JAK/STAT信號通路在急性T淋巴細胞白血病中的研究進展

亢培穎，李伊瑤(綜述)，史 敏，李永軍(審校)

(河北醫科大學第二醫院檢驗科，河北 石家莊 050051)

急性T淋巴細胞白血病(T cell acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)是一種惡性侵襲性血液系統腫瘤，由于致癌基因的異常積累導致發育中的T細胞前體細胞惡性轉化[1]。盡管目前臨床治療中有多種可以顯著改善T-ALL患者預后的化療方式，但仍有部分患者出現較為嚴重的不良反應或(和)化療藥物耐藥。因此，開發更為有效、安全的靶向治療藥物成為一個亟待解決的問題。T-ALL的發生發展有多種信號通路參與。近年研究顯示，Janus蛋白酪氨酸激酶(Janus activated kinase,JAK)信號傳導及轉錄激活因子(signal transduction and activators of transcription,STAT)信號通路參與了多種惡性腫瘤的發生和發展，與急性T淋巴細胞白血病的發病有密切關系，其異常激活可以促進細胞異常增殖和抑制細胞凋亡，從而誘發T-ALL。本綜述對JAK/STAT信號通路在T-ALL發生發展中的作用機制以及基于該信號通路靶向治療T-ALL的最新研究進展作一回顧。

1 JAK/STAT信號通路

JAK/STAT信號通路又稱JAK信號傳導及STAT信號通路，是細胞因子信號傳導的重要途徑[2]。JAK是一類非受體型酪氨酸激酶，在細胞信號轉導中起重要作用，主要包括四個家族成員：JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2，TYK2)，分子結構中有7個結構域，分別是JH1-7[3]。其中JAK2突變是血細胞衰老過程中最常見的突變基因之一，被視為骨髓增生性腫瘤的中心驅動因素，它導致激酶的結構性激活，從而導致下游信號通路的異常[4]。STAT既是信號轉導分子又是轉錄因子，擁有7個亞型：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b以及STAT6[5]。STAT家族中，STAT3、STAT5a和STAT5b在癌癥生物學中具有重要意義。STAT3可以通過多種方式被激活，包括細胞因子、激素、使用酪氨酸激酶受體的生長因子、受體相關激酶、部分致癌的非受體相關激酶以及Toll樣受體等，持續激活的STAT3參與有絲分裂、存活、抗凋亡、轉移和腫瘤發生[6]。STAT5蛋白與細胞分化、脂質動員和淋巴細胞發育有關，多種細胞因子和激素的配體-受體偶聯作用可以激活STAT5a和STAT5b，如生長激素、促紅細胞生成素、催乳素和幾種白細胞介素等，激活的STAT5蛋白則會導致腫瘤的發生[7]。JAK分子與STAT分子在細胞內通過與受體相結合完成從胞質到胞核的信號轉導。當細胞因子與受體結合后，受體結構發生改變，形成二聚體，使胞質內的JAK分子活化。受體酪氨酸殘基與活化后的JAK分子相結合并發生磷酸化，STAT分子則結合到受體復合物的酪氨酸磷酸化位點，進而發生酪氨酸磷酸化。磷酸化的STAT分子與受體分離，兩相聚集形成STAT二聚體，并轉移至核內，使目的基因的轉錄效率迅速提高[3]。

2 JAK/STAT信號通路在T-ALL中的作用機制

JAK/STAT信號通路參與細胞增殖、分化、凋亡以及自身調節等過程，在腫瘤的發生中起到重要作用[2]。在生理狀態下，JAK/STAT信號通路受到嚴密的基因調控，然而異常的JAK/STAT通路激活可以引起血液系統腫瘤在內的多種腫瘤的發生。近年來，JAK/STAT信號通路異常激活在T-ALL中的作用被研究者所重視，結構性激活的JAK/STAT信號通路導致白血病細胞的不受控增殖，并與不良預后有關[8]。

