JAK2/STAT3作為新型抗癌藥物靶點的研究進展

張文穎,王思情,張新妍,李慶偉,2,3,李瑩瑩,2,3*

1.遼寧師范大學生命科學學院， 遼寧 大連 116081；2.遼寧師范大學七鰓鰻研究中心， 遼寧 大連 116081；3.大連工業大學海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心， 遼寧 大連 116034

2019年1月，國家癌癥中心發布了最新的全國癌癥統計數據。數據顯示，肝癌、乳腺癌、胰腺癌等3種癌癥居我國惡性腫瘤前十位[1]。目前，癌癥的治療途徑主要包括手術治療、放射治療、化學藥物治療(簡稱化療)。其中化療是常見的治療手段之一，但是化療所使用的許多抗癌藥物的特異性較差，易產生毒副作用、耐藥性等問題，嚴重影響治療效果[2]。為了有效改善目前癌癥治療所面臨的問題，靶向治療成為了研究熱點。分子靶向治療是指利用藥物或其他物質靶向特定分子來阻止癌細胞的生長和擴散。腫瘤分子靶向治療成功的關鍵在于分子靶點選擇，一般來說，作為分子靶向藥物開發的理想分子靶點應能夠區分癌細胞和正常細胞的特異基因突變[3]。因此，相對于化療而言，靶向治療能夠更好地區分正常細胞和腫瘤細胞，進而在不損傷正常細胞的前提下特異性地殺死腫瘤細胞。

Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子(Janus kinases/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號通路由細胞因子刺激后參與了多種重要的生物學過程。作為一類非受體型酪氨酸激酶，JAKs包含4個成員，STATs包含7個成員[4]。在JAK/STAT信號通路中，JAK2/STAT3信號通路作為重要的組成部分參與了多種實體瘤的發生和發展，并且在腫瘤細胞中呈現過度激活狀態。因此，針對STAT3和JAK2/STAT3信號通路的靶向治療是目前研究的熱點[5]。本文圍繞JAK2/STAT3信號通路分子在實體惡性腫瘤發生、發展及轉移過程中的重要作用進行了綜述，以期為以JAK2/STAT3信號通路分子作為腫瘤治療新型靶點開發藥物提供參考，進而促進腫瘤細胞凋亡或者逆轉惡性表現型，為腫瘤治療開辟新的途徑。

1 JAK2/STAT3信號通路

JAK/STAT信號通路參與了多種生物學過程，如細胞增殖、分化及免疫調節等[6]。該信號通路的傳遞過程主要由3個部分組成，即酪氨酸激酶相關受體(receptor tyrosine kinases，RTKs)、酪氨酸激酶JAK和轉錄因子STAT。

RTKs是最早被發現的激酶，該激酶與腫瘤發生相關。JAK2是非受體酪氨酸激酶家族成員，含有7個JAK同源結構域(JAK homology domain，JH)，其中：JH1為激酶區，JH2為“假”激酶區，JH6和JH7為受體結合區[7-8](圖1)。其中，JH1結構域能夠與受體內Src同源2區(Src homology 2 domain，SH2)結構域相互作用，受體激活后可使底物蛋白的催化活性增強[10]。此外，JAK2還與Ⅱ型粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)受體家族(IL-3R、IL-5R和GM-CSF-R)的信號轉導有關[11-12]。

作為重要的信號轉導與轉錄因子，STATs參與了多種生物學過程，如細胞分化、免疫、應答及胚胎發育等，其中包括STAT1、2、3、4、5a、5b和6這7個成員。STAT3蛋白作為STAT蛋白家族成員之一，主要由氨基端保守區、卷曲螺旋區、DNA結合域(DNA-binding domains，DBD)、連接區、SH2結構域、轉錄激活區(transcription activation domain，TAD)、酪氨酸、絲氨酸磷酸化的位點等組成(圖1)[9]。其中，SH2結構域最初是在癌癥中被鑒定的，其長度為100個氨基酸，能夠作為細胞內信號轉導級聯的調節模塊，與靶肽鏈序列進行特異性結合并發揮作用[13]。STAT3具有2個酪氨酸磷酸化(phosphorylation tyrosine，pY)位點(Y701和Y705)和1個絲氨酸磷酸化(phosphorylation serine，pS)位點(S727)[14]，SH2能特異性識別磷酸化酪氨酸殘基，從而使含有該結構域的蛋白質定位于酪氨酸磷酸化位點[15]。

