JAK/STAT信號通路在肺癌中的研究進展

楊昕 唐哲 張鵬 張莉

Janus激酶（Janus kinase, JAK）/信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄活化子（signal transducer and activator of transcription, STAT）信號通路最開始是作為細胞因子受體的下游轉(zhuǎn)導途徑被發(fā)現(xiàn)。該信號通路在正常的生理過程中有重要作用，主要調(diào)控血液細胞對細胞因子的反應(yīng)，同時也是一些激素受體，如生長激素和催乳素受體的下游途徑，參與了細胞的發(fā)育、分化、增殖、凋亡及免疫調(diào)節(jié)等重要生物學過程。

早先人們發(fā)現(xiàn)在骨髓增生性疾病及白血病中存在JAK基因的持續(xù)激活，而抑制JAK基因則可以使腫瘤消退，從而證實了JAK基因在腫瘤進展中的作用。近年來，隨著對JAK/STAT信號通路的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)該信號通路不僅參與血液系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在實體腫瘤如肺癌中也有重要作用，本文就其在肺癌中的研究進展作一綜述。

1 JAK/STAT信號通路的組成

JAK/STAT信號通路主要由三個成分組成，即酪氨酸激酶相關(guān)受體、JAK和STAT。酪氨酸激酶相關(guān)受體本身不具有激酶活性，但胞內(nèi)段具有JAK的結(jié)合位點，當受體與配體（包括多種細胞因子和生長因子，如白介素、集落刺激因子、表皮生長因子、血小板衍生因子、干擾素等）結(jié)合后，JAK活化，催化結(jié)合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[1]。

Janus激酶的名字來源于其包含兩個激酶樣結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)（Janus是羅馬神話中的一個雙面神）。迄今為止，JAK家族共發(fā)現(xiàn)有4個家族成員即JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2, TYK2）。不同的家族成員選擇性地結(jié)合在不同的受體上，從而發(fā)揮不同的生理學作用，這種選擇性的作用方式使得JAK抑制劑可以相對特異性地應(yīng)用于疾病治療。

STAT家族一共包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6等7個家族成員。活化的JAKs能激活特定的STAT家族成員，但也可以與其他的STAT家族成員相互作用，形成復雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。STAT家族成員磷酸化后進入細胞核，從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。正常情況下，STATs可以被快速而短暫地激活，活化的STATs進入細胞核后作用數(shù)分鐘至幾小時后，會被脫磷酸化而使STATs失活，STATs重新被轉(zhuǎn)運回胞漿等待再次被激活（圖1）。

對于STAT家族成員調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的機制，目前認為，STAT家族成員可以結(jié)合上萬個基因組的位點，調(diào)節(jié)數(shù)以千計的編碼蛋白基因的表達，還通過影響非編碼RNA的表達，間接調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。JAK家族與STAT家族的多個成員共同構(gòu)成了多條信號通路，如JAK1/STAT6、JAK2/STAT3和JAK2/STAT5等。

2 JAK/STAT信號通路與肺癌

肺癌是全球癌癥死亡的主要原因，也是中國發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤，并且發(fā)病率有逐年上升的趨勢。由于早期診斷不足，大部分患者在初診時已處于中晚期，無法行手術(shù)治療或根治性放療，預后較差[2]。近年來，隨著人們對肺癌的深入研究，新化療藥物、靶向治療、免疫治療等治療方法的出現(xiàn)，肺癌的生存率有所提高。早期診斷和規(guī)范治療能使患者最大獲益，同時仍需進一步加深肺癌的基礎(chǔ)研究。

圖1 JAK/STAT信號通路Fig 1 The signaling pathways of JAK/STAT

2.1 JAK/STAT信號通路與肺癌的發(fā)生發(fā)展 JAK/STAT1、JAK/STAT3、JAK/STAT5是在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用的三條經(jīng)典通路。JAK家族成員在肺癌組織中的高表達以及基因突變與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。Xu等[4]發(fā)現(xiàn)JAK2基因在癌組織中表達上調(diào)，并且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。上調(diào)JAK2的表達會增強腫瘤細胞增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲的能力，下調(diào)JAK2的表達則作用相反。進一步研究還發(fā)現(xiàn)肺腺癌組織中存在JAK2基因的突變，推測JAK2的突變也與肺癌進展、預后較差以及耐藥有關(guān)。另一項研究結(jié)果[5]顯示肺癌中JAK2、JAK3突變與PD-L1的表達高低有關(guān)，攜帶JAK3基因突變的患者可能從免疫治療獲益。Liu等[6]在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）患者中發(fā)現(xiàn)JAK1的磷酸化水平顯著增高，并且其高表達與不良預后相關(guān)，可以作為不良預后的預測因子。

