SOCS3與肺癌關系的研究進展

賀顯亞　綜述，周向東審校（重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院呼吸內科，重慶40000）

SOCS3與肺癌關系的研究進展

賀顯亞綜述，周向東△審校（重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院呼吸內科，重慶40000）

肺腫瘤；甲基化；SOCS3；抑癌；基因；綜述

2011年我國惡性腫瘤發(fā)病第1位的是肺癌，每年新發(fā)病例約65萬例［1］，作為發(fā)病率第1位的惡性腫瘤，其死亡率較高。近年來，關于SOCS家族通過抑制Janus激酶/信號傳導與轉錄激活子（JAK/STAT）等信號傳導通路來治療肺癌的報道越來越多［2］。目前在肺癌的相關報道中，已經證實了SOCS3在惡性腫瘤中表達缺失，而基因沉默的主要機制是SOCS基因啟動子區(qū)域CpG島的異常高度甲基化［3］。本文就SOCS抑制信號因子與肺癌的研究作一綜述。

1　SOCS概述

細胞因子通過激活各種信號通路調節(jié)生物活性，SOCS家族中的CIS于1995年被發(fā)現后其家族成員被陸續(xù)發(fā)現并于成為近幾年研究熱點，到目前為止，SOCS家族的主要成員包括SOCS 1～7、SCI等8個。最近還有一類C端含有“SOCS盒”（SOCS box）序列但中間無SH2結構域的蛋白才被發(fā)現，有可能被歸入SOCS家族。他們被認為是一種信號通路抑制因子，由3個部分組成，包括C端的SOCS盒、SH2區(qū)和N區(qū)。（1）SOCS盒又被命名為“CH結構域”（CIS homology domain）或“SC結構”（SSC-teminal motif），其是一段高度保守的序列，由40個氨基酸組成，位于SOCS蛋白的羧基端。SOCS盒可以維持SOCS蛋白的穩(wěn)定，也可以通過連接SOCS蛋白與E3泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）及蛋白酶體形成復合物，降解與SOCS結合的特異信號蛋白。SOCS功能依賴SOCS盒來完成，失去SOCS盒將導致SOCS功能的部分或完全喪失。（2）SH2區(qū)含有SH2結構域，其與不同信號蛋白的磷酸化絡氨酸殘基結合，識別不同目標。（3）N區(qū)由長短不一的氨基酸殘基組成，SOCS 1～3和CIS的N區(qū)較短，大概包括50～80個氨基酸殘基，SOCS 4～7的N區(qū)較長，大概含380個氨基酸殘基。不同種系的SOCS蛋白同源性可達到95%～99%。

2　SOCS3概述

2.1SOCS3蛋白結構與表達SOCS3的結構與SOCS家族大致相同。其SOCS盒由elonginB、C盒和Cullin5 盒2個模序組成［4］。ElonginB、C盒位于SOCS盒N末端，形成可與elonginC的表面疏水性結構結合的兩親性的α-螺旋結構，由12個氨基酸殘基組成［5］。Cullin5盒位于SOCS盒的C端，其中有與Cullin5結合的Leu-Pro-Leu-Pro（LPLP）系列。當LPLP突變?yōu)長PGP時，Cullin5盒與Cullin5的親和力減弱10倍［6］。SOCS盒連接SOCS 3-SH2區(qū)中相互作用的靶蛋白和E3泛素連接酶，其調節(jié)靶蛋白水平即是通過泛素化和蛋白酶體介導的降解途徑。SOCS3 的SH2結構域可以與蛋白磷酸基結合［7-8］。激酶抑制區(qū)（kinase inhibitory region，KIR）位于N端，是大約由12個殘基組成的ESS（extended SH2subdomain），SOCS3通過其能直接抑制JAK1和JAK2的催化活性［9］。這可能與KIR有和JAKs的激活環(huán)相似的結構有關。JAKs的激活環(huán)可阻斷激酶活化，若發(fā)生磷酸化可使激酶活化。SOCS3的基因表達通常為陰性，SOCS3基因啟動子上含有STAT3結合位點，在多種細胞因子、生長因子和激素誘導下，其以STAT3作為中間調整環(huán)節(jié)開始表達。多種細胞外刺激信號通過上調磷酸化STAT3和SOCS3啟動子結合后上調SOCS3基因表達，SOCS3抑制STAT3的活性來達到細胞信號網絡的平衡［10］。SOCS蛋白依賴蛋白酶體降解，在此過程中其本身也可被降解［11］。

