STAT3抑制劑抗腫瘤研究進(jìn)展

黎勇玲 ，孫振亮

（1. 南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，廣東 廣州 510515；2. 南方醫(yī)科大學(xué)附屬奉賢醫(yī)院國(guó)家藥物臨床試驗(yàn)中心，上海 201499）

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）為細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子，可將信號(hào)從細(xì)胞中的生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子傳遞到細(xì)胞核。STAT家族包含7個(gè)成員：STAT1～STAT4、STAT6，以及STAT5的2個(gè)亞型，即STAT5a和STAT5b。研究證實(shí)，STAT3與STAT家族的其他成員都有一個(gè)特殊的三維結(jié)構(gòu)，其特征是含有6個(gè)主要結(jié)構(gòu)域：1）氨基末端結(jié)構(gòu)域（NTD）；2）卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域（CCD）；3）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD）；4）連接域（LD）；5）Src同源2（SH2）結(jié)構(gòu)域；6）反式激活結(jié)構(gòu)域（TAD）（見(jiàn)圖1）[1]。

圖 1 STAT3域示意圖Figure 1 Schematic diagram of STAT3 domain

STAT3由770個(gè)氨基酸組成[2]。每個(gè)結(jié)構(gòu)域在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄活化的過(guò)程中發(fā)揮著不同的作用。NTD可以促進(jìn)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用。CCD具有核定位作用，DBD是STAT3蛋白和DNA相互作用所必需的場(chǎng)所。LD 參與連接DNA的結(jié)構(gòu)域與SH2結(jié)構(gòu)域，保證DNA結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性。SH2結(jié)構(gòu)域識(shí)別靶蛋白中的酪氨酸磷酸化，是STAT3二聚化所必需的場(chǎng)所，而TAD包含1個(gè)絲氨酸，它可以通過(guò)磷酸化來(lái)促進(jìn)其他轉(zhuǎn)錄激活因子的組裝[3]。此外，NTD還被發(fā)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞中促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄具有抑制作用[4]。

在未受刺激的細(xì)胞中，STAT3受到負(fù)調(diào)節(jié)因子如活化STAT蛋白抑制劑（PIAS）、細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子（SOCS）家族、蛋白酪氨酸磷酸酶和泛素酶的嚴(yán)格調(diào)控，以維持在細(xì)胞質(zhì)中的非活性狀態(tài)[5]。STAT3主要通過(guò)其上游配體誘導(dǎo)的酪氨酸殘基的直接磷酸化而激活，這些配體包括Janus激酶（JAK）、酪氨酸激酶、細(xì)胞因子和非受體酪氨酸激酶?；罨腟TAT3單體通過(guò)SH2形成二聚體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與核內(nèi)特定DNA序列結(jié)合，行使基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能。除了磷酸化，其他翻譯后修飾（即乙?；?、甲基化和泛素化）也可以通過(guò)改變STAT3磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)STAT3的轉(zhuǎn)錄活性[6]。STAT3發(fā)揮細(xì)胞功能的機(jī)制被總結(jié)為3個(gè)步驟：1）特定激酶的蛋白磷酸化；2）磷酸化促進(jìn)STAT3的二聚化；3）磷酸化的STAT3二聚體激活基因表達(dá)。

STAT3可在多種人類(lèi)腫瘤中被激活，包括實(shí)體腫瘤和血液學(xué)腫瘤，在多種患者來(lái)源的腫瘤組織樣本中觀察到STAT3過(guò)表達(dá)，其可能導(dǎo)致疾病的不良預(yù)后。相比之下，使用抑制劑或敲除系統(tǒng)阻斷STAT3激活可以顯著抑制腫瘤進(jìn)展，從而強(qiáng)調(diào)阻斷STAT3信號(hào)級(jí)聯(lián)在癌癥治療中的重要性[7]。本文主要綜述近幾年STAT3抑制劑的抗腫瘤研究進(jìn)展。

1 STAT3上游信號(hào)抑制劑

抑制STAT3激活的一個(gè)有效策略是抑制上游組分，主要集中在抑制JAK、Src和受體酪氨酸激酶（RTK）方面。STAT3的間接抑制劑與這些組分相互作用，抑制STAT3的激活，進(jìn)而導(dǎo)致STAT3調(diào)控基因表達(dá)失敗。

