STAT5與腫瘤關系的研究進展

趙玉，張俊伶，馮國興，樊賽軍

信號轉導和轉錄激活因子（signal transducersand activators of transcription，STAT）家族有7 個成員，包括STAT1～4、STAT5A、STAT5B 和STAT6。其 中，STAT5A 和STAT5B 是STAT5 的兩個高度同源的亞型，在人體各個組織器官中廣泛表達［1］。除了參與調控細胞的增殖、遷移和凋亡，STAT5 在尿囊素、脂肪酸、肌酐等多種物質的代謝以及胚胎發育、免疫調節、造血過程中也發揮重要作用［2-4］。STAT5信號異常與肺癌、甲狀腺癌、乳腺癌等多種常見癌癥的發生發展密切相關。有研究表明，前列腺癌組織中活化STAT5 水平顯著高于正常組織［5］，提示STAT5 具有促進腫瘤生長的作用；而在乳腺癌晚期，STAT5活化水平升高則腫瘤侵襲能力減弱［6］，提示STAT5 亦具有腫瘤抑制的作用。靶向抑制STAT5可以提高腫瘤放療、化療及免疫治療效果，這為腫瘤治療提供了新策略。目前有關STAT5在不同腫瘤中的作用差異及其靶向治療策略均未明確。鑒于此，本文對STAT5在幾種常見人類腫瘤中的作用及相關機制進行總結，并對STAT5靶向治療策略進行探討，為STAT5相關腫瘤的臨床治療提供依據。

1 STAT5概述

STAT5 包括兩種由人染色體17q21.2 上串聯的兩個基因編碼的亞型，即STAT5A 和STAT5B，兩者同源性高達96%［7］。STAT5 蛋白具有6 個功能性結構域：N 端相互作用結構域、卷曲螺旋結構域、DNA結合結構域、連接區、Src 同源2 結構域（Src homology 2 domain，SH2）和轉錄激活結構域。STAT5 的活化主要通過其自身酪氨酸的磷酸化完成，正常生理狀態下，細胞內STAT5磷酸化的活化狀態與去磷酸化的失活狀態保持動態平衡，當這種平衡被打破時，會導致多種人類惡性腫瘤的發生發展［7-8］。

2 STAT5在不同類型腫瘤中的作用

STAT5 在腫瘤中具有雙重作用。一方面，STAT5 既可通過直接調控與細胞增殖、凋亡相關的靶基因表達，影響腫瘤發生發展；也可通過誘導線粒體功能紊亂，增加細胞內活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，誘導DNA損傷，從而促進腫瘤進展。另一方面，STAT5 在特定微環境下可通過抑制腫瘤轉移而發揮抑癌作用。

2.1 前列腺癌 95%的激素難治性前列腺癌及61%的遠處轉移前列腺癌與STAT5 持續活化相關［9-10］。研究表明，前列腺癌中STAT5 的活化與非受體酪氨酸蛋白激酶Janus 激酶2（Janus kinase 2，JAK2）介導的催乳素（prolactin，PRL）及生長激素（growth hormone，GH）、白細胞介素（interleukin，IL）-6 信號異常相關［11-13］。抑制STAT5 活化可下調前列腺癌細胞中抗凋亡蛋白B 淋巴細胞瘤2（B-cell lymphoma-2，Bcl-XL）和細胞周期素D1（cyclin-D1）的表達水平，進而誘導前列腺癌細胞凋亡，從而抑制腫瘤生長［14］。有研究顯示，采用siRNA干擾STAT5B可以顯著降低前列腺癌細胞系DU145 的存活率，而干擾STAT5A對前列腺癌細胞系DU145的存活率無顯著影響；但在體內實驗中，STAT5A/B 敲降組小鼠的腫瘤體積明顯小于STAT5B 單獨敲降組，提示STAT5A、STAT5B 均可促進前列腺癌細胞增殖，STAT5B 對前列腺癌細胞生長的促進作用是否強于STAT5A 有待進一步研究驗證［15］。另有研究發現，STAT5A/B高表達的前列腺癌容易發生轉移［16］。

