STAT5與兒童急性淋巴細胞白血病關系的研究進展

段一菲 綜述 文飛球 審校

（中國醫科大學深圳市兒童醫院血液腫瘤科，廣東深圳 518000）

急性淋巴細胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）是兒童最常見的惡性腫瘤，約占兒童癌癥的27.3%［1］，經濟水平、種族等因素會影響療效［2］，ALL在發達國家生存率高于90%［3］，在國內北京、上海、廣州等地區生存率較高。耐藥率的增加是ALL患兒復發及死亡的主要原因［4］。信號轉導和轉錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）家族是存在于胞漿內的轉錄因子，包括STAT1~STAT6，其中STAT5的異常激活與白血病等惡性腫瘤密切相關。目前，STAT5已被確定為ALL發生發展的關鍵調控因子，是治療兒童ALL的重要靶點之一［5］。因此，本文對STAT5與兒童ALL的關系及其對治療和預后的影響進行總結，旨在為提高ALL患兒生存率提供新思路。

1 STAT5概述

STAT5包括STAT5A和STAT5B 2種亞型，它們分別由緊密相關的染色體并列基因5A和5B編碼，聚集在人類17號染色體上，具有96%的序列同源性。STAT5有6個功能性結構域：N-末端相互作用結構域、卷曲螺旋結構域、DNA結合結構域、連接結構域、Src同源2（Src homology 2，SH2）結構域和C-末端轉錄激活結構域，其功能分別為：N-末端相互作用結構域使未活化的STAT5組成同源二聚體，在入核轉運過程中協同DNA結合結構域結合到增強子GAS上；卷曲螺旋結構域提供大量親水表面以便于聯結調節因子；DNA結合結構域直接結合GAS；連接結構域可阻止自身磷酸化，使STAT5與DNA穩定結合；SH2結構域與細胞因子受體酪氨酸磷酸化特異性結合，決定細胞因子結合的特異性；C-末端轉錄激活結構域介導不同的轉錄調節［6-7］。正常狀態下，STAT5的活化依賴于酪氨酸磷酸化，其活化狀態與去磷酸化失活狀態維持動態平衡，在促進細胞增殖、參與細胞自我更新、逃避細胞凋亡、誘導血管生成、增強腫瘤細胞侵襲能力和抑制抗腫瘤免疫等過程中發揮重要作用［8］。STAT5過度表達或持續激活時上述平衡被打破，可誘發多種惡性腫瘤［9］。

2 STAT5在ALL發病中的作用

2.1 STAT5影響造血細胞分化

STAT5作為各類細胞因子和生長因子受體的下游關鍵信號，在造血過程中發揮作用，可影響淋巴-髓系發育［10］。在細胞因子與其受體相互作用時，STAT5被白細胞介素-7（interleukin-7，IL-7）等細胞因子激活［11］，進而激活JAK/STAT信號轉導通路，導致STAT5磷酸化［12］。STAT5的活化有利于T淋巴細胞和B淋巴細胞分化［13］，可加速白血病細胞擴增［14-15］。

2.1.1 STAT5促進B淋巴細胞的分化 IL-7/STAT5信號傳導在早期祖B細胞的生長和分化中起至關重要的作用，它通過JAK/STAT和磷脂酰肌醇3激酶途徑發出信號，在B細胞受體（B cell receptor，BCR）重排前促進B淋巴細胞增殖和存活［16］。研究表明，抑制小鼠體內IL-7/STAT5信號傳導會阻礙其早期前B細胞發育，說明白細胞介素-7受體（interleukin-7 receptor，IL-7R）的突變可能會抑制前BCR通路導致B淋巴細胞發育異常，這一結果可使STAT5異常活化，最終促進白血病轉化［17］。Katerndahl等［18］通過染色質免疫共沉淀和二代測序技術發現STAT5抑制前B細胞受體（pre-B cell receptor，pre-BCR）信號通路來促進白血病轉化，該過程與pre-BCR信號轉導所需的基因編碼產物表達失調有關，主要在于活化的STAT5與下游轉錄因子NF-κB1、IKAROS等pre-BCR信號通路成分的缺陷存在協同作用，該實驗結果表明正常B細胞分化過程中與NF-κB相關腫瘤抑制通路調節有關的基因，與STAT5結合后會激活STAT5進而促進祖B細胞增殖，證明了STAT5和pre-BCR/NF-κB/IKAROS通路之間的失衡會誘導B系急性淋巴細胞白血病（B cell acute lymphoblastic leukemia，B-ALL）的進展，且STAT5表達水平越高，患兒預后越差。