2.2SOCS3蛋白的作用機制在細胞因子信號傳入細胞內啟動了JAKs開始的信號傳導反應，使STATs磷酸化，磷酸化的STATs形成二聚體，進入細胞核調控相應的生物反應，過度激活的STATs可以使腫瘤發(fā)生。但是JAK/STAT途徑又可以誘導SOCS的表達。SOCS蛋白是JAK/STAT信號通路的抑制因子，其能使JAKs的失活，阻礙STATs接近受體結合位點，以及使信號傳導蛋白泛素化并被蛋白酶體所降解等效應的產生［12］。其中SOCS3 為SOCS蛋白家族中最強的抑制蛋白之一。其通過以下機制發(fā)揮負調節(jié)作用：（1）SOCS3的SH2結構域與JAK結合的細胞因子受體結合使其磷酸化［9］，JAK激酶的N末端失活，其信號傳導被抑制。（2）KIR與JAK底物的JAK活化環(huán)相似，其競爭性阻礙了JAK的底物與JAK結合，從而抑制JAK激酶活性［13］。（3）SOCS盒可與elongin B、C異源二聚體結合形成復合物，形成的復合物將SOCS3結合的信號蛋白發(fā)揮泛素連接酶E3的功能［14］。這樣，被SOCS3結合的蛋白可被蛋白酶體降解［15］。但SOCS盒并不是其唯一的促進靶蛋白泛素化結構，Boyle等［16］通過小鼠實驗證實了這一點。但具體結構還需進一步研究證實。（4）SOCS3高親和力結合細胞因子受體（gp130、瘦素受體、G-CSFR等），與JAK1/JAK2和TYK2結合（不結合JAK3）形成SOCS-JAK-受體復合物直接抑制激酶的催化活性。

3　SOCS3與肺癌

3.1SOCS3甲基化與肺癌DNA甲基化能夠影響染色質的結構和基因的表達，是一種普遍存在的內源性修飾機制。DNA甲基化是指真核生物體內在DNA胞嘧啶甲基轉移酶的催化下，利用S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉移到主要定位于CpG二核苷酸的胞嘧啶第5號C原子上從而形成mCpG的過程。SOCS3基因啟動子區(qū)CpG島的高度甲基化使SOCS3基因沉默，SOCS3表達下降，STAT3基因表達上調，致使腫瘤增殖和生長［17］。Krishnadasan等［18］提出，SOCS3在新生濾泡性淋巴瘤組織中表達與患者生存率息息相關，可以作為判斷患者預后的獨立危險因素。隨后，劉文斌等［19］用甲基化特異性PCR（MSP）檢測了大鼠肺鱗癌浸潤發(fā)展過程中各階段SOCS3基因是否甲基化發(fā)現，未癌變組織中SOCS3基因未甲基化，而其他各階段，隨著腫瘤浸潤、生長、發(fā)展，SOCS3基因甲基化明顯增高。其中，鱗狀化生、不典型增生、原位癌和浸潤癌的基因甲基化頻率分別為7.41%、16.22%、26.67%和48.00%，提示SOCS3基因甲基化頻率可能與肺癌的分期有關。隨后，他們用免疫組化檢測了小鼠肺癌SOCS3蛋白的表達，20例正常支氣管黏膜上皮和25例增生組織中SOCS3正常表達，隨著腫瘤浸潤加深，增生、鱗狀化生、不典型增生、原位癌和浸潤癌陽性率分別為 88.89%、86.49%、73.33%和56.00%。所以SOCS3基因甲基化與肺癌發(fā)展密切相關，甚至SOCS3基因甲基化是否可以作為判斷癌癥分期指標及患者預后都將成為下一步實驗研究的熱點。