2.2 乳腺癌 在乳腺癌發生發展的不同時期，STAT5發揮從促癌到抑癌的不同作用。在乳腺癌早期，STAT5 促進乳腺腫瘤的生長及惡性轉化。在乳腺癌中，GH［17］和PRL［18］是參與STAT5過度活化過程的重要因子。就PRL-STAT5信號軸而言，有研究證實，帶狀皰疹透明帶樣結構域蛋白1（CUB and zona pellucida-like domain-containing protein 1，CUZD1）是影響PRL介導小鼠乳腺上皮細胞STAT5活化的關鍵因子，在乳腺癌細胞系MCF7 細胞中過表達的CUZD1 會促進STAT5 活化，從而誘導細胞惡性增殖［19］。在乳腺癌晚期，活化STAT5 能夠有效抑制病灶擴散，延緩腫瘤的侵襲和轉移進程［6，14，20］。Lee等［21］研究表明，活化STAT5 可以通過促進自然殺傷細胞（nature killer cell，NK）成熟，增強NK 細胞的抗腫瘤能力，抑制乳腺癌細胞MDA-MB-231的增殖。

2.3 黑色素瘤 黑色素瘤是一種高發病率、高病死率的皮膚惡性腫瘤，62%的黑素瘤患者中活化STAT5 水平較正常組織升高［22］。有研究表明，STAT5參與黑色素瘤細胞的增殖、侵襲，影響患者化療、免疫治療效果［23］。酪氨酸蛋白激酶Src 和JAK1介導人惡性黑色素瘤中STAT5的活化［24］。抑制黑色素瘤細胞系A375細胞中STAT5的活化，可顯著下調抗凋亡蛋白Bcl-xL 的表達，從而促進黑色素瘤細胞凋亡［25］。Wellbrock 等［26］研究發現，STAT5在干擾素α（interferon α，IFNα）耐受的黑色素瘤細胞中高表達，抑制STAT5表達可恢復黑色素瘤細胞對IFNα治療的敏感性。Ohanna等［27］研究發現，煙酰胺磷酸核糖基轉移酶（nicotinamide phosphoribosyltransferase，NAMPT）可促進黑色素瘤細胞增殖、轉移和侵襲，使黑色素瘤產生免疫治療抗性，而抑制STAT5 活化可以降低NAMPT 的表達，進而抑制黑素瘤細胞增殖。以上研究提示STAT5 可以作為黑色素瘤治療的靶標。

2.4 血液系統惡性腫瘤 正常情況下STAT5 可調節造血細胞的增殖和分化，而過度活化的STAT5 會導致骨髓細胞的惡性轉化。研究發現，慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CML）、紅系白血病及急性淋巴細胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）等患者體內存在持續性活化的STAT5［28-30］。

具有高度酪氨酸激酶活性的BCR-ABL 融合基因是一種抗細胞凋亡基因，其突變會導致CML的發生。研究表明，STAT5 表達上調會增加CML 細胞DNA 雙鏈斷裂率，進而增加BCR-ABL 突變率；ROS亦可增加BCR-ABL 突變率［28，31］，并且ROS 與STAT5間存在正反饋調節效應。ROS能夠誘導酪氨酸磷酸酶失活，提高STAT5的活化水平，而活化的STAT5會抑制抗氧化酶的合成，增強煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶的轉錄，促進細胞分泌更多的ROS，進一步增加BCR-ABL 突變率，進而加速白血病進程［32］。另有研究表明，活化的STAT5 可通過乳腺癌易感基因1（BRCA1）下調人紅系白血病細胞TF-1細胞中抑癌基因p53 的表達水平，從而發揮促癌作用［33］。Katerndahl 等［34］通過染色質免疫共沉淀和二代測序技術發現，原本在正常B細胞分化過程中，受核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）相關腫瘤抑制通路調節的基因，與STAT5結合后，會促進B細胞祖細胞的增殖，從而引發B細胞急性淋巴白血病；且STAT5表達水平越高，患者預后越差。

2.5 免疫系統相關腫瘤 免疫系統相關腫瘤的發生與STAT5 的功能性缺失有關。STAT5 是NK 細胞發揮免疫功能的主要調節因子，是其從發揮免疫監視作用到促腫瘤作用的轉換分子，見圖1。正常情況下，STAT5 可促進NK 細胞的成熟，使其發揮抗腫瘤作用。STAT5缺陷的NK細胞分化異常，不能分化為成熟NK 細胞。未成熟NK 細胞血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）-A 分泌水平升高，VEGF-A 可通過增強血管生成能力促進腫瘤生長［35］。已有研究在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）、乳腺腫瘤和結腸腫瘤患者中檢測到高VEGF-A 分泌水平的非成熟NK 細胞［36-37］，在這種情況下使用STAT5 抑制劑進行腫瘤治療，不僅會干擾NK 細胞的免疫功能，還可能誘導VEGF-A 表達，促進腫瘤進展。Zhang 等［38］研究表明，STAT5的功能性缺失會干擾淋巴細胞的分化，導致嚴重的免疫缺陷，使腫瘤發生風險大大增加。

