STAT3在頭頸部鱗癌中的研究進展

周旋，任玉，喬宇

當前研究表明，信號傳導與轉錄活化因子（STAT）家族已有7 個成員在哺乳動物細胞中被證實，分別是STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和 STAT6［1］。STAT3 是 STAT 轉錄因子家族的重要成員，參與調控多個重要的信號通路并介導下游基因的轉錄。STAT3異常激活表達與人類腫瘤細胞增殖、抗凋亡、侵襲、血管生成以及免疫逃逸等不同生物學行為關系密切。頭頸部鱗癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）是腫瘤學領域常見的難治性疾病之一，每年新發病例逾60萬［2］。闡明STAT3在HNSCC發生與進展中的分子機制，尋找新的治療手段日益受到重視。本文就STAT3信號通路的異常激活，STAT3 與HNSCC 的發生、侵襲以及血管生成的關系等進行綜述。

1 STAT3概述

STAT3 蛋白結構可以分為Src 同源功能域2 區（SH2）、Src 同源功能域3 區（SH3）、羧基端第705 位的酪氨酸磷酸化位點（Tyr705）、DNA結合區、保守性較差的羧基端、第727 位的絲氨酸磷酸化位點和保守的氨基酸序列等 7 個生物學結構［3］。STAT3 結構中的轉錄活化區是多種絲氨酸激酶的底物，其磷酸化水平（主要是Tyr705）影響STAT3的轉錄活性。受體酪氨酸激酶［如表皮生長因子受體（EGFR）］和非受體酪氨酸激酶［如Janus 激酶（JAK）］可使STAT3羧基端轉錄活化區的酪氨酸磷酸化而激活STAT3，活化的STAT3與酪氨酸磷酸化位點的相互作用形成二聚體后轉入細胞核，與特異性DNA 序列（ISRE/GAS 序列）結合，參與調節 B 淋巴細胞瘤-xl（Bclxl）、c-Myc、細胞周期蛋白 D1（Cyclin D1）、缺氧誘導因子 1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）和非編碼RNA等靶基因轉錄［4］。

2 STAT3通路的激活

STAT3 最初作為白細胞介素（IL）-6、干擾素（IFN）和炎性因子的下游通路被發現［5-7］。IL-6通過與IL-6 受體α（IL-6Rα）在細胞表面結合來發揮其生物學功能。連接IL-6的受體發生構象上的改變，形成信號轉導復合體。IL-6 激活JAK，活化的JAK反向磷酸化gp130，導致胞漿中STAT3 募集與激活。活化的STAT3 進入細胞核，傳導胞外信號并行使其轉錄激活因子的作用［8］。此外，表皮生長因子（EGF）等多種生長因子與其受體結合后能激活其胞內段酪氨酸激酶活性，發生自身磷酸化并被STAT3的SH2 結構域識別，順序激活其第705 位的酪氨酸殘基［9］。還有研究表明，G 蛋白偶聯受體、Toll 樣受體［10］、Rho GTP酶家族［11］、蛋白質酪氨酸磷酸酶［12］和PIAS 蛋白家族［13］等均能通過不同的方式激活STAT3信號通路。