STAT3可被受體相關的Janus激酶磷酸化，形成同源或異源二聚體，并易位至細胞核(圖2)。STAT3通過其特殊的SH2結構域與受體上的磷酸化酪氨酸殘基結合，并在JAK激酶的作用下實現其C端酪氨酸殘基的磷酸化[12]，進而啟動一系列的信號轉導，最終導致基因表達或其他細胞學反應[13-15]。具體地，STAT3第705位酪氨酸被磷酸化后，可通過與干擾素、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、白細胞介素IL-5和IL-6的配體相互作用而被激活。

2 JAK2/STAT3信號通路與癌癥

JAK/STAT信號通路參與了生物體內細胞分裂、分化等多種生理過程[16-19]，且該信號通路參與了多種疾病的發生，如腫瘤、自身免疫疾病及心血管疾病等。作為JAK/STAT信號通路的重要組成部分，JAK2/STAT3信號通路在多種實體瘤中呈現持續激活狀態[20]，且JAK2/STAT3信號通路中的STAT3的異常活化與多種惡性腫瘤的發生和發展緊密相關[21]。因此，關于JAK2/STAT3信號通路及其相關分子在實體腫瘤中的作用機制研究目前已成為熱點。研究顯示，組成型STAT3的激活與多種人類癌癥的預后不良有關[22-24]。提示JAK2/STAT3信號通路相關分子可作為癌癥治療及預后的標記分子，并可成為癌癥治療的新靶點。

圖1 JAKs結構域及STAT3蛋白功能結構域[7-9]Fig.1 Domain structure of Janus kinases and several functional domains of STAT3 protein[7-9]

圖2 細胞因子JAK/STAT信號轉導通路圖Fig.2 Cytokine JAK/STAT signal transduction pathway map

2.1 JAK2/STAT3信號通路與肝細胞癌

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma cells，HCC)占據全球癌癥死亡的第3位，其中主要原因是手術切除后復發率和轉移率高[25-26]。在HCC細胞中，JAK2/STAT3信號通路中的JAK2和STAT3分子存在過度激活現象[27-28]。因此，JAK2/STAT3信號通路與HCC的發生發展密切相關[29]。此外，近年研究表明，HCC復發率和轉移率高的特性是由HCC癌癥干細胞 (HCC cancer stem cells，HCC CSCs) 和其他分化較多的肝癌細胞所驅動的[30-32]，并且HCC CSCs負責癌癥的發生、復發、轉移和耐藥[33]。因此，HCC CSCs功能的挖掘已成為開發新型抗癌藥物的關鍵靶點[34]，JAK2/STAT3信號通路對于HCC CSCs的作用研究可為HCC治療提供新的思路。

2.2 JAK2/STAT3信號通路與乳腺癌

近年來，乳腺癌(breast cancer，BC)的診斷和治療取得了重大進展，但其仍然是世界范圍內女性癌癥死亡的主要原因[35]。三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer，TNBC)是一種具有不同特征侵襲性和異質性的惡性腫瘤，這種腫瘤內或者腫瘤間的異質性使得TNBC獲得了對現有藥物的抗性，目前還沒有臨床批準的靶向治療方法[36]。化療是TNBC的主要治療方法，但是大部分患者仍然會遠處轉移復發，這使得TNBC患者死亡率高。研究發現，白細胞介素-6(interleukin-6, IL-6)介導的JAK2/STAT3信號的異常激活與人乳腺癌上皮間質轉化和轉移正相關[37]。且JAK2/STAT3信號通路中的STAT3分子也參與了人類乳腺癌的生物學過程，主要體現在STAT3的過度表達與乳腺癌的侵襲性增強密切相關，而STAT3的高表達導致了乳腺癌患者預后不良及生存時間短[38]。因此，JAK2/STAT3信號通路及STAT3分子在乳腺癌生物學過程中的作用將為臨床乳腺癌的治療開辟新途徑。

2.3 JAK2/STAT3信號通路與胰腺癌

胰腺癌(pancreatic cancer，PC)是一種惡性程度高的消化道惡性腫瘤，約90%為起源于腺管上皮的導管腺癌。胰腺癌早期的確診率不高，手術死亡率較高，且治愈率很低，5年生存率小于1%，預后較差。現已證實，JAK2/STAT3信號通路參與了胰腺癌細胞的增殖和凋亡過程[39]，且發現相較于低轉移性胰腺癌細胞，磷酸化的STAT3(p-STAT3)的表達水平在高轉移性胰腺癌細胞中表達量更高[40]。異常活化的STAT3信號通路通過抑制細胞凋亡、加速炎癥進展、誘導血管生成等方式參與胰腺癌的發生發展，阻斷該信號通路的活性能顯著抑制腫瘤細胞的惡性生物學行為[41]。因此，JAK2/STAT3信號通路及相關分子可作為胰腺癌治療的新靶點。