3.2SOCS3與肺癌

3.2.1SOCS3與肺癌的生長生長因子、細胞因子、激素等通過激活下游的STATs、ras-Raf-MAPKK-ERK1/2、PI3K/Akt、PYK2等主要信號通路，活化轉錄因子進入細胞核，結合在特定基因的啟動子上，激活相應基因的表達，經過上述一系列多元化、多途徑作用后達到影響細胞的分化、生長、增殖、凋亡等多種生物學功能的目的。上述信號通路的持續(xù)激活與細胞惡性轉化導致腫瘤形成［20］。在肺癌中，以上信號通路分子往往出現過度激活，同時SOCS系統(tǒng)處于低反應狀態(tài)。SOCS3基因啟動子上含有STAT3結合位點，細胞外刺激信號通過上調磷酸化STAT3和SOCS3啟動子結合后上調SOCS3基因表達，SOCS3抑制STAT3的活性以維持細胞內網絡的平衡［10］。采用Dominant-negative技術［21］阻止STAT3活化可以阻斷v-Src病毒致癌蛋白對正常細胞的轉化作用，使腫瘤細胞進入凋亡，其間SOCS3的變化與正常細胞不同，由此提出SOCS3為一關鍵限制因素抑制腫瘤生長。3.2.2SOCS3與肺癌血管形成惡性腫瘤的生長和轉移依賴新生血管的形成。早期實體腫瘤可通過彌散獲取營養(yǎng)，但當腫瘤大于0.4 mm3時其生長和轉移需要新生血管來完成。血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）為高度保守的同源二聚體糖蛋白，是30種與血管新生相關的最強因素之一。在成人肺組織中有VEGF的穩(wěn)定表達，當腫瘤形成時，VEGF呈現高分泌，其分泌方式是旁分泌。腫瘤細胞侵入巨噬細胞和肥大細胞刺激腫瘤血管的內皮細胞使其增殖、遷移，形成豐富的腫瘤血管，同時提高血管通透性，引起周圍組織纖維蛋白沉著，單核細胞、成纖維細胞內皮細胞持續(xù)浸潤，腫瘤基質形成，為腫瘤的生長及轉移提供條件［22］。目前研究表明，在體外培養(yǎng)的肺癌細胞、人工建立的腫瘤侵襲荷瘤裸鼠動物模型中的腫瘤細胞及人體肺癌組織中，VEGF表達水平明顯增高，并且其表達增高與肺癌的淋巴結和遠處轉移密切相關。STAT3信號通路傳導被阻斷可使VEGF表達下調，同時STAT3蛋白可結合VEGF啟動子，提示VEGF基因的表達可以通過STAT3蛋白來調節(jié)［23］。STAT3可能通過上調VEGF的表達而參與惡性胸膜轉移的形成。由此推測，SOCS3通過負調節(jié)STAT3來使VEGF的表達下降來達到阻止肺癌生長的目的。

3.2.3SOCS3與肺癌的轉移SOCS3能夠影響傷口的愈合，其主要通過下調STAT3酪氨酸磷酸化水平來抑制角質細胞的遷移能力。由此猜測SOCS3可以抑制癌細胞的侵襲和轉移?；|金屬蛋白酶-2（MMP-2）、MMP-9可降解細胞外基質，能夠破壞腫瘤細胞侵襲的組織學屏障，在腫瘤侵襲和轉移中起主要作用。STAT3可結合MMP-2、MMP-9基因啟動子區(qū)［24］，調控MMP-2、MMP-9的表達，而SOCS3可以負性調控STAT3活性水平，由此得出SOCS3可以下調MMP-2、MMP-9來一直腫瘤侵襲轉移。余祖濱等［25］對轉染SOCS3基因、未轉染、SOCS3穩(wěn)定表達的肺腺癌A549細胞三組中的MMP-2、MMP-9的表達和活性分別進行檢測，反轉錄聚合酶鏈反應顯示SOCS3基因轉染組細胞中MMP-2、MMP-9 mRNA水平顯著低于未轉染組，明膠酶譜實驗結果顯示未轉染組中pro-MMP-2、pro-MMP-9、active-MMP-9活性高于SOCS3穩(wěn)定表達組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。以上實驗驗證了SOCS3對MMP-2、MMP-9表達和活性的下調可能是其抑制肺癌細胞侵襲和遷移的主要機制之一。