1.1 Janus激酶抑制劑

JAK是STAT3最重要的上游信號(hào)因子，在某些應(yīng)激反應(yīng)條件下，一些細(xì)胞因子與相應(yīng)的受體結(jié)合，誘導(dǎo)JAK磷酸化，從而使STAT3活化，促使STAT3的二聚化、核易位、與特定的DNA序列結(jié)合，行使基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能（見(jiàn)圖2）。因此，JAK抑制劑是最主要的間接性STAT3抑制劑，通過(guò)抑制STAT3活化而發(fā)揮作用。魯索利替尼（ruxolitinib）、托法替尼（tofacitinib）和帕利替尼（pacritinib）是目前研究最廣泛的JAK抑制劑。到目前為止，JAK抑制劑的臨床應(yīng)用主要集中在涉及慢性炎癥和骨髓增生性腫瘤等疾病方面，對(duì)用于實(shí)體瘤患者的評(píng)估較少[8]。魯索利替尼是首個(gè)被批準(zhǔn)的選擇性JAK1/2抑制劑，用于治療骨髓纖維化和真性紅細(xì)胞增多癥[9]。托法替尼是選擇性JAK1/3抑制劑，用于治療類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，目前正在接受治療潰瘍性結(jié)腸炎、克羅恩病和牛皮癬的臨床評(píng)估[10-12]。

AZD1480是一種小分子JAK1/2抑制劑，其可通過(guò)阻斷STAT3信號(hào)有效地抑制實(shí)體腫瘤的發(fā)生。然而，對(duì)實(shí)體腫瘤患者的Ⅰ期臨床評(píng)估顯示，使用AZD1480治療后發(fā)生了神經(jīng)不良反應(yīng)，包括焦慮、共濟(jì)失調(diào)、行為變化、幻覺(jué)和記憶喪失，導(dǎo)致該藥物的進(jìn)一步評(píng)估中止[13]。

1.2 Src抑制劑

Src是一種與細(xì)胞膜相關(guān)的非受體酪氨酸激酶，在腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和分化過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在分子水平上，Src誘導(dǎo)酪氨酸殘基磷酸化從而使STAT3活化，促進(jìn)STAT3二聚化并通過(guò)核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與核內(nèi)特定DNA序列結(jié)合，行使基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能（見(jiàn)圖2）。因此，Src也被認(rèn)為是癌癥治療的一個(gè)有吸引力的治療靶點(diǎn)。Bcr-abl酪氨酸激酶融合蛋白是由9號(hào)和22號(hào)染色體相互易位產(chǎn)生的基因編碼的一種Src激酶，已證明Bcr-abl融合基因是誘導(dǎo)造血干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為慢性粒細(xì)胞白血?。–ML）所必需的[14]。甲磺酸伊馬替尼是第一個(gè)Bcr-abl抑制劑，它于2001年被批準(zhǔn)用于治療CML，到目前為止一直是這些患者的標(biāo)準(zhǔn)治療方法。盡管伊馬替尼有積極作用，但臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，伊馬替尼既能引發(fā)耐藥性，又有一定毒性而導(dǎo)致耐受不良。為了解決這些問(wèn)題，達(dá)沙替尼、尼洛替尼和波蘇替尼作為Bcr-abl的第二代抑制劑被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并獲FDA批準(zhǔn)用于治療對(duì)伊馬替尼耐藥的CML[8]。口服Src抑制劑達(dá)沙替尼在復(fù)發(fā)性上皮卵巢癌患者中單獨(dú)使用的療效有限[15]。然而，達(dá)沙替尼與紫杉醇聯(lián)合使用可協(xié)同抑制卵巢腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[16]。

