信號轉導和轉錄激活因子3信號通路及其抑制劑對胃癌作用的研究進展▲

唐 鈺 李俊海

(1 陜西中醫藥大學第二臨床醫學院，咸陽市 712000，電子郵箱：674525339@qq.com；2 陜西省核工業215醫院心胸外科， 咸陽市 712000)

【提要】 胃癌是全球常見的癌癥之一，在中國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。信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)調控下游的多種靶基因，并作為下游介質受到多種因子的調控，從而對胃癌的發生、發展有著重要的影響，STAT3可作為胃癌治療的理想靶點。本文就近年來STAT3信號通路及其抑制劑對胃癌的作用的研究進展進行綜述。

胃癌是全球一種重要的癌癥，2020年新發病例超過100萬例，估計死亡人數約768 793人，是世界第五大最常見的癌癥和第四大癌癥死亡原因，而中國胃癌的死亡人數約占全球胃癌死亡人數的60%[1]。在中國，50%的胃癌患者在初診時即為晚期胃癌[2]。早期胃癌的主要治療方法是內鏡下切除術，而不能行早期內鏡下治療的胃癌患者則需要腹腔鏡下或開腹手術治療，包括D2淋巴結清掃術等。圍術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，臨床上對于進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[3]。然而化療藥物的長期使用會導致耐藥現象，同時這些靶向制劑并非對所有胃癌患者都有效。

信號轉導和轉錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)3的靶基因參與腫瘤發展的過程，包括增殖、存活、自我更新、侵襲和血管生成等，而通過各種手段抑制STAT3可以發揮抗癌作用[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，關于STAT3信號通路及其抑制劑對胃癌作用的研究越來越深入，本文就其相關的研究進展做一綜述。

1 STAT3概述

STAT3是轉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STAT3主要有兩種亞型：STAT3α亞型(俗稱STAT3)全長770個氨基酸，涉及6個結構域；STAT3β亞型在細胞內通過外顯子23受體位點的選擇性剪接產生[6]。

1.1 STAT3的結構和功能 STAT3由6個功能區組成：Src同源2結構域、N-末端結構域、螺旋結構域、DNA結合域、α-螺旋連接結構域(LD)和C-末端轉錄激活結構域[7]。其中高度保守的Src同源2結構域是識別受體亞基上酪氨酸磷酸化所必需的；此外，它還通過與磷酸酪氨酸-SH2的相互作用穩定STAT單體之間的結合。N-末端結構域參與轉錄共激活因子的相互作用、核轉位的調節以及DNA的協同作用。螺旋結構域與參與核轉位的其他蛋白質相互作用。DNA結合域是與靶基因啟動子中的特定回文序列結合所必需的部位，其介導特定配體的不同信號以確定DNA結合的特異性。LD最初被描述為SH3同源區域，由高度螺旋折疊組成，是STAT分子中最保守的區域之一。C-末端轉錄激活結構域含有酪氨酸和絲氨酸磷酸化位點，這些位點對于STAT最大程度地調節基因的轉錄激活是必不可少的[8]。

1.2 STAT3信號通路激活的機制 STAT3信號通路通過結合細胞外配體[如白細胞介素(interleukin，IL)-6]而被誘導激活，細胞外配體的結合導致了Janus激酶(Janus kinase，JAK)受體二聚化及反式磷酸化而被激活[9]。隨后細胞質中STAT3單體酪氨酸705位點被上游信號(即激活的JAK)磷酸化，從而激活STAT3信號通路；STAT3信號通路激活后，STAT3單體從受體/激酶復合體中分離出來，利用其Src同源2結構域產生同源二聚體或異源二聚體，進一步的信號轉導依賴于轉移到細胞核和靶向基因[9]。當細胞核移位時，STAT3信號通路可促進癌細胞的增殖、侵襲和遷移[9-10]。

