STAT1在乳腺癌中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

石媛媛，趙 楊，劉賽璇，申興斌

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科，河北承德 067000)

乳腺癌是全球三大最常見癌癥之一，也是女性有關(guān)癌癥死亡的主要原因。由于公眾的密切關(guān)注對乳腺癌的識別和篩查產(chǎn)生了積極影響，治療上也取得了長足進(jìn)展，避免過度治療和治療不足已成為一個焦點，治療方法需要在多學(xué)科背景下確定，同時還要考慮分子亞型和局部腫瘤負(fù)荷。近年來，信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transduction and activator of transcription, STAT）在腫瘤中的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注，它們參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，包括細(xì)胞增殖和凋亡、細(xì)胞周期進(jìn)展、血管生成、腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移以及免疫逃逸等過程。STAT1 可能與腫瘤的侵襲性生物學(xué)行為相關(guān)[1]，在不同腫瘤或者同種腫瘤的不同階段具有差異性表達(dá)，推測腫瘤細(xì)胞會根據(jù)特定的遺傳背景選擇性激活或抑制STAT1 的表達(dá)[2]。本文對STAT1 在乳腺癌中主要的促癌和抑癌功能及其機(jī)制進(jìn)行概述。

1 STAT1 結(jié)構(gòu)及功能

1.1 STAT1 蛋白的結(jié)構(gòu)

STAT 是一類參與細(xì)胞信號傳導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子家族，它的激活在細(xì)胞增殖和細(xì)胞免疫過程中發(fā)揮重要作用，而過度激活或缺失則會導(dǎo)致包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生。STAT 家族現(xiàn)有7個成員，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6，其中STAT1 最早被發(fā)現(xiàn)。

STAT1 基因位于1號染色體上，分子量為9l kDa。它包括6個功能區(qū)，分別是：（1）氨基端區(qū)，作用于蛋白與蛋白之間，能夠促使STAT 形成穩(wěn)定的STAT-DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域；（2）卷曲螺旋區(qū)，在受體結(jié)合、酪氨酸磷酸化和核轉(zhuǎn)運等方面發(fā)揮重要作用；（3）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，決定了STAT的DNA 序列的特異性；（4）Linker 結(jié)構(gòu)域，參與了STAT1在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的循環(huán)過程；（5）SH2 功能區(qū)，參與調(diào)節(jié)STAT 同源或異源二聚體的形成，并協(xié)助JAK發(fā)揮作用；（6）轉(zhuǎn)錄激活區(qū)，參與其他轉(zhuǎn)錄因子之間的相互作用[3]。

1.2 STAT1 蛋白的功能

大量證據(jù)表明，活化的STAT1可以抑制腫瘤細(xì)胞生長和血管生成，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，并參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和細(xì)胞分化、激活免疫反應(yīng)等[4]，通過這些過程在一些腫瘤中發(fā)揮抑癌作用，如原發(fā)性肝癌[5]、非小細(xì)胞肺癌[6]、胰腺癌[7]及食管癌[8]等。STAT1 發(fā)揮抑癌作用的機(jī)制有以下幾種：（1）抑制腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移；（2）抑制血管生成；（3）STAT3 的組成型激活（可能存在相互交叉調(diào)節(jié)）。

同時，在人類惡性腫瘤中也檢測到異常STAT1 激活，如乳腺癌、頭頸癌和淋巴瘤等。與癌組織中STAT1低表達(dá)水平的患者相比，高表達(dá)的患者預(yù)后更差。STAT1 促進(jìn)腫瘤發(fā)生的機(jī)制有以下幾種：（1）賦予腫瘤細(xì)胞干細(xì)胞特性；（2）促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃避；（3）STAT1 β 表達(dá)的增加。

1.3 JAK-STAT 信號通路

STAT 是JAK-STAT 信號通路上的一個重要成員，此途徑分為3個階段，即受體激活、信號傳導(dǎo)和靶基因表達(dá)。通常情況下，STAT 以非活性形式存在于胞質(zhì)中，細(xì)胞可通過跨膜受體感知外界環(huán)境。細(xì)胞因子等配體與特定的細(xì)胞表面受體相結(jié)合，誘導(dǎo)受體發(fā)生二聚化，并激活受體相關(guān)性JAK。受體上的酪氨酸被活化的JAK 磷酸化后，為STAT 提供了?？课稽c，在胞質(zhì)中招募相應(yīng)的STAT 成員與其結(jié)合，STAT 也被JAK磷酸化，進(jìn)而通過SH2結(jié)構(gòu)域的相互作用形成STAT 二聚體，活化的二聚體與受體解離并遷移到細(xì)胞核中，識別并結(jié)合靶基因啟動子的特異性DNA，進(jìn)而調(diào)控特定基因的表達(dá)[9]。完成特異性信號傳導(dǎo)后，STAT 成員將會被一種未知的酶去磷酸化，并返回胞質(zhì)中。