3 STAT3與HNSCC

3.1 STAT3 過表達與 HNSCC 發生 STAT3 的異常激活是上皮來源惡性腫瘤發生的特征性分子事件，乳腺癌、卵巢癌、HNSCC 和前列腺癌等多種實體瘤組織中可檢測到STAT3 高表達［14-16］。研究顯示，HNSCC 體外細胞系和腫瘤組織中STAT3 的表達水平高于正常鱗狀上皮；通過檢測HNSCC 患者癌組織、癌旁組織及正常黏膜上皮STAT3活性，發現癌組織與癌旁黏膜上皮中STAT3的表達強度是正常黏膜上皮的 8～10 倍［17］。正常組織中磷酸化的 STAT3 表達局限于黏膜上皮基底層細胞，而在癌旁組織則表達于上皮全層，在癌組織中呈過表達。由此可見，這種連續動態變化的STAT3 異常激活是HNSCC 發生的關鍵事件，并與 HNSCC 的增殖有關［18］。Nagpal等［19］證實不同臨床分期患者中STAT3 表達不同，早期HNSCC 患者中STAT3 表達低于中晚期患者。STAT3的激活還參與了HNSCC組織去分化，高分化HNSCC中STAT3表達水平較低，而中低分化HNSCC中STAT3 表達水平明顯升高［20］。更重要的是，STAT3 還可作為預測HNSCC 預后的指標之一，STAT3表達水平越高，腫瘤臨床分期越晚，淋巴結轉移的概率越高，患者預后越差［21］。據此，STAT3過表達是HNSCC預后不良的獨立危險因素，而STAT3作為腫瘤治療候選靶點及其相關的調節機制成為腫瘤研究的熱點。

3.2 STAT3 與 HNSCC 侵襲 STAT3 主要通過降解細胞外基質、影響細胞黏附能力和細胞骨架重組調節腫瘤細胞的侵襲和遷移能力［22-23］。研究表明，STAT3 能轉錄激活基質金屬蛋白酶（MMP）-2，降解細胞外基質Ⅳ型膠原，增強腫瘤細胞的侵襲能力；STAT3與c-Jun結合后錨定到MMP-9編碼基因啟動子中的特定序列，可以促進MMP-9 轉錄［24］。此外，STAT3 可通過激活 ErbB2/integrins β4，降低腫瘤細胞中E鈣黏蛋白（E-cadherin）含量，抑制腫瘤細胞黏附能力，促進腫瘤細胞轉移。本課題組通過使用STAT3 特異性小分子抑制HJC0152 和小干擾RNA處理SCC25 和CAL27 細胞后，發現腫瘤細胞侵襲能力減弱，F-肌動蛋白（F-actin）形態變化，β-連環蛋白（β-catenin）由細胞漿轉入細胞核內［25］。且進一步研究提示STAT3可能通過調控CDK5影響HNSCC細胞骨架蛋白重塑，誘導腫瘤細胞上皮-間質轉化（EMT），形成侵襲偽足，影響腫瘤細胞的侵襲、運動能力［26］。

多個非編碼RNA 也被證明是STAT3 下游的靶基因，如 miR-21、miR-200、malat1/miR-30a 等［27-30］。STAT3 除了通過直接轉錄調控的經典途徑調控miR-21 表達外，筆者通過分析長鏈非編碼RNA malat1 編碼基因啟動子序列，發現其含有多個STAT3結合位點，通過染色質免疫共沉淀-聚合酶鏈式反應實驗（CHIP-PCR）和熒光素酶報告實驗法證明STAT3 能激活malat1 轉錄，且malat1 可以和miR-30a 競爭性結合并抑制波形蛋白（Vimentin）等EMT相關蛋白的表達來抑制腫瘤細胞的侵襲能力［28］。此外，STAT3 還能通過激活Zeste 基因增強子同源物2（EZH2）的方式調控miR-200 家族成員在HNSCC 中的表達水平，影響腫瘤細胞的侵襲能力［27］。上述研究結果為探討以STAT3 為核心的非編碼RNA 調控網絡提供了新思路。

