STAT3表达与肿瘤关系的研究进展

作者:吴民华,陈小毅

作者单位：广东医学院组织胚胎学教研室；病理学教研室，广东湛江 524023

       【摘要】  　　STAT3是STATs家族的重要成员，在多种恶性肿瘤中高表达，通过抑制细胞凋亡等机制促进肿瘤的发生和发展。本文综述了STAT3的结构、生物学特点、在人类常见恶性肿瘤中的表达及其意义的研究进展。

    【关键词】  STAT3；肿瘤；综述文献

　　信号转导和转录活化因子(signal transducers and activators of transcription，STATs)家族是一种存在于胞浆并在激活后能够转入核内与DNA结合的蛋白家族，具有信号转导和转录调控双重功能。哺乳动物中已发现的STATs家族成员有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，分别由不同的基因编码。STATs蛋白广泛表达于机体不同类型的细胞和组织中，参与细胞生长、分化、凋亡等多种生理功能的调控，并与炎症、肿瘤和免疫反应关系密切。STATs家族成员中，STAT3与肿瘤的关系最为密切，本文就人类恶性肿瘤中STAT3表达与肿瘤关系的研究进展作一综述如下。    　　1  STAT3蛋白的结构与功能      　　编码STAT3的基因在人类定位于第12号染色体。STAT3蛋白由750～795个氨基酸组成，分子量约为89～92kDa。其结构可分为6个功能区：N端的氨基酸保守序列、螺旋区、DNA结合域、连接区、SH2结构域和C端的转录活化区。其中SH2区是STATs结构中最保守和功能最重要的的部分，参与STAT蛋白的酪氨酸磷酸化，并在STAT二聚体的形成中起重要作用。此区附近的705位酪氨酸磷酸化是STAT3活化的标志(该位点发生了酪氨酸磷酸化的  STAT3以下简称pSTAT3，即活化形式的STAT3)。此外，STAT蛋白的C端还有一丝氨酸磷酸化位点（Ser 727），是多种丝氨酸激酶的底物，其磷酸化水平可调节STAT3转录活性［１］。STAT3在早期胚胎发育和骨髓细胞的分化中发挥着不可缺少的重要作用［２］。此外，STAT3还参与了细胞生长、分化、恶性转化及凋亡抑制等活动的调控［３］。    　　2  STAT3信号通路    　　STAT3蛋白参与了多种细胞因子的信号转导过程，包括gp130受体家族、IFN受体家族。STAT3也能被受体酪氨酸激酶（RTK）激活，如表皮生长因子受体（EGFR）、血小板源性生长因子受体（PDGFR）等。其它的酪氨酸激酶（TK）如Src、Ab1、Lck等癌蛋白也可激活STAT3。    　　细胞因子等配体与受体结合后，首先诱发受体的二聚化。在胞浆内结合Janus激酶(JAK)并引发自身和JAK的酪氨酸磷酸化。磷酸化的受体或JAK募集胞浆内的STAT3，使STAT3发生酪氨酸磷酸化而活化。活化的STAT3离开受体，通过分子间SH2区与酪氨酸磷酸化位点的相互作用，在胞浆内形成同源或异源二聚体。STAT蛋白二聚体迅速转位入核，结合在特定基因的启动子上，诱导相应基因如抗凋亡基因Bc1xL、Mcl1；细胞周期调控基因cmyc、cyclin D1以及血管生成相关基因VEGF等的表达［４］。    　　3  STAT3的异常激活与肿瘤    　　在正常生理状态下，STAT3的激活是快速而短暂的，仅维持数分钟到几小时，对于正常细胞的生理功能起着关键性作用。STAT3是EGFR、IL6/JAK、Src等多个致癌性酪氨酸激酶信号通道的汇聚的焦点，在多种肿瘤细胞中均发现有持续性过度激活。STAT3过度激活后诱导上述与细胞增殖、分化、凋亡密切相关的关键基因的异常高表达，通过各种途径促进细胞增殖、恶性转化、阻碍细胞凋亡，表现出致癌作用。    　　STAT 3信号途径致癌作用的直接证据来自STAT3C的研究。 STAT3C是人工载体构建的持续活化形式的STAT3，将其导入成纤维细胞会使细胞恶性转化，并可在裸鼠中形成肿瘤［５］。在良性的前列腺上皮细胞株中导入STAT3C会导致细胞生长因子依赖性丧失、激素反应消失等恶性表型的出现［６］。转染STAT3负显性突变体基因可终止胃肠基质细胞的恶性转化［７］。由于持续性激活的STAT3能促使培养细胞发生恶性转化并能在裸鼠中形成肿瘤，且人类多种恶性肿瘤中均发现有STAT3的持续激活，STAT3已被认为是一种癌基因。