雖然JAK家族成員在肺癌的發(fā)生發(fā)展中有一定意義，但主要通過影響STATs的活性發(fā)揮作用。多項研究[7-10]分析了NSCLC中各信號通路中STAT家族成員的表達量變化，結(jié)果顯示，與正常組織相比，癌組織中STAT1、STAT3、STAT5的表達量有顯著性改變，其中STAT1的表達顯著降低，而STAT3與STAT5的表達量顯著升高（STATs家族在NSCLC組織中的表達量分析及其潛在靶基因的研究）。除此之外，Pastuszak等[11]在NSCLC中還檢測到磷酸化STAT6的高表達。

2.1.1 JAK/STAT1信號通路與肺癌 STAT1與干擾素（interferon, IFN）信號通路密切相關(guān)，發(fā)揮抑制細胞生長以及促進細胞凋亡的作用。STAT1基因敲除小鼠對自發(fā)或誘導的腫瘤較正常小鼠敏感，提示STAT1可能有抑癌作用。Kachroo等[7]應(yīng)用NSCLC細胞系研究發(fā)現(xiàn)，白細胞介素-27（interleukin-27, IL-27）通過STAT1誘導上皮細胞轉(zhuǎn)化和抑制促血管生成因子的生成。趙嘉璐等[12]發(fā)現(xiàn)過表達STAT1可抑制NSCLC H1299細胞增殖，馬源等[13]發(fā)現(xiàn)STAT1基因轉(zhuǎn)染可以抑制人肺腺癌裸鼠移植瘤的生長。這些研究均顯示，STAT1可以發(fā)揮抑制肺癌發(fā)生發(fā)展的作用。

2.1.2 JAK/STAT3信號通路與肺癌 JAK/STAT3是目前被研究最多的信號通路，STAT3的持續(xù)激活與細胞惡性轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展，是目前國內(nèi)外對STAT家族成員在肺癌研究中的主要靶點。Yu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌中可以檢測到STAT3的組成型激活，因此認為其與肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。后續(xù)研究進一步發(fā)現(xiàn)大約55%的NSCLC患者以及大多數(shù)NSCLC細胞系中，均存在STAT3的異?；罨?。這種活化更常見于小腫瘤患者、較短吸煙史患者以及肺腺癌患者。Wu等[14]通過收集、分析既往63項相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)STAT3表達水平的升高與肺癌不良預后有關(guān)，表現(xiàn)在高表達STAT3的患者腫瘤分期更晚，3年總體生存率更低。Xu和Tong等[15,16]的研究分析也得出了類似的結(jié)論。Pfeiffer等[47]在針對小細胞肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，所有的小細胞肺癌患者（10/10）以及絕大部分小細胞肺癌細胞系（6/7）中，均檢測出磷酸化STAT3的高表達，但目前沒有更大型的研究進一步證實STAT3的激活與小細胞肺癌的關(guān)系。雖然絕大部分研究結(jié)果均表明STAT3的過度激活促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但是Grabner等[17]研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)STAT3的表達反而促進KRAS突變的肺腺癌的形成。不過值得注意的是，該研究中應(yīng)用shRNA導致STAT3的功能近乎完全缺失，才觀察到促進腫瘤發(fā)展的現(xiàn)象，一般的治療方法下調(diào)腫瘤中STAT3的活性是達不到這種效果的，其機制尚有待研究。

2.1.3 JAK/STAT5信號通路與肺癌 STAT5在肺癌組織的表達量也明顯升高。Sánchez-Ceja等[9]發(fā)現(xiàn)磷酸化STAT5在多種類型肺癌中均存在不同程度的高表達，并且其表達水平可能與肺癌的分期有關(guān)。Pastuszak等[11]的研究也表明在NSCLC患者，尤其是分期為pT2的患者中，磷酸化STAT5呈現(xiàn)明顯高表達。

2.2 JAK/STAT信號通路與肺癌轉(zhuǎn)移 研究發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT信號通路與血液系統(tǒng)腫瘤以及包括肺癌在內(nèi)的多種實體腫瘤的遠處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Jiang等[18]應(yīng)用免疫組織化學的方法分析癌組織樣本中STAT3活性與癌組織臨床病理特點的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)磷酸化STAT3的免疫反應(yīng)性與性別、吸煙史、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor,EGFR）突變類型、腫瘤臨床分級和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移均相關(guān)，提示STAT3的活性在肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中可能有一定作用。Sun等[19]也在NSCLC中發(fā)現(xiàn)JAK1/STAT1活性與肺癌分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)正相關(guān)。