2 STAT3與胃癌發生、發展的關系

在大多數癌癥中，存在STAT3持續的酪氨酸磷酸化和結構性激活的現象。結構性激活的STAT3通過多種方式參與了腫瘤的惡性轉化，其中包括通過激活細胞周期調控因子(如細胞周期蛋白D1和c-Myc)，以及通過誘導抗凋亡蛋白[如B細胞淋巴瘤蛋白(B-cell lymphoma,Bcl)-xl、Bcl-2、髓細胞白血病蛋白1(myeloid cell leukemia 1，Mcl-1)和存活素(survivin)的表達來逃避細胞凋亡[11]。STAT3還可以激活其他腫瘤特征相關蛋白的表達，例如與侵襲和轉移相關的基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，以及與血管生成相關的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)[11]。以下就STAT3作為上游介質和下游介質在胃癌中的作用進行總結。

2.1 STAT3作為上游介質在胃癌中的作用 STAT3作為上游介質可調節多種細胞因子從而對胃癌產生影響。研究表明，STAT3在多種人胃癌細胞系中被結構性激活，并且結構性激活的STAT3通過survivin的表達維持胃癌細胞的存活[12]。活性形式的STAT3通過促進細胞周期蛋白D1的表達來促進細胞周期的G1/S期轉變，細胞周期蛋白D1可與細胞周期素依賴性激酶4/6相關聯并控制胃癌細胞從G1向S期的進展[13]。此外，Luo等[14]還發現STAT3能夠誘導細胞周期蛋白D1表達，促進胃癌細胞增殖、轉移和侵襲。在胃癌細胞中，STAT3的缺失下調了S期激酶關聯蛋白2的表達，從而通過抑制RhoA的活性、下調局部黏著斑激酶的表達、上調E-鈣黏蛋白的表達、降低MMP-2和MMP-9的活性，以此來降低胃癌細胞的遷移和侵襲能力[15]。STAT3還可以通過刺激表觀遺傳激酶絲裂原和激活蛋白激酶1來誘導組蛋白H3S10磷酸化，導致胃癌的發生[16]。此外，激活的STAT3可能在胃癌患者的VEGF過表達以及促進血管生成中發揮重要作用，從而促進胃癌的發生和發展[17]。

2.2 STAT3作為下游介質在胃癌中的作用 除了作為上游介質外，STAT3還可以作為下游介質在胃癌的發生和發展中發揮重要的作用。研究顯示，沉默信息調節因子1的表達與胃癌的不良預后顯著相關[18]。而沉默信息調節因子1引起胃癌不良預后的機制可能與STAT3有關。Zhang等[19]研究發現，沉默信息調節因子1缺失通過激活STAT3/MMP-13信號通路增加胃癌細胞的轉移，因此SIRT1激活劑可能被用于轉移性胃癌的潛在預防和治療。此外，沉默信息調節因子6可能通過抑制STAT3信號通路下調細胞周期蛋白D1和Bcl-2的表達水平，從而抑制胃癌細胞的增殖和生長[20]。沉默微管不穩定蛋白(stathmin)基因可以降低STAT3的表達，導致胃癌細胞的細胞周期停滯和凋亡[21]。Huang等[22]研究發現，環指蛋白6可激活STAT3信號通路，從而促進胃癌細胞的生長，而敲除環指蛋白6基因后可出現相反的結果。Yu等[23]研究表明，FYN可能通過激活STAT3介導的上皮間充質轉化從而促進胃癌細胞的轉移，并可能成為治療胃癌的新靶點。IL也能調控STAT3的表達并對胃癌細胞產生影響。例如，IL-11通過過度激活STAT3促進慢性胃炎和胃炎相關的腫瘤發生[24]；IL-23通過上調STAT3信號誘導上皮間充質轉化，從而促進胃癌細胞的遷移和侵襲[25]；胃間充質干細胞來源的IL-8可以上調STAT3表達，誘導c-Myc激活程序性細胞死亡蛋白1/程序性細胞死亡蛋白1配體軸導致免疫抑制，并且增加胃癌細胞的惡性行為[26]。另外，STAT3作為下游介質還影響胃癌細胞的化療敏感性。Song等[27]發現鞘氨醇1-磷酸受體1通過結構性激活的STAT3促進胃癌細胞的化療耐藥，并且阻斷鞘氨醇1-磷酸受體1-STAT3信號通路可使耐藥的胃癌細胞恢復對藥物的敏感性。除此之外，腫瘤相關成纖維細胞分泌的IL-11可激活JAK/STAT3信號通路，導致抗凋亡因子Bcl-2表達增加，介導胃癌細胞對化療的耐藥性[28]。