1.3 受體酪氨酸激酶抑制劑

RTK可與一些受體結(jié)合，使自身發(fā)生磷酸化，從而誘導(dǎo)STAT3激活（見(jiàn)圖2）。RTK的受體包括表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（FGFR）、人類(lèi)表皮生長(zhǎng)因子受體2（HER2）、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（HGFR）、血小板衍生生長(zhǎng)因子受體（PDGFR）、血管生長(zhǎng)因子受體（VEGFR）和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體（IGFR）等[17]?？ú┨婺幔╟abozantinib）是一種VEGFR抑制劑，Xiang等[18]研究表明cabozantinib可以削弱STAT3的激活和功能，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。VEGFR抑制劑阿昔替尼（axitinib）已被證明可減少樹(shù)突狀細(xì)胞中STAT3的磷酸化，并損害其表型和功能[19]。阿帕替尼（apatinib）是一種具有高度選擇性的VEGFR2抑制劑，已被證明可通過(guò)靶向STAT3抑制骨肉瘤的遷移和侵襲以及程序性死亡蛋白配體1（PD-L1）的表達(dá)[20]。

圖 2 STAT3 激活機(jī)制示意圖Figure 2 Diagram of STAT3 activation machanism

2 STAT3直接抑制劑

直接靶向STAT3的最常見(jiàn)的方法是通過(guò)破壞SH2、DBD或NTD的結(jié)構(gòu)域來(lái)防止功能性STAT3二聚體的形成。一般說(shuō)來(lái)，STAT3的直接抑制劑可以分為3類(lèi)：肽類(lèi)、寡核苷酸類(lèi)和小分子類(lèi)。

2.1 肽類(lèi)

多肽類(lèi)藥物通常是根據(jù)STAT3蛋白中氨基酸殘基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，可以針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)域。磷酸肽抑制劑PY*LKTK來(lái)源于STAT3 SH2結(jié)構(gòu)域的結(jié)合肽序列，是首次成功地破壞STAT3二聚化的嘗試[21]。然而，由于肽類(lèi)藥物細(xì)胞通透性差，體內(nèi)不穩(wěn)定，目前其臨床應(yīng)用的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)受到限制。

類(lèi)似地，ISS-610、PM-73G和S3I-1757等肽類(lèi)化合物也均來(lái)源于STAT3 SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合肽序列，與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，削弱STAT3的激活和二聚化[22-23]。這些基于肽的藥物抑制細(xì)胞生長(zhǎng)并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，但由于它們?nèi)狈Ψ€(wěn)定性、膜滲透性，以及有潛在的免疫原性，效力有限，還未達(dá)到進(jìn)入臨床試驗(yàn)的條件[24]。

2.2 寡核苷酸類(lèi)

寡核苷酸是針對(duì)STAT3靶標(biāo)的一種新的治療策略。與STAT3結(jié)合的誘餌寡核苷酸可以隔離STAT3，從而減少其與靶基因內(nèi)同源DNA位點(diǎn)的結(jié)合[25]。反義寡核苷酸（ASO）旨在通過(guò)靶向STAT3 mRNA來(lái)阻斷STAT3的活性。例如，第2代STAT3反義寡核苷酸AZD9150針對(duì)STAT3基因的3'-非翻譯區(qū)（3'-UTR）[26]。臨床前試驗(yàn)和臨床評(píng)估表明，AZD9150在腫瘤治療中具有高效、低毒的特點(diǎn)。盡管STAT3的寡脫氧核苷酸抑制劑具有很好的特異性和效價(jià)，但其細(xì)胞膜透過(guò)性差、降解速度快、缺乏有效的靶向遞送載體，仍然是阻礙其在實(shí)體瘤中應(yīng)用的主要障礙。而適體因其體積小、穩(wěn)定性高和免疫原性低等優(yōu)點(diǎn)成為常規(guī)藥物和小RNA（包括siRNA和miRNA）的有效靶向遞送劑。研究發(fā)現(xiàn)適體siRNA嵌合體介導(dǎo)的STAT3沉默在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療中具有很好的抑制作用，提示改良的寡核苷酸可能具有良好的實(shí)體瘤治療前景[27]。

2.3 小分子類(lèi)

小分子STAT3抑制劑可與STAT3的不同結(jié)構(gòu)域相互作用，抑制STAT3的激活和功能?？诜》肿踊衔颒JC0152通過(guò)抑制Tyr705殘基的磷酸化使STAT3失活。體外實(shí)驗(yàn)表明，HJC0152能抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖和遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，且增強(qiáng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的化療敏感性[28]。