2 乳腺癌

乳腺癌是一種異質(zhì)性疾病，根據(jù)不同基因的表達(dá)特點可以分為4個亞型：Luminal A 型、Luminal B型、HER2過表達(dá)型和基底樣型（BLBC）。其中，BLBC 的ER、PR、HER-2 均為陰性，因此也叫三陰性乳腺癌，它的增殖、侵襲和遷移能力很強(qiáng)，對化療易耐藥，預(yù)后最差[10]。傳統(tǒng)手術(shù)已不再是所有乳腺癌患者的最佳選擇，如在HER2 陽性早期乳腺癌中，新輔助治療已成為第一選擇。根據(jù)臨床腫瘤亞型的不同，主要治療包括內(nèi)分泌治療、抗HER2靶向治療、化療、放療以及聯(lián)合治療，并已取得很好的成果。然而，對于侵襲性乳腺癌表型（如三陰性乳腺癌），治療策略的改進(jìn)和新療法的開發(fā)對于更有效的治療是必要的。

3 STAT1 在乳腺癌中的作用

越來越多研究提示，STAT1 在乳腺癌中通過不同途徑發(fā)揮不同作用，既可以通過賦予腫瘤細(xì)胞干細(xì)胞特性、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸等方式來促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展，又可以通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移以及抑制血管生成等方式來抑制乳腺癌的進(jìn)展。由此看來，STAT1在乳腺癌中的具體功能及其作用機(jī)制存在一定的爭議性，以下我們將討論并總結(jié)STAT1 在乳腺癌中的主要作用及其機(jī)制，有望為進(jìn)一步研究提供新思路。

3.1 STAT1 賦予乳腺癌細(xì)胞干細(xì)胞特性

腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells, CSCs)是具有自我更新、分化和腫瘤起始能力的罕見腫瘤細(xì)胞群體，對化療和放療具有高度耐受性。STAT1 作為腫瘤激活因子，可以賦予腫瘤細(xì)胞干細(xì)胞特性，為腫瘤細(xì)胞提供致瘤和轉(zhuǎn)移的優(yōu)勢[11]。磷脂爬行酶1(phospholipid scramblase 1, PLSCR1)是一種Ca2+結(jié)合的棕櫚?；疘I型膜蛋白，可遷移至細(xì)胞核與基因組DNA 序列結(jié)合，調(diào)控基因表達(dá)。有研究表明，PLSCR1 與乳腺癌患者的分期、轉(zhuǎn)移和預(yù)后有密切關(guān)系。PLSCR1 的磷酸化修飾可以促進(jìn)其核移位，并與STAT3在細(xì)胞核內(nèi)相互作用，進(jìn)而結(jié)合到STAT1 的啟動子區(qū)調(diào)控STAT1 的表達(dá)。PLSCR1 和STAT1 在基底樣型乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)顯著高于其他亞型，且STAT1 的表達(dá)隨著PLSCR1 敲減而明顯下降。這些數(shù)據(jù)提示，PLSCR1 可以通過激活STAT1 賦予乳腺癌細(xì)胞CSC 特性，來促進(jìn)基底樣型乳腺癌的發(fā)展[12]。

然而，酪氨酸69和74位的突變顯著降低了PLSCR1 與STAT3 的結(jié)合，進(jìn)而影響STAT3 在STAT1 啟動子區(qū)的結(jié)合，表明了PLSCR1 的Tyr 69/74 磷酸化在STAT3 誘導(dǎo)的STAT1 激活中的關(guān)鍵作用。因此，在基底樣型乳腺癌細(xì)胞中，以PLSCR1 作為靶點，抑制STAT1 介導(dǎo)的CSC 特性，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長和分化，為基底樣型乳腺癌的治療提供了一種參考依據(jù)[11]。

3.2 STAT1 促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞免疫逃逸

STAT1 作為機(jī)體免疫信號的重要調(diào)節(jié)因子，不僅可以激活免疫系統(tǒng)，在限制免疫方面也起重要作用。機(jī)體炎癥具有自限性，STAT1 在炎癥后期會抑制免疫反應(yīng)，防止過度活躍的免疫對機(jī)體組織產(chǎn)生破壞。逃避抗腫瘤免疫被認(rèn)為是癌癥發(fā)生、發(fā)展的典型途徑，腫瘤細(xì)胞經(jīng)常表達(dá)多種分子，使其能夠逃離宿主的免疫系統(tǒng)。Moore[13]和Tymoszuk[14]等采用同基因移植小鼠晚期乳腺癌模型進(jìn)行研究，證明了STAT1 過表達(dá)可以促進(jìn)腫瘤的侵襲性生長，而敲除STAT1 可明顯地阻止腫瘤的進(jìn)展。同樣，在人類乳腺腫瘤組織中，STAT1 表達(dá)水平高的患者比STAT1 表達(dá)低的患者死于乳腺癌的風(fēng)險更高[15]。

