核轉錄因子STAT3及其在結直腸癌中的應用價值

李春雨，趙海龍

（中國醫科大學附屬第四醫院肛腸科，沈陽110032）

·綜述·

核轉錄因子STAT3及其在結直腸癌中的應用價值

李春雨，趙海龍

（中國醫科大學附屬第四醫院肛腸科，沈陽110032）

李春雨，教授、主任醫師、碩士生導師?，F任中國醫科大學附屬第四醫院肛腸科主任、學科帶頭人。主要學術兼職：中國醫師協會肛腸科醫師分會常務委員兼副總干事，中國中西醫結合學會大腸肛門病專業委員會青年副主任委員，全國醫師定期考核肛腸專業編輯 委員會常務委員，遼寧省醫學會外科學分會肛腸學組主任委員，沈陽市醫師協會肛腸科醫師分會主任委員，全國高等學校“十二五”規劃教材《肛腸病學》主編，全國高等醫藥院校大學教材《外科學》編委，《結直腸肛門外科》、《中華結直腸疾病雜志（電子版）》、《中華臨床醫師雜志（電子版）》、《中國肛腸病雜志》等10家雜志常務編委或編委。研究方向：主要從事結直腸、肛門疾病的臨床與基礎研究。參與國家自然科學基金課題2項，承擔省、部級科研課題10項，在國內、外核心期刊上發表學術論文80余篇。主編全國高等學?！笆濉币巹澖滩摹陡啬c病學》、《肛腸外科手術技巧》、《實用肛門手術學》、《實用肛腸外科學》、《新編肛腸病學》、《大腸癌名醫解答》、《肛腸病名醫解答》、《結腸炎名醫解答》、《便秘名醫解答》等教材、專著12部。獲遼寧省科技進步二等獎1項、三等獎3項，沈陽市科技進步三等獎1項。獲得國家實用型發明專利3項。先后榮獲首屆中西醫結合優秀青年貢獻獎和第三屆沈陽市醫師獎。

結直腸癌是全世界最常見的惡性腫瘤之一，也是我國大中城市發病率排名高居第二、三位的惡性腫瘤，且其近年來發病率呈上升趨勢，嚴重地威脅了人們的健康和生命，現已采取了手術及放化療等一系列綜合治療，但其治療效果仍有待提高［1］。從分子水平上研究結直腸癌的發生、發展和轉移，已成為目前結直腸癌研究的熱點。信號傳導及轉錄激活因子3（signal transducers and activators of transcription，STAT3）是STATs家族中的一員，廣泛表達于不同類型的細胞和組織中，參與細胞生長、增殖、分化和凋亡等多種生理功能的調控，同時其與炎癥、免疫以及多種腫瘤的發生、發展和演進密切相關，是一種膜受體介導的核轉錄因子［2］。研究發現活化的STAT3可導致細胞發生惡性轉化，促進其形成腫瘤，已被公認為是一種癌基因。基于STAT3在腫瘤發生機制中的重要功能，發展靶向STAT3的策略正成為腫瘤基因治療的一個有效途徑［3］。本文就核轉錄因子STAT3在結直腸癌中的應用價值做一綜述。

一、STAT3簡介

1.STAT3的結構

迄今為止，哺乳動物中已發現的STATs家族成員有7種，STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。共包含6個功能結構域［4］：N端的氨基酸末端保守序列、卷曲螺旋區、脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）結合域、連接域、SH2結構域和C端的羧基末端轉錄活化區。各亞型的C端結構域差異較大，可被不同類型的細胞因子激活，從而活化不同的基因［5］。其中STAT3作為STATs家族的主要組成部分，在1994年作為白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）信號傳遞中的急性期反應因子被分離純化［6］。編碼STAT3的基因位于人類的第17號染色體q（21，31），STAT3是一種存在于細胞質被激活后進入細胞核與DNA結合蛋白，主要有3種異構體：α（相對分子量約為89～92 kDa，為一般所指的STAT3）、β（分子量約為80～84 kDa）和γ，由750～795個氨基酸殘基組成，并由STAT3基因編碼，受多種細胞因子和生長因子的刺激可致其活化。有研究表明，STAT3和STAT5與腫瘤的關系最為密切［7］。2.STAT3的激活與失活

