构域中特定酪氨酸残基磷酸化,从而为下游信号分子STAT6提供停泊位点

1.3 JAK/STAT6信号级联与转录调控

活化的JAK激酶进一步磷酸化STAT6,使其形成同源二聚体并转运至细胞核。在核内,STAT6二聚体结合特定DNA序列,启动相关基因的转录,反馈性地增强IL-4、GAGT3等炎性因子的表达。这一转录调控不仅促进了Th0向Th2细胞的分化,还增强了相关炎性因子的表达和分泌,在过敏性与炎症性疾病中发挥核心作用。

2 IL-4/JAK/STAT6通路驱动过敏性哮喘发病过程

2.1 过敏原的暴露及免疫激活

AAS的发病机制始于过敏原的暴露,如空气污染物、室内污染物(尘螨、霉菌、宠物皮屑等)以及气候变化等因素都可能促进机体发病。过敏原暴露后,免疫系统被快速激活,上皮细胞表达跨膜或细胞内模式识别受体,识别入侵的过敏原并激活上皮细胞触发警报素细胞因子,如:IL-25、IL-33和胸腺基质淋巴细胞生成素的释放,这些细胞因子诱导下游ILC2s等固有免疫细胞,使其早期分泌IL-4等细胞因子。IL-4通过与其受体结合,JAK/STAT6信号通路,为后续启动Th2细胞分化起决定性作用。

2.2 STAT6驱动Th2细胞的活化与分化

当过敏原进入人体后,携带抗原的树突状细胞迁移至淋巴结,抗原递呈细胞收集和提供抗原信号递呈给肠系淋巴结中的辅助型Th0细胞,Th0细胞内的IL-4/JAK/STAT6通路被强烈激活,使Th0细胞向Th2细胞分化。被磷酸化的STAT6转运入核,诱导Th2相关转录因子GATA结合蛋白3(GATA binding protein 3)的表达,并促进更多IL-4、IL-13的产生。由此,JAK/STAT6通路通过GATA3,启动了Th2分化,导致过敏原特异性Th2细胞大量扩增和持续存在,成为慢性炎症的持续源泉。研究表明,AAS发病的重要机制之一是由于Th1与Th2之间的比例和功能失衡。

2.3 STAT6作用B细胞产生IgE

当初始T细胞分化为Th2细胞后,这些活化的Th2细胞通过分泌IL-4和IL-13等细胞因子,直接作用于B细胞,诱导其发生抗体类别转换,从而产生过敏原特异性IgE。IL-4/JAK/STAT6通路的激活是B细胞发生抗体类别转换重组为IgE的必要条件。产生的过敏原特异性IgE与肥大细胞和嗜碱性粒细胞上的高亲和力免疫球蛋白E Fc段受体Ⅰ‌(Fc fragment of immunoglobulin E receptor I‌,FcεRI)结合,形成致敏。当过敏原再次进入机体后,与IgE结合形成复合物,激活这些细胞表面的FcεRI,使其迅速脱颗粒释放介质,如组胺、白三烯、前列腺素等,导致支气管平滑肌痉挛、粘液水肿、粘液分泌增加,进而出现哮喘的急性发作(如图1所示)。

2.4 STAT6介导巨噬细胞M2极化与气道炎症放大

Th2细胞产生的IL-4和IL-13与巨噬细胞表面相应的受体结合,激活与受体相关的JAK,这些激酶能够使IL-4Rα链中特定的酪氨酸残基发生磷酸化,进一步激活STAT6。磷酸化后的STAT6分子脱离受体,形成同源二聚体,这些同源二聚体迁移到细胞核,结合IL-4响应基因启动子中的特定DNA基序,促进炎症因子的激活,将巨噬细胞激活为M2表型。在哮喘慢性炎症环境中,M2型巨噬细胞能够高表达Arg-1,诱导嗜酸性粒细胞聚集在炎性部位;同时提高FIZZ1、YM1和TGF-β的表达,参与组织修复,从而驱动气道纤维化与重塑的病理进程。除此之外,STAT6的激活对Th2免疫应答至关重要。其具有介导多种抗炎及促炎细胞因子的作用,不仅能够被 IL-4 以及 IL-13 激活,而且正反馈促进Th2细胞分化并增强IL-4、IL-13的持续产生,使得Th2型免疫反应得以持续放大并长期存在从而加重哮喘气道炎症。

图 1  AAS 发病涉及相关细胞因子及信号通路示意图

3 靶向IL-4/JAK-STAT6通路的治疗策略

3.1 靶向生物制剂

3.1.1 抗IgE单抗

奥马珠单抗为靶向IgE经典药物,可以特异性结合游离IgE,阻断其与FcεRI的结合,从而抑制肥大细胞、嗜碱性粒细胞脱颗粒,减少IL-4、IL-13的释放,间接抑制IL-4/JAK-STAT6通路的激活。该药物与FcεRI在IgE上的结合位点都属于Cε3结构域。与IgE结合后的奥马珠单抗可以阻碍IgE和效应细胞表面高亲和力受体FcεRI相结合,降低血清游离IgE浓度,下调细胞表面的FcεRI密度,从而中断抗原呈递、炎症介质分泌等过敏级联过程,使IgE升高的重症AAS患者得到理想的治疗效果。与传统药物相比,其避免了长期使用激素带来的全身性不良反应,十分适用于吸入性激素控制效果不佳的AAS患者,显著改善了他们的生活质量。