許多研究者都關(guān)注JAK/STAT的活性影響肺癌轉(zhuǎn)移的機制。Chuang等[20]通過攜帶人類轉(zhuǎn)移肺腺癌組織的基因工程小鼠模型，應(yīng)用腺病毒示蹤腫瘤組織來源，鑒定出CD109在肺腺癌轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，敲減該分子可以顯著降低腫瘤轉(zhuǎn)移。同時他們還證明，CD109依賴JAK/STAT3信號通路發(fā)揮作用，敲減STAT3或應(yīng)用JAK抑制劑可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，提示JAK/STAT3信號通路在肺癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。Lin等[21]在體外研究STAT3促進人肺癌細胞侵襲性的機制時發(fā)現(xiàn)，STAT3通過上調(diào)miR-92a的活性，從而靶向并下調(diào)RECK的表達，使腫瘤細胞據(jù)有更強的侵襲性。

雖然目前JAK/STAT信號通路參與肺癌轉(zhuǎn)移的機制尚未完全闡明，但很多研究顯示降低JAK/STAT活性可以抑制肺癌轉(zhuǎn)移，提示JAK/STAT可能是一個抑制肺癌轉(zhuǎn)移的治療靶點。

3 JAK/STAT信號通路與肺癌靶向治療耐藥

靶向治療的出現(xiàn)給肺癌患者帶來了希望，可以延長患者的無疾病進展期（progression-free survival, PFS）及總體生存率（overall survival, OS），改善患者的生活質(zhì)量。以最常見的NSCLC為例，大約2/3的患者均攜帶驅(qū)動基因突變，如EGFR、ALK、ROS1、BRAF等突變的基因，是靶向藥物治療的良好靶點[22]。但經(jīng)過一段時間的治療，藥物的作用會減弱甚至無效，出現(xiàn)耐藥。

波愛修是羅馬帝國晚期的重要思想家，其思想在繼承古代哲學精神的同時，為即將到來的基督教哲學作出了重要的奠基性作用?！墩軐W的慰藉》是他的主要著作，其中提出的自由意志問題與奧古斯丁的相關(guān)論述一起，開創(chuàng)了中世紀基督教哲學的一個重要范疇，其影響一直波及后世。對自由意志的討論主要集中在本書的第五卷，但它并不是被孤立提出并得到解決的。在前四卷中，自由意志的論證得到了充分的準備。因此，與重點論述自由問題同時，全面理解本書的內(nèi)容也是必要的。

耐藥可以分為三種類型：固有耐藥、適應(yīng)性耐藥和獲得性耐藥[23]。JAK/STAT信號通路主要參與了適應(yīng)性耐藥和獲得性耐藥的機制形成。適應(yīng)性耐藥指的是腫瘤對靶向治療有反應(yīng)，但是部分腫瘤細胞會在藥物治療早期發(fā)生適應(yīng)性變化以存活；獲得性耐藥可能來源于最初腫瘤細胞中已經(jīng)存在的基因突變的選擇性聯(lián)合，也可來源于在靶向藥物的作用下獲得了新的基因突變。

JAK/STAT信號通路的激活可以作為一種適應(yīng)性應(yīng)答，發(fā)生在EGFR-TKI治療EGFR基因突變的NSCLC的早期。Yao等[24]發(fā)現(xiàn)IL-6激活的gp130/JAK/STAT3信號通路降低了NSCLC H1650細胞對TKI藥物的敏感性。Harada等[48]在研究中發(fā)現(xiàn)，對厄洛替尼耐藥的肺癌細胞存在磷酸化JAK2的高表達，而Kim等[25]也在對阿法替尼耐藥的T970M突變的NSCLC細胞中檢測到STAT3的高表達，推測JAK2、STAT3的激活可能參與獲得性耐藥的機制形成。