一方面，IFN-γ-STAT1 的炎癥級聯(lián)反應(yīng)是調(diào)節(jié)免疫平衡的關(guān)鍵通路[15，16]。IFN-γ 可以通過JAK-STAT1-IRF-1 級聯(lián)激活，誘導(dǎo)腫瘤表達(dá)免疫檢查點配體[17]。細(xì)胞程序性死亡-配體1（programmed cell death 1 ligand 1, PD-L1），是一個重要免疫檢查點，是一種抑制T細(xì)胞效應(yīng)子功能的蛋白，由CD274 基因編碼，可以降低CD8+T 細(xì)胞的增生，傳導(dǎo)免疫抑制的信號。既往研究表明，乳腺癌中pSTAT1 與PD-L1 表達(dá)位置相似，且表達(dá)具有相關(guān)性。IFNγ 刺激激活pSTAT1，pSTAT1 通過STAT1-IRF1-PDL1 通路級聯(lián)上調(diào)PD-L1 的表達(dá)，從而抑制腫瘤微環(huán)境中T 細(xì)胞的抗腫瘤功能，以此來促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展[18]。此外，乳腺癌細(xì)胞中STAT1 和STAT3 的單獨抑制會部分下調(diào)PD-L1，而聯(lián)合抑制會完全下調(diào)PD-L1 表達(dá)。這是因為pSTAT1-pSTAT3 在胞質(zhì)溶膠中形成二聚體，易位至細(xì)胞核，與PD-L1 啟動子結(jié)合并誘導(dǎo)PD-L1 表達(dá)。所以，PD-L1 表達(dá)的上調(diào)取決于STAT1 和STAT3 聯(lián)合激活。這些發(fā)現(xiàn)為STAT1 和STAT3聯(lián)合靶向開發(fā)下調(diào)PD-L1 表達(dá)的治療方法提供了理論依據(jù)[19]。

另一方面，在人類乳腺腫瘤組織中，從導(dǎo)管原位癌進(jìn)展到浸潤性乳腺癌，這一過程與CD33+的骨髓細(xì)胞增殖補充有關(guān)，而這種細(xì)胞是由其他髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）發(fā)展而來。更具體地說，MDSCs 可以抑制抗腫瘤T細(xì)胞反應(yīng)，而STAT1 的表達(dá)直接補充了腫瘤微環(huán)境中的MDSCs，使其在癌癥進(jìn)展過程中聚積，導(dǎo)致腫瘤浸潤的CD4+和CD8+T 細(xì)胞數(shù)量顯著減少，從而促進(jìn)腫瘤的免疫逃逸[20,21]。綜上所述，STAT1 可以通過抑制腫瘤微環(huán)境中T 細(xì)胞的募集和抗腫瘤功能來促進(jìn)乳腺癌的演變，因此，特異性STAT1 抑制劑可能會阻斷腫瘤細(xì)胞招募MDSCs的能力以及MDSCs 的免疫抑制活性。

3.3 STAT1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

正常狀態(tài)下，STAT1 以非活性狀態(tài)游離于胞質(zhì)中，激活后形成磷酸化二聚體迅速入核，并結(jié)合在DNA序列上[15]。pSTAT1 僅在激活后的數(shù)小時內(nèi)能被檢測到。有研究表明，pSTAT1 高表達(dá)能夠維持腫瘤細(xì)胞的休眠，即細(xì)胞周期停滯在G0/G1 期，既不凋亡也不衰老，能量消耗減少，對刺激物的反應(yīng)減弱[22]。IDO-Kyn-AhR 通路已被證明可驅(qū)動腫瘤細(xì)胞的休眠[23]，而該途徑可以直接受到pSTAT1 調(diào)節(jié)，pSTAT1 迅速上調(diào)IDO 表達(dá)，隨后升高Kyn水平并激活A(yù)hR，通過p27 觸發(fā)G0/G1 細(xì)胞周期停滯和腫瘤細(xì)胞休眠，以此來抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖。此外，STAT1 的抗腫瘤作用與其在乳腺上皮內(nèi)的細(xì)胞固有特性明確相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，STAT1 缺陷使乳腺上皮細(xì)胞增殖，某些情況下能夠填充腺泡腔，導(dǎo)致乳腺上皮內(nèi)瘤變，進(jìn)而發(fā)展為癌前病變[24]。由此表明，STAT1 具有抑制乳腺上皮細(xì)胞增殖的能力。