3 JAK2/STAT3作為癌癥治療靶點的研究

3.1 靶向抑制癌細胞的增殖和誘導凋亡

JAK2/STAT3通路在癌細胞的增殖和凋亡過程中發揮重要作用。多種腫瘤細胞的形成與該信號通路的異常激活有關，這表明該信號通路是調節腫瘤細胞增殖和凋亡的重要信號通路[42]。利用姜黃素聯合Krüppel樣轉錄因子8(Krüppel-like factor 8，KLF8)基因siRNA可通過抑制JAK2/STAT3信號通路活性促進人乳腺癌細胞MCF-7的凋亡，在此過程中，p-JAK2、p-STAT3、Cyclin D1和Bcl-2蛋白表達水平也受到抑制[43]；同樣地，利用姜黃素處理人骨肉瘤細胞MG-63后，也檢測到了p-JAK2和p-STAT3表達水平下調，進而促進了MG-63細胞的凋亡[44]。2-Ethoxystypandrone作為STAT3信號轉導抑制劑，能夠阻斷STAT3的活化，同時能夠抑制JAK2分子的表達，進而抑制了HCC細胞的增殖，并以劑量依賴的方式誘導HCC細胞凋亡。因此，2-Ethoxystypandrone可通過抑制JAK2/STAT3通路分子的活性用于開發抗癌藥物靶向HCC CSC[45]。基于此，JAK2/STAT3通路相關分子可以作為癌癥治療的靶標分子，通過抑制JAK2/STAT3通路活性來達到促進癌細胞凋亡的目的。

作為JAK2/STAT3信號通路的關鍵分子，STAT3可被JAK2分子磷酸化并易位至細胞核行使轉錄因子的功能。因此，STAT3的磷酸化及其信號通路下游分子的表達水平也可作為癌癥治療的靶標分子。蛋白質二硫鍵-異構酶A3(protein disulfideisomerase A3，PDIA3)是一種伴侶蛋白，能調節糖蛋白的折疊并響應內質網應激，在HCC細胞中表達上調可作為預后不良的標志。研究顯示，PDIA3的敲低表達降低了STAT3信號通路的p-STAT3水平和STAT3信號通路下游的抗凋亡蛋白表達水平，進而誘導了HCC細胞的凋亡[46]。在胰腺癌中的研究顯示，具有顯著抗腫瘤作用的大黃酸與表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)抑制劑聯合使用能夠抑制STAT3的磷酸化，從而可通過抑制STAT3途徑使人胰腺癌細胞對EGFR抑制劑敏感[47]。除STAT3的磷酸化外，在肝細胞癌中的研究表明，抑制STAT3活性和下調STAT3靶基因表達，可以達到抑制癌細胞增殖和促進細胞凋亡的目的[48-49]。此外，STAT3活化與肝癌患者腫瘤組織中HSD17B4蛋白表達增加呈正相關，HSD17B4過表達可能通過增強STAT3下游靶基因的表達從而促進了肝癌HepG2細胞的增殖[50]。

綜上，通過靶向抑制JAK2/STAT3通路以及STAT3的活化可達到抑制癌細胞的增殖和誘導凋亡的目的，因此可作為癌癥治療中的有效靶標。

3.2 靶向抑制癌細胞的侵襲和轉移

JAK2/STAT3通路在癌細胞的侵襲和轉移過程中也發揮著重要作用[51]。在肝癌中的研究顯示，大黃提取物能夠通過抑制STAT3和JAK2分子的磷酸化，以及下調STAT3靶蛋白的表達從而抑制了肝癌細胞的遷移與侵襲[52]。因此，通過基因靶向藥物抑制JAK2/STAT3信號通路分子以及STAT3分子或者JAK2分子與其他分子的相互作用來控制腫瘤等相關疾病，可以達到靶向治療的目的。

