STAT3在頭頸部鱗癌中的研究進展

周旋，任玉，喬宇

當(dāng)前研究表明，信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子（STAT）家族已有7 個成員在哺乳動物細胞中被證實，分別是STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和 STAT6［1］。STAT3 是 STAT 轉(zhuǎn)錄因子家族的重要成員，參與調(diào)控多個重要的信號通路并介導(dǎo)下游基因的轉(zhuǎn)錄。STAT3異常激活表達與人類腫瘤細胞增殖、抗凋亡、侵襲、血管生成以及免疫逃逸等不同生物學(xué)行為關(guān)系密切。頭頸部鱗癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）是腫瘤學(xué)領(lǐng)域常見的難治性疾病之一，每年新發(fā)病例逾60萬［2］。闡明STAT3在HNSCC發(fā)生與進展中的分子機制，尋找新的治療手段日益受到重視。本文就STAT3信號通路的異常激活，STAT3 與HNSCC 的發(fā)生、侵襲以及血管生成的關(guān)系等進行綜述。

1 STAT3概述

STAT3 蛋白結(jié)構(gòu)可以分為Src 同源功能域2 區(qū)（SH2）、Src 同源功能域3 區(qū)（SH3）、羧基端第705 位的酪氨酸磷酸化位點（Tyr705）、DNA結(jié)合區(qū)、保守性較差的羧基端、第727 位的絲氨酸磷酸化位點和保守的氨基酸序列等 7 個生物學(xué)結(jié)構(gòu)［3］。STAT3 結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)錄活化區(qū)是多種絲氨酸激酶的底物，其磷酸化水平（主要是Tyr705）影響STAT3的轉(zhuǎn)錄活性。受體酪氨酸激酶［如表皮生長因子受體（EGFR）］和非受體酪氨酸激酶［如Janus 激酶（JAK）］可使STAT3羧基端轉(zhuǎn)錄活化區(qū)的酪氨酸磷酸化而激活STAT3，活化的STAT3與酪氨酸磷酸化位點的相互作用形成二聚體后轉(zhuǎn)入細胞核，與特異性DNA 序列（ISRE/GAS 序列）結(jié)合，參與調(diào)節(jié) B 淋巴細胞瘤-xl（Bclxl）、c-Myc、細胞周期蛋白 D1（Cyclin D1）、缺氧誘導(dǎo)因子 1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）和非編碼RNA等靶基因轉(zhuǎn)錄［4］。

2 STAT3通路的激活

STAT3 最初作為白細胞介素（IL）-6、干擾素（IFN）和炎性因子的下游通路被發(fā)現(xiàn)［5-7］。IL-6通過與IL-6 受體α（IL-6Rα）在細胞表面結(jié)合來發(fā)揮其生物學(xué)功能。連接IL-6的受體發(fā)生構(gòu)象上的改變，形成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合體。IL-6 激活JAK，活化的JAK反向磷酸化gp130，導(dǎo)致胞漿中STAT3 募集與激活。活化的STAT3 進入細胞核，傳導(dǎo)胞外信號并行使其轉(zhuǎn)錄激活因子的作用［8］。此外，表皮生長因子（EGF）等多種生長因子與其受體結(jié)合后能激活其胞內(nèi)段酪氨酸激酶活性，發(fā)生自身磷酸化并被STAT3的SH2 結(jié)構(gòu)域識別，順序激活其第705 位的酪氨酸殘基［9］。還有研究表明，G 蛋白偶聯(lián)受體、Toll 樣受體［10］、Rho GTP酶家族［11］、蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶［12］和PIAS 蛋白家族［13］等均能通過不同的方式激活STAT3信號通路。

