細胞因子信號抑制蛋白1與卵巢癌的關系

蔡小繼(綜述)，韓　旭(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院婦科腔鏡科，哈爾濱 150001)

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細胞因子信號抑制蛋白1與卵巢癌的關系

蔡小繼△(綜述)，韓旭※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院婦科腔鏡科，哈爾濱 150001)

摘要：細胞因子信號抑制蛋白 1(SOCS1)是一種常見的抑制性信號調節蛋白，參與負反饋調節Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子、Toll樣受體信號通路、干擾素信號通路等，從而調控細胞因子、生長因子和激素對細胞的作用，這些信號通路在腫瘤的發生、發展中起一定的作用。其中以SOCS-1基因啟動子的甲基化所致的基因沉默最為熱點，同時為卵巢惡性腫瘤機制的研究及治療開辟了新的道路。

關鍵詞:卵巢癌；細胞因子信號抑制蛋白 1； Janus 激酶/信號轉導及轉錄激活因子；干擾素； Toll樣受體3

目前，細胞因子信號抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling, SOCS)家族對Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子(Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription,JAK/STAT)信號通路的抑制作用研究較為透徹，細胞因子通過JAK/STAT信號通路誘導SOCS蛋白的表達，SOCS蛋白又特異性地抑制細胞因子介導JAK/STAT信號通路，從而影響目的基因的轉錄活化[1]。由于該通路直接參與細胞的惡性轉化及進展，因而SOCS家族及STAT信號通路可能成為人類腫瘤干預治療的新方向。關于SOCS1基因與干擾素信號通路和Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)信號通路的關系在婦科惡性腫瘤中的研究不多。現就SOCS1基因與卵巢癌的關系予以綜述。

1SOCS1基因的結構及功能

1.1SOCS家族的組成SOCS家族是一類由細胞產生并反饋性阻斷細胞因子信號轉導過程的負性調節因子。SOCS家族由8個蛋白質組成：SOCS 1~7和CIS，SOCS1基因定位在16p12~p13.1，人類SOCS-1基因編碼211個氨基酸，每個均包含一個中央Src同源2(SH2)結構域、C端的SOCS盒和N端[2]。其中，N端較短有50~80個氨基酸殘基、SH2結構域能與其他信號蛋白的磷酸化酪氨酸殘基結合，SOCS盒約有40個氨基酸殘基組成的保守序列[3]。但是每種蛋白長度不一，N區的氨基酸序列和長度的變異性較大。

1.2SOCS家族的功能SOCS家族成員的生理功能對SOCS1與卵巢癌關系的研究有重要的意義。目前已經開發出相應的激酶抑制區(kinase inhibitory region， KIR)SOCS1和SOCS1-KIR序列，并且它們能夠抑制激酶活性的結合如酪氨酸激酶JAK2和TYK2激活循環，同時SOCS1-KIR還封鎖了STAT3和白細胞介素(interleukin,IL)-17A的激活[4]。目前，已有研究應用基因打靶技術來產生缺乏SOCS1、SOCS2和SOCS3基因的小鼠，SOCS1-/-小鼠分析表明，SOCS1基因的γ干擾素信號在負調節及T細胞的分化中起關鍵作用[5]。例如在硬骨魚類干擾素介導的信號是JAK/STAT信號通路的主要抑制介質，在哺乳動物中SOCS1也已經被公認為是一個關鍵的負調節干擾素信號[6]。這些結果均表明，SOCS1是一個強有力的抑制劑。

