靶向STAT3小分子抑制劑的研究現(xiàn)狀分析

王莉 劉龍飛

作者單位：421002 湖南衡陽(yáng)，南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院普外科

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）是在正常組織中廣泛表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，控制許多細(xì)胞內(nèi)的生物過(guò)程。然而，在許多不同類型的癌癥中已經(jīng)觀察到異?；蚪M成型活化的STAT3，并且已顯示組成型活化的STAT3與不良預(yù)后、腫瘤進(jìn)展甚至腫瘤耐藥相關(guān)[1，2]。目前已有相關(guān)研究顯示STAT3對(duì)治療許多不同類型的癌癥有很多可能的靶標(biāo)，盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究，但由于低特異性和細(xì)胞毒性等問(wèn)題，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的STAT3抑制劑尚未出現(xiàn)[3]。我們對(duì)靶向STAT3的小分子抑制劑藥物的研究進(jìn)行總結(jié)，現(xiàn)綜述如下。

1 STAT3的介紹

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）主要通過(guò)細(xì)胞因子（如 IL-6、IL-10、 IL-11、LPS、INF-γ）和生長(zhǎng)因子（如 EGF、VEGF、FGF）介導(dǎo) JAK2/ STAT3信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)行為[4，5]，主要包括胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖、分化、存活、炎癥反應(yīng)、抗凋亡、免疫和血管生成[6，7]。在正常生理?xiàng)l件下STAT3的信號(hào)受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)，以維持短暫活躍的狀態(tài)，然而STAT3在許多類型的人類癌癥中被組成型激活，其調(diào)節(jié)與癌癥進(jìn)展和惡性程度相關(guān)的細(xì)胞周期、細(xì)胞存活和免疫應(yīng)答相關(guān)基因的表達(dá)[1，8]。STAT3由六個(gè)不同功能結(jié)構(gòu)域的770 個(gè)氨基酸組成，包括氨基末端結(jié)構(gòu)域（NTD）、卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域（CCD）、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD）、接頭結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域和羧基末端反式激活結(jié)構(gòu)域（TAD）[9，10]。直接靶向 STAT3 抑制劑主要通過(guò)作用在不同功能的結(jié)構(gòu)域來(lái)發(fā)揮作用，目前發(fā)現(xiàn)的抑制劑以靶向STAT3的SH2、DBD結(jié)構(gòu)域居多。

2 STAT3與腫瘤

2.1 STAT3與腫瘤的發(fā)生STAT3的組成型激活在大多數(shù)人類癌癥中可增強(qiáng)癌細(xì)胞活性，可以上調(diào)許多對(duì)生存和增殖相關(guān)基因的表達(dá)，可上調(diào)c-Myc、Cyclin-D、CDC25A、Pim1等細(xì)胞周期蛋白及癌蛋白的表達(dá)，同時(shí)上調(diào) BCL-2、BCL-XL、Mcl-1、survivin等凋亡及細(xì)胞生存及相關(guān)蛋白的表達(dá)，并上調(diào)COX-2、CXCR4 等微環(huán)境影響因子的表達(dá)[10～12]。STAT3可以轉(zhuǎn)導(dǎo)眾多致癌信號(hào)通路并調(diào)節(jié)多種致癌基因的表達(dá)，這是其在癌癥發(fā)展中的基礎(chǔ)。

2.2 STAT3與腫瘤的發(fā)展隨著腫瘤的發(fā)生，腫瘤生物學(xué)行為的產(chǎn)生和維持均依賴于異?；罨腟TAT3。與正常細(xì)胞相比，人類約70%的實(shí)體和血液腫瘤顯示出過(guò)表達(dá)或組成型活性的STAT3，STAT3高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞大量表達(dá)MMP2、MMP9、Cten，進(jìn)而促進(jìn)其侵襲及轉(zhuǎn)移能力，此外，活化的STAT3可上調(diào)twist的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化作用，增強(qiáng)其轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[13，14]。

