信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3信號(hào)通路及其抑制劑對(duì)胃癌作用的研究進(jìn)展▲

唐 鈺 李俊海

(1 陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，咸陽(yáng)市 712000，電子郵箱：674525339@qq.com；2 陜西省核工業(yè)215醫(yī)院心胸外科， 咸陽(yáng)市 712000)

【提要】 胃癌是全球常見(jiàn)的癌癥之一，在中國(guó)胃癌的病死率仍然很高。因此，胃癌的治療需要探索新的思路。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)調(diào)控下游的多種靶基因，并作為下游介質(zhì)受到多種因子的調(diào)控，從而對(duì)胃癌的發(fā)生、發(fā)展有著重要的影響，STAT3可作為胃癌治療的理想靶點(diǎn)。本文就近年來(lái)STAT3信號(hào)通路及其抑制劑對(duì)胃癌的作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

胃癌是全球一種重要的癌癥，2020年新發(fā)病例超過(guò)100萬(wàn)例，估計(jì)死亡人數(shù)約768 793人，是世界第五大最常見(jiàn)的癌癥和第四大癌癥死亡原因，而中國(guó)胃癌的死亡人數(shù)約占全球胃癌死亡人數(shù)的60%[1]。在中國(guó)，50%的胃癌患者在初診時(shí)即為晚期胃癌[2]。早期胃癌的主要治療方法是內(nèi)鏡下切除術(shù)，而不能行早期內(nèi)鏡下治療的胃癌患者則需要腹腔鏡下或開(kāi)腹手術(shù)治療，包括D2淋巴結(jié)清掃術(shù)等。圍術(shù)期化療或輔助化療可以提高1B期或以上癌癥患者的存活率，臨床上對(duì)于進(jìn)展期胃癌一般采用序貫化療方案治療。此外，靶向治療也是晚期胃癌的治療方案之一，胃癌的靶向療法包括曲妥珠單抗、雷莫蘆單抗、納武利尤單抗或可瑞達(dá)[3]。然而化療藥物的長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致耐藥現(xiàn)象，同時(shí)這些靶向制劑并非對(duì)所有胃癌患者都有效。

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)3的靶基因參與腫瘤發(fā)展的過(guò)程，包括增殖、存活、自我更新、侵襲和血管生成等，而通過(guò)各種手段抑制STAT3可以發(fā)揮抗癌作用[4]。雖然目前特異性抑制STAT3的功能仍有許多障礙，但這種方法使得分子治療癌癥具有廣闊的前景。近年來(lái)，關(guān)于STAT3信號(hào)通路及其抑制劑對(duì)胃癌作用的研究越來(lái)越深入，本文就其相關(guān)的研究進(jìn)展做一綜述。

1 STAT3概述

STAT3是轉(zhuǎn)錄因子家族的成員之一，該家族成員包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6[5]。人類(lèi)STAT3主要有兩種亞型：STAT3α亞型(俗稱(chēng)STAT3)全長(zhǎng)770個(gè)氨基酸，涉及6個(gè)結(jié)構(gòu)域；STAT3β亞型在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)外顯子23受體位點(diǎn)的選擇性剪接產(chǎn)生[6]。

1.1 STAT3的結(jié)構(gòu)和功能 STAT3由6個(gè)功能區(qū)組成：Src同源2結(jié)構(gòu)域、N-末端結(jié)構(gòu)域、螺旋結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域、α-螺旋連接結(jié)構(gòu)域(LD)和C-末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域[7]。其中高度保守的Src同源2結(jié)構(gòu)域是識(shí)別受體亞基上酪氨酸磷酸化所必需的；此外，它還通過(guò)與磷酸酪氨酸-SH2的相互作用穩(wěn)定STAT單體之間的結(jié)合。N-末端結(jié)構(gòu)域參與轉(zhuǎn)錄共激活因子的相互作用、核轉(zhuǎn)位的調(diào)節(jié)以及DNA的協(xié)同作用。螺旋結(jié)構(gòu)域與參與核轉(zhuǎn)位的其他蛋白質(zhì)相互作用。DNA結(jié)合域是與靶基因啟動(dòng)子中的特定回文序列結(jié)合所必需的部位，其介導(dǎo)特定配體的不同信號(hào)以確定DNA結(jié)合的特異性。LD最初被描述為SH3同源區(qū)域，由高度螺旋折疊組成，是STAT分子中最保守的區(qū)域之一。C-末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域含有酪氨酸和絲氨酸磷酸化位點(diǎn)，這些位點(diǎn)對(duì)于STAT最大程度地調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄激活是必不可少的[8]。