4  STAT3在常见肿瘤发生、发展中的作用        　　STAT3及其磷酸化形式(pSTAT3)在人类多种恶性肿瘤如头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌、胰腺癌、结直肠癌、前列腺癌、卵巢癌、黑色素瘤、白血病、多发性骨髓瘤中均有明显表达，其表达强度与肿瘤的生长、转移及预后等有关。    　　4．1  白血病    　　Benekli等［８］用电泳迁移率变动分析（electrophoretic mobility shift analysis，EMSA）检测了63例急性髓样白血病（AML）患者骨髓细胞中STAT3的活性，其中28例（44%）STAT3活性持续升高，此组患者与STAT3活性不升高患者无病生存时间分别为8.7个月与20.6个月，无病生存时间明显缩短，提示STAT3活性升高有可能成为判断AML患者预后的重要指标。EplingBurnette等［９］检测了19例大颗粒淋巴细胞白血病患者外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC），结果发现：STAT3活性明显升高；JAK激酶抑制剂AG490处理后导致细胞凋亡，STAT3活性降低，伴有凋亡抑制基因Mcl1表达下降。Takemoto等［１０］在12名T细胞白血病患者的PBMC中也发现有STAT3的活化，且持续时间最长为6个月。上述结果都提示了STAT3的活化与白血病细胞的复制与增殖有关。在慢性淋巴细胞白血病（CLL) 患者中未测出酪氨酸磷酸化的STAT3，但100%的CLL患者都有STAT3丝氨酸的磷酸化。STAT3的丝氨酸磷酸化偶见于其他类型的白血病，但在CLL中普遍存在，且为一个持续的过程。它在CLL发病机理中的作用还有待进一步研究［１１］。    　　由此可见，在多种白血病均有STAT3的持续活化，针对STAT3的肿瘤靶向治疗在白血病治疗中有良好的应用前景。    　　4．2  头颈部鳞状细胞癌      　　文献显示［１２］，头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)患者肿瘤组织中58.9% STAT3表达呈强阳性，而正常对照组全部为阴性；免疫印迹试验结果表明癌症组织中STAT3蛋白早期的含量最高，中晚期含量降低，而正常对照组中未检测到STAT3蛋白。Grandis等［１３］等检测了19例HNSCC患者癌组织与癌旁黏膜上皮及7例非癌患者黏膜上皮的STAT3活性，发现癌组织与癌旁黏膜上皮中STAT3活性分别是非癌患者黏膜上皮的10.6与8.8倍；免疫组化结果显示非癌患者pSTAT3表达局限于黏膜上皮基底层细胞，而在癌旁黏膜表达于上皮全层，在癌组织中则呈过表达。这些都提示了STAT3活性增高是HNSCC发生中的一个早期事件，通过各种方法阻断STAT3表达有可能抑制HNSCC的发展。    　　4．3  乳腺癌      　　Hsieh等［１４］用组织微阵列的方法发现乳腺癌中pSTAT3的阳性率远高于正常乳腺组织。pSTAT3阳性者其下游基因如凋亡抑制基因（Survivin、Mcl1、HSP27、BclxL）、细胞周期调节基因（cfos、MEK5、cmyc）、血管生成相关基因（VEGF、COX2、MMP2）等表达增加，提示STAT3是乳腺癌发生发展过程中一个重要的上游调节因子。