2.3 STAT3在腫瘤微環(huán)境中的作用腫瘤微環(huán)境中的浸潤(rùn)性內(nèi)皮細(xì)胞較正常上皮細(xì)胞更不易凋亡，且EGF、VEGF、HGF等細(xì)胞因子顯著增加，均可刺激STAT3活化從而促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)而促進(jìn)新生血管形成，使血液傳播轉(zhuǎn)移發(fā)生率升高，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤擴(kuò)散[15]。

2.4 STAT3與免疫雖然腫瘤的進(jìn)展涉及炎癥反應(yīng)激活、組織侵襲等過(guò)程，但在很大程度上因免疫干預(yù)或免疫逃逸等導(dǎo)致癌癥擴(kuò)散。據(jù)報(bào)道，STAT3的組成性激活抑制促炎介質(zhì)的腫瘤表達(dá)，阻斷腫瘤細(xì)胞中的組成性STAT3可增加先天免疫和樹突狀細(xì)胞的促炎細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，從而導(dǎo)致腫瘤特異性T細(xì)胞反應(yīng)。此外，組成性STAT3活性誘導(dǎo)產(chǎn)生抑制樹突細(xì)胞功能成熟的多效因子，因此，抑制抗腫瘤免疫涉及STAT3活化的級(jí)聯(lián)從腫瘤向樹突細(xì)胞傳播。有研究提出STAT3高組成性激活腫瘤可以通過(guò)阻斷免疫系統(tǒng)的多個(gè)組分產(chǎn)生和感知炎癥信號(hào)來(lái)介導(dǎo)免疫逃避[16，17]。

3 STAT3與腫瘤耐藥

通路靶向的抗癌藥物在開始應(yīng)用時(shí)可能有顯著效果，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，大量耐藥細(xì)胞出現(xiàn)，這些抗癌藥物的療效顯著下降。STAT3可通過(guò)誘導(dǎo)存活蛋白和細(xì)胞周期基因的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)對(duì)常規(guī)化學(xué)療法和放射療法的抗性，STAT3靶標(biāo)（如Bcl-2、生存素 c-myc、cyclin-D1和 Mcl-1）通過(guò)直接下調(diào)腫瘤抑制基因（如p53），或間接通過(guò)ZEB1誘導(dǎo)[2，18]。作為抗細(xì)胞凋亡和增殖性病變的結(jié)果，這種致癌途徑也參與內(nèi)在的耐藥性和STAT3 高表達(dá)腫瘤對(duì)化學(xué)治療劑的抗性，干擾STAT3致癌途徑可能會(huì)恢復(fù)機(jī)體對(duì)抗癌藥物的敏感性。

4 STAT3小分子抑制劑

目前眾多研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了STAT3在癌癥發(fā)生和發(fā)展中的重要作用， STAT3已成為治療癌癥有吸引力的靶標(biāo)[19]。直接靶向STAT3蛋白是目前研究最多的途徑，目前臨床前期實(shí)驗(yàn)的抑制劑主要作用在SH2結(jié)構(gòu)域、DBD結(jié)構(gòu)域[20]，本綜述將從以下兩個(gè)方面分析。

4.1 作用于SH2結(jié)構(gòu)域的小分子抑制劑STAT3同源二聚化由各個(gè)單體的SH2結(jié)構(gòu)域之間的蛋白質(zhì)- 蛋白質(zhì)相互作用介導(dǎo)，特別是通過(guò)Tyr705的磷酸化，這種關(guān)鍵的分子相互作用已被用作直接抑制STAT3的小分子抑制劑的分子靶標(biāo)[20]。