STAT3存在于細胞質中，主要與細胞因子（如IL-6）、生長因子，如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和癌蛋白等多肽類配體相互作用，激發受體的寡聚化或二聚化，通過酪氨酸激酶（Janus kinase，JAK）誘導，STAT3被激活形成磷酸化的STAT3（p-STAT3）。同時，兩分子磷酸化的STAT3通過分子間SH2結構域，與酪氨酸殘基相互作用觸發二聚體化，在胞質內形成STAT3二聚體，從細胞質轉位入細胞核，并利用其DNA結合域與目的基因［如D型細胞周期素1（cyclinD1）和凋亡抑制基因，B細胞淋巴瘤/白血病2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）等］特異的啟動子區域結合，進而啟動下游靶基因的轉錄，行使基因轉錄調控的功能，促使細胞周期進展、抑制細胞凋亡和血管生成［8］。這就是經典的JAK/STAT3信號轉導途徑。它代表一條從膜到核的信號轉導系統，是通過受體—酪氨酸激酶—信號轉導和轉錄激活因子—靶基因的激活來實現的。此外，有報道稱STAT3可以通過其第727位絲氨酸位點被c-Jun氨基末端激酶（c-jun-NH2-kinase，JNK）磷酸化而激活［9］。STAT3活化的其他途徑包括Ras—絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）途徑和非受體型酪氨激酶［包括Abelson白血病蛋白（abelsonkemia，ABL）和肉瘤（sarcoma，SRC）相關激酶］激活作用，可在直接的遺傳改變下持續活化。

STAT3的失活，即STAT3信號轉導通路的負調控途徑［2］主要包括三類：（1）細胞因子傳導信號抑制分子（suppressors of cytokine signaling，SOCS），一種STATs蛋白抑制因子，通過結合或抑制JAKs，干擾STAT3與DNA的結合，抑制STAT3的磷酸化從而阻斷轉錄；（2）蛋白質酪氨酸磷酸酶SHP（SH2-containing protein tyrosine phosphatase，SHP），分為SHP1和SHP2，與STAT3含有相同的SH2結構域，可以特異性的與SH2受體殘基結合，破壞JAK/STAT3信號轉導途徑，致STAT3失活；（3）活化的STAT蛋白抑制物（protein inhibitor activated STAT，PIAS），PIAS競爭性的與STAT3同源或異源二聚體相互作用，干擾STAT3與DNA的結合，從而發揮負調控作用。STAT3一旦呈持續性的激活，則會導致腫瘤發生。

二、STAT3與腫瘤的發生、發展和演進

1.腫瘤細胞的增殖和凋亡

活化的STAT3與腫瘤細胞的增殖和凋亡關系密切，而阻斷STAT3信號通道對正常細胞的增殖和存活并無影響。Leslie等［10］發現腫瘤細胞株內的STAT3被激活后，cyclinD1 mRNA含量明顯增加，證實了活化的STAT3可顯著抑制cyclinD1的轉錄，cyclinD1是一種細胞周期調節基因，其異常表達時可以加速細胞周期循環，導致細胞異常增殖。Sunvivin是一種凋亡抑制因子，Gritsko等［11］研究發現過度活化的STAT3可以直接調控Sunvivin基因啟動子的表達，進而抑制腫瘤細胞的凋亡。p53因子是重要的促凋亡因子，Niu等［12］發現在體內及體外實驗中，STAT3均可與p53啟動子結合，STAT3的過度激活可影響p53基因的活性，對p53的表達起負調控作用，從而抑制細胞凋亡。

2.腫瘤的侵襲轉移和血管生成

VEGF和基質金屬蛋白酶2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）是促進腫瘤血管生成的關鍵蛋白，還能促進惡性腫瘤的侵襲轉移?，F已經證實STAT3和缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）在VEGF的轉錄調控中均起著重要作用。Jablonska等［13］通過實驗研究發現STAT3激活后可以直接與VEGF結合并激活其啟動子序列，誘導其轉錄與表達；在缺氧環境下，活化的STAT3可抑制HIF-1α基因的降解，而HIF-1α基因可使VEGF持續表達。Fan等［14］通過實驗證實核因子κB（nuclear factor kappa，NF-κB）和STAT3是控制瘤前細胞和惡性細胞凋亡、調節腫瘤血管發生和侵襲的兩個主要因子。MMP-2在腫瘤細胞的浸潤和侵襲轉移中起重要作用。Tekle等［15］發現STAT3可以直接與MMP-2的啟動子區域特異性結合，上調MMP-2蛋白的表達，降解細胞外基質，促進腫瘤細胞的侵襲、血管生成和腫瘤早期轉移。