Wang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，一種基于隱丹參酮改造的STAT3抑制劑LYW-6下調(diào)了下游癌基因的表達(dá)，從而使大腸癌細(xì)胞周期阻滯于G1期，并有效地增加了細(xì)胞凋亡，還阻斷了侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。此外，研究人員在異種移植模型中，觀察到LYW-6顯著降低腫瘤組織中STAT3的磷酸化水平，并顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)。在化學(xué)誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型中，LYW-6治療也能明顯抑制腫瘤的發(fā)展。

Huang等[30]通過(guò)虛擬篩選發(fā)現(xiàn)了一種針對(duì)STAT3 DNA結(jié)合域的新型小分子STAT3抑制劑InS3-54。InS3-54可以特異性地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。此外，通過(guò)進(jìn)一步的研究，課題組還發(fā)現(xiàn)了一種改進(jìn)的先導(dǎo)化合物InS3-54A18具有更高的特異性和藥理活性。InS3-54A18不僅在體外和體內(nèi)直接與DBD結(jié)合并抑制STAT3的DNA結(jié)合活性，而且還可有效抑制STAT3下游靶基因的表達(dá)，以及抑制肺移植瘤的生長(zhǎng)[31]。

BBI608（napabucasin）是一種可選擇性地與STAT3的DBD結(jié)構(gòu)域結(jié)合的小分子抑制劑，是迄今為止唯一進(jìn)入Ⅲ期試驗(yàn)的直接STAT3抑制劑[32]。最近的一項(xiàng)BBI608的單藥治療Ⅲ期臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，BBI608在晚期結(jié)直腸癌治療中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

通過(guò)虛擬篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)了許多STAT3的小分子抑制劑，盡管這些抑制劑在體外表現(xiàn)出很好的物理化學(xué)性質(zhì)，但它們中的大多數(shù)臨床療效并不理想，這可能是因?yàn)槠渌苄院图?xì)胞通透性較低。最近，基于小分子蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC）的策略已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗瓤梢砸种瓢械鞍椎墓δ?，又可以阻斷靶蛋白的增加。王少萌教授團(tuán)隊(duì)研制的小分子SD-36，其為STAT3的選擇性降解劑。SD-36含有2個(gè)官能團(tuán)：STAT3 SH2結(jié)構(gòu)域的小分子結(jié)合體（SI-109）和Cereblon（CRBN）E3連接酶的配體（來(lái)那度胺）。當(dāng)SI-109與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，CRBN被招募，而CRBN又招募E2酶來(lái)促進(jìn)STAT3的泛素化。泛素化的STAT3則以蛋白酶體降解為目標(biāo)。SD-36在細(xì)胞系和異種移植小鼠模型中都顯示出良好的效果[33-34]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前在研的STAT3抑制劑如表1所示。

表1 在研STAT3抑制劑一覽Table 1 The inhibitors of STAT3 in development

STAT3是重要的轉(zhuǎn)錄因子，參與多種生物學(xué)功能，包括細(xì)胞增殖、存活、凋亡和炎癥。而STAT3異常激活可誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。以STAT3為靶點(diǎn)，通過(guò)阻斷上游信號(hào)通路間接抑制STAT3，或通過(guò)肽、寡核苷酸和小分子直接抑制STAT3的策略，均是通過(guò)干擾STAT3的磷酸化來(lái)阻止功能性STAT3二聚體的形成來(lái)影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

到目前為止，許多STAT3抑制劑在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中取得了十分顯著的效果，且部分抑制劑已經(jīng)開(kāi)展臨床試驗(yàn)。然而，大多數(shù)小分子抑制劑由于水溶性和細(xì)胞通透性較低而表現(xiàn)出較差的臨床療效。在未來(lái)的研究中，PROTAC可作為開(kāi)發(fā)有效STAT3抑制劑的一個(gè)新思路——其既可以抑制靶蛋白的功能，又可以阻斷靶蛋白表達(dá)，這種雙重功能使其具有強(qiáng)的藥效和更高的選擇性，可以克服一般STAT3抑制劑臨床療效有限、且存在一定毒副作用的問(wèn)題。研究人員需對(duì)STAT3蛋白進(jìn)行更深入研究，并進(jìn)一步探索PROTAC對(duì)不同細(xì)胞環(huán)境和各種類(lèi)型腫瘤的作用。