STAT轉(zhuǎn)錄因子家族在醫(yī)藥化學(xué)中的應(yīng)用

呂品

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STATs）是一個轉(zhuǎn)錄因子家族，它們對于細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有至關(guān)重要的作用，因此可以作為細(xì)胞滲透小分子來吸引靶蛋白。概述了STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本內(nèi)容、STAT家族中相關(guān)的單個因子在細(xì)胞信號傳輸和人類疾病中的作用及用來鑒別STATs小分子抑制劑的一般適用方法。

藥物設(shè)計 抑制劑 小分子類肽 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 轉(zhuǎn)錄因子

一、引言

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STATs）是一個轉(zhuǎn)錄因子家族，它們的作用就是可以將細(xì)胞表面的信號傳輸?shù)郊?xì)胞核。目前為止已經(jīng)確定有七個STAT家族成員，它們具有以下的共同特征：

（1）具有一個氨基末端，參與控制蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，可以促使兩個相聯(lián)會的DNA轉(zhuǎn)錄二聚體形成四聚體；

（2）一個螺旋-螺旋控制區(qū)域參與調(diào)節(jié)與其它蛋白質(zhì)之間的相互作用；

（3）一個DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域；

（4）一個連接域；

（5）一個同源結(jié)構(gòu)域2（SH2），促使STATs結(jié)合激活的受體和形成二聚體；

（6）在C末端具有一個轉(zhuǎn)錄結(jié)合域。所有的STATs在SH2結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄結(jié)合域包含一個保守的酪氨酸（Y），并且除了STAT2以外，它們在轉(zhuǎn)錄結(jié)合域都會具有一個絲氨酸（S）磷酸化位點(diǎn)。

A）STAT蛋白的一般結(jié)構(gòu)。B）通過STAT簡化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模型。彩色代碼用于A）中的轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，N結(jié)構(gòu)域、為了清晰表達(dá)，卷曲結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域被省略。經(jīng)許可而部分改編。

STATs通過它們所具有的SH2結(jié)構(gòu)域激活細(xì)胞因子受體和生長因子受體。通過配體誘導(dǎo)受體二聚體的作用，受體相關(guān)激酶JAKs使細(xì)胞因子受體的細(xì)胞質(zhì)末端磷酸化，從而為STATs的SH2結(jié)構(gòu)域創(chuàng)造結(jié)合位點(diǎn)。受體控制的STATs在SH2結(jié)構(gòu)域的保守酪氨酸C末端被JAKs和酪氨酸激酶磷酸化。本身具有酪氨酸激酶活性的生長因子受體也能夠直接使STATs磷酸化。另外，STATs在有配體誘導(dǎo)信號存在的情況下，也可以被活化的Src和Ab1蛋白磷酸化。STATs的酪氨酸磷酸化是通過相互的磷酸化-SH2結(jié)構(gòu)域的相互作用而進(jìn)行誘導(dǎo)的；所以STAT二聚物移動到細(xì)胞核的位置，在那里它們可以通過結(jié)合特殊的DNA序列來調(diào)節(jié)基因表達(dá)。所以，STATs的內(nèi)定位依賴于它們的活動狀態(tài)，這就是STATs經(jīng)常性的被稱作是“潛在的細(xì)胞質(zhì)”轉(zhuǎn)錄因子。至少在STAT1、STAT3和STAT4情況下，完全的轉(zhuǎn)錄潛力需要在轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)域中需要絲氨酸的磷酸化。更進(jìn)一步說，成對的STATs二聚物與相鄰的DNA位點(diǎn)通過它們的氨基末端結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而促進(jìn)了STAT DNA的結(jié)合，所以在某種啟動子的作用下，可以促使更加高效率的轉(zhuǎn)錄的發(fā)生。

二、抑制STATs的方法

對于一個單個的STAT，具有亞型選擇的小分子抑制劑在基因未變的系統(tǒng)中對于區(qū)分STAT家族成員復(fù)雜的生物活性來說是一個很有價值的工具。STAT信號抑制劑可以分成兩類，一個是直接作用模型，一個間接作用模型。間接的STATs小分子抑制劑，也可以被認(rèn)為是STAT信號抑制劑，不能夠影響STAT（s），但是可以調(diào)節(jié)生物分子的或許能夠調(diào)節(jié)生物分子的活性，進(jìn)而對STAT（s）具有一個控制功能。相反，STATs的直接抑制劑能夠相互作用，從而影響它們調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的能力。