3 STAT3與胃癌患者預后的關系

Deng等[29]研究表明，STAT3與磷酸化STAT3主要在胃癌組織上皮細胞中表達，胃癌組織中STAT3和磷酸化STAT3的陽性表達率均明顯高于正常胃組織，并且磷酸化STAT3在胃癌中的表達水平與淋巴結轉移相關。 Kim等[30]研究發現，胃癌組織中STAT3的陽性表達率為39%，而癌旁正常組織中STAT3陽性表達率僅為14%，當原發腫瘤-區域淋巴結-遠處轉移(tumor-node-metastasis,TNM)分期由Ⅰ期進展到Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期時，胃癌組織中STAT3的陽性表達率由22%分別增加至33%、54%、75%，存在區域淋巴結轉移時STAT3的陽性表達率也有相同的增加趨勢，認為STAT3陽性表達率與胃癌TNM分期以及區域淋巴結轉移有關。因此，STAT3在胃癌組織中的表達水平可為胃癌的分期和預后提供有用的信息。此外，還有研究表明，磷酸化STAT3的表達水平是胃癌根治性切除術患者術后復發和生存率降低的一個重要不良預后因素[31]。

4 STAT3抑制劑對胃癌的作用

由于在腫瘤發生和發展中起關鍵作用，STAT3被認為是治療癌癥的理想分子靶點，因此，探索針對STAT3有效且具有選擇性的抑制劑或為當下研究的熱點。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，從而干擾其調節轉錄能力；間接抑制劑并不直接與STAT3相互作用，而是調節STAT3信號通路上游成分的活性[32]。目前，針對胃癌的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能劑量依賴性地抑制胃癌細胞中的STAT3的結構性激活，阻斷JAK2-STAT3信號轉導，最終調控STAT3下游基因產物的表達，包括細胞周期蛋白D1、Bcl-2相關X蛋白、Bcl-2、c-Myc、MMP-2、MMP-9，具有預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、細胞周期蛋白D1在胃癌細胞中的表達，從而抑制腫瘤生長；HJC0152還可誘導存在STAT3超激活的胃癌細胞AGS和MKN45的凋亡，同時下調Survivin和Mcl-1的表達水平，明顯抑制腎癌細胞的遷移和侵襲能力[34]。此外，抗原蟲和抗真菌藥物硝呋太爾也是有效的STAT3抑制劑，對胃癌細胞的增殖有明顯的抑制作用，并能誘導胃癌細胞凋亡，其可能通過抑制STAT3的激活而發揮作用[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，其可通過抑制JAK2/STAT3通路來抑制胃癌細胞增殖，減輕炎癥反應和誘導腫瘤細胞凋亡[36]。

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

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

5 結語與展望

STAT3信號通路可以調控多種基因靶點，與胃癌細胞的增殖、生長、凋亡、轉移和侵襲等密切相關，在胃癌的發生與發展中具有重要的意義，可能是胃癌治療的理想靶點。目前，研究者已發現了大量的STAT3抑制劑，并且對其在胃癌中的應用機制進行了深入研究，關于STAT3抑制劑的臨床前研究也越來越多，但目前還沒有可以應用于臨床并且能夠實現有效治療胃癌的STAT3抑制劑，仍然需要進一步的探索和研究。