STAT家族在腫瘤中的作用及藥物研發(fā)

［摘要］信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）家族參與免疫、炎癥反應(yīng)、細胞凋亡、腫瘤發(fā)生以及多種細胞生理過程。其中IL-6/JAK/STAT和IL-4/JAK/STAT信號通路在多種惡性腫瘤細胞中被激活，抑制STAT3異常激活成為抗腫瘤藥物研發(fā)的重要靶標(biāo)。本文對STAT家族的生物學(xué)功能及其與腫瘤的關(guān)系，以STAT家族分子為靶點的藥物研發(fā)的進展作一綜述。

［關(guān)鍵詞］信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子；腫瘤；藥物研發(fā)

doi：10.3969/j.issn.1674-7593.2023.03.020

The Role of STAT Family in Tumor Progression and Drug Development

Zhong Wentao1**，Zhang Qi2**，Li Fangqi1，Yan Jing2，Liang Zuowen3***，Li Jing4***

1The First Hospital of Jilin University，Changchun130021；2The Second Hospital of Jilin University，Changchun130021；3Department ofAndrology，the First Hospital of Jilin University，Changchun130021；4Department of Pharmacology，College of Basic Medical Sciences，Jilin University，Changchun130021

***Corresponding author：Liang Zuowen，email：liangzw@jlu.edu.cn;Li Jing，email：lijing@jlu.edu.cn

［Abstract］The signal transducer and activator of transcription（STAT） family is involved in immunity，inflammation，apoptosis，oncogenesis，and a variety of cellular physiological processes.The activation of IL-6/JAK/STAT and IL-4/JAK/STAT signaling pathways play an important role in a variety of malignant tumor cells and then the inhibition of abnormal activation of STAT3 has become a key target for the development of anti-tumor drugs.This article reviews the biological functions of the STAT family and their relationship with tumors，as well as the development of some drugs targeting STAT family molecules.

［Key words］Signal transducer and activator of transcription;Tumor;Drug development

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（Signal transducer and activator of transcription，STAT）是細胞質(zhì)中一種潛在的轉(zhuǎn)錄因子家族，在正常細胞和腫瘤細胞中均表達，不僅參與細胞分化、增殖、凋亡、免疫和炎癥反應(yīng)等正常的細胞生理過程，還能促進腫瘤的發(fā)生和進展。STAT家族由7個高度同源的蛋白質(zhì)組成，即 STAT1， STAT2， STAT3， STAT4， STAT5A，STAT5B以及STAT6。它們有5個共有的高度保守的結(jié)構(gòu)域，分別是氨基末端結(jié)構(gòu)域、卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域、SH2結(jié)構(gòu)域和羧基末端轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域［1］。雖然STAT家族成員在結(jié)構(gòu)上有高度相似性，但它們的功能卻截然不同。

1STAT家族的生物學(xué)功能

STAT1的激活依賴于干擾素（Interferon，IFN），具有抗感染的作用。大多數(shù)研究支持STAT1是一種腫瘤抑制因子，可通過與p53蛋白協(xié)同的轉(zhuǎn)錄非依賴性方式增加促凋亡基因的表達，誘導(dǎo)細胞凋亡，抑制腫瘤血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移［2］。其抑制功能主要取決于STAT1中第701位酪氨酸的磷酸化。STAT1的激活（或表達）的喪失可發(fā)生在源自各種組織學(xué)類型的惡性腫瘤中，如乳腺癌、食道癌、結(jié)直腸癌、肺癌、黑色素瘤和胃癌等。有趣的是，STAT1與其他STAT家族成員存在串?dāng)_。最典型的是與STAT3相互作用，對STAT1的功能產(chǎn)生正面或負面影響。但是，也有越來越多的證據(jù)表明STAT1也具有腫瘤促進功能，可通過腫瘤免疫監(jiān)視的逃避和抑制，侵襲性的增加以及對治療抵抗性的誘導(dǎo)促進腫瘤生長。它在不同形式的癌癥中的作用和致癌途徑不同。如STAT1的活化可誘導(dǎo)許多抗凋亡基因，如IAP-1、IAP-2以及TRAF1的高表達。還能上調(diào)許多促炎細胞因子或酶，如TNF-α、COX2和iNOS，炎癥為腫瘤細胞轉(zhuǎn)化和生長創(chuàng)造了有利的微環(huán)境［2］。此外，STAT1可調(diào)節(jié)致癌基因c-Myc的表達以促進癌細胞增殖和腫瘤生長。STAT1還可促進白血病和乳腺癌的發(fā)展，賦予結(jié)腸癌和肺癌細胞耐藥性。利用這些特性，STAT1具有作為藥物靶點的潛力。

