通過JAK 通路促進(jìn)乳腺癌的免疫治療

金振碩 王海燕

(清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院，北京 100084)

1 JAK-STAT 通路

JAK-STAT通路為Janus激酶信號轉(zhuǎn)錄激活子信號通路，該通路通過調(diào)節(jié)因子與其他細(xì)胞信號通路互相產(chǎn)生作用[1]。JAK-STAT通路主要有STAT 蛋白，JAK-STAT通路通過三個主要的蛋白來調(diào)節(jié)細(xì)胞在通路上的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括細(xì)胞表面受體、Janus激酶以及STATs 蛋白。當(dāng)有配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合時，JAKs會通過磷酸化 STATs從而形成二聚體進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與DNA結(jié)合，調(diào)節(jié)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄[2](圖1)。

JAK-STAT通路若出現(xiàn)失衡，免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)受影響，可以引起多種疾病[3]。STAT通過表觀遺傳修飾影響基因表達(dá)并且能夠誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生致瘤微環(huán)境，促進(jìn)癌癥干細(xì)胞自我更新和分化[4]。其中JAK2/STAT3信號通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞增生上具有干細(xì)胞樣特征和啟動腫瘤的能力[5]，STAT3的轉(zhuǎn)錄水平在乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)，與乳腺癌細(xì)胞的生長增殖有著密切的聯(lián)系。STAT3的激活亦能夠調(diào)節(jié)STAT5的活性，兩者之間相互作用能直接影響乳腺癌細(xì)胞的生長。另外STAT 通路在腫瘤細(xì)胞中起到調(diào)節(jié)炎癥因子等免疫反應(yīng)，在腫瘤細(xì)胞微環(huán)境中細(xì)胞因子、白介素等分子信號對STAT通路的激活產(chǎn)生影響，受激活的STAT5與抗腫瘤免疫反應(yīng)有直接的關(guān)聯(lián)，因此在腫瘤細(xì)胞的免疫治療研究中，STAT蛋白可能是潛在的藥物靶點(diǎn)[6]。

2 乳腺癌與相關(guān)腫瘤治療

乳腺癌是全球女性癌癥患病率中較高的類型，也是癌癥致死的首要原因。2014年，中國的女性乳腺癌新發(fā)病例約27.89萬例,占女性惡性腫瘤發(fā)病的16.51%,位居女性惡性腫瘤發(fā)病率中的首位；當(dāng)中出現(xiàn)死亡的病例約6.60萬例,占女性惡性腫瘤死亡的7.82%,位居女性惡性腫瘤死亡的第5位，其中有10%～20%乳腺癌為三陰性乳腺癌[7]。

在傳統(tǒng)治療中，雌激素受體陽性的乳腺癌主要對雌激素類藥物他莫昔芬為主的治療起反應(yīng)，激素類藥物治療能夠有效的降低雌激素陽性乳腺癌患者的死亡率，并且有較好的預(yù)后[8]。通過循證醫(yī)學(xué)驗(yàn)證，在接受他莫昔芬治療的乳腺癌患者，他莫昔芬能夠顯著降低乳腺癌的復(fù)發(fā)以及對側(cè)乳腺癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。他莫昔芬對乳腺組織發(fā)揮抗雌激素受體的作用，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是雌激素化學(xué)結(jié)構(gòu)的反式異構(gòu)體，因此具有抗雌激素的作用[8,9]。

圖1 JAK-STAT 激活通路Fig.1 JAK-STAT activation pathway

三陰性乳腺癌是乳腺癌中的特殊類型，與其他種類的乳腺癌不同的是三陰性乳腺癌腫瘤細(xì)胞中HER2受體、雌激素受體以及孕酮受體均呈現(xiàn)陰性，在針對乳腺癌的治療中選用針對HER2受體或抗激素表達(dá)的藥物進(jìn)行靶向治療效果不佳[9]。因此，三陰性乳腺癌的治療出現(xiàn)較大的難度。

腫瘤免疫治療的出現(xiàn)為三陰性乳腺癌提供了更好的治療方法，免疫治療包括使用直接對腫瘤相關(guān)抗原進(jìn)行免疫應(yīng)答的疫苗，以及通過靶向細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4、程序性死亡1 (PD-1)和程序性死亡配體1 (PD-L1)介導(dǎo)的關(guān)鍵通路特異的免疫系統(tǒng)抑制檢查點(diǎn)的阻斷抗體。其中免疫靶點(diǎn)PD1/PD-L1抗體的相關(guān)藥物已經(jīng)被美國FDA批準(zhǔn)上市并應(yīng)用于臨床上[10]。PD-L1與PD-1結(jié)合，通過激活表達(dá)T細(xì)胞，并產(chǎn)生導(dǎo)致T細(xì)胞衰竭的信號。因此，PD-1/PD-L1抗體通過阻斷T細(xì)胞衰竭信號，從而使腫瘤特異性T細(xì)胞重新活躍起來摧毀癌癥細(xì)胞[11，12]。從基因譜TCGA數(shù)據(jù)分析得出，有19%的三陰性乳腺癌患者中PD-L1表達(dá)量大于其他雌激素陽性的乳腺癌。針對PD-L1陽性、重度預(yù)處理的晚期三陰性乳腺癌患者的研究中得出,PD-1/PD-L1抗體與萘普生紫杉醇聯(lián)用后，一線轉(zhuǎn)移性三陰性乳腺癌患者中治療的應(yīng)答率為46%[12]。因此，免疫靶點(diǎn)抑制劑在三陰性乳腺癌中的臨床治療上提供了一個很大的研究與治療方向。

