IL‐6/STAT3信號(hào)通路在結(jié)直腸癌發(fā)展和治療中的進(jìn)展

何子勤 劉子鈺 佘曉敏 李雙航 盧露 葉甲舟 梁嶸 林燕

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是全球十大惡性腫瘤之一，2018年全球新發(fā)CRC 180多萬例，約占癌癥病例的1/10，死亡率高居全球第二位［1］。在我國(guó)，CRC發(fā)病率逐年增長(zhǎng)，2018年新發(fā)CRC 52.1萬例，發(fā)病率位居所有惡性腫瘤的第二位［2］。因此，探究CRC的發(fā)展機(jī)制及治療方法尤為重要。CRC發(fā)病機(jī)制繁多復(fù)雜，與腸道菌群紊亂、免疫反應(yīng)異常、遺傳等有關(guān)，其中腸道炎癥是最重要的因素之一［3］。研究表明，腸道炎癥向CRC發(fā)展經(jīng)歷了眾多信號(hào)通路紊亂，其中IL?6/STAT3通路可直接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和存活，被認(rèn)為是CRC發(fā)生的關(guān)鍵通路之一［4］。本文就IL?6/STAT3信號(hào)通路在介導(dǎo)CRC發(fā)展及其在CRC治療的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 IL‐6/STAT3信號(hào)通路

IL?6于1986年首次被成功克隆，作為一種多效細(xì)胞因子，在免疫調(diào)節(jié)、造血、炎癥和腫瘤發(fā)生方面具有重要作用［5］。研究表明，IL?6在CRC組織中表達(dá)顯著增加，并與腫瘤大小、分期和生存率密切相關(guān)，其介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)也與CRC發(fā)展密切相關(guān)［6］。IL?6與受體形成復(fù)合物從而激活下游信號(hào)通路，其受體由2個(gè)亞基構(gòu)成：分子大小為80 kDa的配體結(jié)合鏈IL?6R（IL?6Ra，CD126）和分子量為130 kDa的信號(hào)傳導(dǎo)鏈糖蛋白 130（glycoprotein130，gp130）［7］。IL?6 信號(hào)傳導(dǎo)途徑分為經(jīng)典信號(hào)通路和反式信號(hào)通路。在經(jīng)典信號(hào)傳導(dǎo)途徑中，胞外IL?6與膜上的IL?6R（membrane?bound IL?6R，mIL?6R）結(jié)合形成復(fù)合物，誘導(dǎo)gp130聚集并與之結(jié)合，形成了由2個(gè)IL?6，2個(gè)IL?6R及2個(gè)gp130分子構(gòu)成的異六聚體，隨后復(fù)合體激活Janus激酶（Janus kinase，JAK），后者通過激活 STAT3形成二聚體進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄［8］。IL?6的反式信號(hào)傳導(dǎo)途徑與經(jīng)典信號(hào)傳導(dǎo)途徑基本相同，不同之處在于反式信號(hào)通路中與IL?6結(jié)合的受體是可溶性IL?6R（soluble IL?6R，sIL?6R）而非mIL?6R［9］。sIL?6R由mIL?6R的有限蛋白水解或IL?6R mRNA可變剪切產(chǎn)生［10?11］。經(jīng)典信號(hào)通路與反式信號(hào)通路表達(dá)范圍并不相同。與gp130在所有細(xì)胞中表達(dá)不同［12］，mIL?6R主要表達(dá)于中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、活化的B細(xì)胞、CD4+和肝細(xì)胞，因此IL?6經(jīng)典信號(hào)途徑表達(dá)的范圍有限［13］；而IL?6與血清中sIL?6R形成的復(fù)合物，可以作用于所有表達(dá)gp130的細(xì)胞，因此反式信號(hào)通路擴(kuò)大了IL?6/STAT3信號(hào)通路的作用范圍［14］。在功能上，IL?6經(jīng)典信號(hào)通路主要誘導(dǎo)急性期反應(yīng)，具有抗炎作用；與之相反，反式信號(hào)傳導(dǎo)與促炎反應(yīng)有關(guān)［15］。目前認(rèn)為，IL?6對(duì)腫瘤的刺激主要由IL?6反式信號(hào)途徑介導(dǎo)（圖1）［16］。

圖1 IL‐6/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)CRC發(fā)展的調(diào)控途徑

2 IL‐6/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)CRC發(fā)展

IL?6信號(hào)介導(dǎo)STAT3持續(xù)激活對(duì)CRC增殖、抗凋亡、侵襲轉(zhuǎn)移等多種惡性行為有重要的驅(qū)動(dòng)作用。

