JAK2/STAT3作為新型抗癌藥物靶點(diǎn)的研究進(jìn)展

張文穎,王思情,張新妍,李慶偉,2,3,李瑩瑩,2,3*

1.遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 遼寧 大連 116081；2.遼寧師范大學(xué)七鰓鰻研究中心， 遼寧 大連 116081；3.大連工業(yè)大學(xué)海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心， 遼寧 大連 116034

2019年1月，國家癌癥中心發(fā)布了最新的全國癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，肝癌、乳腺癌、胰腺癌等3種癌癥居我國惡性腫瘤前十位[1]。目前，癌癥的治療途徑主要包括手術(shù)治療、放射治療、化學(xué)藥物治療(簡稱化療)。其中化療是常見的治療手段之一，但是化療所使用的許多抗癌藥物的特異性較差，易產(chǎn)生毒副作用、耐藥性等問題，嚴(yán)重影響治療效果[2]。為了有效改善目前癌癥治療所面臨的問題，靶向治療成為了研究熱點(diǎn)。分子靶向治療是指利用藥物或其他物質(zhì)靶向特定分子來阻止癌細(xì)胞的生長和擴(kuò)散。腫瘤分子靶向治療成功的關(guān)鍵在于分子靶點(diǎn)選擇，一般來說，作為分子靶向藥物開發(fā)的理想分子靶點(diǎn)應(yīng)能夠區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞的特異基因突變[3]。因此，相對于化療而言，靶向治療能夠更好地區(qū)分正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，進(jìn)而在不損傷正常細(xì)胞的前提下特異性地殺死腫瘤細(xì)胞。

Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(Janus kinases/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號通路由細(xì)胞因子刺激后參與了多種重要的生物學(xué)過程。作為一類非受體型酪氨酸激酶，JAKs包含4個(gè)成員，STATs包含7個(gè)成員[4]。在JAK/STAT信號通路中，JAK2/STAT3信號通路作為重要的組成部分參與了多種實(shí)體瘤的發(fā)生和發(fā)展，并且在腫瘤細(xì)胞中呈現(xiàn)過度激活狀態(tài)。因此，針對STAT3和JAK2/STAT3信號通路的靶向治療是目前研究的熱點(diǎn)[5]。本文圍繞JAK2/STAT3信號通路分子在實(shí)體惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程中的重要作用進(jìn)行了綜述，以期為以JAK2/STAT3信號通路分子作為腫瘤治療新型靶點(diǎn)開發(fā)藥物提供參考，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡或者逆轉(zhuǎn)惡性表現(xiàn)型，為腫瘤治療開辟新的途徑。

1 JAK2/STAT3信號通路

JAK/STAT信號通路參與了多種生物學(xué)過程，如細(xì)胞增殖、分化及免疫調(diào)節(jié)等[6]。該信號通路的傳遞過程主要由3個(gè)部分組成，即酪氨酸激酶相關(guān)受體(receptor tyrosine kinases，RTKs)、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT。

RTKs是最早被發(fā)現(xiàn)的激酶，該激酶與腫瘤發(fā)生相關(guān)。JAK2是非受體酪氨酸激酶家族成員，含有7個(gè)JAK同源結(jié)構(gòu)域(JAK homology domain，JH)，其中：JH1為激酶區(qū)，JH2為“假”激酶區(qū)，JH6和JH7為受體結(jié)合區(qū)[7-8](圖1)。其中，JH1結(jié)構(gòu)域能夠與受體內(nèi)Src同源2區(qū)(Src homology 2 domain，SH2)結(jié)構(gòu)域相互作用，受體激活后可使底物蛋白的催化活性增強(qiáng)[10]。此外，JAK2還與Ⅱ型粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)受體家族(IL-3R、IL-5R和GM-CSF-R)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[11-12]。