三、STAT信號的間接抑制劑

這部分包括酪氨酸激酶活性的抑制劑，這些酪氨酸激酶可以在SH2結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄域之間的保守的酪氨酸殘疾末端激活STAT。烷基化靛玉紅肟在乳腺癌細(xì)胞中通過抑制上游激酶活性的作用從而抑制STAT3的信號。

靛本身就是中國中藥處方的一個組成成分，被用來治療慢性粒細(xì)胞白血病和作為一種細(xì)胞周期素依賴性激酶的抑制劑。天然產(chǎn)物白藜蘆醇具有相似的機(jī)制。其他的化合物通過未知的和推測的機(jī)制抑制STAT3的磷酸化。葫蘆I（JSI-124；3）和其他的葫蘆素家族成員都表現(xiàn)出具有抑制STAT3信號的作用。STAT3信號抑制劑NSC135075，是國際癌癥研究中心（NCI）的一部分，剛開始的時候是作為葫蘆素Q讓研究人員所知曉，但最近NCI將其改為withacnistin，姜黃素，另外一種STAT3信號抑制天然產(chǎn)物，已經(jīng)被確認(rèn)為許多新信號通路的一種抑制劑。相類似的是，木蘭醇是通過STAT3抑制信號，但也是通過NF-KB。特異性抑制劑，一種細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制劑，可以抑制STAT5的磷酸化。有關(guān)STAT6的文章中的高通量篩選化學(xué)和以后的化學(xué)發(fā)展發(fā)現(xiàn)了一系列的取代氨基嘧啶-5–carboxamides，來作為STAT6信號抑制劑。能力最強(qiáng)的化合物AS1517499抑制IL4依賴的轉(zhuǎn)錄，由STAT6進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，IL-4在低的納摩爾濃度條件下可以誘導(dǎo)小鼠脾臟細(xì)胞T細(xì)胞的TH2的分化，而這種化合物可以有選擇性抑制IL-4的活性。根據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)來看，不能直接排除8種STAT抑制劑；然而，還沒有關(guān)于8種抑制劑和STAT6關(guān)系數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

這些例子說明了間接性STATs抑制劑能夠有效的抑制STAT的活性，并且會產(chǎn)生強(qiáng)大的生物影響。然而，可以以一種上游調(diào)節(jié)分子為目標(biāo)來研究一種信號分子的具體功能，當(dāng)信號通路之間的交流是比較普遍的話，這就不是一種令人滿意的方法。所以，STAT信號間接的抑制劑在確定生物過程中某一特定STAT蛋白的作用時，并不適合作為一種分子研究的工具。

四、通過封閉DNA結(jié)合域的STATs的抑制劑

迄今為止，這種方法已經(jīng)應(yīng)用于STAT3的抑制中。這種方法的一個例子就是，天然產(chǎn)物肉盤菌內(nèi)酯，在小麥無胚種子發(fā)育過程中，是從頭合成的a-淀粉酶、蛋白酶和磷酸酶的弱抑制劑，它也可以抑制白細(xì)胞介素（IL）-6介導(dǎo)的STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。天然產(chǎn)物的完全確認(rèn)僅僅是通過化學(xué)合成的方法在最近剛確定下來。肉盤菌內(nèi)酯抑制活化的STAT3與DNA的結(jié)合，但并不影響STAT3的酪氨酸的磷酸化，這個化合物被認(rèn)為是結(jié)合到二聚物STAT3的DNA結(jié)合區(qū)域，或許是在STAT3 DNA結(jié)合區(qū)域中共價修飾了一個半胱氨酸殘基。鉑錯合物IS3295可以與蛋白質(zhì)結(jié)合來阻止STAT3與DNA的結(jié)合，也可以在包含STAT3活性的腫瘤細(xì)胞中抑制STAT3的功能，從而誘導(dǎo)細(xì)胞周期紊亂和細(xì)胞的凋亡。

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