STAT2結(jié)構(gòu)域較多且功能最不同于家族其他成員，主要發(fā)揮抗病毒保護作用，同時在調(diào)節(jié)細胞增殖和免疫細胞功能以及殺死細胞內(nèi)寄生蟲方面也有一定的作用，并且是STAT1多種生理功能的天然抑制劑［3］。是免疫防御系統(tǒng)中IFN-1應(yīng)答病毒感染所必需的。是促進結(jié)腸癌和皮膚癌發(fā)生所必需的，可作為其發(fā)生的潛在啟動因子。

STAT3廣泛表達于各種組織和細胞中，當(dāng)細胞生長、分裂和凋亡信號被觸發(fā)時，會發(fā)生STAT3的磷酸化和去磷酸化，以上調(diào)或下調(diào)目的基因的表達。它也是一種致癌基因，持續(xù)激活的STAT3促進腫瘤細胞增殖、存活、侵襲、血管生成和免疫抑制，還能誘導(dǎo)和維持促癌的炎癥微環(huán)境［4］。在前列腺癌、白血病、淋巴癌、肺癌、結(jié)腸癌等十幾種腫瘤中持續(xù)激活，已經(jīng)是治療腫瘤的有效靶標(biāo)。

STAT4主要由白細胞介素12（Interleukin-12，IL-12）激活，在Th1細胞的分化中起關(guān)鍵作用并且在調(diào)節(jié)抗病毒防御，誘導(dǎo)細胞死亡和生長停滯方面也起著重要的作用。與腫瘤的發(fā)生和進展有一定的關(guān)系，在結(jié)直腸癌的侵襲性和轉(zhuǎn)移性表型的獲得中發(fā)揮作用，還與胃癌的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。目前已經(jīng)證明了微RNAmiR-141通過抑制STAT4表達，從而用于治療幽門螺桿菌相關(guān)腫瘤［5］。

STAT5蛋白與許多功能相關(guān)，包括細胞分化、脂肪動員和淋巴細胞發(fā)育。催乳素、生長激素、促紅細胞生成素、血小板生成素等促進其表達或激活。STAT5包含兩種蛋白，即STAT5A和STAT5B，它們在氨基酸水平上的相似性高達96%，但是有不同的DNA結(jié)合特性。STAT5A在乳腺組織中表達較為普遍，而STAT5B在肌肉和肝臟中的表達豐富［6］。STAT5A負責(zé)介導(dǎo)催乳素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，是乳腺發(fā)育和功能所必需的。STAT5B是生長激素信號傳導(dǎo)的下游，確保正常的性別二態(tài)性生長激素反應(yīng)。STAT5的持續(xù)激活存在于許多實體腫瘤以及大多數(shù)惡性血液病中，尤其是在骨髓惡性腫瘤中。

STAT6主要由細胞因子IL-4和IL-13激活，對于Th2細胞的發(fā)育和T細胞中的許多反應(yīng)至關(guān)重要［7］。在許多惡性腫瘤中過表達并被激活。

2STAT家族促進腫瘤進展、轉(zhuǎn)移的信號通路

2.1IL-6/JAK/STAT信號通路

活化的IL-6激活酪氨酸激酶JAK，活化的JAK激酶磷酸化酪氨酸殘基從而激活STAT3、STAT5和STAT6?；罨蟮腟TAT3可與未被活化的STAT3或STAT1結(jié)合，形成同源或異源二聚體，進而與下游靶基因的啟動子結(jié)合，STAT3的異常活化可促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展［8］。