1.2 STAT3信號(hào)通路激活的機(jī)制 STAT3信號(hào)通路通過(guò)結(jié)合細(xì)胞外配體[如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-6]而被誘導(dǎo)激活，細(xì)胞外配體的結(jié)合導(dǎo)致了Janus激酶(Janus kinase，JAK)受體二聚化及反式磷酸化而被激活[9]。隨后細(xì)胞質(zhì)中STAT3單體酪氨酸705位點(diǎn)被上游信號(hào)(即激活的JAK)磷酸化，從而激活STAT3信號(hào)通路；STAT3信號(hào)通路激活后，STAT3單體從受體/激酶復(fù)合體中分離出來(lái)，利用其Src同源2結(jié)構(gòu)域產(chǎn)生同源二聚體或異源二聚體，進(jìn)一步的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴(lài)于轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核和靶向基因[9]。當(dāng)細(xì)胞核移位時(shí)，STAT3信號(hào)通路可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[9-10]。

2 STAT3與胃癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

在大多數(shù)癌癥中，存在STAT3持續(xù)的酪氨酸磷酸化和結(jié)構(gòu)性激活的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)性激活的STAT3通過(guò)多種方式參與了腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化，其中包括通過(guò)激活細(xì)胞周期調(diào)控因子(如細(xì)胞周期蛋白D1和c-Myc)，以及通過(guò)誘導(dǎo)抗凋亡蛋白[如B細(xì)胞淋巴瘤蛋白(B-cell lymphoma,Bcl)-xl、Bcl-2、髓細(xì)胞白血病蛋白1(myeloid cell leukemia 1，Mcl-1)和存活素(survivin)的表達(dá)來(lái)逃避細(xì)胞凋亡[11]。STAT3還可以激活其他腫瘤特征相關(guān)蛋白的表達(dá)，例如與侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，以及與血管生成相關(guān)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)[11]。以下就STAT3作為上游介質(zhì)和下游介質(zhì)在胃癌中的作用進(jìn)行總結(jié)。

2.1 STAT3作為上游介質(zhì)在胃癌中的作用 STAT3作為上游介質(zhì)可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子從而對(duì)胃癌產(chǎn)生影響。研究表明，STAT3在多種人胃癌細(xì)胞系中被結(jié)構(gòu)性激活，并且結(jié)構(gòu)性激活的STAT3通過(guò)survivin的表達(dá)維持胃癌細(xì)胞的存活[12]。活性形式的STAT3通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞周期的G1/S期轉(zhuǎn)變，細(xì)胞周期蛋白D1可與細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶4/6相關(guān)聯(lián)并控制胃癌細(xì)胞從G1向S期的進(jìn)展[13]。此外，Luo等[14]還發(fā)現(xiàn)STAT3能夠誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲。在胃癌細(xì)胞中，STAT3的缺失下調(diào)了S期激酶關(guān)聯(lián)蛋白2的表達(dá)，從而通過(guò)抑制RhoA的活性、下調(diào)局部黏著斑激酶的表達(dá)、上調(diào)E-鈣黏蛋白的表達(dá)、降低MMP-2和MMP-9的活性，以此來(lái)降低胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力[15]。STAT3還可以通過(guò)刺激表觀遺傳激酶絲裂原和激活蛋白激酶1來(lái)誘導(dǎo)組蛋白H3S10磷酸化，導(dǎo)致胃癌的發(fā)生[16]。此外，激活的STAT3可能在胃癌患者的VEGF過(guò)表達(dá)以及促進(jìn)血管生成中發(fā)揮重要作用，從而促進(jìn)胃癌的發(fā)生和發(fā)展[17]。