3.1.2 抗IL-4 Rα单抗

靶向IL-4 Rα的单克隆抗体能够同时阻断IL-4和IL-13双通路的信号传导,全面抑制IL-4/JAK-STAT6通路的激活,抑制IgE的产生,减少炎症细胞募集,减轻气道高反应性及气道重塑,减少黏液分泌,从而显著降低中重度哮喘的年恶化率,改善肺功能。其代表药物为度普利尤单抗,可用于哮喘患者的维持治疗。这类药物对以Th2炎症为主的AAS疗效显著,为依赖大剂量激素的患者提供了新的治疗方案。

3.1.3 抗IL-5/ IL-5Rα单抗

IL-5是IL-4/JAK/STAT6通路的下游关键效应因子,可促进嗜酸性粒细胞的分化、活化与募集,加重气道炎症;同时还可以通过正反馈机制促进IL-4释放,进一步放大IL-4/JAK/STAT6通路信号。IL-5单克隆抗体通过靶向结合体内游离的IL-5,阻止IL-5与受体结合,干扰信号传导,减少嗜酸性粒细胞的增殖、成熟及存活,进而减轻炎症反应及气道重构,改善患者的疾病控制状态。其代表药物为美泊利珠单抗和瑞利珠单抗.这类药物适用于嗜酸性粒细胞升高的重度哮喘患者,且长期使用耐受性好。

3.2 靶向化学制剂

3.2.1 JAK激酶抑制剂

IL-4、IL-5、IL-13等多种细胞因子均通过JAK-STAT信号通路传递信号,进而促进炎症发生发展。JAK通路的抑制剂巴瑞替尼、托法替尼等已经进入临床研究,这类药物可通过抑制JAK激酶活性,阻断下游STAT蛋白磷酸化,阻断STAT6激活,从而抑制多种促炎细胞因子的信号传导,减轻气道炎症和高反应性。这类药物的多靶点抑制特性,有望为复杂炎症表型的哮喘患者带来更加全面的控制效果。

3.2.2 STAT6转录抑制剂

STAT6是IL-4/JAK-STAT6通路的核心转录因子可直接调控下游炎症基因表达,STAT6转录抑制剂可直接阻断STAT6与DNA的结合活性,从下游终止通路信号。选择性STAT6抑制剂AS1517499,可直接抑制STAT6的DNA结合活性,在体外能阻断IL-4诱导的B细胞IgE合成;在过敏性哮喘小鼠模型中,AS1517499可降低气道炎症因子水平,减轻气道重塑,为AAS的治疗提供新思路。

3.3 靶向中药制剂

3.3.1 麻黄中药成分

麻黄为传统平喘药,其主要活性成分麻黄碱可通过抑制 IL-4/JAK-STAT6 通路,下调 IL-5、IL-13 等炎症因子的表达,从而缓解气道炎症。研究表明,麻黄碱还可直接促使支气管平滑肌松弛、收缩黏膜毛细血管,迅速缓解哮喘症状。临床应用中,麻黄碱联合糖皮质激素可降低 AAS 患者的 IL-4、STAT6 水平,减少急性发作次数,适用于哮喘急性发作期的治疗。

3.3.2 小青龙颗粒中药成分

小青龙颗粒具有抗炎、抗过敏、止咳平喘的综合作用,在 AAS 临床治疗中应用广泛、治疗效果显著。小青龙颗粒可通过抑制 IL-4/JAK-STAT6 通路的活化,减少 IL-4、IL-13 的释放,同时抑制肥大细胞脱颗粒,减少组胺、白三烯的产生。在 AAS 动物模型中,小青龙颗粒能显著降低气道炎症因子水平,改善气道高反应性,其作用机制与抑制 JAK1/STAT6 的磷酸化、阻断下游炎症基因转录有关。

4 总结

AAS作为一种由Th2型免疫反应异常驱动的慢性气道炎症性疾病,其发病机制的核心在于IL-4/JAK/STAT6信号通路的持续与过度激活。本文系统阐述了转录因子STAT6通过调控GATA3、诱导IgE类别转换、驱动巨噬细胞M2极化及直接影响气道结构细胞功能,在Th2免疫优势建立、过敏原致敏、慢性炎症放大的关键病理环节中发挥的中心驱动作用。传统治疗方案虽能控制症状,但存在副作用与耐药问题。近年来,针对该通路关键节点的生物制剂,特别是可同时阻断IL-4与IL-13信号的抗IL-4Rα单抗,已展现出从源头干预疾病进程的卓越疗效,标志着哮喘治疗进入了精准靶向的新时代。持续深化对IL-4/JAK/STAT6通路的理解并创新其干预手段,将是最终实现过敏性哮喘有效控制的重要途径。

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