在哺乳動物中，JAK/STAT途徑是普遍存在的生長因子和細胞因子的信號通路，STAT3可直接與細胞周期蛋白D1的啟動子結(jié)合，促進其轉(zhuǎn)錄。細胞周期蛋白D1可誘導(dǎo)細胞由G1期過渡到S期并啟動S期的開始。蘇氨酸/絲氨酸激酶也稱為蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB），作用于STAT3上游，激活STAT3，以促進腫瘤細胞通過細胞周期［9］。與STAT3促進細胞增殖的作用機制類似， STAT5蛋白磷酸化后可直接與細胞周期蛋白D2和c-Myc的啟動子結(jié)合，加快細胞周期進程［10］。通過IL-6家族與其受體結(jié)合引發(fā)的IL-6/JAK/STAT途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)已被證實與乳腺癌、結(jié)直腸癌、肺癌等的增殖有關(guān)［11-12］。

腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟是將上皮癌細胞轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)癌細胞，稱為上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelial to mesenchymal transition，EMT），而EMT的關(guān)鍵步驟是E-鈣黏蛋白表達的下調(diào)。在許多人類腫瘤中， IL-6激活酪氨酸激酶JAK進而磷酸化STAT3，活化的STAT3可以介導(dǎo)表皮細胞生長因子（Epidermal growth factor，EGF）誘導(dǎo)的阻遏蛋白Twist的表達，使E-鈣黏蛋白表達降低，細胞間黏附減少，發(fā)生EMT，促進腫瘤的轉(zhuǎn)移［13］。IL-6/JAK還可通過激活STAT5蛋白，從而下調(diào)E-鈣黏蛋白的表達。在前列腺癌中，STAT5可下調(diào)E-鈣黏蛋白的表達，降低細胞黏附，促進前列腺癌的轉(zhuǎn)移［14］。血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達也與STAT3的持續(xù)磷酸化有關(guān)，IL-6/JAK激活的STAT3可與VEGF的啟動子結(jié)合，促進VEGF的轉(zhuǎn)錄，VEGF的過表達是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的重要一步。大多數(shù)腫瘤侵襲和隨后轉(zhuǎn)移的先決條件是穿透基底膜?；|(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinase，MMPs）可直接參與基底膜的降解，從而打開腫瘤轉(zhuǎn)移的通道，STAT3可與MMP2的啟動子結(jié)合，促進MMP2的轉(zhuǎn)錄與過表達，幫助腫瘤穿透基底膜，這在食管癌中得到了很好的證明［15］。IL-6/JAK/STAT在乳腺癌、胃癌、胰腺癌、造血系統(tǒng)腫瘤中都發(fā)揮了促進腫瘤轉(zhuǎn)移的作用。

此外，IL-6/JAK/STATs通路還可通過STAT3和STAT5的磷酸化調(diào)節(jié)抗凋亡相關(guān)蛋白的基因表達。STAT3可與抗凋亡蛋白Bcl-2啟動子直接結(jié)合并上調(diào)Bcl-2表達，抑制腫瘤細胞的凋亡［16］。STAT5則可上調(diào)下列抗凋亡蛋白的基因表達，如Bcl-2、Bcl -xL、pim-1［17］?？沟蛲龅鞍譈cl-2和Mcl-1，與成孔蛋白Bax和Bak相互作用，阻止它們誘導(dǎo)細胞線粒體外膜通透化（Mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP）引起的細胞凋亡。在Mcl-1的基因啟動子中也發(fā)現(xiàn)了STAT3的結(jié)合位點，并且抑制STAT3能夠引起外周白細胞中Mcl-1水平降低［16］。STAT3與STAT5幫助腫瘤細胞抗細胞凋亡，這與乳腺癌、黑色素瘤和肺癌等的發(fā)展密切相關(guān)。STAT2能增加基因表達和促炎細胞因子如IL-6的分泌，然后激活JAK/STAT3信號傳導(dǎo)途徑，STAT2促進IL-6進而激活STAT家族其他成員，這也表明了STAT家族之間也存在相互作用的機制，這種機制在其他種類腫瘤的研究中也有發(fā)現(xiàn)［18］。