3 STAT3與HNSCC

3.1 STAT3 過表達與 HNSCC 發(fā)生 STAT3 的異常激活是上皮來源惡性腫瘤發(fā)生的特征性分子事件，乳腺癌、卵巢癌、HNSCC 和前列腺癌等多種實體瘤組織中可檢測到STAT3 高表達［14-16］。研究顯示，HNSCC 體外細胞系和腫瘤組織中STAT3 的表達水平高于正常鱗狀上皮；通過檢測HNSCC 患者癌組織、癌旁組織及正常黏膜上皮STAT3活性，發(fā)現(xiàn)癌組織與癌旁黏膜上皮中STAT3的表達強度是正常黏膜上皮的 8～10 倍［17］。正常組織中磷酸化的 STAT3 表達局限于黏膜上皮基底層細胞，而在癌旁組織則表達于上皮全層，在癌組織中呈過表達。由此可見，這種連續(xù)動態(tài)變化的STAT3 異常激活是HNSCC 發(fā)生的關(guān)鍵事件，并與 HNSCC 的增殖有關(guān)［18］。Nagpal等［19］證實不同臨床分期患者中STAT3 表達不同，早期HNSCC 患者中STAT3 表達低于中晚期患者。STAT3的激活還參與了HNSCC組織去分化，高分化HNSCC中STAT3表達水平較低，而中低分化HNSCC中STAT3 表達水平明顯升高［20］。更重要的是，STAT3 還可作為預(yù)測HNSCC 預(yù)后的指標(biāo)之一，STAT3表達水平越高，腫瘤臨床分期越晚，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的概率越高，患者預(yù)后越差［21］。據(jù)此，STAT3過表達是HNSCC預(yù)后不良的獨立危險因素，而STAT3作為腫瘤治療候選靶點及其相關(guān)的調(diào)節(jié)機制成為腫瘤研究的熱點。

3.2 STAT3 與 HNSCC 侵襲 STAT3 主要通過降解細胞外基質(zhì)、影響細胞黏附能力和細胞骨架重組調(diào)節(jié)腫瘤細胞的侵襲和遷移能力［22-23］。研究表明，STAT3 能轉(zhuǎn)錄激活基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-2，降解細胞外基質(zhì)Ⅳ型膠原，增強腫瘤細胞的侵襲能力；STAT3與c-Jun結(jié)合后錨定到MMP-9編碼基因啟動子中的特定序列，可以促進MMP-9 轉(zhuǎn)錄［24］。此外，STAT3 可通過激活 ErbB2/integrins β4，降低腫瘤細胞中E鈣黏蛋白（E-cadherin）含量，抑制腫瘤細胞黏附能力，促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移。本課題組通過使用STAT3 特異性小分子抑制HJC0152 和小干擾RNA處理SCC25 和CAL27 細胞后，發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞侵襲能力減弱，F(xiàn)-肌動蛋白（F-actin）形態(tài)變化，β-連環(huán)蛋白（β-catenin）由細胞漿轉(zhuǎn)入細胞核內(nèi)［25］。且進一步研究提示STAT3可能通過調(diào)控CDK5影響HNSCC細胞骨架蛋白重塑，誘導(dǎo)腫瘤細胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），形成侵襲偽足，影響腫瘤細胞的侵襲、運動能力［26］。

多個非編碼RNA 也被證明是STAT3 下游的靶基因，如 miR-21、miR-200、malat1/miR-30a 等［27-30］。STAT3 除了通過直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控的經(jīng)典途徑調(diào)控miR-21 表達外，筆者通過分析長鏈非編碼RNA malat1 編碼基因啟動子序列，發(fā)現(xiàn)其含有多個STAT3結(jié)合位點，通過染色質(zhì)免疫共沉淀-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)實驗（CHIP-PCR）和熒光素酶報告實驗法證明STAT3 能激活malat1 轉(zhuǎn)錄，且malat1 可以和miR-30a 競爭性結(jié)合并抑制波形蛋白（Vimentin）等EMT相關(guān)蛋白的表達來抑制腫瘤細胞的侵襲能力［28］。此外，STAT3 還能通過激活Zeste 基因增強子同源物2（EZH2）的方式調(diào)控miR-200 家族成員在HNSCC 中的表達水平，影響腫瘤細胞的侵襲能力［27］。上述研究結(jié)果為探討以STAT3 為核心的非編碼RNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新思路。