作為重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄因子，STATs參與了多種生物學(xué)過程，如細(xì)胞分化、免疫、應(yīng)答及胚胎發(fā)育等，其中包括STAT1、2、3、4、5a、5b和6這7個(gè)成員。STAT3蛋白作為STAT蛋白家族成員之一，主要由氨基端保守區(qū)、卷曲螺旋區(qū)、DNA結(jié)合域(DNA-binding domains，DBD)、連接區(qū)、SH2結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(transcription activation domain，TAD)、酪氨酸、絲氨酸磷酸化的位點(diǎn)等組成(圖1)[9]。其中，SH2結(jié)構(gòu)域最初是在癌癥中被鑒定的，其長度為100個(gè)氨基酸，能夠作為細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)的調(diào)節(jié)模塊，與靶肽鏈序列進(jìn)行特異性結(jié)合并發(fā)揮作用[13]。STAT3具有2個(gè)酪氨酸磷酸化(phosphorylation tyrosine，pY)位點(diǎn)(Y701和Y705)和1個(gè)絲氨酸磷酸化(phosphorylation serine，pS)位點(diǎn)(S727)[14]，SH2能特異性識別磷酸化酪氨酸殘基，從而使含有該結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)定位于酪氨酸磷酸化位點(diǎn)[15]。

STAT3可被受體相關(guān)的Janus激酶磷酸化，形成同源或異源二聚體，并易位至細(xì)胞核(圖2)。STAT3通過其特殊的SH2結(jié)構(gòu)域與受體上的磷酸化酪氨酸殘基結(jié)合，并在JAK激酶的作用下實(shí)現(xiàn)其C端酪氨酸殘基的磷酸化[12]，進(jìn)而啟動一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終導(dǎo)致基因表達(dá)或其他細(xì)胞學(xué)反應(yīng)[13-15]。具體地，STAT3第705位酪氨酸被磷酸化后，可通過與干擾素、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、白細(xì)胞介素IL-5和IL-6的配體相互作用而被激活。

2 JAK2/STAT3信號通路與癌癥

JAK/STAT信號通路參與了生物體內(nèi)細(xì)胞分裂、分化等多種生理過程[16-19]，且該信號通路參與了多種疾病的發(fā)生，如腫瘤、自身免疫疾病及心血管疾病等。作為JAK/STAT信號通路的重要組成部分，JAK2/STAT3信號通路在多種實(shí)體瘤中呈現(xiàn)持續(xù)激活狀態(tài)[20]，且JAK2/STAT3信號通路中的STAT3的異常活化與多種惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展緊密相關(guān)[21]。因此，關(guān)于JAK2/STAT3信號通路及其相關(guān)分子在實(shí)體腫瘤中的作用機(jī)制研究目前已成為熱點(diǎn)。研究顯示，組成型STAT3的激活與多種人類癌癥的預(yù)后不良有關(guān)[22-24]。提示JAK2/STAT3信號通路相關(guān)分子可作為癌癥治療及預(yù)后的標(biāo)記分子，并可成為癌癥治療的新靶點(diǎn)。

圖1 JAKs結(jié)構(gòu)域及STAT3蛋白功能結(jié)構(gòu)域[7-9]Fig.1 Domain structure of Janus kinases and several functional domains of STAT3 protein[7-9]

圖2 細(xì)胞因子JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路圖Fig.2 Cytokine JAK/STAT signal transduction pathway map

2.1 JAK2/STAT3信號通路與肝細(xì)胞癌

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma cells，HCC)占據(jù)全球癌癥死亡的第3位，其中主要原因是手術(shù)切除后復(fù)發(fā)率和轉(zhuǎn)移率高[25-26]。在HCC細(xì)胞中，JAK2/STAT3信號通路中的JAK2和STAT3分子存在過度激活現(xiàn)象[27-28]。因此，JAK2/STAT3信號通路與HCC的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[29]。此外，近年研究表明，HCC復(fù)發(fā)率和轉(zhuǎn)移率高的特性是由HCC癌癥干細(xì)胞 (HCC cancer stem cells，HCC CSCs) 和其他分化較多的肝癌細(xì)胞所驅(qū)動的[30-32]，并且HCC CSCs負(fù)責(zé)癌癥的發(fā)生、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥[33]。因此，HCC CSCs功能的挖掘已成為開發(fā)新型抗癌藥物的關(guān)鍵靶點(diǎn)[34]，JAK2/STAT3信號通路對于HCC CSCs的作用研究可為HCC治療提供新的思路。