2.2IL-4/JAK/STAT信號通路

STAT6主要由IL-4通過JAK/STAT通路激活，也可以由IL-13激活。腫瘤相關(guān)炎癥的標(biāo)志之一是將單核細胞-巨噬細胞譜系細胞募集到腫瘤微環(huán)境中。這些腫瘤浸潤性骨髓細胞通過腫瘤環(huán)境的營養(yǎng)，發(fā)揮促進腫瘤生長、免疫抑制、血管生成和癌細胞傳播等作用。其中腫瘤相關(guān)巨噬細胞（Tumor-associated macrophage，TAM）起著至關(guān)重要的作用。IL-4/JAK/STAT6可誘導(dǎo)巨噬細胞極化為M2巨噬細胞（TAM的一種經(jīng)典模型）［19］。TAM產(chǎn)生促血管生成因子，如VEGF-A、VEGF-C、EGF和TGF-β；轉(zhuǎn)移酶，如MMP2和MMP9；半胱氨酸組織蛋白酶以及免疫抑制因子。IL-4/JAK/STAT6在樹突狀細胞中，可下調(diào)IL-10的產(chǎn)生，并促進IL-12的產(chǎn)生，以促進Th1細胞應(yīng)答，進而加強腫瘤相關(guān)炎癥反應(yīng)［7］。STAT4主要由IL-12激活，也通過JAK/STAT激活后在Th1細胞的分化中起關(guān)鍵作用。IL-4/JAK/STAT6促進上皮癌細胞的發(fā)展，如增強存活和增殖，增強遷移和侵襲，增強新陳代謝支持腫瘤生長，并通過IL-4受體增強腫瘤的轉(zhuǎn)移［20］。

3STAT家族的藥物研發(fā)

目前，大多數(shù)已開發(fā)的藥物是STAT抑制劑，在治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、哮喘和腫瘤等疾病中發(fā)揮了重要作用。其中STAT3和STAT5的抑制劑較多。由于各成員之間結(jié)構(gòu)的相似度較高，并且在人體正常的生理功能中發(fā)揮重要作用，抑制它們可能會影響正常的生理功能，因此，抑制劑的選擇性越來越受到重視。STAT的抑制劑包括天然藥物、小分子化合物和小干擾RNA（Small interfering RNA，siRNA）等，其中直接抑制劑較少，以間接抑制劑為主，主要通過抑制JAK/STAT軸發(fā)揮作用。水飛薊賓是一種黃酮木脂類化合物，能與STAT3 的DNA結(jié)合域直接相互作用，也可以結(jié)合STAT2的SH3結(jié)構(gòu)域間接阻止Y705磷酸化，進而靶向抑制STAT3，但遺憾的是，目前它還停留在臨床前期試驗階段，這也是大部分天然藥物所面臨的困境［21］。OPB-31121是一種口服的STAT3小分子抑制劑，下調(diào)JAK2的表達，并抑制JAK2磷酸化來抑制STAT3的磷酸化，在Ⅰ期研究中展現(xiàn)了良好的抗腫瘤作用，但也觀察到了周圍神經(jīng)系統(tǒng)毒性，影響了其進一步臨床開發(fā)［22-23］。AZD9150是STAT3反義寡核苷酸，能直接靶向STAT3從而減少STAT3蛋白的產(chǎn)生，除了具有抗腫瘤活性外，還能增加腫瘤細胞對化療藥物的敏感性，這為聯(lián)合用藥發(fā)揮協(xié)同作用提供了可能性［24-25］。此外，近幾年也有使用PROTAC技術(shù)構(gòu)建STAT3的SD-36，能高度選擇人骨髓白血病細胞的STAT3蛋白，快速降解STAT3單體和二聚體，為STAT3降解劑的臨床開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)［26］。

4展望

STAT家族既參與生長發(fā)育等正常生理功能，也對腫瘤發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生作用。而STAT3相關(guān)信號通路在多數(shù)腫瘤中過度激活，通常預(yù)示不良預(yù)后，因此STAT3的成功阻斷一直是腫瘤治療的熱點，目前還沒有成熟上市的STAT3抑制劑。亟須解決的主要問題是：①不同病理生理條件下，STAT3信號通路的作用具有多重性，應(yīng)提高STAT3抑制劑的靶向性。②直接STAT3抑制劑水溶性和細胞通過性較差，需進一步修飾其化學(xué)結(jié)構(gòu)。③在安全劑量下提高反應(yīng)率。此外，臨床病例中發(fā)現(xiàn)了不同的STAT3突變，甚至涉及到SH2結(jié)構(gòu)域，這使藥物研發(fā)更加困難?？傊?，STAT3是值得研究的藥物靶點，希望實行精準(zhǔn)治療和聯(lián)合治療策略后，STAT3抑制劑能盡快研發(fā)成功進入臨床。

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（2022-09-25收稿）