1.3SOCS家族的調節機制SOCS家族成員調控機制的幾種信令是研究卵巢癌機制的重要影響因素之一，主要包括Janus激酶(JAKs)失活、阻斷信號轉導子和轉錄激活子與STAT受體結合位點的結合和隨后的靶向蛋白酶體泛素化[7]。大多數SOCS基因(CIS、SOCS1、SOCS2和SOCS3)多種細胞因子的誘導和刺激。例如,SOCS1可抑制IL-6、白血病抑制因子、γ干擾素以及生長激素等多種細胞因子的信號轉導，而細胞因子又可通過JAK/STAT信號通路誘導SOCS1蛋白表達，SOCS1蛋白反過來又可特異性地抑制細胞因子介導的JAK/STAT信號通路，從而使SOCS1蛋白成為一個經典負反饋回路的一部分[8]。研究證實，STAT通路的負性調節在降低腫瘤的發病率和控制腫瘤的發展中有重要作用。由此推測，SOCS1基因的失活可能會增加腫瘤的發生。Cornish和Benveniste[9]研究提出，在較小程度上，SOCS1還可通過JAK/STAT信號轉導通路介導的兩種蛋白質阻止α干擾素分泌的放大，例如大西洋鮭魚SOCS1結合JAK/STAT家族成員，抑制Ⅰ型和Ⅱ型干擾素信號，這說明SOCS1不僅能調節JAK/STAT通路，還可能作用于其他炎性因子，從而影響腫瘤的發生、發展。SOCS1還可參與機體的免疫機制，SOCS1不僅是細胞因子的調節者，且在控制T細胞分化和決定細胞命運方面起重要作用，同時與機體的免疫系統以及腫瘤的發生、發展亦有重要關系[10]。

2JAK/STAT通路的組成和信號轉導

2.1JAK/ STAT通路的組成JAK/STAT信號通路在細胞發育和動態平衡中起重要作用，許多細胞因子和激素可通過激活JAK-STAT信號通路來影響腫瘤的增殖、活化和凋亡等。在哺乳動物中JAK家族有4個成員，JAK1~3和酪氨酸激酶2(TYK2)。JAK1和JAK2被發現于一個已知的蛋白酪氨酸激酶催化單位的保守殘基退化的PCR，TYK2和JAK3是被同源篩選的C-FMS激酶結構域所識別的[11]。在哺乳動物細胞中，STAT家族包括7個成員STAT1-4、5a、5b和6，家族成員參與的STAT信號通路是人體生理與病理反應的共同通路之一，與細胞生長、增殖、分化密切相關。Darnell[12]、 Wormald等[13]研究指出，STAT5a和STAT5b密切相關，是一個基因復制事件的結果，而1和3是剪接變異體，4和5是一個截斷的C端。Ahmed 和Johnson等[14]研究發現，STAT1缺陷的小鼠顯示缺陷免疫反應介導的α干擾素和γ干擾素，很容易受到水泡性口炎病毒的感染，STAT2缺乏的小鼠細胞中Ⅰ型干擾素信號起關鍵作用，STAT3基因敲除的小鼠導致胚胎致死，最有可能是由于未能形成內臟內胚層。目前的研究證明，在成年小鼠組織中STAT3基因有廣泛的生理過程。例如在肺臟、骨、結腸、神經系統、皮膚、肝臟、卵巢等中發現STAT3的重要性，而且STAT3還可誘導大量生物反應的細胞因子(IL-6和gp130、粒細胞集落刺激因子、瘦素等)。STAT4缺陷小鼠對IL-12和IL-23無回應，導致Th1細胞的分化減少并且影響自然殺傷(natural killer,NK)細胞的功能[15]。

2.2JAK/ STAT通路的信號轉導人類TYK2是廣泛的細胞因子受體信號轉導中必不可少的一員[16]。JAKs酪氨酸蛋白激酶是目前公認的細胞因子受體亞基的一個組成部分。JAKs在與配體結合同源跨膜受體時，兩個或更多的受體接近JAK激酶，通過受體齊聚允許自動磷酸化或反JAK激酶的磷酸化。JAKs一旦被激活，細胞磷酸化的酪氨酸殘基就創建了對接信號轉導子和轉錄激活受體的胞質區，胞質域的細胞因子受體與靠近膜的JAKs結合位點結合，JAKs本身沒有強烈的內在膜結合的潛力，只能與受體結合的膜結合[17]。目前的研究表明，JAKs表達的差異使STAT或SOCS有助于加強或降低細胞因子反應的特異性，從而可能影響到細胞的增殖和分化[18]。STAT家族被命名為胞質信號模塊和轉錄因子的雙功能，受體結合時通過其Src同源2(SH2)域，本身成為JAK基板，保守的酪氨酸殘基的SH2結構域和C端轉錄域在平行的STAT二聚體之間形成磷酸化，從而啟動相應的轉錄反應[19]。Lai和Johnson等[20]研究表明，在癌細胞中，STAT家族的激活導致了下游靶基因的表達增加，從而增加了細胞的增殖、存活、血管生成和免疫系統的逃避。由以上可以推測，JAK/STAT信號通路的失調可能會導致多種腫瘤的發生，尤其是在惡性腫瘤的發生、發展中，SOCS1基因導致JAK/STAT信號通路的失調將會成為人們研究卵巢惡性腫瘤的重點。