JAK/STAT信號通路在造血過程中起著關鍵作用。JAK1突變發生在近20%的T-ALL病例中，攜帶有JAK1突變的白血病細胞特征是JAK信號正向調控的基因轉錄上調[9]。Dawson等[10]研究表明，突變的JAK2可以使異染色質蛋白1α(heterochromatin protein 1 alpha，HP1α)與磷酸化組蛋白H3解離，致使Lmo2等原癌基因表達上調，進而導致T-ALL的發生。STAT3是參與惡性腫瘤轉化的重要轉錄因子，上調腫瘤相關基因如Bcl-2、c-Myc、Notch-1等，促進癌細胞增殖[11]。STAT5的關鍵作用之一是支持T細胞組蛋白乙?；图谆倪^程，STAT5a和STAT5b是STAT5的兩個信號轉導子和激活子，也是細胞因子和生長因子的下游靶點，STAT5b在T細胞亞群中的表達高于STAT5a，正常表達的STAT5b可以通過促進T細胞亞群的分化發揮抗腫瘤作用。STAT5b的突變是淋巴系統惡性腫瘤的直接驅動因素，其突變體的表達觸發了以CD8+T細胞過度增殖和侵襲為特征的白血病發生[12]。早期前體T細胞急性淋巴細胞白血病(early T-cell precursor acute lymphoblastic leukemia,ETP-ALL)是急性T淋巴細胞白血病的一種高危亞型，具有獨特的免疫表型和基因組特征。Goossens等[13]在研究中提示，在ETP-ALL中，JAK/STAT信號通路被異常激活。與非ETP-ALL相比，ETP-ALL樣本中磷酸化(p)STAT5的水平升高。有趣的是，無論JAK突變狀態如何，在大多數樣本中都觀察到了JAK/STAT通路的激活[13]。Dolai等[14]的工作也證明了這一點，他們通過對ETP-ALL磷酸化酪氨酸圖譜和p-STAT蛋白分析發現，JAK1、STAT5和STAT3的磷酸化水平均高于非ETP-ALL小組。其中JAK1位點pY1034的輕型與重型比率在ETP-ALL中最高，達到了15倍，而與其他非Ph樣樣本相比，ETP-ALL樣本也有較高的JAK1磷酸化比率。

3 JAK/STAT信號通路的異常激活

3.1JAK/STAT信號通路異常激活的上游突變 JAK/STAT通路異常激活的一個顯著上游突變是白細胞介素7受體(interleukin 7 receptor,IL-7R)的異常表達，IL-7R的異常表達已被證明在超過70%的T-ALL中驅動致癌程序[15]。IL-7R主要表達于淋巴樣細胞，是T細胞正常發育和維持成熟T細胞內環境穩態所必需的[16]。T-ALL中JAK/STAT高激活的機制包括非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶2(protein tyrosine phosphatase non-receptor type2，PTPN2)突變和缺失所導致IL-7R的細胞因子反應性增強，以及動力蛋白2(dynamin2，DNM2)功能喪失突變所導致的籠蛋白依賴性IL-7R內吞作用的削弱，從而增加了受體表達水平，導致IL-7R信號增強[17]。IL-7Rα胞漿尾部的JAK1和JAK3活化、反式磷酸化和隨后的酪氨酸殘基磷酸化啟動，構成了效應分子STAT5的對接位點[16]。反之，JAK/STAT信號通路異常激活負調控IL-7R和白細胞介素4受體，加速白血病的進展，這與組蛋白賴氨酸N-甲基轉移酶2A[Lysine(K)-Methyl Transferase 2A，KMT2A]基因重排有關，其低水平增強了T-ALL的JAK/STAT信號轉導。KMT2A屬于KMT2家族，其中包括5個成員(KMT2A-E)，其對于細胞的維持、發育和分化至關重要。KMT2A基因重排主要是染色體易位，與ALL和急性髓系白血病的發生有關[18]。有研究表明，在IL-7持續存在的環境下，CK2和JAK/STAT信號通路之間存在串擾，這有助于白血病細胞的存活和增殖[19]。

3.2JAK/STAT信號通路異常激活的下游突變 JAK/STAT信號通路的異常激活可以引發多種下游轉導信號，如細胞因子信號傳導抑制因子(suppressor of cytokine signalling，SOCS)、活化STAT的抑制蛋白(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)、 Zeste12蛋白同型化抑制子 (suppressor of zeste 12 protein homolog，Suz12)和PIM1等異常激活和表達，從而促進T-ALL的發生發展。

JAK1/3與PTPN2缺失有協同作用，通過增加細胞因子敏感性和激活JAK/STAT信號通路引起致癌基因突變，從而促進白血病細胞的增殖[20]。JAK2信號通路通過正向和負向兩種方式對下游信號進行調控。正向調控機制通過干擾素(interferon，INF)、生長因子(growth factor，GF)、集落刺激因子(colony-stimulating factor，CSF)、白細胞介素、腫瘤壞死因子(tumour necrosis factor，TNF)和趨化因子(chemotactic factor，CF)等細胞因子與相應受體結合并與JAK2相互作用而激活，以磷酸化的酪氨酸為靶點，形成STAT二聚體進入胞核，發揮轉錄因子活性，促進增殖相關基因表達上調[21]。負調控機制包括SOCS家族和PIAS家族，其中SOCS以負反饋環的形式調控JAK介導的基因表達，活化的JAK激活STAT的同時誘導SOCS表達；而SOCS的表達產物反過來又抑制JAK信號通路[22]。