Stattic是 STAT3的第一個(gè)小分子抑制劑之一，與位于SH2結(jié)構(gòu)域的磷酸肽結(jié)合區(qū)附近的半胱氨酸殘基如Cys687的相互作用，選擇性地抑制STAT3活性、二聚化和核轉(zhuǎn)位[21]，此外，Stattic與其他化療藥物（如替莫唑胺、順鉑、赫賽?。┖头派渲委煹穆?lián)合治療增強(qiáng)了這些治療的療效，加速了膠質(zhì)瘤、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌和乳腺癌細(xì)胞的凋亡。Stattic也已經(jīng)在幾種動(dòng)物模型中進(jìn)行了測(cè)試，例如食管鱗狀細(xì)胞癌、結(jié)腸癌、前列腺癌和卵巢癌，這些模型顯示Stattic單獨(dú)使用可抑制腫瘤生長(zhǎng)，并且與放射和化學(xué)治療相結(jié)合可增強(qiáng)抑癌效果[22]。Stattic抑癌活性也被證明為時(shí)間、溫度和二硫蘇糖醇依賴性，但由于簡(jiǎn)單的化學(xué)結(jié)構(gòu)，缺乏靶向選擇性。

STA-21抑制STAT3的磷酸化、二聚化、DNA結(jié)合活性和轉(zhuǎn)錄活性，以及誘導(dǎo)具有組成型活性STAT3表達(dá)的癌細(xì)胞系中細(xì)胞的凋亡[23]。為改善其細(xì)胞滲透性，隨后將該化合物衍生成不太復(fù)雜的基于蒽醌的化合物（LLL-3），用磺酰胺替代其乙?；M(jìn)一步優(yōu)化LLL-3，產(chǎn)生另一種STAT3抑制劑LLL-12。LLL-12特異性抑制STAT3磷酸化、核定位、DNA結(jié)合活性和抑制STAT3靶基因的表達(dá)，并通過(guò)增加多種癌細(xì)胞系中caspase-3和PARP的裂解誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，包括乳腺癌、胰腺癌、結(jié)腸癌[24]。雖然LLL-12在臨床前研究中結(jié)果很好，但由于它的溶解度低、生物利用度低而尚未進(jìn)行體內(nèi)研究。

S3I-201也通過(guò)靶向STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域的虛擬篩選鑒定，并且它代表研究最多的STAT3抑制劑。早期研究表明，S3I-201破壞STAT3二聚化，降低活性STAT3的核水平， DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄活性，通過(guò)抑制STAT3編碼基因細(xì)胞周期蛋白D1、BclxL和存活蛋白的的表達(dá)，抑制幾種癌細(xì)胞系的增殖、遷移和侵襲[25]。因S3I-201細(xì)胞毒性大，已經(jīng)在臨床前模型中創(chuàng)建并測(cè)試了幾種S3I-201類似物，其細(xì)胞毒性雖然有所下降，但仍較大，使其不太可能成為臨床開發(fā)的候選者。

臨床試驗(yàn)中OPB-31121和OPB-51602被認(rèn)為靶向SH2結(jié)構(gòu)域非常有效，并且在體外和體內(nèi)的臨床研究中已被證明在幾種不同類型的癌癥中具有抗腫瘤作用。盡管對(duì)OPB-31121的初步研究顯示具有抑制STAT3和抗腫瘤的作用，但肝細(xì)胞癌的臨床試驗(yàn)顯示出最小的抗腫瘤活性，較差的藥代動(dòng)力學(xué)特性和周圍神經(jīng)系統(tǒng)毒性[26]。OPB-51602僅在非小細(xì)胞肺癌中表現(xiàn)出一些抗腫瘤活性，但在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中卻沒(méi)有。由于藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和耐受性差，這兩種抑制劑的臨床試驗(yàn)暫時(shí)終止[27]。這些抑制劑需要進(jìn)一步優(yōu)化以改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)并限制觀察到的毒性。