3.腫瘤的免疫逃逸

最新的研究［16，17］證實腫瘤細胞內過度活化的STAT3能夠擴增及促進免疫抑制因子（TGF-β、VEGF、IL-6、IL-10）的釋放，同時這些免疫因子又可以激活腫瘤微環境內的STAT3信號轉導通路，參與腫瘤微環境內免疫抑制狀態的調節，發揮“免疫編輯 ”的功能，并以正反饋方式促進腫瘤的發展及轉移。STAT3還可以抑制樹突狀細胞的成熟、誘導調節性T細胞的活化，抑制特異性抗腫瘤免疫應答，與NK細胞、單核/巨噬細胞協同作用，抑制機體的天然免疫，使腫瘤細胞發生免疫逃逸。

三、STAT3在結直腸癌中的應用

1.STAT3的激活與結直腸癌的關系

Ma等［18］研究發現45例結直腸癌組織中，STAT3過度活化的達到26例。Wang等［19］通過在結腸炎相關的結腸癌小鼠模型中加入雷公藤甲素，發現阻斷了結腸癌小鼠中JAK/STAT3信號通路，降低了STAT3的磷酸化，可以抑制細胞周期及結腸癌細胞的增殖和侵襲，增加小鼠的存活率。Corvinus等［20］發現在結直腸組織樣本中有STAT3的持續性激活，而正常的上皮細胞中并未發現。干擾素/維甲酸聯合應用誘導細胞凋亡相關基因19（gene associated with retinoid-IFN-induced mortality，GRIM-19）被認為是STAT3表達和激活的陰性調節子，可干預STAT3誘導的轉錄過程，龔龍波等［21］證實GRIM-19在結腸癌組織中呈低表達或缺失，說明結腸癌組織中有STAT3的過度表達。同樣地，Xiong等［22］發現在結直腸癌細胞中，STAT3持續激活，用AG490抑制JAK/ STAT3信號轉導通路后，結直腸腫瘤細胞侵襲力顯著降低并開始凋亡。Xiong等［23］通過在結直腸癌中的進一步研究，發現STAT3可能通過轉錄因子介導上皮間質轉化，促進腫瘤的侵襲轉移，活化的STAT3預示了患者的預后不良。Kusaba等［24］檢測了108例人結直腸腺癌組織，發現其中有57.4%的組織中STAT3過度表達。以上大量研究證實，STAT3特異性的過度表達于結直腸組織中。

2.STAT3促進結直腸癌細胞的增殖

Corvinus等［20］的研究表明在結直腸癌中存在STAT3的持續高表達，STAT3的持續活化不僅促進結腸腫瘤的生長，而且促進腫瘤細胞的擴散。許多惡性腫瘤中都存在調控細胞周期蛋白表達水平的改變。細胞周期相關蛋白cyclinD1是STAT3信號傳導通路下游的一個靶基因，被過度激活后可以促進細胞周期由G1期向S期轉變，而STAT3信號傳導通路反過來還能夠通過調節cyclinD1來縮短G1期至S期這一時相，進而加速細胞周期循環，導致惡性腫瘤細胞的異常增殖。Lassmann等［25］研究32例結直腸癌組織，發現STAT3與cyclinD1 mRNA和蛋白表達水平呈顯著性正相關。Kawada等［26］發現阻斷STAT3的活性后，會明顯抑制結腸癌細胞的增殖。