2.1.2 STAT5促進T淋巴細胞的分化 STAT5是IL-7R/JAK信號轉導通路的下游效應因子之一，其激活突變位點為SH2結構域和反式激活域，可促進生長因子的非依賴性增殖。有學者通過研究指出，具有STAT5B基因突變的原發性T系急性淋巴細胞白血病（T cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL）患兒，其5年累積復發率高于STAT5B基因野生型患兒（P<0.05）［19］。持續存在的STAT5信號可誘導腫瘤特異性CD4+T細胞的全基因組轉錄和表觀遺傳重構，賦予細胞多功能性、抗耗竭性和腫瘤浸潤能力［20］，進而誘導CD4+T-ALL。另一方面，IL-7R介導的STAT5信號傳導可上調轉錄因子RUNX3、BCL-2和MCL-1的mRNA表達，繞過T細胞受體信號傳導直接誘導CD8+T細胞分化［21］。該實驗通過在轉基因小鼠的造血系統中檢測STAT5變體的活性水平證明了STAT5變體異常活化的小鼠體內T細胞瘤變也會增多，進而使效應和記憶CD8+T細胞大規模擴增和破壞性腫瘤浸潤，表明STAT5可能誘導CD8+T-ALL的發生發展。

2.2 STAT5促進白血病細胞增殖

STAT5通過JAK/STAT信號轉導通路促進ALL患兒白血病細胞增殖［22］。JAK分子與STAT分子在該通路中通過與受體結合的形式完成信號轉導，而STAT5作為JAK2下游最重要的信號蛋白，已被證明與造血過程密切相關［23］。細胞跨膜蛋白的胞外受體與細胞因子結合后使受體結構改變形成二聚體，其寡聚作用可反式激活胞質內的JAK2，活化的JAK2與受體的酪氨酸殘基結合后磷酸化，從而為STAT5提供酪氨酸磷酸化位點。細胞質中磷酸化的STAT5與受體分離后以STAT5二聚體的形式進入細胞核，進而與靶基因的特異性增強序列結合，誘導靶基因轉錄，極大地提高了轉錄效率［24］，有利于白血病細胞增殖。

此外，STAT5可促進Ph染色體陽性急性淋巴細胞白血病（Philadelphia chromosome-positive acute lymphoblastic leukemia，Ph+ALL）腫瘤細胞的生長和增殖。Ph+ALL屬于一種預后極差的ALL高危亞型，約占兒童ALL的3%~5%［25］。Minieri等［26］通過下調已注射Ph+ALL細胞的免疫缺陷小鼠體內STAT5的表達，證明抑制STAT5表達可顯著降低白血病細胞的生長、增殖和集落形成，誘導細胞凋亡，并顯著延長其增殖周期。除此之外，他們通過評估Ph+ALL細胞對STAT5及其下游效應因子的表達依賴性，證實STAT5的促生長作用依賴于Bcl-2等下游基因的表達。該結果進一步說明將STAT5及其下游效應因子作為靶點不僅可以規避BCR-ABL1融合基因依賴性酪氨酸激酶抑制劑耐藥的Ph+ALL發病，而且可以抑制STAT5促生長信號激活的BCR-ABL1非獨立機制，進而抑制腫瘤細胞增殖。

2.3 STAT5抑制白血病細胞凋亡

STAT5結構性激活存在于大多數ALL患者的白血病細胞中［27］。利用RNA干擾對STAT5進行基因沉默后，其抗凋亡作用從35%下降到10%［28］，表明STAT5可抑制腫瘤細胞凋亡。在白血病細胞中存在轉錄抑制因子TEL與JAK2形成的TEL-JAK2融合基因，后者可誘導STAT5磷酸化。STAT5抑制其下游的細胞因子信號通路抑制因子的表達，降低其誘導的蛋白酶體在介導易位產物時對TEL-JAK2表達的干擾作用，進而抑制和降解JAKs介導的正常造血細胞的負反饋循環，減少白血病細胞的凋亡。研究表明，癌細胞依靠抗凋亡蛋白來獲得對治療的抵抗力，MCL-1、BCL-2等抗凋亡蛋白會影響ALL的進展［29］。抗凋亡基因Mcl1作為STAT5的直接靶基因，可在早期B細胞階段抑制其凋亡，即STAT5在B-ALL中的致癌功能可能通過抑制腫瘤細胞凋亡來控制白血病細胞的生存［30］。