2.1 細(xì)胞增殖

Myc是一種原癌基因，可調(diào)控下游靶基因轉(zhuǎn)錄，參與細(xì)胞增殖、分化等細(xì)胞過程［17］。目前發(fā)現(xiàn)多數(shù)CRC患者存在c?Myc蛋白過表達(dá)，部分患者還出現(xiàn)c?Myc基因擴(kuò)增，提示病情惡化和預(yù)后欠佳［18］。在CRC中，IL?6激活STAT3，介導(dǎo)c?Myc快速激活并引發(fā)代謝紊亂和腫瘤進(jìn)展［19］。KIUCHI等發(fā)現(xiàn)STAT3在IL?6刺激下介導(dǎo)c?Myc激活，而STAT3能與c?Myc P2啟動(dòng)子中的E2F位點(diǎn)（98TTGGCGGGAAA105）結(jié)合，而對(duì)該位點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)其對(duì)IL?6的響應(yīng)下降，c?Myc表達(dá)也隨之減少［20］。

在CRC中IL?6/STAT3通路還能促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1（Cyclin D1）表達(dá)。Cyclin D1可驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期從G1期到S期轉(zhuǎn)變，細(xì)胞核內(nèi)積累的Cyclin D1可促進(jìn)細(xì)胞增殖［21?22］。LIU等［23］利用茶多糖抑制小鼠CRC細(xì)胞中的IL?6/STAT3通路，發(fā)現(xiàn)下游Cyclin D1表達(dá)降低。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)Cyclin D1啟動(dòng)子序列中存在STAT3結(jié)合位點(diǎn)（也稱GAS位點(diǎn)），破壞此位點(diǎn)可致STAT3介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活減少［24］。

LNRRIL6（long noncoding RNA regulating IL?6 transcription）是新鑒定的lncRNA，在CRC中上調(diào)并促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖；還可直接與IL?6啟動(dòng)子結(jié)合并介導(dǎo)其表達(dá)上調(diào)，增強(qiáng)STAT3激活，CDC25A、Cyclin D1也隨之顯著上調(diào)［25］。

IL?6/STAT3信號(hào)通路還可通過誘導(dǎo)細(xì)胞中線粒體單鏈DAN結(jié)合蛋白（mitochondrial single?strand DNA binding protein，mtSSB）的表達(dá)而介導(dǎo)端粒酶激活從而促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖。IL?6/STAT3信號(hào)通路誘導(dǎo)其下游轉(zhuǎn)錄因子FOXP1激活，隨后FOXP1與mtSSB基因啟動(dòng)子的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)（?800～?700之間的100 bp區(qū)域）結(jié)合，從而促進(jìn)其表達(dá)。過表達(dá)的mtSSB激活ROS/Akt/mTOR通路促進(jìn)人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶表達(dá)，增強(qiáng)CRC細(xì)胞端粒酶活性及穩(wěn)定端粒，從而促進(jìn)CRC增殖［26］。

2.2 抗凋亡

IL?6反式信號(hào)通路不僅能調(diào)控細(xì)胞增殖，也是腫瘤細(xì)胞抵抗凋亡的關(guān)鍵通路。阿司匹林是一種能夠抑制IL?6表達(dá)的藥物。TIAN等采用阿司匹林治療CRC小鼠，發(fā)現(xiàn)阿司匹林治療組小鼠體內(nèi)IL?6表達(dá)明顯較低，磷酸化STAT3的水平同樣減少，STAT3的下游靶基因Bcl?2、Bcl?xl表達(dá)顯著降低，CRC小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞凋亡顯著增加［27］。還有研究報(bào)道，IL?6/JAK/STAT3信號(hào)通路可上調(diào)靶基因Mcl?1，保護(hù)CRC細(xì)胞免受腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡配體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［28］。STAT3通過與Mcl?1中的SIE元件結(jié)合并促進(jìn)其表達(dá)［29］。此外，IL?6/STAT3激活的抗凋亡靶基因還有Survivin［23］。Survivin啟動(dòng)子上存在STAT3的反應(yīng)元件，IL?6介導(dǎo)激活的STAT3能通過與Survivin啟動(dòng)子的結(jié)合并調(diào)控其轉(zhuǎn)錄表達(dá)上調(diào)［30?31］。