3SOCS家族對卵巢惡性腫瘤發生發展的影響

3.1SOCS1基因對JAK-STAT信號通路的影響JAK/STAT通路可以在幾個步驟中通過不同的調節機制進行負調控，SOCS家族提供了一個主要的機制。到目前為止，SOCS家族的這種負反饋調節作用至少有3個不同的調節機制已被證明，通過SH2結構域結合磷酸酪氨酸目標蛋白導致信號轉導而抑制JAKs末端的失活，或通過阻止STAT的受體結合位點阻止STAT的活化，或通過SOCS盒靶向結合蛋白質使蛋白酶體降解來阻斷細胞因子的信號轉導[21]。細胞因子及其與受體的結合，誘導JAKs的活化，激活的JAKs磷酸化細胞因子受體，使STAT家族蛋白被激活，活化的STAT蛋白進入細胞核，并激活一系列細胞因子應答基因的轉錄，包括SOCS基因。SOCS1和SOCS3也可直接結合JAKs，通過細胞因子受體抑制JAKs的活性[22]。由以上可推測，細胞因子介導的激活和關閉影響隨后基因的轉錄，進而可能影響到卵巢惡性腫瘤細胞的增殖和分化。在SOCS蛋白家族中，SOCS1被作為JAK結合STAT細胞因子信號轉導通路的誘導劑，SOCS1和SOCS3在結構上是相似的，它們都強烈抑制JAK激酶的活性；然而，它們的表達模式和基因敲除小鼠表型有很大的不同。SOCS3是在多種細胞因子誘導下抑制JAK/STAT信號通路，包括IL-6、粒細胞集落刺激因子、促紅細胞生成素、心肌營養素1和白血病抑制因子等多種細胞因子[23]。作為對比，SOCS1可以強烈地誘導γ干擾素，特別是在淋巴組織中[24]。SOCS1和SOCS3都有一個12個氨基酸區域相鄰的SH2結構域，被稱為KIR。SOCS3 KIR直接與JAK1非典型插入環、JAK2和TYK2結合，而不與JAK3結合。SOCS1KIR卻能阻止IL-23、IL-17A和STAT3的激活[4]。近期研究發現，SOCS1和SOCS3可通過SH2結構域直接結合JAK或受體招募的受體復合物，雖然前者可能只發生SOCS蛋白的表達，但這是最有可能使SH2結構域結合到磷酸化的受體酪氨酸殘基而導致KIR與JAK激酶域的接近。實際上SOCS3可通過SH2結構域綁定GP30磷酸肽，同時也可通過KIR綁定激酶。SOCS1可通過靶向受體、JAK泛素化和蛋白酶體降解等來衰減信號轉導[8]。Tisato 等[25]研究表明，SOCS1基因甲基化提供了另外一層的JAK-STAT信號通路的調控。SOCS1基因啟動子的過度甲基化所致的基因沉默使SOCS1 mRNA 轉錄減少、蛋白表達減少。低表達的SOCS1導致JAK/STAT信號通路的過度活躍，從而促進腫瘤的發生和發展。相反，高表達的SOCS1通過其功能區域競爭性的占據STAT3的結合位點使STAT3的表達降低，從而可對抗STAT3在腫瘤中產生的負面作用。以上研究進一步證明，SOCS的缺失表達和STAT的高表達及高磷酸化與腫瘤的發生、發展、浸潤和轉移密切相關[26]。由以上可以推測，SOCS1基因啟動子的甲基化導致的基因沉默可能與卵巢惡性腫瘤相關，這為卵巢癌的深入研究提供了一個新的方向。