一些基礎(chǔ)研究的結(jié)果顯示，聯(lián)合應(yīng)用JAK或STAT3抑制劑和EGFR-TKI可以產(chǎn)生更顯著的治療作用。腫瘤細胞自分泌的白細胞介素6（interleukin 6, IL-6）作用于自身的受體可以增強JAK/STAT3的活性，在小鼠腫瘤模型中應(yīng)用IL-6受體的中和抗體可以抑制腫瘤生長[25]。Gao等[26]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，高表達的磷酸化STAT3在TKI耐藥的NSCLC中持續(xù)存在，說明磷酸化STAT3在介導肺癌TKI耐藥上有重要作用；單獨應(yīng)用JAK抑制劑可以減小腫瘤異種移植物的形成，聯(lián)合應(yīng)用JAK抑制劑和EGFR-TKI則能夠使已經(jīng)耐藥的肺腺癌細胞再次對EGFR-TKI敏感。Chiu等[27]也發(fā)現(xiàn)抑制STAT3的活性可以增強吉非替尼耐藥的NSCLC細胞對藥物的敏感性。Blakely和Lee等[28,29]在EGFR-TKI治療腫瘤的早期就觀察到了JAK/STAT3信號通路的適應(yīng)性激活，因此可能有必要提前應(yīng)用JAK和/或STAT抑制劑聯(lián)合EGFR-TKI進行治療。在Yu等[30]報道的一項臨床試驗中，對既往使用厄洛替尼治療后出現(xiàn)進展的22例患者，聯(lián)合應(yīng)用JAK抑制劑魯索替尼和厄洛替尼進行治療，觀察到1例攜帶EGFRT790M突變的患者出現(xiàn)了部分緩解。聯(lián)合用藥對于T970M突變介導的TKI耐藥患者可能是一項有意義的嘗試。目前，有一項臨床試驗（NCT02917993）將JAK抑制劑Itacitinib（INCB-39110）聯(lián)合奧希替尼應(yīng)用于EGFR-T790M突變的肺癌患者，有效性仍有待檢驗。

4 JAK/STAT信號通路抑制劑在肺癌中的應(yīng)用

隨著對JAK/STAT信號通路在肺癌中作用理解的深入，一些JAK/STAT信號通路抑制劑也逐漸應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和臨床實驗，以期達到治療肺癌的效果。JAK抑制劑按照其作用機制可以分為3種類型[31]：I型抑制劑作用于JAKs激酶結(jié)構(gòu)域活性構(gòu)象的ATP結(jié)合位點，II型抑制劑作用于激酶結(jié)構(gòu)域非活性構(gòu)象中結(jié)合ATP的袋裝結(jié)構(gòu)，III型為變構(gòu)抑制劑，作用于活性構(gòu)象以外的結(jié)合位點，理論上來說對突變型JAKs更有效果。目前進入臨床研究的JAK抑制劑均為I型抑制劑。針對STATs的抑制劑目前研究相對有限。

4.1 魯索替尼（Ruxolitinib） 魯索替尼是美國FDA批準上市的首個JAK抑制劑，可以選擇性地抑制JAK家族成員——JAK1和JAK2，其作用機制是競爭性結(jié)合JAK1/2激酶結(jié)構(gòu)域催化亞基上的ATP結(jié)合位點，從而抑制JAK1/2的活性。魯索替尼被美國FDA批準用于骨髓纖維化和真性紅細胞增多癥，但很多研究表明魯索替尼用于實體腫瘤治療也有一定效果。

Tavallai等[32]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用魯索替尼和ERBB抑制劑（如阿法替尼）可以殺傷如肺癌、乳腺癌、卵巢癌等腫瘤細胞，其機制可能是通過使AKT、mTORC1、mTORC1、STAT3和STAT5失活，繼而下調(diào)MCL-1、BCL-XL等抗凋亡蛋白的活性，從而增強藥物殺傷腫瘤細胞的作用。Hu等[33]通過細胞實驗和動物實驗表明JAK/STAT信號通路與肺癌順鉑耐藥密切相關(guān)，魯索替尼可以克服NSCLC對順鉑的耐藥性，聯(lián)合應(yīng)用魯索替尼可以增強肺癌對鉑類藥物的敏感性。Yu等[30]首次報道了一項聯(lián)合應(yīng)用魯索替尼和厄洛替尼的臨床試驗，試驗共招募22例有EGFR突變并對EGFR-TKI耐藥的肺癌患者，檢測聯(lián)合用藥的安全性和有效性。結(jié)果觀察到1例攜帶EGFRT790M突變的患者持續(xù)12個月的部分緩解，總體中位無進展生存時間（PFS）為2.2個月（95%CI:1.4-4.1），患者對于藥物的耐受性良好。另一項臨床試驗（NCT02145637）聯(lián)合應(yīng)用魯索替尼和阿法替尼治療肺癌，結(jié)果觀察到40%的部分反應(yīng)率（partial response,PR），86.7%的疾病控制率（disease control rate, DCR），總體中位PFS為8.8個月（95%CI: 1.8-15.8）。