3.STAT3抑制結直腸癌細胞的凋亡

Lassmann等［25］研究32例結直腸癌組織，同時發現STAT3與Survivin、Bcl-xl mRNA和蛋白表達水平也呈顯著性正相關。García-Sáez［27］證實Bcl-2與Bclxl是Bcl-2家族中的一類抑制凋亡的原癌基因，STAT3可通過與Bcl-2啟動子結合來誘導Bcl-2和Bcl-xl的表達，進而阻斷腫瘤細胞凋亡。Survivin是迄今為止發現的最強的凋亡抑制因子，在正常細胞中幾乎不表達，選擇性地表達于多種惡性腫瘤組織，能夠控制細胞分裂周期及抗凋亡。有報道［28］稱，通過抑制STAT3的表達，可以減少Survivin蛋白的表達，從而促進腫瘤細胞凋亡。因此，抑制STAT3的過表達，可起到誘導腫瘤細胞凋亡的作用，STAT3可作為結腸癌治療中的潛在靶點［29］。

4.STAT3與結直腸癌浸潤、轉移及預后的關系

Tsareva等［30］在結腸癌的研究中發現，活化的STAT3可以通過誘導MMP-2的表達來促進腫瘤的侵襲轉移。第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）具有蛋白磷酸酶活性，能夠使Ras介導的MAPK信號級聯途徑受抑制，從而降低STAT3的轉錄活性，抑制細胞遷移和浸潤［31］。金燦輝等［32］研究顯示磷酸酶基因PTEN和STAT3具有共同的作用靶點，PTEN可抑制STAT3的持續激活和過度表達，隨著結直腸癌病期進展，結直腸癌組織中PTEN表達明顯降低，STAT3表達明顯升高。免疫組化結果顯示STAT3蛋白主要表達在結直腸癌組織中的腫瘤細胞，其陽性表達率明顯高于正常腸黏膜組織。金燦輝等［33］采用免疫組化法檢測了68例結直腸癌組織及20例正常結直腸組織中STAT3和VEGF-C蛋白的表達，證實了STAT3和VEGF-C的表達與結直腸癌的組織分化、浸潤深度、Dukes分期和淋巴結轉移有關，其表達的高度上調可以預測腫瘤已進展到晚期。Wang等［34］經過研究發現結腸癌Caco-2細胞中，STAT3的活性隨著結腸癌細胞分化的好轉而下調。李俊江等［35］發現在大腸癌組織中STAT3蛋白的表達及VEGF吸光度與腫瘤的分化程度、TNM分期及淋巴結轉移相關，提示兩者可能共同參與了大腸癌發生、發展的過程。馬向濤等［36］應用Western blot檢測45例結直腸癌組織及其鄰近正常黏膜中STAT3的表達，發現結直腸癌組織中STAT3蛋白表達水平明顯高于正常腸黏膜，低分化結直腸癌STAT3蛋白表達水平高于高分化結直腸癌，Dukes C、D期結直腸癌STAT3蛋白表達水平高于A、B期結直腸癌，有淋巴結轉移的結直腸癌STAT3蛋白表達水平高于無淋巴結轉移的腫瘤。

5.STAT3對結直腸癌的負反饋調節

最近有報道稱，STAT3也可能在腫瘤發生發展中起抑制作用，Musteanu等［37］發現沉默腸腫瘤細胞中STAT3后，癌細胞繼續向周圍侵襲，小鼠壽命明顯縮短，證實STAT3有抑癌的作用。由此可見，STAT3對腫瘤轉移的影響是多方面的，其最終發揮促癌還是抑癌作用可能取決于腫瘤的種類及時期。

四、展望

近年來STAT3信號傳導通路已經成為眾學者的研究熱點，現在已經明確STAT3不但是重要的信號傳導級聯成分，還是細胞內的一種重要的核轉錄因子，其持續性激活對于結直腸癌細胞起著關鍵性作用，但具體的作用機制還有待進一步探討。因此深入研究STAT3信號轉導通路的作用機制可以為結直腸癌的治療提供理論依據和實驗基礎，STAT3有望成為結直腸惡性腫瘤干預治療的一個很有前途的靶點，為結直腸癌的治療方式揭開新的篇章。

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（編輯 陳 姜）

Application of Nuclear Transcription Factor STAT3 in Colorectal Cancer

STAT3；結直腸癌；治療；轉移與預后

STAT3；colorectal cancer；treatment；metastasis and prognosis

R735.3

A

0258-4646（2015）01-0001-05