2.2 JAK2/STAT3信號通路與乳腺癌

近年來，乳腺癌(breast cancer，BC)的診斷和治療取得了重大進(jìn)展，但其仍然是世界范圍內(nèi)女性癌癥死亡的主要原因[35]。三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer，TNBC)是一種具有不同特征侵襲性和異質(zhì)性的惡性腫瘤，這種腫瘤內(nèi)或者腫瘤間的異質(zhì)性使得TNBC獲得了對現(xiàn)有藥物的抗性，目前還沒有臨床批準(zhǔn)的靶向治療方法[36]?；熓荰NBC的主要治療方法，但是大部分患者仍然會遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)，這使得TNBC患者死亡率高。研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)介導(dǎo)的JAK2/STAT3信號的異常激活與人乳腺癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移正相關(guān)[37]。且JAK2/STAT3信號通路中的STAT3分子也參與了人類乳腺癌的生物學(xué)過程，主要體現(xiàn)在STAT3的過度表達(dá)與乳腺癌的侵襲性增強(qiáng)密切相關(guān)，而STAT3的高表達(dá)導(dǎo)致了乳腺癌患者預(yù)后不良及生存時(shí)間短[38]。因此，JAK2/STAT3信號通路及STAT3分子在乳腺癌生物學(xué)過程中的作用將為臨床乳腺癌的治療開辟新途徑。

2.3 JAK2/STAT3信號通路與胰腺癌

胰腺癌(pancreatic cancer，PC)是一種惡性程度高的消化道惡性腫瘤，約90%為起源于腺管上皮的導(dǎo)管腺癌。胰腺癌早期的確診率不高，手術(shù)死亡率較高，且治愈率很低，5年生存率小于1%，預(yù)后較差。現(xiàn)已證實(shí)，JAK2/STAT3信號通路參與了胰腺癌細(xì)胞的增殖和凋亡過程[39]，且發(fā)現(xiàn)相較于低轉(zhuǎn)移性胰腺癌細(xì)胞，磷酸化的STAT3(p-STAT3)的表達(dá)水平在高轉(zhuǎn)移性胰腺癌細(xì)胞中表達(dá)量更高[40]。異常活化的STAT3信號通路通過抑制細(xì)胞凋亡、加速炎癥進(jìn)展、誘導(dǎo)血管生成等方式參與胰腺癌的發(fā)生發(fā)展，阻斷該信號通路的活性能顯著抑制腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為[41]。因此，JAK2/STAT3信號通路及相關(guān)分子可作為胰腺癌治療的新靶點(diǎn)。

3 JAK2/STAT3作為癌癥治療靶點(diǎn)的研究

3.1 靶向抑制癌細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)凋亡

JAK2/STAT3通路在癌細(xì)胞的增殖和凋亡過程中發(fā)揮重要作用。多種腫瘤細(xì)胞的形成與該信號通路的異常激活有關(guān)，這表明該信號通路是調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡的重要信號通路[42]。利用姜黃素聯(lián)合Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子8(Krüppel-like factor 8，KLF8)基因siRNA可通過抑制JAK2/STAT3信號通路活性促進(jìn)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的凋亡，在此過程中，p-JAK2、p-STAT3、Cyclin D1和Bcl-2蛋白表達(dá)水平也受到抑制[43]；同樣地，利用姜黃素處理人骨肉瘤細(xì)胞MG-63后，也檢測到了p-JAK2和p-STAT3表達(dá)水平下調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)了MG-63細(xì)胞的凋亡[44]。2-Ethoxystypandrone作為STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制劑，能夠阻斷STAT3的活化，同時(shí)能夠抑制JAK2分子的表達(dá)，進(jìn)而抑制了HCC細(xì)胞的增殖，并以劑量依賴的方式誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡。因此，2-Ethoxystypandrone可通過抑制JAK2/STAT3通路分子的活性用于開發(fā)抗癌藥物靶向HCC CSC[45]?；诖?，JAK2/STAT3通路相關(guān)分子可以作為癌癥治療的靶標(biāo)分子，通過抑制JAK2/STAT3通路活性來達(dá)到促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡的目的。