Degryse等[23]的工作則比較了雙突變體JAK3(M511I-A572T)和JAK3(M511I-A573V)與單突變體的信號轉導特性。當這些蛋白在293T細胞中與IL-7R一起表達時，雙JAK3突變體的STAT5磷酸化明顯強于單個JAK3突變體，因此可以判斷，獲得額外的JAK3突變是T-ALL進展過程中增加JAK/STAT信號的另一種機制[23]。而Broux等[24]觀察到Suz12的失活和JAK3基因突變之間存在很強的協同作用，在小鼠骨髓移植模型中，Suz12失活或JAK3單獨作用均可引起T-ALL，而兩者共同作用則可顯著縮短疾病潛伏期。Suz12是多梳抑制復合物2(polycomb repressive complex 2，PRC2)的核心組成成分，負責編碼H3K27me23組蛋白標記，與基因抑制有關。

研究顯示，在NUP214-ABL1/TLX陽性(NA+TLX1)白血病細胞中，JAK/STAT信號通路基因顯著上調。STAT5通過與T細胞白血病同源盒1(T-cell leukemia homeobox 1，TLX1)共同結合，選擇性地增加了增強子區域的可及性，并在MYC基因增強子處驅動一個前饋回路，從而導致致癌靶點的激活[1]。最近的基因組學研究顯示，約20%的T-ALL患者攜帶核糖體蛋白(ribosomal protein，RP)基因RPL5、RPL10、RPL22或RPL11的體細胞缺陷。蛋白質組學數據的GSEA分析結果表明，RPL10第98位(R98S)存在精氨酸到絲氨酸突變，在RPL10 R98S+細胞上調的蛋白質中，JAK-STAT信號通路表達上調。在表達細胞因子的RPL10 R98S+細胞中，JAK、STAT3、STAT5以及細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)和Akt的磷酸化持續增強且持續時間更長，而一般的酪氨酸磷酸化沒有增加[25]。另外，Ribeiro等[26]研究證實，JAK/STAT的異常激活導致了PIM1的高水平表達，PIM1是具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的原癌基因PIM家族成員，是JAK/STAT信號通路的最終靶點，其過表達和造血細胞惡性轉換有密切關系。

4 靶向JAK/STAT信號通路治療T-ALL

4.1單獨治療 JAK抑制劑(如Ruxolitinib)和表觀遺傳藥物可單獨應用于治療JAK/STAT信號通路相關基因突變的患者[27]，Ruxolitinib是一種三磷酸腺苷類似物，主要抑制JAK 轉導途徑，通過競爭性結合JAK1/2結構域上的ATP 結合位點實現對JAK 活性的抑制作用。Senkevitch等[28]在研究中表明，Ruxolitinib能有效地抑制體外培養的D1_hIL7RP1細胞的增殖和活化，延長RAG1-/-小鼠的存活時間，減輕白血病負擔，證實了Ruxolitinib作為單一療法有抗白血病作用。在最近的研究顯示Ruxolitinib可能優于以單一細胞因子為靶點的治療策略。這是由于JAK是許多細胞因子受體下游的一個共同信號節點，可以同時抑制多種細胞因子活性的能力[29]。

4.2聯合治療 JAK/STAT信號通路抑制劑和其他藥物的聯合應用具有更廣闊的開發潛力。已經知道STAT5、MYC和TLX1協同激活與增殖和生存相關的關鍵靶基因，其中STAT5和TLX1占據了增強子區域，并且MYC是STAT5/TLX1復合物的重要組成部分，抑制增強子活性和(或)MYC的表達可能會提供更好的治療機會。有研究表明溴化結構域和末端外結構域蛋白(bromodomain and extra-terminal domain proteins，BET)抑制劑JQ1聯合Imatinib具有協同抗白血病作用，可以治療表達NUP214-ABL1/TLX1的T-ALL細胞株和表達NUP214-ABL1/TLX1的人T-ALL異種移植瘤，改善相關T-ALL患者樣本的治療反應，并可能成為NUP214-ABL1陽性患者的可行治療選擇[1]。