3 JAK-STAT通路與趨化因子激活

3.1STAT1 有調(diào)控CXCL10表達(dá)的作用 研究顯示JAK通路與趨化因子CXCL10 有直接相關(guān)的影響，當(dāng)中包括STAT1有調(diào)控趨化因子的作用，STAT1為IFN-y的下游基因，增加IFN-y能夠有效提高STAT1的磷酸化從而激活。Burke等[13]在糖尿病模型中研究發(fā)現(xiàn)STAT1結(jié)合在趨化因子CXCL10的啟動子上并增加其表達(dá)，誘導(dǎo)胰島細(xì)胞對白介素產(chǎn)生反應(yīng)。同樣在Kyoko等對肝炎造成的脂毒性肝細(xì)胞模型中通過熒光素酶檢測分析證實(shí)STAT1結(jié)合于人源細(xì)胞CXCL1基因序列-907至+27位點(diǎn)的啟動子上，通過位點(diǎn)Ser727對STAT1磷酸化從而激活STAT1，增強(qiáng)CXCL10的表達(dá)水平。當(dāng)他們敲除能夠激活STAT1磷酸化的LPC相關(guān)基因時，STAT1與CXCL10在mRNA以及蛋白水平上的表達(dá)均出現(xiàn)下調(diào)，反向證明了STAT1的上調(diào)能夠增強(qiáng)趨化因子CXCL10的表達(dá)[14]。

3.2STAT1與STAT3相關(guān)調(diào)控 在乳腺癌細(xì)胞內(nèi)STAT家族相關(guān)蛋白STAT3有較高的表達(dá)，其表達(dá)量有直接影響細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)從而影響細(xì)胞生長的作用，STAT3通常促進(jìn)細(xì)胞的存活以及保持細(xì)胞的增殖能力并且發(fā)揮細(xì)胞抵抗炎癥的能力以及誘導(dǎo)細(xì)胞的免疫耐受。因此倘若腫瘤細(xì)胞內(nèi)STAT3出現(xiàn)較高的表達(dá)會增加腫瘤細(xì)胞的存活能力以及相關(guān)的免疫耐受，對癌癥治療來說產(chǎn)生了相對的阻力[15，16]。

相比之下，STAT家族STAT1所調(diào)控的相關(guān)信號通路更傾向于促進(jìn)細(xì)胞的凋亡并且起到抑制細(xì)胞增殖的能力，有利于細(xì)胞在體內(nèi)的先天性或適應(yīng)性免疫反應(yīng)的產(chǎn)生。在正常細(xì)胞中，兩者之間的通路通過相互反饋達(dá)到一個平衡的調(diào)節(jié)作用。在腫瘤細(xì)胞中由于細(xì)胞生長出現(xiàn)異常，STAT3出現(xiàn)高表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞過度生長并有一定的免疫逃逸作用[17,18]。

Ho等人的研究證明STAT1與 STAT3之間的表達(dá)水平與活性的改變會改變細(xì)胞因子信號的方向。由于STAT1以及STAT3兩者間原屬相互平行調(diào)節(jié)，而在異常生長的腫瘤細(xì)胞中STAT3出現(xiàn)高表達(dá)會與STAT1的表達(dá)產(chǎn)生拮抗作用，通過建立STAT3高表達(dá)的細(xì)胞系，利用裂解液提取細(xì)胞中絡(luò)氨酸磷酸化STAT1的含量，與對照組比較后得出STAT3的過表達(dá)對STAT1在磷酸化水平上的激活沒有太大的影響，STAT3是通過與STAT1競爭結(jié)構(gòu)相似的DNA結(jié)合位點(diǎn)，與STAT1競爭形成多聚體并在此步驟上影響STAT1的表達(dá)，從而使得STAT1所調(diào)控的相關(guān)基因受到抑制[19，20]。同時因STAT1表達(dá)量下降，其下游的趨化因子減少，導(dǎo)致聚集的殺傷T細(xì)胞數(shù)量減少，不利于免疫系統(tǒng)協(xié)助抗腫瘤治療(圖2)。