綜上所述，盡管通過(guò)分子建模等虛擬篩選已經(jīng)顯示部分抑制劑可直接與SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，但缺乏證據(jù)來(lái)排除這些抑制劑是否可抑制STAT3上游（如JAK2）來(lái)降低STAT3磷酸化，引起我們對(duì)其特異性的擔(dān)憂。研究表明STAT3單體或未磷酸化的STAT3蛋白也可與其他蛋白結(jié)合，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄下游靶蛋白，靶向SH2結(jié)構(gòu)域的成功率有限。并且目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞中出現(xiàn)了SH2結(jié)構(gòu)域的激活突變，雖然仍有待確定，但這些體細(xì)胞突變可能影響SH2結(jié)構(gòu)域抑制劑與STAT3的結(jié)合并降低這些抑制劑的功效[28]。因此，進(jìn)一步研究這些突變并鑒定具有這些突變的患者將可能有益于SH2結(jié)構(gòu)域靶向STAT3抑制劑的臨床測(cè)試并使精確使用的患者受益。

4.2 作用于DBD結(jié)構(gòu)域的小分子抑制劑天然產(chǎn)物Galiellalactone被鑒定可以通過(guò)結(jié)合DBD結(jié)構(gòu)域來(lái)抑制STAT3的DNA結(jié)合活性，但口服生物利用度低，體內(nèi)研究需要靜脈注射[29]。為了提高Galiellalactone的口服生物利用度，通過(guò)在硫醇中加入N-乙?；鵏-半胱氨酸甲酯，制備了前藥GPA512[30]。然而， GPA512可以中斷 NF-κB 和TGF-β等其他信號(hào)通路，這缺乏特異性可能在其未來(lái)發(fā)展過(guò)程中成為一個(gè)問(wèn)題。

已發(fā)現(xiàn)一類鉑化合物包括[IS3-295、CPA-1、CPA-7和四氯化鉑（IV）] 可阻斷STAT3的DNA 結(jié)合活性、抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)對(duì)細(xì)胞無(wú)影響、沒(méi)有持久的STAT3激活，在這些化合物中，僅在體內(nèi)模型中測(cè)試了CPA-7 ，然而其不能穿過(guò)血腦屏障限制了其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中治療腫瘤的用途[3]。

改進(jìn)的計(jì)算機(jī)篩選方法，鑒定了靶向STAT3的DBD區(qū)域的小分子抑制劑，發(fā)現(xiàn)InS3-54在體外選擇性地結(jié)合STAT3的DBD結(jié)構(gòu)域從而抑制STAT3的DNA結(jié)合活性，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)InS3-54的類似物，InS3-54A18（A18）在溶解性、特異性和藥理學(xué)方面都有增強(qiáng)，而且對(duì)動(dòng)物幾乎沒(méi)有副作用。重要的是，使用純化的重組STAT3和固定化合物的下拉分析顯示A18直接結(jié)合STAT3的DBD[31]。因此，作為靶向人STAT3的DBD的抗癌治療劑，A18是進(jìn)一步開發(fā)的潛在候選者。

盡管通過(guò)分子建模等虛擬篩選已經(jīng)顯示部分抑制劑可直接與SH2、DBD結(jié)構(gòu)域結(jié)合，但由于缺乏足夠的測(cè)定系統(tǒng)，尚未徹底檢查STAT3 DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的靶向和STAT3與其DNA啟動(dòng)子結(jié)合的破壞，可用于確認(rèn)STAT3的DBD結(jié)合的范圍仍然很窄，對(duì)DBD結(jié)構(gòu)域的研究具有較大的空間。

5 結(jié)論

STAT3的異?；罨瘜?duì)癌癥的發(fā)生、發(fā)展具有促進(jìn)作用，使用靶向STAT3的特異性抑制劑可能是一種有效的癌癥治療方法，盡管已經(jīng)顯示許多STAT3抑制劑在體外具有抗腫瘤的效果，但是難以篩選出高效、低毒、副作用少的抑制劑，而且進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究針對(duì)相關(guān)抑制劑的藥理、毒理等方面研究較少，進(jìn)入臨床評(píng)價(jià)的抑制劑更是寥寥無(wú)幾。

雖然現(xiàn)在STAT3抑制劑還沒(méi)有上市，但與其他靶向治療劑的合用，尤其是免疫治療劑的組合已顯示出不錯(cuò)的前景，希望將來(lái)相關(guān)研究取得突破，使STAT3抑制劑廣泛應(yīng)用于臨床。