STAT3在惡性腫瘤耐藥中的研究進展

劉來振 黃桂林

【摘要】信號轉導和轉錄激活子3（STAT3）是信號轉導子和轉錄激活子家族的重要成員，在腫瘤的增殖、分化、凋亡、耐藥等方面有著重要作用，持續激活的STAT3可導致腫瘤細胞生長失控，凋亡抑制，免疫逃逸，耐藥性產生。STAT3在耐藥細胞中的過表達提示其參與并增強了腫瘤的多藥耐藥。本文對STAT3在惡性腫瘤的多藥耐藥方面的研究進展做一簡要綜述。

【關鍵詞】STAT3，惡性腫瘤，耐藥

【中圖分類號】R969【文獻標識碼】B【文章編號】1005-0019（2015）01-0576-02

信號轉導和轉錄激活子（signaltransducersandactivitorsoftranscriptions，STAT）家族是一種存在于胞漿通過激活可轉入核內結合DNA的蛋白家族，其在細胞中起到傳遞信號和啟動基因轉錄的雙重作用，特別是STAT3，對腫瘤的發生、發展及預后均有重要作用，已被公認是一種癌基因[1]。其中磷酸化STAT3的異常表達使腫瘤具有耐藥性，因此檢測腫瘤中STAT3的水平可用來評價治療效果，抑制其表達會逆轉腫瘤的多藥耐藥[2]，有關這方面的研究已獲得了一定的成果。

1 STAT3概述

STAT3是Danell在1990年在做干擾素方面研究時發現的，在1994年作為IL-6信號傳遞的急性期反應因子而被提純[3，4]。它的編碼基因主要位于人17號染色體q21.2，它的分子量為84-113kDa，由約750～850個氨基酸組成，自然狀態下存在三種異構體一STAT3a，STAT3p和STAT3y。其結構可分為6個功能區[5]：氨基端的保守序列、卷曲螺旋區、DNA結合域、SH2結構域、連接區域、竣基端的轉錄激活區。在正常組織中，STAT3的活化是瞬時的、受嚴格調控的。STAT3的異常持續活化與眾多腫瘤的增殖、分化、轉移、凋亡、耐藥等關系緊密。

2 STAT3信號通路

STAT3位于胞漿中，存在于細胞膜表面的STAT3通路特異性受體可與多種細胞外信號相結合，使羧基端轉錄激活區的酪氨酸磷酸化從而激活胞漿中的STAT3，活化的STAT3相互作用而形成二聚體或四聚體，而后轉入核內誘導與腫瘤細胞的增殖、凋亡、轉移等相關基因的轉錄。目前發現的可激活STAT3的胞外信號包括：（1）表皮生長因子（EGF）、血小板源生長因子（PDGF）等生長因子；（2）如白介素6（IL-11）、抑瘤素M（OSM），睫狀神經營養因子（CNTF）、白血病抑制因子（LIF）和瘦素（Leptin）等細胞因子；（3）v-Src，v-Abl等非受體酪氨酸激酶；（4）促甲狀腺素（TSH），巨噬細胞炎癥蛋白質1（MIP-1）等G蛋白。STAT3下游的靶基因主要包括：負調免疫應答的因子（如IL-10，VEGF，TGF-β等），細胞增殖、凋亡、周期相關的基因（bcl-xl，cyclinD1，mcl-1，suivivin，cyclinE等）以及轉移相關基因（MMP-2，MMP-9等）[6，7]。它們促使腫瘤增殖、耐藥、抑制細胞凋亡、誘導血管生成和逃逸免疫監視。

3 STAT3與腫瘤

STAT3在人類的多種惡性腫瘤中存在異常激活與過度表達現象，實驗研究發現在多數惡性腫瘤細胞中STAT3的表達量較正常組織細胞明顯增高，包括頭頸鱗癌、皮膚癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、消化道惡性腫瘤等，腫瘤的生長、分化、轉移、預后等與其表達水平聯系緊密。Grandis等[8]試驗中對19例頭頸鱗癌患者癌組織與癌周粘膜上皮及7例非癌患者粘膜上皮的STAT3表達進行檢測，結果癌組織與癌周上皮組織中STAT3的表達分別是非癌患者粘膜上皮的10.6與8.8倍；免疫組化顯示非癌患者p-STAT3的表達局限于粘膜上皮基底層細胞，而在癌旁粘膜表達于上皮全層，在癌組織中則呈過表達。因此可推知，STAT3異常激活是頭頸鱗癌發生中的早期事件。LauraPedranzini[9]等應用化學致癌二步法誘導STAT3缺乏的小鼠皮膚癌發生，結果STAT3缺乏的小鼠對化學致癌誘導具有完全性抵抗。近期有實驗研究發現在使用致癌物誘導小鼠肺癌模型實施前選擇性刪除其肺上皮STAT3，出現肺部損傷及炎癥，增加K-Ras誘導的成瘤現象和突變，然而在成功建立小鼠肺癌模型后，刪除其肺上皮STAT3可抑制腫瘤細胞增殖，若同時刪除小鼠肺部STAT3和致瘤的K-Ras的表達，則損傷、炎癥、成瘤現象會加重，而腫瘤的生長受到抑制。由此可見，STAT3在致癌物作用下通過保持肺內環境穩態抑制了肺癌的發生，而在腫瘤發生后又通過加速細胞生長而促進腫瘤細胞增殖[10]。因此STAT3在腫瘤發生發展過程中的作用可能是具有多重性。