圖2 CXCL10激活流程圖Fig.2 Flow chart of CXCL10 active

4 趨化因子與免疫治療

免疫系統(tǒng)是人體與生俱來的一個抵抗外界異物入侵并起到保持機(jī)體生理環(huán)境健康的系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)與惡性細(xì)胞之間存在一種動態(tài)平衡狀態(tài)，腫瘤生長與免疫系統(tǒng)之間的相互作用決定了疾病發(fā)展過程，在正常情況下免疫細(xì)胞會主動消除生長異常的細(xì)胞[21]，腫瘤細(xì)胞在生長的過程中亦出現(xiàn)免疫逃逸的現(xiàn)象，因此有免疫缺陷的患者會增加癌癥發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。

在免疫系統(tǒng)中T細(xì)胞起到非常重要的作用，其中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞可以通過負(fù)調(diào)節(jié)來維持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定，而在惡性腫瘤的治療中輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)以及帶有CD8+毒性的T細(xì)胞CTL起到關(guān)鍵性作用。Th細(xì)胞能夠輔助淋巴細(xì)胞發(fā)揮免疫活性從而輔助抗腫瘤的作用，而帶有CD8+的CTL可以選擇直接殺傷腫瘤細(xì)胞亦能夠通過分泌細(xì)胞因子間接性殺傷腫瘤細(xì)胞[21]。CD8+T細(xì)胞亦被發(fā)現(xiàn)在殺傷腫瘤細(xì)胞中對于腫瘤表面抗原有特異性的結(jié)合能力，從而成為免疫治療上有特異性的腫瘤殺傷細(xì)胞[22]。

T細(xì)胞均需要活化才能發(fā)揮殺傷或輔助作用，而激活初始T細(xì)胞需要來自外界異物的抗原或機(jī)體免疫系統(tǒng)中趨化因子驅(qū)使，從而使得T細(xì)胞在活化后起到相關(guān)的免疫作用。趨化因子CXCL10有效阻斷血管的生成，發(fā)揮抗腫瘤作用，有研究表明CXCL10可以通過抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子表達(dá)抑制雌激素所致的腫瘤生長，而過多的雌激素刺激是乳腺癌發(fā)生的主要因素之一[23]。另外，CXCL10可以通過免疫調(diào)節(jié)發(fā)揮抗腫瘤作用，并與腫瘤中CD8+T細(xì)胞的數(shù)目有直接的關(guān)聯(lián)，CXCL10是引起CD8+T細(xì)胞聚集的關(guān)鍵趨化因子，CXCL10表達(dá)量上升有效增加 CD8+T細(xì)胞分化與聚集[24]。 CXCL10 表達(dá)水平的下降直接引起CD8+T細(xì)胞的數(shù)量減少，在乳腺癌細(xì)胞系中 CXCL10的增加能夠同時增加CD4+T細(xì)胞以及 CD8+T細(xì)胞的聚集[24,25]，從而達(dá)到由殺傷性T細(xì)胞進(jìn)攻腫瘤組織發(fā)揮治療作用。

5 總結(jié)與前景研究

JAK通路通過增加趨化因子的水平達(dá)到激活初始T細(xì)胞的作用，令更多的CD8+T細(xì)胞被激活并分化,受趨化因子的影響而聚集。有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)JAK 通路上STAT3蛋白對趨化因子的表達(dá)有調(diào)節(jié)作用，JAK有效抑制IFN-y的表達(dá)，而IFN-y為趨化因子CXCL9、CXCL10的上游基因，能夠刺激相關(guān)趨化因子的表達(dá)。當(dāng)STAT1活化被抑制，相關(guān)趨化因子的基因轉(zhuǎn)錄以及表達(dá)處于低水平[26]。因此如果能夠抑制STAT3的高表達(dá)，減少因STAT3競爭導(dǎo)致的STAT1磷酸化減少，增加STAT1的活化。STAT1活化后能有效促進(jìn)IFN-y的表達(dá)并引起趨化因子水平的增高，從而刺激腫瘤組織中CD8+T細(xì)胞的活化以及聚集，促進(jìn)免疫治療在治療乳腺癌上的效率，減少患者因藥物或手術(shù)等介入治療所帶來的副作用[27]。

在目前的研究中，我們通過高通量技術(shù)篩選出能夠在乳腺癌細(xì)胞系中有效增加趨化因子的藥物，并對該藥物作用機(jī)制作進(jìn)一步的探討，在機(jī)制研究的角度上，STAT通路的重要性作為我們的對藥物研究的關(guān)注點(diǎn)之一，STATs有望成為藥物對抗三陰性乳腺癌作免疫治療的一個重要的靶點(diǎn)。