3 STAT5在ALL治療中的作用

在ALL治療中，基于JAK/STAT信號轉導通路的靶向治療可能會消除致癌驅動因子的功能［31］，近年來成為研制各種藥物抑制劑的熱點之一，小分子JAK抑制劑已開始用于惡性腫瘤性疾病的臨床治療［32］。但STAT不具有酶活性，開發針對STAT的靶向藥物具有挑戰性，目前只有少數STAT5抑制劑可用于臨床開發［33］。STAT5蛋白間的相互作用是治療方面具有可行性的小分子干擾靶點，針對STAT蛋白活性的抑制主要體現在3個方面［34］：（1）抑制肽，它將STAT從上游受體和激酶中隔離出來，阻斷STAT與細胞因子受體的結合；（2）小分子抑制劑，它會阻礙STAT的激活，阻斷STAT的二聚化；（3）寡核苷酸抑制劑，它將STAT從基因組結合位點隔離出來，阻斷STAT聯結DNA。SH2結構域可介導STAT5與受體-酪氨酸激酶復合物的對接，在STAT5磷酸化和活化過程中發揮重要作用，目前國內外針對SH2結構域的STAT5小分子抑制劑研究較廣。

IST5-002作為STAT5酪氨酸磷酸化和二聚化的小分子抑制劑，具有高特異性和低毒性［33］。Minieri等［26］對IST5-002處理前后的白血病細胞集落形成數量進行對比分析后得出它可以抑制STAT5磷酸化，進而抑制腫瘤細胞增殖。此外，匹莫齊特也可與STAT5相互作用［35］。Subramaniam等［36］用細胞熱位移測定法對腫瘤細胞裂解物進行蛋白質印跡分析，結果表明匹莫齊特處理后的腫瘤細胞裂解物中STAT5磷酸化程度顯著下降，同時他們利用分子對接的方式證實了二者的作用位點為SH2結構域。另一方面，溴化結構域蛋白抑制劑JQ1可直接靶向STAT5，降低白血病細胞的組成性STAT5激活［37］。Remke等［38］在檢測暴露于JQ1的人類單核細胞的STAT5磷酸化狀態過程中發現，JQ1可抑制STAT5磷酸化，并且抑制作用隨濃度增高而加強。該結果進一步驗證了JQ1通過抑制STAT5活性來阻止單核細胞衍生的樹突狀細胞成熟，降低了樹突狀細胞誘導T淋巴細胞增殖的能力［39］，其合成物有望用于T-ALL的臨床治療［40］。

4 STAT5對ALL預后的影響

由于部分患兒存在耐藥性，疾病復發是ALL治療過程中的一大難題，靶向抑制STAT5可增強ALL細胞的化療敏感性并抑制其增殖［41-42］，有利于改善預后。端粒酶是由人端粒酶逆轉錄酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）和人端粒酶RNA模板2個亞基組成的復合體。細胞的增殖能力和連續存活高度依賴于端粒酶的表達和端粒長度的維持，而hTERT的再激活和持續表達是促進細胞轉化的關鍵因素，幾乎所有的白血病患兒均可發現端粒酶表達升高［43］。Nogueira等［44］通過實時熒光定量聚合酶鏈式反應評估健康兒童和ALL患兒體內hTERT的基因表達水平的差異，結果表明hTERT在患兒中過度表達并且使患兒總生存率顯著降低，可將其作為影響ALL患兒生存的獨立預后因素。不同的信號通路均可在hTERT的表達過程中發揮作用，JAK2/STAT信號通路可通過增強STAT5的表達來增加hTERT的表達［45］。因此，靶向抑制STAT5及相關信號通路的表達可以阻止hTERT表達，從而使ALL細胞對化療易感，影響患兒的疾病進展和預后。

5 總結及展望

近年來，在血液系統惡性腫瘤中發現了活化的STAT5分子，其在腫瘤發生中的作用涉及促進造血細胞分化、誘導轉錄、抗凋亡和增殖靶基因等方面，影響療效和預后。靶向STAT5在兒童ALL治療中具有可行性，可誘導腫瘤細胞停止增殖并加速其凋亡，提高ALL的治療應答率。盡管STAT5在ALL發病和進展中的作用已有初步論述，但STAT5A和STAT5B的作用差異尚未明確。就目前而言，大部分STAT5抑制劑仍處于臨床前研究階段，降低脫靶率和不良反應是今后STAT5抑制劑臨床應用的重大挑戰。