綜上所述，SOCS3顯著抑制肺癌細胞的增殖、黏附、遷徙和侵襲能力。Lin等［26］通過腺病毒轉錄超表達SOCS3提高了非小細胞肺癌的放療敏感性并提出SOCS3顯著增加肺癌細胞對化療藥物的敏感性，但其機制還需進一步研究。SOCS作用于細胞信號網絡的上游，參與調控多種與腫瘤發(fā)生、發(fā)展相關信號分子活性，從而達到抑制腫瘤生長的目的，使SOCS3成為治療的新靶點。

4　小　結

SOCS家族自被發(fā)現以來受到了廣泛關注，其在慢性炎癥、腫瘤等發(fā)揮重要作用已被肯定，而SOCS3作為對腫瘤影響較大的抑制因子已在肝癌、腎癌等方面取得了明顯進展。目前SOCS3在肺癌中存在甲基化且其表達能使腫瘤細胞凋亡，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展轉移密切相關。但是，具體運用到肺癌中，是否能成為肺癌分級診斷的指標之一、是否能成為肺癌治療新靶點并運用于臨床、是否與肺癌患者預后相關，仍然需要更進一步實驗，而腫瘤的發(fā)生、發(fā)展又是多因性的，其在臨床能起到的作用還是未知。因此，還需要進一步的研究及探討。

［1］陳萬青，鄭榮壽，曾紅梅，等.2011年中國惡性腫瘤發(fā)病和死亡分析［J］.中國腫瘤，2015，24（1）：1-10.

［2］Shimada K，Serada S，Fujimoto M，et al.Molecular mechanism underlying the antiproliferative effect of suppressor of cytokine signaling-1 in nonsmall-cell lung cancer cells［J］.Japanese Cancer Association，2013，101 （11）：1483-1491.

［3］Baltayiannis G，Baltayiannis N，Tsianos EV.Suppressors of cytokine signaling as tumor repressors.Silencing of SOCS3 facilitates tumor formation and growth in lung and liver［J］.J BUON，2008，13（2）：263-265.

［4］Linossi EM，Babon JJ，Hilton DJ，et al.Suppression of cytokine signaling：the SOCS perspective［J］.Cytokine Growth Factor Rev，2013，24（3）：241-248.

［5］Babon JJ，Sabo JK，Soetopo A，et al.The SOCS box domain of SOCS3：Structure and interaction with the elonginBC-cu11in5 ubiquitin ligase［J］. Mol Biol，2008，381（4）：928-940.

［6］Babon JJ，Sabo JK.Zhang JG，et al.The SOCS box encodes a hierarchy of affinities for Cullin5：implications for ubiquitin liogase formation and cytokine signalling suppression［J］.J Mol Biol，2009，387（1）：162-174.

［7］Linossi EM，Nicholson SE.The SOCS box-adapting proteins for ubiquitination and proteasomal degradation［J］.IUNMB Life，2012，64（4）：316-323.

［8］Babon JJ，McManus EJ，Yao S，et al.The structure of SOCS3 reveals the basis of the extended SH2domain function and identifies an unstructured insertion that regulates stability［J］.Mol Cell，2006，22（2）：205-216.

［9］Zafra M P，Ca觡as JA，Mazzeo C，et al.SOCS3 sliencing attenuates eosinophil functions in asthma patients［J］.Int J Mol Sci，2015，16（3）：5434-5451.