2.2 STAT3作為下游介質(zhì)在胃癌中的作用 除了作為上游介質(zhì)外，STAT3還可以作為下游介質(zhì)在胃癌的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。研究顯示，沉默信息調(diào)節(jié)因子1的表達(dá)與胃癌的不良預(yù)后顯著相關(guān)[18]。而沉默信息調(diào)節(jié)因子1引起胃癌不良預(yù)后的機(jī)制可能與STAT3有關(guān)。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，沉默信息調(diào)節(jié)因子1缺失通過(guò)激活STAT3/MMP-13信號(hào)通路增加胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，因此SIRT1激活劑可能被用于轉(zhuǎn)移性胃癌的潛在預(yù)防和治療。此外，沉默信息調(diào)節(jié)因子6可能通過(guò)抑制STAT3信號(hào)通路下調(diào)細(xì)胞周期蛋白D1和Bcl-2的表達(dá)水平，從而抑制胃癌細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)[20]。沉默微管不穩(wěn)定蛋白(stathmin)基因可以降低STAT3的表達(dá)，導(dǎo)致胃癌細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯和凋亡[21]。Huang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)指蛋白6可激活STAT3信號(hào)通路，從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，而敲除環(huán)指蛋白6基因后可出現(xiàn)相反的結(jié)果。Yu等[23]研究表明，F(xiàn)YN可能通過(guò)激活STAT3介導(dǎo)的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，并可能成為治療胃癌的新靶點(diǎn)。IL也能調(diào)控STAT3的表達(dá)并對(duì)胃癌細(xì)胞產(chǎn)生影響。例如，IL-11通過(guò)過(guò)度激活STAT3促進(jìn)慢性胃炎和胃炎相關(guān)的腫瘤發(fā)生[24]；IL-23通過(guò)上調(diào)STAT3信號(hào)誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲[25]；胃間充質(zhì)干細(xì)胞來(lái)源的IL-8可以上調(diào)STAT3表達(dá)，誘導(dǎo)c-Myc激活程序性細(xì)胞死亡蛋白1/程序性細(xì)胞死亡蛋白1配體軸導(dǎo)致免疫抑制，并且增加胃癌細(xì)胞的惡性行為[26]。另外，STAT3作為下游介質(zhì)還影響胃癌細(xì)胞的化療敏感性。Song等[27]發(fā)現(xiàn)鞘氨醇1-磷酸受體1通過(guò)結(jié)構(gòu)性激活的STAT3促進(jìn)胃癌細(xì)胞的化療耐藥，并且阻斷鞘氨醇1-磷酸受體1-STAT3信號(hào)通路可使耐藥的胃癌細(xì)胞恢復(fù)對(duì)藥物的敏感性。除此之外，腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞分泌的IL-11可激活JAK/STAT3信號(hào)通路，導(dǎo)致抗凋亡因子Bcl-2表達(dá)增加，介導(dǎo)胃癌細(xì)胞對(duì)化療的耐藥性[28]。