DolledFilhart等［１５］检测了346例淋巴结阴性的乳腺癌患者癌组织中pSTAT3水平发现，pSTAT3阳性患者其5年和20年生存率均明显高于阴性者；pSTAT3与传统的预后指标如孕激素/雌激素受体、Her2 水平及 Ki67 阳性率相比，对预后判断有更重要的作用，提示它可作为判断预后的一个独立指标。另一项研究则表明，STAT3可通过上调组织金属蛋白酶抑制剂1（tissue inhibitor of metalloproteinase1，TIMP1）表达而抑制乳腺癌的转移［１６］。由此可见，STAT3对肿瘤转移的影响是多方面的。它既可通过上调VEGF等基因表达促进肿瘤血管生成和肿瘤转移，又可通过上调TIMP1表达抑制肿瘤细胞扩散和转移，其作用可能取决于肿瘤的种类及肿瘤的不同生长阶段。　4．4  结直肠癌      　　Ma等［１７］用免疫印迹方法发现57.8%的结直肠癌患者pSTAT3表达呈强阳性，定量分析结果表明癌组织中pSTAT3蛋白含量为癌旁组织的2.6倍。有研究还发现，结肠腺癌中pSTAT3的阳性率明显高于结肠腺瘤，且其表达与肿瘤浸润深度、血道及淋巴道转移、Dukes' 分期级别均呈正相关，提示pSTAT3表达与结肠腺癌的发生和转移关系密切［１８］。    　　β连环蛋白(betacatenin)的核内聚积是结直肠癌发展过程中的重要事件。Kawada等［１９］发现92.5%的pSTAT3阳性结直肠癌患者中β连环蛋白也为阳性，且共表达pSTAT3和β连环蛋白患者的生存率下降；使用AG490作用于结直肠癌细胞株SW480后，STAT3表达受抑制的同时也伴有β连环蛋白核内表达的下降。他们认为STAT3活化促进了结肠癌β连环蛋白的核内聚积，从而导致患者生存率下降。但STAT3促进β连环蛋白核内聚积的具体机制尚未完全明了，有待世人更进一步的研究。    　　4．5  前列腺癌     　　Mora等［２０］发现，与癌旁组织相比，82%的前列腺癌组织STAT3活性升高；免疫组化结合计算机辅助图象分析表明，癌组织中pSTAT3蛋白含量明显高于癌旁组织，且pSTAT3水平与前列腺癌的Gleason评分呈正相关。另一项研究则表明，前列腺癌患者癌组织pSTAT3表达强阳性者，肿瘤的侵袭和转移能力更强［２１］，说明STAT3与前列腺癌的侵袭和转移密切相关。    　　4．6  肺癌    　　胥文春等［２２］发现，在非小细胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）组织中STAT3的表达阳性率明显高于癌旁组织中的表达，其中低分化组中STAT3表达水平高于高分化组，有淋巴结转移组中STAT3表达水平高于无淋巴结转移组，说明STAT3表达与NSCLC的组织分化程度及淋巴结转移有关。Eric等［２３］对176例早期NSCLC的研究发现，pSTAT3表达与活化形式的EGFR表达呈正相关；原位凋亡检测发现pSTAT3表达与细胞凋亡负相关；大约1/2的早期NSCLC细胞的生长依赖于持续活化的EGFRSTAT3信号通路。这些都提示了对pSTAT3阳性的NSCLC患者使用STAT3抑制剂可抑制肿瘤生长。      　　5  结语    　　STAT3在人类多种恶性肿瘤中高表达，且与肿瘤分化程度、浸润转移及预后密切相关，可作为判断预后的指标和治疗的新靶点，有望成为新的肿瘤标志物。STAT3抑制剂在体外实验及动物模型中显示了很强的抑制肿瘤细胞生长的功能。筛选出作用力强、特异性好的STAT3抑制剂将为治疗STAT3异常表达的恶性肿瘤开辟新的途径。

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