作為JAK2/STAT3信號通路的關(guān)鍵分子，STAT3可被JAK2分子磷酸化并易位至細(xì)胞核行使轉(zhuǎn)錄因子的功能。因此，STAT3的磷酸化及其信號通路下游分子的表達(dá)水平也可作為癌癥治療的靶標(biāo)分子。蛋白質(zhì)二硫鍵-異構(gòu)酶A3(protein disulfideisomerase A3，PDIA3)是一種伴侶蛋白，能調(diào)節(jié)糖蛋白的折疊并響應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，在HCC細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)可作為預(yù)后不良的標(biāo)志。研究顯示，PDIA3的敲低表達(dá)降低了STAT3信號通路的p-STAT3水平和STAT3信號通路下游的抗凋亡蛋白表達(dá)水平，進(jìn)而誘導(dǎo)了HCC細(xì)胞的凋亡[46]。在胰腺癌中的研究顯示，具有顯著抗腫瘤作用的大黃酸與表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)抑制劑聯(lián)合使用能夠抑制STAT3的磷酸化，從而可通過抑制STAT3途徑使人胰腺癌細(xì)胞對EGFR抑制劑敏感[47]。除STAT3的磷酸化外，在肝細(xì)胞癌中的研究表明，抑制STAT3活性和下調(diào)STAT3靶基因表達(dá)，可以達(dá)到抑制癌細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡的目的[48-49]。此外，STAT3活化與肝癌患者腫瘤組織中HSD17B4蛋白表達(dá)增加呈正相關(guān)，HSD17B4過表達(dá)可能通過增強(qiáng)STAT3下游靶基因的表達(dá)從而促進(jìn)了肝癌HepG2細(xì)胞的增殖[50]。

綜上，通過靶向抑制JAK2/STAT3通路以及STAT3的活化可達(dá)到抑制癌細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)凋亡的目的，因此可作為癌癥治療中的有效靶標(biāo)。

3.2 靶向抑制癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移

JAK2/STAT3通路在癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過程中也發(fā)揮著重要作用[51]。在肝癌中的研究顯示，大黃提取物能夠通過抑制STAT3和JAK2分子的磷酸化，以及下調(diào)STAT3靶蛋白的表達(dá)從而抑制了肝癌細(xì)胞的遷移與侵襲[52]。因此，通過基因靶向藥物抑制JAK2/STAT3信號通路分子以及STAT3分子或者JAK2分子與其他分子的相互作用來控制腫瘤等相關(guān)疾病，可以達(dá)到靶向治療的目的。