Fig.1 STAT5 is a regulator in the maturation of NK cells圖1 STAT5是NK細胞成熟的調節因子

2.6 肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC） 在HCC的發生發展中，STAT5既有抑癌作用，也有促癌作用。正常情況下，STAT5 可激活肝細胞中細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（cyclin dependent kinase inhibitor，CDKN）1a 和CDKN2b 的表達，對細胞增殖產生負調控作用［39］。STAT5缺失會使肝細胞增殖能力增強，進而引發脂肪變性、肝纖維化，促進肝癌進程［40-41］。另有研究表明，環狀RNA circScd1 通過JAK2/STAT5 通路促進脂肪肝的發生［42］。胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）可通過STAT5B 誘導上皮-間充質轉化（epithelialmesenchymal transition，EMT），增強HCC 細胞的侵襲性［43］。

2.7 NSCLC 多項研究顯示STAT5 在NSCLC 中高表達，可能具有促進NSCLC 發生發展的作用。Sánchez-Ceja 等［44］對92 例NSCLC 標本進行研究發現，肺癌的組織學類型與細胞核中STAT5 和抗凋亡蛋白Bcl-XL的表達相關，提示STAT5可能通過抑制細胞凋亡促進NSCLC 的進展。 Pastuszak-Lewandoska 等［45］研 究 發 現，STAT5A、STAT5B 在NSCLC 癌組織中的表達水平較癌旁組織分別增高69%和79%，提示STAT5A、STAT5B 在NSCLC 中均具有促癌作用，STAT5B 的促癌作用可能強于STAT5A。Zhou 等［46］研究發現，NSCLC 患者的晚期病理分期、淋巴結轉移和總生存期皆與細胞因子信號轉導抑制因子2（suppressor of cytokine signaling 2，SOCS2）表達下調有關，而SOCS2 可與IGF-1 受體競爭性結合STAT5，導致STAT5失活，NSCLC細胞的遷移和侵襲能力受到抑制，進一步提示STAT5 在NSCLC 中的具有促癌作用。然而Yang 等［47］研究發現，STAT5 表達上調可延長患者的總生存期。以上研究提示STAT5 在NSCLC 中可能具有促癌與抑癌的雙重作用，其相關機制有待進一步研究。

2.8 其他腫瘤 Liang 等［48］研究表明，STAT5B 可通過調控抗凋亡蛋白B 淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑家族蛋白p21、周期蛋白依賴性激酶p27、酪氨酸激酶局部黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）和VEGF，參與人類多形性膠質母細胞瘤（glioblastoma，GBM）的生長、侵襲和遷移，進而促進GBM進展。在結腸癌（colorectal cancer，CRC）中，STAT5 可通過上調ROS 水平，誘導人CRC 細胞G1期細胞周期阻滯，抑制腫瘤細胞增殖，促進CRC 細胞凋亡［49-50］。Miao等［51］研究發現，鼻咽癌（nasopharyngeal cancer，NPC）組織中組蛋白乙酰轉移酶1（histone acetyltransferase 1，HAT1）高表達；而在NPC 細胞系HNE2 細胞過表達HAT1 后，STAT5 活性和抗凋亡基因Bcl2L12 表達水平顯著增加，細胞凋亡比例降低；進一步分析發現HAT1 直接參與STAT5 與Bcl2L12 啟動子的結合，STAT5 可通過HAT1-STAT5-Bcl2L12 促進NPC 進展。Zeng 等［52］通過基因組富集分析發現，IL2-STAT5 信號通路參與COL5A2 促進膀胱癌（bladder cancer，BC）細胞增殖。另有研究表明，STAT5 通過調控上皮型鈣黏蛋白、波形蛋白的表達，誘導EMT，促進甲狀腺癌的侵襲、轉移；JAK2-STAT5有促進骨髓纖維化的作用［53］。人T淋巴細胞病毒-I（human T cell lymphotropic virus I，HTLV-I）編碼的p12（I）蛋白可通過增強STAT5 轉錄活性，引發成人T 細胞白血病和熱帶痙攣性截癱［54］。人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染導致的免疫缺陷也與STAT5表達下調相關［55-56］。