下游STAT轉錄靶點的抑制劑，如PIM抑制劑AZD1208和TP-3654[29-30]也可用于與靶向JAK/STAT依賴性白血病相關的治療。但值得注意的是，單純通過抑制JAK激活來緩解骨髓造血細胞發育異常的臨床實驗表明，使用這些藥物不能達到酪氨酸激酶抑制劑在慢性髓性白血病中觀察到的開創性療效[31]。因此，針對T-ALL的JAK/STAT信號轉導藥物的臨床前評估應向合理設計的聯合治療方案發展。JAK/STAT信號通路抑制劑和Aurora激酶B(Aurora kinase B，AURKB)抑制劑的聯合應用顯示出相應的開發潛力。有研究發現，Ruxolitinib和AZD1152(一種AURKB特異性抑制劑)的聯合治療能顯示出相加效應，這一發現支持了STAT5異常表達的T細胞對AURKB抑制敏感的假設。雖然AZD1152處理不影響STAT5磷酸化，但它有效地抑制了表達hSTAT5BN642H的T細胞中的AURKB活性[12]。而Degryse等[32]最近則報道了JAK3抑制Tofacitinib和BCL2抑制劑ABT-199在JAK3mutPDX樣品中的體內協同活性。此外，根據T-ALL中IL-7R/JAK/STAT和MEK/ERK信號之間可能的相互作用，這些研究者還發現應用Tofacitinib與絲裂原活化蛋白激酶激酶(Mitogen-activated protein kinase，MEK)抑制劑Selumetinib和Trametinib體外處理JAK3mutPDX細胞時具有協同作用[32]。

4.3IL-7R靶向治療 鑒于約70%T-ALL患者的原始細胞表達IL-7R并對IL-7有很高的反應頻率，并且大約10%的患者表現出與高復發風險相關的IL-7R功能增益突變[33]，IL-7/IL-7R在T-ALL中的靶向治療值得注意。

一個策略是抑制特定的下游信號元件。有研究者已經獲得這個方向體外和體內的臨床前數據，表明臨床期的JAK小分子抑制劑能夠殺死IL7R突變和IL-7依賴的細胞[16,34]。值得注意的是，糖皮質激素耐藥T-ALL細胞的一部分對IL-7有強烈的JAK/STAT信號誘導作用，去除IL-7或用Ruxolitinib治療可使白血病細胞對糖皮質激素敏感[35]。

由于IL-7/IL-7R觸發的信號轉導導致BCL2的上調，而BCL2是IL-7介導的T-ALL細胞生存所必需的，因此使用BCL2抑制劑的臨床治療也構成了阻止白血病進展的一種有效策略[28]。在這方面值得一提的是，JAK3突變的T-ALL細胞磷酸化蛋白質組圖譜顯示其對體外和體內PI3K/AKT、RAS/MAPK或其他突變的下游信號通路的調節，對JAK1/3抑制劑Tofacitinib和BCL2抑制劑Venotclax的聯合處理比單獨使用每個抑制劑顯示出更高的敏感度[32]。值得注意的是，一種新的針對野生型和突變型IL-7α的單克隆抗體B12最近被開發出來，并在注射D1IL-7R突變細胞的RAG1-/-小鼠體內顯示了強大的抗白血病作用[36]，這為臨床治療T-ALL提供了新的思路。

4.4中藥治療 中藥抗白血病受到研究者的重視。姜黃素(Curcumin)是一種傳統中藥成分，來源于姜黃的干燥根莖。姜黃素應用于T-ALL可明顯降低JAK3、STAT3和STAT5等蛋白的磷酸化，從而通過抑制JAK/STAT 信號通路來達到促進白血病細胞凋亡的目的，產生抗白血病作用[37]。青蒿琥酯(Artesunate)是青蒿素的衍生物，有研究表明，青蒿琥酯在急性早幼粒細胞白血病及急性淋巴細胞白血病中抑制STAT1蛋白表達，并誘導細胞凋亡[38]。此外，白芍總苷、連翹酯苷、六味補氣膠囊及去甲斑蝥素等多種中藥對JAK/STAT信號通路也具有抑制作用。

5 展望

綜上所述，JAK/STAT信號通路的異常激活在T-ALL的發生發展中起到重要作用，抑制該通路的異常表達是治療T-ALL的有效方法。為了減少類固醇藥物耐藥和單藥療效不理想問題，JAK/STAT雙重或多重抑制劑的聯合應用成為值得重視的問題。雖然JAK/STAT信號通路在腫瘤中的致癌機制已經得到了大量闡述，但其在T-ALL中的作用機制尚未完全闡明，進一步深入研究這一作用機制對T-ALL的臨床治療、預后、復發和耐藥具有重要的指導意義。