3.4 STAT1 抑制血管生成和腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

近年來，國內(nèi)外研究表明，STAT1 通過抑制血管生成和腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的方式來抑制乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展。Klover[25]和Raven[26]等學(xué)者從不同角度出發(fā)，通過敲除和未敲除STAT1 的小鼠模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)STAT1 敲除組的小鼠形成腫瘤的時間顯著短于STAT1 未敲除組的小鼠，提示STAT1 可以推遲乳腺腫瘤發(fā)生的時間，進(jìn)而證明了STAT1 在乳腺癌的形成過程中通過調(diào)控血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移起到了抑制作用。同樣，劉雨欣等[27]利用免疫組化技術(shù)檢測人的乳腺腫瘤中STAT1 的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)其在乳腺癌組織中的強(qiáng)陽性率顯著低于良性腫瘤組織，這一結(jié)果與Klover 和Raven 的實驗結(jié)論相同。

一方面，STAT1 可以通過調(diào)控血管生成途徑來抑制乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞增殖的主要生長因子，不僅能夠誘導(dǎo)血管形成來促進(jìn)腫瘤生長，還能增強(qiáng)血管通透性來促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移[28]。Ma 等[29]在實驗中證明了STAT1 通過下調(diào)VEGF 的表達(dá)來抑制血管內(nèi)皮生成。同樣，一項體外實驗表明，STAT1 過表達(dá)后，促血管生成分子表達(dá)降低，如VEGF 和堿性FGF，從而抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[30]。

另一方面，STAT1 可以通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力來抑制乳腺癌的進(jìn)展?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）是一種降解細(xì)胞外基質(zhì)的酶，在細(xì)胞外基質(zhì)的降解和基底膜糖蛋白的分解過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中，腫瘤細(xì)胞與胞外基質(zhì)表面受體相結(jié)合，直接產(chǎn)生MMPs 或者促進(jìn)宿主細(xì)胞分泌MMPs，局部降解細(xì)胞外基質(zhì)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移至機(jī)體周圍組織中[31]。STAT1 過表達(dá)后，腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，MMP-2、MMP-9 的表達(dá)也顯著降低[30]，進(jìn)一步表明STAT1可以抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移。

3.5 STAT1 與STAT3 在乳腺癌中的交叉調(diào)節(jié)作用

Gujam 等[32]發(fā)現(xiàn)，STAT1 和STAT3 與腫瘤細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中具有復(fù)雜的相互調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)不同的基因表達(dá)。STAT3 是STATs 家族中的另一個關(guān)鍵因子，其功能的喪失會導(dǎo)致早期胚胎致死和腫瘤細(xì)胞增殖的抑制，表明其作為腫瘤促進(jìn)劑的重要作用，被認(rèn)為是乳腺上皮細(xì)胞生長和增殖的關(guān)鍵因子[33,34]。Magkou 等[35]報道了原發(fā)性乳腺癌組織中STAT1 通過上調(diào)Caspase 3 的表達(dá)來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，提示STAT1 在乳腺癌中發(fā)揮腫瘤抑制作用。在乳腺癌組織中，激活的STAT1 可以抑制STAT3 的DNA 結(jié)合能力和下游基因的表達(dá)，同時可以促進(jìn)STAT1-STAT3異二聚體的形成，從而下調(diào)STAT3 的表達(dá)和活性。同時，STAT3 下調(diào)增加了STAT1 的磷酸化和轉(zhuǎn)錄激活。這就說明了STAT1 和STAT3 在乳腺癌中存在交叉調(diào)節(jié)的作用，下調(diào)STAT3 或上調(diào)STAT1 可能為治療乳腺癌提供一種新思路[33]。

4 問題與展望

STAT1 在腫瘤形成中的作用是復(fù)雜的，它的功能不限于腫瘤細(xì)胞，而是擴(kuò)展到腫瘤微環(huán)境的不同部分[36]。通過研究小鼠模型、人類乳腺癌組織標(biāo)本及其相應(yīng)的乳腺癌細(xì)胞系，探討STAT1 在乳腺癌發(fā)生和進(jìn)展中的作用，其中部分調(diào)控機(jī)制已被闡明。但不可忽視的是，STAT1在乳腺癌中的作用取決于多種因素，如腫瘤類型、病理學(xué)類型以及致癌性突變等，國內(nèi)外研究結(jié)果也存在一定的爭議，仍有許多問題亟需解決。

STAT1 的作用機(jī)制多種多樣，這表明還有其他信號傳導(dǎo)途徑參與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展，可將此作為突破口進(jìn)行更多的研究，來確定STAT1 在乳腺癌中的作用及其機(jī)制，進(jìn)而尋找更有效的治療方式，提高治愈率，減輕患者的痛苦。綜上所述，STAT1 可以作為乳腺癌治療的一個潛在作用靶點，有望成為一種有前途的提高治療效果和減弱耐藥性的新療法。