4STAT3與腫瘤耐藥

腫瘤耐藥性的產生對化療的效果有著顯著地負面影響。惡性腫瘤化療后，藥物通過影響細胞周期、促進凋亡等方面抑制腫瘤發展，延緩疾病進程。而腫瘤細胞中STAT3的異常活化可影響腫瘤微環境，導致腫瘤抵抗藥物的作用增強，使耐藥性產生。

對于慢性粒細胞白血病的治療，甲磺酸伊馬替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑，針對性抑制Bcr-Abl蛋白，緩解疾病進程，但長期用藥易引起耐藥性產生從而影響療效。研究發現SOCS-3（suppressorofcytokinesignaling3）在負調控JAK/STAT3信號通路中扮演了重要角色，長期暴露在伊馬替尼作用下的慢性白血病細胞極易產生耐藥性，而SOCS3基因的甲基化使得Bcr-Abl蛋白活化的伊馬替尼耐藥細胞在STAT3蛋白的誘導下瘋狂增殖，而在SOCS3基因非甲基化情況下未見STAT3磷酸化發生，同時耐藥細胞凋亡比例明顯提高[11]。肺癌是一種臨床常見腫瘤，研究發現與耐藥腫瘤細胞株與藥物敏感株相比，STAT3的mRNA表達水平偏高，使用經過化學修飾的具STAT3抑制作用的siRNA與順鉑連用，可增加原代及耐藥非小細胞肺癌的化療敏感性，增加細胞凋亡率[12]。很多消化系統腫瘤術后或是晚期復雜病例需要化療，例如食管癌、胃癌、結直腸癌等，但這些腫瘤多數存在不同程度的原發性和獲得性耐藥，所以提高其化療敏感性則顯得尤為重要。HuangS等[13]發現用質子泵抑制劑作用于耐藥胃癌細胞后，其STAT3表達水平下降，同時其c-myc、cyclinD1、bcl-2等下游癌基因表達水平下降，胃癌細胞的耐藥性下降，凋亡率增加。STAT3的表達與腫瘤增加的放化療抵抗均有關，在使用siRNA、shRNA、小分子抑制劑STATTIC等抑制劑作用于SW480和SW837細胞后，其生存率明顯下降，同時它明顯增加了小鼠皮下移植模型的放化療敏感性，這證明以STAT3為靶點的治療可顯著提高結直腸癌的放化療敏感性[14]。胰腺癌是實體瘤中預后相對較差者，吉西他濱是治療胰腺癌的常規一線藥物，但由于腫瘤快速出現的耐藥性導致其療效不佳，但是用shRNA敲除STAT3基因后，使得PDAC細胞系的藥物敏感性提高，且通過調控細胞凋亡前信號和控制細胞周期進程，使得腫瘤生長受抑，也有學者研究是用中藥穿心蓮內酯通過對抑制STAT3、AKT等蛋白表達，從而使p21、Bax表達上調，下調cyclinD1，cyclinE，survivin，X-IAP和Bcl-2等蛋白的表達[15，16]。紫杉醇是一種臨床常用的化療藥物，但耐藥現象的出現使其療效不甚理想，FalamarzianA等[17]在研究中使用siRNA及聚乙烯亞胺等STAT3抑制劑對乳腺癌細胞進行作用，發現腫瘤細胞的化療敏感性明顯提高。抑制STAT3同樣也提高了頭頸鱗癌、肺癌、卵巢癌、宮頸癌等對順鉑等化療藥物的敏感性，這說明STAT3可作為眾多惡性腫瘤治療的靶點[18]。