2.3 侵襲轉(zhuǎn)移和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化

IL?6/STAT3信號(hào)通路還能增強(qiáng)CRC的侵襲轉(zhuǎn)移能力，其機(jī)制可能與fos相關(guān)抗原?1（fos like antigen 1，F(xiàn)ra?1）有關(guān)。而Fra?1已被證實(shí)在腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移擴(kuò)散中起至關(guān)重要的作用［32］。研究發(fā)現(xiàn)IL?6介導(dǎo)激活的STAT3，經(jīng)K685乙?；蚘705磷酸化后可直接與位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游?600 bp附近的Fra?1啟動(dòng)子結(jié)合，并上調(diào)其表達(dá)。隨后，F(xiàn)ra?1通過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子和基質(zhì)金屬蛋白酶增強(qiáng)CRC細(xì)胞侵襲能力［33］。

microRNA?34a（miR?34a）由腫瘤抑制因子P53誘導(dǎo)［34］，可下調(diào)Snail1表達(dá)而抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化并阻遏癌癥發(fā)展［35］。在CRC中，STAT3可結(jié)合至miR?34a第一個(gè)內(nèi)含子中的結(jié)合位點(diǎn)從而抑制其表達(dá)，進(jìn)而使Snail1上調(diào)。而IL?6R也是miR?34a的標(biāo)靶之一，miR?34a可通過IL?6R的結(jié)合位點(diǎn)抑制其表達(dá)，因此過表達(dá)的IL?6可介導(dǎo)STAT3對(duì)miR?34a的抑制，反過來也促進(jìn)了IL?6R的表達(dá)，激活I(lǐng)L?6/STAT3信號(hào)通路。同時(shí)，IL?6R/STAT3/miR?34a反饋環(huán)的激活也維持了對(duì)miR?34a的抑制，從而促進(jìn)CRC上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和侵襲轉(zhuǎn)移［36?37］。IL?6/STAT3 信號(hào)通路還能通過降低E?鈣黏著蛋白（E?cadherin）表達(dá)并上調(diào)波形蛋白（vimentin），從而增強(qiáng)CRC細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化而促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲［38］。

此外，癌胚抗原因子（carcinoembryonic antigen，CEA）作為CRC最主要的腫瘤標(biāo)志物，對(duì)CRC細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移也具有促進(jìn)作用［39?40］。研究發(fā)現(xiàn)，采用Hyper?IL?6（介導(dǎo) IL?6反式信號(hào)）處理CRC細(xì)胞后，激活的 STAT3能夠上調(diào) HIF?1α，HIF?1α隨之通過與CEA啟動(dòng)子上的正調(diào)控元件EP?1結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn) CEA 的表達(dá)［41?43］。

2.4 血管生成

IL?6/STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路刺激腫瘤血管生成與血管生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）激活密切相關(guān)。VEGF作為最直接有效的血管生成因子，已被證明在CRC中呈高表達(dá)，且與預(yù)后呈負(fù)相關(guān)［44］。研究表明CRC患者中IL?6和VEGF水平明顯高于健康對(duì)照組，并與疾病進(jìn)展相關(guān)［45］。XIONG等［46］沉默STAT3后發(fā)現(xiàn)，CRC細(xì)胞中VEGF分泌減少，提示STAT3能夠調(diào)控VEGF的表達(dá)。NIU等［47］進(jìn)一步證實(shí)人VEGF啟動(dòng)子中存在STAT3結(jié)合位點(diǎn)，激活的STAT3突變體（STAT3C）能夠直接與VEGF啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)VEGF轉(zhuǎn)錄和腫瘤血管生成，而該位點(diǎn)發(fā)生突變后，STAT3C誘導(dǎo)VEGF啟動(dòng)子的活性也隨之消失。

2.5 IL?6/STAT3信號(hào)通路與腸道菌群

結(jié)直腸寄居著復(fù)雜的微生物群落，其中以細(xì)菌數(shù)量最多，稱為腸道菌群。腸道菌群與腸道上皮細(xì)胞相互作用，參與消化吸收、免疫調(diào)節(jié)等過程，具有增強(qiáng)腸道屏障、維持腸道穩(wěn)態(tài)等重要作用［48］。當(dāng)腸道菌群的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和種類發(fā)生改變，即腸道菌群失調(diào)時(shí)，可通過引起腸道免疫調(diào)節(jié)失衡和致癌物質(zhì)增加等方式促進(jìn)CRC發(fā)生發(fā)展［49］。研究表明，CRC患者腸道菌群在個(gè)體豐度上具有顯著差異［50］，且可通過多種復(fù)雜的機(jī)制直接或間接促進(jìn)CRC發(fā)生發(fā)展，如毒力因子的生成、腸道代謝產(chǎn)物的改變等［51］。腸道菌群失調(diào)可引起慢性結(jié)直腸炎導(dǎo)致的組織損傷，繼發(fā)氧化應(yīng)激造成腸上皮細(xì)胞DNA損傷，誘發(fā)不典型增生并促進(jìn)癌變。此外，腸道菌群失調(diào)構(gòu)建的微環(huán)境還有助于募集各種炎癥細(xì)胞，通過分泌釋放包括IL?6、IL?8等炎癥因子，激活STAT3等信號(hào)通路而抑制腫瘤免疫反應(yīng)［52］。