JAK2/STAT3通路中的關(guān)鍵分子STAT3還能夠通過調(diào)控lncRNAs分子的表達(dá)參與肝癌轉(zhuǎn)移[48]。LncRNAs是一類非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本，可以控制肌肉分化[53]、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的重編程[54]以及調(diào)控細(xì)胞侵襲等[55]。HOXD-AS1是新近發(fā)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵的腫瘤相關(guān)lncRNA。HOXD-AS1異常表達(dá)于腫瘤細(xì)胞中，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，有望成為新型的腫瘤標(biāo)志物[56]。在肝癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的研究中顯示，HOXD-AS1在HCC細(xì)胞中上調(diào)并且與HCC患者的不良預(yù)后顯著相關(guān)，STAT3可以上調(diào)HOXD-AS1的表達(dá)，STAT3介導(dǎo)HOXD-AS1上調(diào)后，可作為競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)通過調(diào)控SOX4轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移。因此，通過抑制STAT3的表達(dá)可使得HOXD-AS1低表達(dá)進(jìn)而抑制了HCC細(xì)胞的遷移、侵襲及轉(zhuǎn)移。作為一種關(guān)鍵的抗血管生成蛋白，血管生成素樣蛋白1(angiopoietin-like protein 1，ANGPTL1)能夠通過抑制STAT3/Bcl-2介導(dǎo)的抗細(xì)胞凋亡途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡，通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子SNAIL和SLUG基因的轉(zhuǎn)錄減少細(xì)胞遷移和侵襲；ANGPTL1也能夠與整合素α1β1相互作用，通過抑制JAK2/STAT3信號通路抑制HCC血管生成和轉(zhuǎn)移[57]。熱休克蛋白HSP90能夠通過調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的成熟和穩(wěn)定促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，是潛在的治療靶點(diǎn)。作為HSP90 C末端的抑制劑，L80能夠通過抑制TNBC細(xì)胞的增殖及AKT/MEK/ERK/JAK2/STAT3的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)達(dá)到抑制TNBC的腫瘤生長、血管生成和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的目的[58]。在TNBC中的研究表明，IL-6/JAK2/STAT3通路以及下游信號在癌細(xì)胞中呈異常持續(xù)激活狀態(tài)，而Wwox能夠通過抑制JAK2/STAT3的磷酸化達(dá)到抑制TNBC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和增殖[59]，該研究認(rèn)為通過Wwox靶向抑制JAK2/STAT3可為TNBC提供有前景的治療策略。因此，該作用機(jī)制有望為TNBC的個(gè)性化治療提供靶點(diǎn)和線索。STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在胰腺癌侵襲過程中也起著重要作用，研究表明通過激活和阻斷人胰腺癌細(xì)胞中的STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，發(fā)現(xiàn)IL-6可促進(jìn)人胰腺癌細(xì)胞Capan-2細(xì)胞的增殖，同時(shí)，使得p-STAT3、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)表達(dá)明顯升高，增強(qiáng)了細(xì)胞的侵襲能力[60]。黃陳等[61]在胰腺癌細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)，AG490能夠抑制STAT3活化進(jìn)而降低了胰腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲。以STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為靶點(diǎn)的基因治療可為胰腺癌治療提供新的方向。明確JAK2/STAT3信號通路上下游分子組成及調(diào)控機(jī)制，有助于尋找更多的與癌癥治療有關(guān)的靶分子，并有利于深入探討癌癥發(fā)病的分子機(jī)理。針對于目標(biāo)分子的靶向治療，可達(dá)到通過抑制癌細(xì)胞的增殖、存活及促進(jìn)其凋亡，進(jìn)而達(dá)到抑制癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的目的。

綜上所述，通過靶向抑制STAT3以及JAK/STAT3信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來抑制癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，可作為癌癥治療中的新靶標(biāo)。

4 展望

JAK2/STAT3信號通路在細(xì)胞發(fā)育、分化及多種疾病中發(fā)揮了重要作用。雖然已證實(shí)JAK2/STAT3信號通路分子在多種癌細(xì)胞中存在過度激活的現(xiàn)象[5]，但相關(guān)分子機(jī)制尚不清楚。研究表明，JAK2/STAT3信號通路的STAT3分子常在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，例如，絕大多數(shù)乳腺癌組織細(xì)胞，包括原位癌和浸潤性導(dǎo)管癌，其細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核都檢測到STAT3的過度表達(dá)[62]。而通過靶向抑制和調(diào)控STAT3的表達(dá)能抑制細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化及進(jìn)展[63]。此外，通過調(diào)控STAT3的表達(dá)也能夠調(diào)節(jié)免疫抑制的腫瘤微環(huán)境[64]。這提示著JAK2/STAT3信號通路分子有望成為新型抗癌藥物靶點(diǎn)。

本文綜述了JAK2/STAT3信號通路分子在肝癌、乳腺癌、胰腺癌等癌癥中的相互作用及表達(dá)模式?？梢栽O(shè)想，未來腫瘤治療以JAK2/STAT3信號通路分子為靶點(diǎn)，通過抑制JAK2/STAT3信號通路分子的表達(dá)水平來阻斷腫瘤細(xì)胞的信號傳遞途徑，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡或者逆轉(zhuǎn)惡性表現(xiàn)型，從而達(dá)到治療腫瘤的目的，為腫瘤治療開辟了新的途徑。對于JAK2/STAT3信號通路的調(diào)控也可能成為治療癌癥的靶點(diǎn)，與分子靶向藥物聯(lián)合，通過抑制癌細(xì)胞的增殖和侵襲，促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而達(dá)到靶向治療癌癥的目的。