3.3 STAT3 與HNSCC 細胞的增殖和凋亡 腫瘤細胞具有對抗細胞程序性死亡的特性。STAT3具有通過調節下游靶基因，如Survivin和Bcl家族成員（Bclxl、Bcl-2、Mcl-1）促進腫瘤細胞抗凋亡的機制。通過STAT3 反義寡核苷酸干擾由HNSCC 組織原代培養得到的細胞系及裸鼠皮下荷瘤模型中STAT3 表達，發現Bcl-2、Cyclin D1 表達下調并能有效抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞凋亡［31］。STAT3 的負性突變體能夠下調Cyclin D1 啟動子的活性，降低Cyclin D1轉錄水平，降低腫瘤細胞從G1期進入S期的比例，從而抑制HNSCC細胞增殖［32］。本課題組也在抑制HNSCC 和多形性膠質母細胞瘤（GBM）細胞STAT3表達的研究中發現，腫瘤細胞內Bcl-2表達減少，Caspase-3/9 表達增加，提示腫瘤細胞抗凋亡和增殖能力下降，這些現象可能與線粒體膜電位和細胞內鈣離子濃度改變有關［33-34］。上述研究均提示STAT3 異常表達和激活是影響HNSCC 細胞凋亡線粒體途徑和內質網途徑等分子機制中的重要環節。

3.4 STAT3 與HNSCC 乏氧和血管新生 多數實體瘤內存在的乏氧微環境會導致腫瘤細胞激活等一系列分子信號途徑，如HIF-1α 和STAT3，增強腫瘤細胞的侵襲性和對治療的抵抗能力［35-36］。有研究證實在乏氧條件下STAT3 和HIF-1α 共同促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達，VEGF 基因啟動子上存在STAT3的結合位點，STAT3 可以直接結合到VEGF 基因的啟動子區域，激活 VEGF 的轉錄表達［37］。另一方面，STAT3 活化后促進HIF-1α 表達，進一步調節VEGF 轉錄，促進腫瘤血管生成，為腫瘤細胞侵襲轉移提供條件［38］。此外，本課題組證實，STAT3 通過EZH2 調控血管內皮生長因子受體（VEGFR）表達影響HNSCC 細胞EMT［39］?？傊?，STAT3 在調控 VEGF 和 VEGFR 促進腫瘤細胞對乏氧耐受和血管新生方面起到了重要作用。

3.5 STAT3 與HNSCC 免疫逃逸 腫瘤細胞和免疫細胞間的自分泌或旁分泌交叉效應是腫瘤細胞產生免疫逃逸的分子機制之一。在一項關于黑色素瘤的基因治療研究中，研究者將含有STAT3 突變蛋白的黑色素瘤細胞接種到皮下荷瘤小鼠模型后，與對照組小鼠腫瘤相比，腫瘤生長速度明顯下降，由此證實了STAT3 在腫瘤免疫逃逸中的作用［40］。另外，Albesiano 等［41］研 究 表 明 ，干 擾 Cal27 等 細 胞 中STAT3表達能抑制腫瘤細胞產生炎性因子和趨化因子，抑制脂多糖介導的樹突狀細胞活化，影響外周血中淋巴細胞遷移能力；STAT3 可通過這些途徑調節腫瘤細胞的免疫狀態。更重要的是，HNSCC 中STAT3 和程序性死亡分子-1（PD-1）/程序性細胞死亡分子配體-1（PD-L1）表達呈正相關，在敲除Tgfbr1/Pten 的轉基因小鼠模型中，干擾STAT3 能降低 PD-L1 表達水平［42］。這些結果表明 STAT3 不僅可以作為殺死腫瘤細胞的靶點，還可以通過細胞間的通訊機制影響包括免疫細胞在內的腫瘤間質細胞，從而增強大范圍殺死腫瘤細胞的目的。

4 結論與展望

越來越多的研究證明了STAT3信號通路在包括HNSCC在內的多種實體瘤的發生、侵襲轉移、增殖、凋亡等方面發揮了重要作用。STAT3的異常激活出現在腫瘤發生和進展的不同環節，因此異常激活的STAT3可以作為腫瘤分子診斷與分型的重要候選蛋白。AG490、WP1066等多個STAT3特異性小分子抑制劑已經顯示出腫瘤抑制效應并具有良好的臨床應用前景。因此，深入研究STAT3信號通路的功能，開發針對STAT3不同結構域的藥物或單克隆抗體將為治療HNSCC開辟新途徑。