4.2 AZD1480 AZD1480是一個主要抑制JAK1/2活性的小分子化合物，同時對Trk-A、Aurora-A、Flt4以及FGFR1等激酶也有一定的抑制作用。Hedvat等[34]首先闡明AZD1480通過抑制JAK2/STAT3信號通路，在小鼠荷瘤模型上發(fā)揮抑制人類實體腫瘤生長的作用，實驗中選擇的實體腫瘤細胞系均檢測到STAT3的高表達。Xin等[35]通過在小鼠尾靜脈注射Renca細胞或在小鼠側(cè)腹部植入含人肺腺癌細胞系Calu-6的基質(zhì)膠，進一步研究AZD1480抑制肺癌血管再生及轉(zhuǎn)移的作用。結(jié)果表明，AZD1480可以顯著抑制小鼠肺中Renca腫瘤血管再生以及抑制肺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，同時腫瘤組織中p-STAT3、VEGF和MMP9的活性明顯下降。還有兩項分別針對小細胞肺癌[36]和EGFR突變導致的肺癌[37]的研究也表明，AZD1480也可以抑制腫瘤的生長。Plimack等[38]報道了一項將AZD1480應(yīng)用于治療實體腫瘤的臨床試驗的初步結(jié)果，觀察到一例肺癌患者服用AZD1480病情穩(wěn)定時間超過4個月（145 d），但由于試驗中出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)副作用以及總體有效性的不足，這項試驗沒能繼續(xù)。AZD1480治療實體腫瘤的效果仍有待進一步研究。

4.3 AG490 AG490是一種人工合成的JAK2小分子抑制劑，可通過抑制JAK2磷酸化從而抑制STAT3的活化。多項研究顯示，AG490可以顯著阻斷腫瘤中持續(xù)活化的JAK2/STAT3信號通路，從而發(fā)揮抑制肺癌細胞生長[39]及侵襲、抑制腫瘤組織血管再生[40]、抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[41]等作用。但是，目前的研究尚停留在細胞層面，AG490對肺癌的治療作用仍需進一步探究。

4.4 STATs抑制劑 雖然目前有很多藥物設(shè)計方法被應(yīng)用于STAT家族成員尤其是STAT3抑制劑的設(shè)計，但大部分STAT3抑制劑仍處于基礎(chǔ)研究階段，在肺癌治療上進展有限。Zhang等[42]運用計算機輔助技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一種可以結(jié)合STAT3結(jié)構(gòu)中Src同源區(qū)（SH2）的抑制劑——BP-1-102，并通過動物實驗證明該抑制劑能抑制肺癌異種移植物的生長。香豆素類化合物（如狹葉蕓香的提取物——Chalepin）是一類具有廣泛生理作用的天然產(chǎn)物，對腫瘤有一定的抑制活性，研究證實該類化合物有抑制肺癌的作用，而抑制STAT3的活性是其發(fā)揮抑癌作用的機制之一[43]。Blaskovich等[44]通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)Cucurbitacin I（JSI-124）是STAT3的抑制劑，也能抑制JAKs的活性，且選擇性作用于JAK/STAT3信號通路，并初步證實該抑制劑可以抑制裸鼠體內(nèi)肺癌組織的生長。Guo等進一步研究Cucurbitacin I的作用機制，結(jié)果顯示Cucurbitacin I可以抑制STAT3活化，還能增強STAT1的表達[45]。但Cucurbitacin I并不是直接抑制JAK2/STAT3信號通路的激活，而是通過干擾肌動蛋白絲的功能，從而調(diào)節(jié)JAK/STAT信號通路的活性，發(fā)揮抑癌作用。Wong等[46]首次報道了一項STAT3小分子抑制劑——OPB-51602應(yīng)用于實體腫瘤治療臨床試驗的初步結(jié)果，試驗一共招募了25例NSCLC患者，其中兩例患者達到部分緩解，這2例患者均攜帶EGFR基因突變，且既往接受EGFR-TKI治療。STATs抑制劑應(yīng)用于肺癌治療還需要更深入的研究。

5 結(jié)論

雖然目前人們已經(jīng)了解JAK/STAT信號通路在肺癌發(fā)生、發(fā)展中的重要性，但對其作用機制尚不完全明確。對JAK/STAT信號通路的深入研究，有助于進一步加深對肺癌的認識，更加明確肺癌發(fā)生、發(fā)展、耐藥的機制，為開發(fā)肺癌治療的新方法提供理論依據(jù)，為臨床上治療肺癌提供新的思路。