3 STAT3與胃癌患者預(yù)后的關(guān)系

Deng等[29]研究表明，STAT3與磷酸化STAT3主要在胃癌組織上皮細(xì)胞中表達(dá)，胃癌組織中STAT3和磷酸化STAT3的陽(yáng)性表達(dá)率均明顯高于正常胃組織，并且磷酸化STAT3在胃癌中的表達(dá)水平與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。 Kim等[30]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中STAT3的陽(yáng)性表達(dá)率為39%，而癌旁正常組織中STAT3陽(yáng)性表達(dá)率僅為14%，當(dāng)原發(fā)腫瘤-區(qū)域淋巴結(jié)-遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移(tumor-node-metastasis,TNM)分期由Ⅰ期進(jìn)展到Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期時(shí)，胃癌組織中STAT3的陽(yáng)性表達(dá)率由22%分別增加至33%、54%、75%，存在區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移時(shí)STAT3的陽(yáng)性表達(dá)率也有相同的增加趨勢(shì)，認(rèn)為STAT3陽(yáng)性表達(dá)率與胃癌TNM分期以及區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。因此，STAT3在胃癌組織中的表達(dá)水平可為胃癌的分期和預(yù)后提供有用的信息。此外，還有研究表明，磷酸化STAT3的表達(dá)水平是胃癌根治性切除術(shù)患者術(shù)后復(fù)發(fā)和生存率降低的一個(gè)重要不良預(yù)后因素[31]。

4 STAT3抑制劑對(duì)胃癌的作用

由于在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用，STAT3被認(rèn)為是治療癌癥的理想分子靶點(diǎn)，因此，探索針對(duì)STAT3有效且具有選擇性的抑制劑或?yàn)楫?dāng)下研究的熱點(diǎn)。STAT3抑制劑可分為直接抑制劑和間接抑制劑。直接抑制劑可與STAT3相互作用，從而干擾其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄能力；間接抑制劑并不直接與STAT3相互作用，而是調(diào)節(jié)STAT3信號(hào)通路上游成分的活性[32]。目前，針對(duì)胃癌的STAT3抑制劑多為間接抑制劑，這些間接抑制劑可分為合成抑制劑與天然抑制劑。

4.1 合成抑制劑 Wang等[33]合成的一種積雪酸衍生物AA-PME能劑量依賴(lài)性地抑制胃癌細(xì)胞中的STAT3的結(jié)構(gòu)性激活，阻斷JAK2-STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終調(diào)控STAT3下游基因產(chǎn)物的表達(dá)，包括細(xì)胞周期蛋白D1、Bcl-2相關(guān)X蛋白、Bcl-2、c-Myc、MMP-2、MMP-9，具有預(yù)防和治療胃癌的潛力。氯硝柳胺衍生物HJC0152可抑制激活的STAT3及其下游靶基因c-Myc、細(xì)胞周期蛋白D1在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)；HJC0152還可誘導(dǎo)存在STAT3超激活的胃癌細(xì)胞AGS和MKN45的凋亡，同時(shí)下調(diào)Survivin和Mcl-1的表達(dá)水平，明顯抑制腎癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力[34]。此外，抗原蟲(chóng)和抗真菌藥物硝呋太爾也是有效的STAT3抑制劑，對(duì)胃癌細(xì)胞的增殖有明顯的抑制作用，并能誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡，其可能通過(guò)抑制STAT3的激活而發(fā)揮作用[35]。因此，Nifuratel或可成為用于胃癌治療的一種新的方法。WP1066是一種新型JAK2和STAT3抑制劑，其可通過(guò)抑制JAK2/STAT3通路來(lái)抑制胃癌細(xì)胞增殖，減輕炎癥反應(yīng)和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[36]。

STAT3的結(jié)構(gòu)性激活直接導(dǎo)致胃癌細(xì)胞的耐藥性，因此干擾STAT3信號(hào)可能逆轉(zhuǎn)胃癌細(xì)胞的耐藥性，一些合成抑制劑通過(guò)抑制STAT3的結(jié)構(gòu)性激活來(lái)降低胃癌細(xì)胞的耐藥性或提高化療藥物的效果。例如，在胃癌細(xì)胞中，小分子5,15-二苯基卟啉下調(diào)了STAT3靶基因Bcl-2和c-Myc的表達(dá)水平，上調(diào)了腫瘤抑制基因p53的表達(dá)水平，該抑制劑對(duì)STAT3的抑制增加了腫瘤細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性[33]。此外，新的小分子抑制劑OPB-31121可通過(guò)抑制STAT3的結(jié)構(gòu)性激活以及IL-6誘導(dǎo)的JAK/STAT信號(hào)通路，從而抑制胃癌細(xì)胞的增殖，并可抑制抗凋亡蛋白的表達(dá)水平，誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡，同時(shí)還能與5-氟尿嘧啶和順鉑具有協(xié)同作用，提高化療藥物的抗腫瘤作用[32]。