3 IL‐6/STAT3信號(hào)通路抑制劑在CRC治療中的臨床研究

目前，不少針對(duì)CRC IL?6/STAT3信號(hào)通路的靶向藥物的臨床試驗(yàn)正在開展，如IL?6抑制劑（siltux?imab），JAK抑制劑（itacitinib），STAT3抑制劑（OPB?31121，AZD9150 及 TTI?101）［53?58］（表 1）。

表1 靶向CRC IL‐6/STAT3信號(hào)通路的臨床試驗(yàn)

siltuximab是針對(duì)IL?6的單克隆抗體，也是目前FDA批準(zhǔn)用于治療多中心型卡斯特曼病的唯一藥物。但siltuximab單一療法在包括CRC在內(nèi)的晚期實(shí)體瘤患者Ⅰ/Ⅱ臨床試驗(yàn)中并未顯示出臨床活性。研究結(jié)果表明，納入試驗(yàn)的35例CRC患者疾病并沒有得到有效緩解，siltuximab對(duì)晚期CRC患者臨床獲益有限［53］。

一項(xiàng)臨床試驗(yàn)將JAK1/JAK2的選擇性抑制劑ruxolitinib聯(lián)合regorafenib用于治療難治性轉(zhuǎn)移CRC。但納入試驗(yàn)的396例患者的總生存期和無復(fù)發(fā)生存期均未顯著改善，表明ruxolitinib聯(lián)合regorafenib并未提高轉(zhuǎn)移CRC患者的療效［54］。一項(xiàng)ruxolitinib聯(lián)合trametinib治療RAS突變型CRC的臨床試驗(yàn)也正在進(jìn)行中（NCT04303403），結(jié)果值得期待。itacitinib是一種新型口服JAK1選擇性抑制劑［55］。itacitinib聯(lián)合pembrolizumab治療CRC患者的Ⅰ期試驗(yàn)近期已結(jié)束，但尚無結(jié)果發(fā)布（NCT02646748）。

STAT3抑制劑研發(fā)是學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。OPB?31121與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域具有高親和力，是新型的STAT3抑制劑，具有明顯抗癌活性［56］。Ⅰ期臨床研究顯示，OPB?31121對(duì)晚期CRC患者具有良好的抗腫瘤活性，最大耐受劑量為800 mg/d［57］。作為STAT3反義寡核苷酸，AZD9150能夠促進(jìn)STAT3 mRNA破壞或抑制其翻譯，是唯一進(jìn)入臨床試驗(yàn)的STAT3反義分子［58］。MD安德森癌癥中心于2017年3月發(fā)起了一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)（NCT02983578）：AZD9150聯(lián)合抗PD?L1抗體durvalumab治療CRC患者，預(yù)計(jì)2021年3月結(jié)束。TTI?101是由Tvardi Therapeutics公司開發(fā)的STAT3口服抑制劑。目前已經(jīng)開展TTI?101治療包括CRC在內(nèi)的晚期實(shí)體瘤的Ⅰ期試驗(yàn)（NCT03195699）。新型STAT3抑制劑 Bruceantinol（BOL）能夠強(qiáng)烈抑制STAT3結(jié)合DNA的能力。在體內(nèi)和體外CRC模型中，BOL均顯示出顯著的抗癌活性，但其臨床試驗(yàn)有待開展［59］。截至目前，尚無任何靶向IL?6/STAT3信號(hào)通路的抑制劑被批準(zhǔn)用于CRC治療，因此有待進(jìn)一步研發(fā)針對(duì)CRC IL?6/STAT3信號(hào)通路靶向藥物的臨床應(yīng)用價(jià)值。

4 小結(jié)

在當(dāng)前全球CRC疾病負(fù)擔(dān)不斷加重情況下，探究CRC發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制對(duì)預(yù)防、診斷和治療CRC尤為重要。IL?6/STAT3信號(hào)通路作為CRC發(fā)展的關(guān)鍵通路之一，通過介導(dǎo)眾多下游致癌靶基因的激活促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展。近年來，臨床數(shù)據(jù)還表明靶向IL?6/STAT3信號(hào)通路對(duì)CRC治療有益，針對(duì)該通路及其下游信號(hào)通路的藥物研究也是未來治療CRC的研究熱點(diǎn)之一。然而鑒于IL?6/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)CRC發(fā)展機(jī)制的復(fù)雜性，仍有一些致癌機(jī)制尚未明確，這也影響了治療CRC藥物研發(fā)進(jìn)程，因此仍需進(jìn)一步研究IL?6/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)CRC發(fā)展的作用機(jī)制及其靶向藥物。