3 STAT5相關腫瘤治療策略

3.1 STAT5靶向治療 STAT5相關腫瘤的靶向治療策略主要是直接或間接抑制STAT5 活性。理論上，直接靶向STAT5可以通過干擾STAT5的表達、活化，及干擾STAT5 與靶基因的結合實現。AC-4-130 是一個靶向STAT5 SH2 結構域的小分子抑制劑，通過直接與STAT5結合，干擾STAT5的活化，影響STAT5與靶基因的結合，抑制人急性髓系白血病（AML）細胞增殖［30］。在乳腺癌細胞中，采用短發卡RNA（short hairpin RNA，shRNA）直接下調STAT5B 表達，可以抑制乳腺癌細胞的侵襲能力［57］。采用匹莫齊特選擇性抑制STAT5活化，可以抑制CUZD1驅動的乳腺癌細胞增殖，對乳腺癌起到治療作用［19］。

間接抑制STAT5 活性的方法包括：通過靶向STAT5 相關激酶，抑制STAT5 信號傳導；通過增強STAT5 負反饋調節通路活性，抑制STAT5 活性。去乙酰化酶抑制劑（如曲古抑菌素A、辛二酰苯胺異羥肟酸和丁酸鈉）可特異性阻斷STAT5信號通路，下調STAT5靶基因C-Myc的表達［58］。SOCS2重組蛋白通過與生長激素受體相互作用，下調GH-STAT5 信號下游靶基因，抑制生長激素依賴性腫瘤細胞增殖［59］。采用絲氨酸、蘇氨酸激酶抑制劑AZD1208或Bcl2家族拮抗劑Sabutoclax抑制STAT5，可改善對酪氨酸激酶抑制劑有抗性的費氏染色體陽性急性淋巴細胞白血病的病情［60］。酪氨酸激酶抑制劑奎扎替尼（quizartinib）可通過直接抑制FMS 樣酪氨酸激酶3（FMS-like tyrosine kinase，FLT3），抑制JAK-STAT5信號通路的活性，進而導致細胞凋亡，對AML 產生治療作用［61］。需要注意的是，間接抑制STAT5 會產生一些非特異性效應，如增加機體病毒感染的風險［62］。

3.2 STAT5 與放療 在與STAT5 過度激活相關的腫瘤中，抑制STAT5活化可增強腫瘤的放療敏感性。放療主要通過誘導腫瘤細胞DNA 雙鏈斷裂（DNA double strand breaks，DSBs）殺傷腫瘤細胞，但受照腫瘤細胞可能通過損傷修復而存活。若能降低腫瘤細胞DNA修復能力，則可增加腫瘤放射敏感性。放療是前列腺癌的常用治療方法，但單獨放療往往效果不佳。Maranto等［63］研究發現，STAT5可以誘導前列腺癌中Rad51 的表達，促進同源重組（homologous recombination，HR）DNA 修復，抑制STAT5 活化可降低HR DNA 的修復能力，增加前列腺癌的放療敏感性，并且不會誘導鄰近組織的輻射敏感性，可作為前列腺癌的放療輔助療法。Huguet 等［64］研究發現，酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼可通過抑制STAT5 活化，協同輻照抑制CML 細胞K562 增殖。Stegeman 等［65］研究發現，抑制STAT5 活化可增強頭頸癌細胞的放療敏感性。Chen等［66］研究顯示，在接受放療的宮頸癌患者中，STAT5 高表達組腫瘤轉移能力較低表達組減弱，生存期更長，提示STAT5有助于提高宮頸癌患者的放療療效。

4 總結與展望

STAT5 具有多功能性，STAT5 異常活化與前列腺癌、肺癌、乳腺癌等多種腫瘤的發生發展密切相關。STAT5的促腫瘤作用主要與STAT5過度活化有關，STAT5 上游細胞信號傳導異常或STAT5 調控網絡中的其他元件發生突變會造成STAT5 的持續激活，導致受STAT5 轉錄調控的，與細胞存活、增殖相關的基因功能異常，從而促進腫瘤細胞增殖、侵襲和轉移。STAT5的腫瘤抑制作用主要體現在免疫系統惡性腫瘤中。STAT5可以通過調節免疫細胞的免疫應答，影響機體的免疫功能，STAT5缺陷的免疫細胞會對腫瘤的發生發展產生促進作用。靶向STAT5可增強前列腺癌、頭頸癌等多種腫瘤的放療敏感性，為腫瘤治療提供了新的策略。但STAT5A 和STAT5B在不同腫瘤中的作用差異尚未完全明確，另外抑制STAT5 活性的化合物多處于活性篩選的早期階段，靶向STAT5的治療方法及有臨床應用前景的高選擇性、低毒性的新型STAT5抑制劑尚需進一步探索。