4.2 天然抑制劑 芹菜素是一種常見(jiàn)于水果和蔬菜中的黃酮類(lèi)化合物，可能是一種具有很高潛力的抗胃癌進(jìn)展的化合物[37]。芹菜素可顯著減少胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，針對(duì)芹菜素分子作用的研究表明，其可通過(guò)下調(diào)IL-6表達(dá)水平來(lái)抑制STAT3的激活[38]。小白菊內(nèi)酯是一種從小白菊中提取的倍半萜內(nèi)酯，主要用于治療發(fā)熱、關(guān)節(jié)炎和偏頭痛。菊內(nèi)酯不僅可誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞順鉑耐藥株SGC-7901的凋亡，抑制SGC-7901的增殖、遷移和侵襲，還能夠增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)順鉑的藥物敏感性，其機(jī)制可能與抑制STAT3信號(hào)通路、調(diào)節(jié)下游凋亡蛋白和細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)水平有關(guān)[39]。從山竹中提取的 α-山竹黃酮對(duì)胃癌腺BGC823和SGC-7901細(xì)胞的活力均有劑量和時(shí)間效應(yīng)的抑制作用，其可顯著抑制胃腺癌細(xì)胞中結(jié)構(gòu)性激活的STAT3的表達(dá)水平，并降低STAT3所調(diào)節(jié)的Bcl-xl和Mcl-1蛋白的水平，從而增強(qiáng)細(xì)胞凋亡效應(yīng)[40]。氯化兩面針堿能抑制胃癌細(xì)胞中STAT3蛋白的結(jié)構(gòu)性激活及其DNA結(jié)合活性，還可以STAT3靶基因(細(xì)胞周期蛋白D1、Bcl-xl、VEGF)的表達(dá)，從而發(fā)揮抗癌活性[41]。從藥物植物酸漿中提取的甾體內(nèi)酯毛酸漿內(nèi)酯B通過(guò)抑制STAT3磷酸化，抑制胃癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡；其與曲美替尼聯(lián)合應(yīng)用可發(fā)揮協(xié)同作用抑制胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[42]。蓽茇酰胺是長(zhǎng)辣椒中的主要成分，Song等[43]研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細(xì)胞株MKN45和AGS中，蓽茇酰胺可劑量依賴(lài)性抑制JAK1、JAK2和STAT3的磷酸化，這提示蓽茇酰胺通過(guò)抑制JAK1/2-STAT3信號(hào)通路，從而抑制胃癌細(xì)胞的增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程以及細(xì)胞侵襲和遷移。還有研究發(fā)現(xiàn)，康艾注射液通過(guò)抑制IL-6/STAT3信號(hào)通路，從而使胃癌細(xì)胞G1期阻滯而發(fā)揮抗腫瘤細(xì)胞增殖作用[44]。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

STAT3信號(hào)通路可以調(diào)控多種基因靶點(diǎn)，與胃癌細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)、凋亡、轉(zhuǎn)移和侵襲等密切相關(guān)，在胃癌的發(fā)生與發(fā)展中具有重要的意義，可能是胃癌治療的理想靶點(diǎn)。目前，研究者已發(fā)現(xiàn)了大量的STAT3抑制劑，并且對(duì)其在胃癌中的應(yīng)用機(jī)制進(jìn)行了深入研究，關(guān)于STAT3抑制劑的臨床前研究也越來(lái)越多，但目前還沒(méi)有可以應(yīng)用于臨床并且能夠?qū)崿F(xiàn)有效治療胃癌的STAT3抑制劑，仍然需要進(jìn)一步的探索和研究。