3.3 STAT3 與HNSCC 細胞的增殖和凋亡 腫瘤細胞具有對抗細胞程序性死亡的特性。STAT3具有通過調(diào)節(jié)下游靶基因，如Survivin和Bcl家族成員（Bclxl、Bcl-2、Mcl-1）促進腫瘤細胞抗凋亡的機制。通過STAT3 反義寡核苷酸干擾由HNSCC 組織原代培養(yǎng)得到的細胞系及裸鼠皮下荷瘤模型中STAT3 表達，發(fā)現(xiàn)Bcl-2、Cyclin D1 表達下調(diào)并能有效抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞凋亡［31］。STAT3 的負性突變體能夠下調(diào)Cyclin D1 啟動子的活性，降低Cyclin D1轉(zhuǎn)錄水平，降低腫瘤細胞從G1期進入S期的比例，從而抑制HNSCC細胞增殖［32］。本課題組也在抑制HNSCC 和多形性膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）細胞STAT3表達的研究中發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞內(nèi)Bcl-2表達減少，Caspase-3/9 表達增加，提示腫瘤細胞抗凋亡和增殖能力下降，這些現(xiàn)象可能與線粒體膜電位和細胞內(nèi)鈣離子濃度改變有關(guān)［33-34］。上述研究均提示STAT3 異常表達和激活是影響HNSCC 細胞凋亡線粒體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑等分子機制中的重要環(huán)節(jié)。

3.4 STAT3 與HNSCC 乏氧和血管新生 多數(shù)實體瘤內(nèi)存在的乏氧微環(huán)境會導(dǎo)致腫瘤細胞激活等一系列分子信號途徑，如HIF-1α 和STAT3，增強腫瘤細胞的侵襲性和對治療的抵抗能力［35-36］。有研究證實在乏氧條件下STAT3 和HIF-1α 共同促進血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達，VEGF 基因啟動子上存在STAT3的結(jié)合位點，STAT3 可以直接結(jié)合到VEGF 基因的啟動子區(qū)域，激活 VEGF 的轉(zhuǎn)錄表達［37］。另一方面，STAT3 活化后促進HIF-1α 表達，進一步調(diào)節(jié)VEGF 轉(zhuǎn)錄，促進腫瘤血管生成，為腫瘤細胞侵襲轉(zhuǎn)移提供條件［38］。此外，本課題組證實，STAT3 通過EZH2 調(diào)控血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）表達影響HNSCC 細胞EMT［39］?？傊?，STAT3 在調(diào)控 VEGF 和 VEGFR 促進腫瘤細胞對乏氧耐受和血管新生方面起到了重要作用。

3.5 STAT3 與HNSCC 免疫逃逸 腫瘤細胞和免疫細胞間的自分泌或旁分泌交叉效應(yīng)是腫瘤細胞產(chǎn)生免疫逃逸的分子機制之一。在一項關(guān)于黑色素瘤的基因治療研究中，研究者將含有STAT3 突變蛋白的黑色素瘤細胞接種到皮下荷瘤小鼠模型后，與對照組小鼠腫瘤相比，腫瘤生長速度明顯下降，由此證實了STAT3 在腫瘤免疫逃逸中的作用［40］。另外，Albesiano 等［41］研 究 表 明 ，干 擾 Cal27 等 細 胞 中STAT3表達能抑制腫瘤細胞產(chǎn)生炎性因子和趨化因子，抑制脂多糖介導(dǎo)的樹突狀細胞活化，影響外周血中淋巴細胞遷移能力；STAT3 可通過這些途徑調(diào)節(jié)腫瘤細胞的免疫狀態(tài)。更重要的是，HNSCC 中STAT3 和程序性死亡分子-1（PD-1）/程序性細胞死亡分子配體-1（PD-L1）表達呈正相關(guān)，在敲除Tgfbr1/Pten 的轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，干擾STAT3 能降低 PD-L1 表達水平［42］。這些結(jié)果表明 STAT3 不僅可以作為殺死腫瘤細胞的靶點，還可以通過細胞間的通訊機制影響包括免疫細胞在內(nèi)的腫瘤間質(zhì)細胞，從而增強大范圍殺死腫瘤細胞的目的。

4 結(jié)論與展望

越來越多的研究證明了STAT3信號通路在包括HNSCC在內(nèi)的多種實體瘤的發(fā)生、侵襲轉(zhuǎn)移、增殖、凋亡等方面發(fā)揮了重要作用。STAT3的異常激活出現(xiàn)在腫瘤發(fā)生和進展的不同環(huán)節(jié)，因此異常激活的STAT3可以作為腫瘤分子診斷與分型的重要候選蛋白。AG490、WP1066等多個STAT3特異性小分子抑制劑已經(jīng)顯示出腫瘤抑制效應(yīng)并具有良好的臨床應(yīng)用前景。因此，深入研究STAT3信號通路的功能，開發(fā)針對STAT3不同結(jié)構(gòu)域的藥物或單克隆抗體將為治療HNSCC開辟新途徑。