5STAT3介導腫瘤耐藥的機制

STAT3的活化在正常情況下是瞬時的，然而在許多間葉及實體惡性腫瘤中存在著STAT3的異?；罨?，而STAT3的持續激活直接導致了腫瘤的耐藥。STAT3基因發生突變可導致其異常表達，并對多種免疫細胞的增值、分化等起到重要作用，如抑制B細胞分化成熟、降低NK細胞、Th17細胞、樹突狀細胞、調節性T細胞的數量，從而促使腫瘤細胞免疫逃逸[19]。在腫瘤細胞中，磷酸化的STAT3促進VEGF和IL-10等因子的表達，它們在抑制免疫系統同時激活腫瘤微環境中各免疫細胞上的STAT3通路的免疫抑制性成分，包括IL-6，IL-10，TGF-β、和VEGF等，從而誘導耐受性的DC和Treg細胞大量增多，抑制各種免疫效應細胞的功能[20]。STAT3在細胞的增值和凋亡過程中扮演了重要角色，研究提示STAT3異?；罨僭鲋臣耙值蛲龅淖饔每赡苁峭ㄟ^調控bcl-xl，bcl-2，fas，c-myc等癌基因、抗凋亡基因的高表達，調控p53、Bax、Bad等抑癌基因蛋白低表達實現。實驗發現在誘導野生小鼠與p53基因敲除的轉基因小鼠成癌過程中，野生小鼠表現出增加的抗增殖蛋白及p53、Bax、Bad等凋亡促進因子表達增加，bcl-cl，bcl-2表達減少，轉基因小鼠組則出現相反的情況，而在細胞實驗結果與其相類似[21]。研究發現STAT3結合到P53的啟動子區，在正常細胞中STAT3的活化抑制P53的功能并且影響紫外線誘導的細胞生長停滯，使STAT3結合P53的特異性位點突變對P53產生抑制作用。阻斷癌細胞中STAT3上調P53的表達，可導致P53介導的細胞凋亡。TOPOII又稱回旋酶，是與細菌DNA回旋酶具有同源的二聚體蛋白，通過其DNA螺旋結構在分裂的DNA發生雙鏈斷裂，改變核酸的局部狀態控制其生理功能。TOPOII活性降低，表達減低或基因突變可使抗癌藥物靶點減少或喪失，產生耐藥，在siRNA沉默STAT3人胰腺癌細胞其表達增加2.48倍[22]，推測STAT3通過調控TOPOII來介導腫瘤耐藥。非磷酸化的STAT3可與NF-κB形成異源二聚體，進入核內介導NF-κB下游基因蛋白的表達，炎癥因子IL-6既是NF-κB的靶基因又是STAT3的中藥激活子，二者結合后調節很多癌基因，與炎癥因子的表達[23，24]。MicroRNAs是一類小分子非編碼RNA，介導轉錄后的細胞增殖和凋亡相關靶基因的下調。miR-21是一種癌基因，起到抗凋亡的作用，而在其增強子上存在兩個嚴格保守的STAT3結合位點，IL-6介導的miR-21激活也是存在STAT3依賴性的[25]。腫瘤干細胞在惡性腫瘤耐藥中扮演了至關重要的角色，在乳腺癌細胞株經過紫杉醇處理后，大部分的細胞死亡，然而仍有小部分細胞存活，檢測發現這部分細胞主要為CSC，而CSC中往往STAT3高表達，持續激活的STAT3調節了CSC的自我更新，介導了CSC的耐藥[26]。諸多研究表明p-STAT3可促進EMT的進展，EMT可促進胰腺癌的耐藥和復發性卵巢癌的化療耐藥。結直腸癌細胞中Snail誘導的EMT可促使腫瘤產生化療耐藥[27]。STAT3可與P-gp發生相互作用促進腫瘤細胞耐藥，利用計算機輔助搜索P-gP啟動子區域潛在的STAT3結合位點，結果顯示，在啟動子區域中含有一個與STAT3結合的DNA序列，這個序列位于P-gP啟動子中P-gP起始編碼位點上游1014bp處，并具有較強的結合能力，抑制STAT3可下調P-gP的表達，逆轉腫瘤化療耐藥[28，29]。

6結語

大量研究標明STAT3與腫瘤耐藥密切相關，阻斷或抑制其表達可逆轉腫瘤耐藥，是惡性腫瘤治療的重要靶點，幾種藥物已經被證實是STAT3通路的可靠抑制劑，但是大部分藥物仍然沒有得到在癌癥治療臨床價值方面的可靠證據[30]，同時也有如vonManstein等[31]的研究標明STAT3受抑后腫瘤可能通過其他補償通路繼續增殖、生長，由此可見，我們還需要更多的臨床、基礎研究來探究STAT3通路的功能、誘導耐藥的機制，以及它所在的更為廣泛詳細的信號通路網絡的分子關系網，從中發現更具價值的腫瘤治療方法。

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