JAK2/STAT3通路中的關鍵分子STAT3還能夠通過調控lncRNAs分子的表達參與肝癌轉移[48]。LncRNAs是一類非編碼RNA轉錄本，可以控制肌肉分化[53]、誘導多能干細胞的重編程[54]以及調控細胞侵襲等[55]。HOXD-AS1是新近發現的一個關鍵的腫瘤相關lncRNA。HOXD-AS1異常表達于腫瘤細胞中，在腫瘤的發生發展中發揮著重要的調控作用，有望成為新型的腫瘤標志物[56]。在肝癌轉移相關的研究中顯示，HOXD-AS1在HCC細胞中上調并且與HCC患者的不良預后顯著相關，STAT3可以上調HOXD-AS1的表達，STAT3介導HOXD-AS1上調后，可作為競爭性內源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)通過調控SOX4轉錄因子的表達促進肝癌轉移。因此，通過抑制STAT3的表達可使得HOXD-AS1低表達進而抑制了HCC細胞的遷移、侵襲及轉移。作為一種關鍵的抗血管生成蛋白，血管生成素樣蛋白1(angiopoietin-like protein 1，ANGPTL1)能夠通過抑制STAT3/Bcl-2介導的抗細胞凋亡途徑促進細胞凋亡，通過下調轉錄因子SNAIL和SLUG基因的轉錄減少細胞遷移和侵襲；ANGPTL1也能夠與整合素α1β1相互作用，通過抑制JAK2/STAT3信號通路抑制HCC血管生成和轉移[57]。熱休克蛋白HSP90能夠通過調節信號轉導蛋白的成熟和穩定促進腫瘤的進展和轉移，是潛在的治療靶點。作為HSP90 C末端的抑制劑，L80能夠通過抑制TNBC細胞的增殖及AKT/MEK/ERK/JAK2/STAT3的信號轉導達到抑制TNBC的腫瘤生長、血管生成和遠處轉移的目的[58]。在TNBC中的研究表明，IL-6/JAK2/STAT3通路以及下游信號在癌細胞中呈異常持續激活狀態，而Wwox能夠通過抑制JAK2/STAT3的磷酸化達到抑制TNBC細胞的轉移和增殖[59]，該研究認為通過Wwox靶向抑制JAK2/STAT3可為TNBC提供有前景的治療策略。因此，該作用機制有望為TNBC的個性化治療提供靶點和線索。STAT3信號轉導通路在胰腺癌侵襲過程中也起著重要作用，研究表明通過激活和阻斷人胰腺癌細胞中的STAT3信號轉導通路，發現IL-6可促進人胰腺癌細胞Capan-2細胞的增殖，同時，使得p-STAT3、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)表達明顯升高，增強了細胞的侵襲能力[60]。黃陳等[61]在胰腺癌細胞中的研究發現，AG490能夠抑制STAT3活化進而降低了胰腺癌細胞的增殖和侵襲。以STAT3信號轉導通路為靶點的基因治療可為胰腺癌治療提供新的方向。明確JAK2/STAT3信號通路上下游分子組成及調控機制，有助于尋找更多的與癌癥治療有關的靶分子，并有利于深入探討癌癥發病的分子機理。針對于目標分子的靶向治療，可達到通過抑制癌細胞的增殖、存活及促進其凋亡，進而達到抑制癌細胞侵襲和轉移的目的。

綜上所述，通過靶向抑制STAT3以及JAK/STAT3信號轉導途徑來抑制癌細胞的侵襲和轉移，可作為癌癥治療中的新靶標。

4 展望

JAK2/STAT3信號通路在細胞發育、分化及多種疾病中發揮了重要作用。雖然已證實JAK2/STAT3信號通路分子在多種癌細胞中存在過度激活的現象[5]，但相關分子機制尚不清楚。研究表明，JAK2/STAT3信號通路的STAT3分子常在腫瘤細胞中高表達，例如，絕大多數乳腺癌組織細胞，包括原位癌和浸潤性導管癌，其細胞質和細胞核都檢測到STAT3的過度表達[62]。而通過靶向抑制和調控STAT3的表達能抑制細胞的惡性轉化及進展[63]。此外，通過調控STAT3的表達也能夠調節免疫抑制的腫瘤微環境[64]。這提示著JAK2/STAT3信號通路分子有望成為新型抗癌藥物靶點。

本文綜述了JAK2/STAT3信號通路分子在肝癌、乳腺癌、胰腺癌等癌癥中的相互作用及表達模式。可以設想，未來腫瘤治療以JAK2/STAT3信號通路分子為靶點，通過抑制JAK2/STAT3信號通路分子的表達水平來阻斷腫瘤細胞的信號傳遞途徑，促進腫瘤細胞凋亡或者逆轉惡性表現型，從而達到治療腫瘤的目的，為腫瘤治療開辟了新的途徑。對于JAK2/STAT3信號通路的調控也可能成為治療癌癥的靶點，與分子靶向藥物聯合，通過抑制癌細胞的增殖和侵襲，促進癌細胞凋亡，進而達到靶向治療癌癥的目的。