［10］Kershaw NJ，Murphy JM，Liau NP，et al.SOCS3 binds specific receptor-JAK complexes to control cytokine signaling by direct kinase inhibition［J］. Nat Struct Mol Biol，2013，20（4）：469-476.

［11］Yao XG，Meng J，Zhou L，et al.Relationship between polymorphism of SOCS3 and dyslipidemia in China Xinjiang Uygur［J］.Genet Mol Res， 2015，14（1）：1338-1346.

［12］O'Sullivan LA，Liongue C，Lewis RS，et al.Cytokine receptor signaling through the Jak-Stat-Socs pathway in disease［J］.Mol Immunol，2007，44（10）：2497-2506.

［13］Walker DG，Whetzel AM，Lue LF，et al.Expression of suppressor of cytokine signaling genes in human elderly and Alzheimar′s disease brains and human microglia［J］.Neuroscience，2015，302：121-127.

［14］Babon JJ，Nicola NA.The biology and mechanism of action of suppressor of cytokine signaling 3［J］.Growth Factors，2012，30（4）：207-219.

［15］Croker BA，Kiu H，Nicholson SE.SOCS regulation of the JAK/STAT signalling pathway［J］.Semin Cell Dev Biol，2008，19（4）：414-422.

［16］Boyle K，Zhang JG，Nicholson SE，et al.Deletion of the SOCS box of suppressor of cytokine signaling 3（SOCS3）in embryonic stem Cells reveals SOCS box-dependent regulation of JAK but not STAT phosphorylation［J］. Cell Signal，2009，21（3）：394-404.

［17］Baltayiannis G，Baltayiannis N，Tsianos EV.Suppressors of cytokine signaling as tumor repressors.Silencing of SOCS3 facilitates tumor formation and growth in lung and liver［J］.J BUON，2008，13（2）：263-265.

［18］Krishnadasan R，Bifulco C，Kim J，et al.Overexpression of SOCS3 is assiociated with decreased survival in a cohort of paitients with de novo follicular lymphoma［J］.Br J Haematol，2006，135（1）：72-75.

［19］劉文斌，劉晉祁，周紫垣，等.大鼠肺鱗癌癌變過程中基因組甲基化水平動態(tài)研究［J］.癌變·畸變·突變，2009，21（1）：27-29.

［20］Friday BB，Adjei AA.Advances in targeting the Ras/Raf/MEK/Erk mitogen-activated protein kinase cascade with MEK inhibitors for cancer therapy［J］.Clin Cancer Res，2008，14（2）：342-346.

［21］Frank DA.STAT signaling in the pathogenesis and treatment of cancer［J］. Mod Med，1999，5（7）：432-456.

［22］Muramatsu M，Yamamoto S，Osawa T，et al.VEGF-1 signaling promotes mobilization of macrophage-lineage cells from bone marrow and stimulateolid tumor growth［J］.Cancer Res，2010，70（20）：8211-8221.

［23］Niu G，Wright KL，Huang M，et al.Constitutive Stat3 activity up-regulates VEGF expression and tumor angiogenesis［J］.Oncogene，2002，21（13）：2000-2008.

［24］Xie TX，Wei D，Liu M，et al.Stat3 activivation regulates the expression of matrix metalloproteinase-2 and tumor invasion and metastasis［J］.Oncogene，2004，23（20）：3550-3560.

［25］余祖濱，白莉，閔家新，等.SOCS3對肺腺癌細胞株A549 MMP2，9表達及遷移、侵襲的影響［J］.第三軍醫(yī)大學學報，2008，30（7）：588-591.

［26］Lin YC，Lin CK，Tsai YH，et al.Adenovirus-mediated SOCS3 gene transfer inhibits the growth and enhances the radiosensitivity of human nonsmall cell lung cancer［J］.Oncol Rep，2010，24（6）：1605-1612.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.11.024

A

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（2015-12-27）