3.2SOCS1基因對TLR3的影響Chiu等[27]研究表明，SOCS1除了由細胞因子通過JAK-STAT通路誘導產生，也可由TLR信號通路誘導產生。病毒傳感器主要包括TLR3、視黃酸誘導基因Ⅰ和黑色素瘤分化相關基因5。TLR是一種模式識別受體，能特異性識別如脂多糖、肽聚糖等病原微生物進化中的保守分子,而TLR主要表達于卵巢間質細胞和顆粒細胞中。研究表明，TLR及其細胞因子受體介導的信號轉導參與免疫系統的應答，并能導致免疫信號的異?；虺掷m的激活，免疫系統的異常與許多嚴重疾病有關，如膿毒性休克、自身免疫疾病及惡性腫瘤等[4，7]。由此可推測，TLR3介導的SOCS1可能對卵巢癌的發生、發展有作用。

3.3SOCS1基因對干擾素信號的影響呼吸道合胞病毒NS1蛋白已被證明是干擾素塊誘導抗病毒信號[28]。Tang等[29]研究指出，在與非常早期階段的基線水平相比，呼吸道合胞病毒NS1蛋白的上調可使SOCS1 mRNA的表達增加30倍(P<0.01)。而視黃酸誘導基因Ⅰ或TLR3 mRNA沉默不影響NS1誘導SOCS1的表達。目前研究發現，STAT作為最初的α/β干擾素和γ干擾素轉錄反應元件，STAT1和STAT2(連同IRF9)可以形成一個三蛋白的轉錄復合物(干擾素刺激基因3)，STAT1復合物的啟動子元件在γ干擾素應答基因上(γ干擾素激活位點)，并且這一復合物能夠與啟動子元件內的α干擾素應答基因結合(干擾素刺激反應元件)[10-11]。例如，IL-6信號轉導SOCS3的調節，其中表達的SOCS3阻止γ干擾素-STAT1轉錄反應。SOCS1在調節γ干擾素驅動免疫時，可進一步上調IL-6水平[20]。結果表明，SOCS家族基因可以被反饋回路塊的JAK/STAT信號轉導通路激活，進一步抑制宿主的Ⅰ型干擾素激活，從而影響腫瘤的發生、發展[30]。目前的研究可以推測，SOCS1基因在卵巢惡性腫瘤中的研究機制可能主要與SOCS1基因的甲基化對JAK/STAT通路的影響有關，同時TLR信號通路的誘導和干擾素塊誘導抗病毒信號抑制SOCS家族基因可能也起著一定的作用。

4小結

SOCS1在肝癌、前列腺癌、宮頸癌中存在甲基化及表達降低，因此推測SOCS1是卵巢癌抑癌基因。目前對SOCS1基因的研究已取得明顯的進展。但依然存在一些問題：①SOCS家族其他成員是否在卵巢腫瘤中也存在明顯的甲基化及表達降低。②干擾素具體對何種卵巢惡性腫瘤起作用。③SOCS1是否能作為臨床診斷及治療的監測指標。SOCS1在惡性腫瘤中可能成為一個新的有前途的抗癌劑，為腫瘤藥物的開發提供新的前景和目標。

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Relationship of Cytokine Signaling Suppressor Protein 1 and Ovarian Cancer

CAIXiao-ji，HANXu.

(DepartmentofGynecologyEndoscopy,theFirstHospitalAffiliatedtoHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract：Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS-1) is a common inhibitory signal regulating protein,involved in the negative feedback regulation of Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription (JAK/STAT),TLR (Toll like receptor) signaling pathway,interferon signaling pathways,thereby regulating cytokines,growth factors and hormones on cell,playing a certain role in tumorigenesis and development.The gene silencing induced by the methylation of SOCS-1 gene promoter is the hottest focus in the field,which has opened up a new way for the study of mechanisms and treatment of malignant ovarian tumors.

Key words:Ovarian cancer; Suppressor of cytokine signaling-1; Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription; Interferon; Toll like receptor 3

收稿日期：2014-06-09修回日期：2014-10-16編輯：相丹峰

基金項目：黑龍江省自然科學基金(H201351)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.021

中圖分類號：R711

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)07-1206-03