STAT1在乳腺癌中作用機制的研究進展

石媛媛，趙 楊，劉賽璇，申興斌

(承德醫學院附屬醫院病理科，河北承德 067000)

乳腺癌是全球三大最常見癌癥之一，也是女性有關癌癥死亡的主要原因。由于公眾的密切關注對乳腺癌的識別和篩查產生了積極影響，治療上也取得了長足進展，避免過度治療和治療不足已成為一個焦點，治療方法需要在多學科背景下確定，同時還要考慮分子亞型和局部腫瘤負荷。近年來，信號傳導及轉錄激活蛋白（signal transduction and activator of transcription, STAT）在腫瘤中的應用受到了廣泛關注，它們參與腫瘤的發生發展，包括細胞增殖和凋亡、細胞周期進展、血管生成、腫瘤細胞的轉移以及免疫逃逸等過程。STAT1 可能與腫瘤的侵襲性生物學行為相關[1]，在不同腫瘤或者同種腫瘤的不同階段具有差異性表達，推測腫瘤細胞會根據特定的遺傳背景選擇性激活或抑制STAT1 的表達[2]。本文對STAT1 在乳腺癌中主要的促癌和抑癌功能及其機制進行概述。

1 STAT1 結構及功能

1.1 STAT1 蛋白的結構

STAT 是一類參與細胞信號傳導的轉錄因子家族，它的激活在細胞增殖和細胞免疫過程中發揮重要作用，而過度激活或缺失則會導致包括腫瘤在內的多種疾病的發生。STAT 家族現有7個成員，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6，其中STAT1 最早被發現。

STAT1 基因位于1號染色體上，分子量為9l kDa。它包括6個功能區，分別是：（1）氨基端區，作用于蛋白與蛋白之間，能夠促使STAT 形成穩定的STAT-DNA 結合結構域；（2）卷曲螺旋區，在受體結合、酪氨酸磷酸化和核轉運等方面發揮重要作用；（3）DNA結合結構域，決定了STAT的DNA 序列的特異性；（4）Linker 結構域，參與了STAT1在細胞核與細胞質的循環過程；（5）SH2 功能區，參與調節STAT 同源或異源二聚體的形成，并協助JAK發揮作用；（6）轉錄激活區，參與其他轉錄因子之間的相互作用[3]。

1.2 STAT1 蛋白的功能

大量證據表明，活化的STAT1可以抑制腫瘤細胞生長和血管生成，促進腫瘤細胞凋亡，并參與調節細胞周期和細胞分化、激活免疫反應等[4]，通過這些過程在一些腫瘤中發揮抑癌作用，如原發性肝癌[5]、非小細胞肺癌[6]、胰腺癌[7]及食管癌[8]等。STAT1 發揮抑癌作用的機制有以下幾種：（1）抑制腫瘤細胞增殖和轉移；（2）抑制血管生成；（3）STAT3 的組成型激活（可能存在相互交叉調節）。

同時，在人類惡性腫瘤中也檢測到異常STAT1 激活，如乳腺癌、頭頸癌和淋巴瘤等。與癌組織中STAT1低表達水平的患者相比，高表達的患者預后更差。STAT1 促進腫瘤發生的機制有以下幾種：（1）賦予腫瘤細胞干細胞特性；（2）促進腫瘤細胞免疫逃避；（3）STAT1 β 表達的增加。

1.3 JAK-STAT 信號通路

STAT 是JAK-STAT 信號通路上的一個重要成員，此途徑分為3個階段，即受體激活、信號傳導和靶基因表達。通常情況下，STAT 以非活性形式存在于胞質中，細胞可通過跨膜受體感知外界環境。細胞因子等配體與特定的細胞表面受體相結合，誘導受體發生二聚化，并激活受體相關性JAK。受體上的酪氨酸被活化的JAK 磷酸化后，為STAT 提供了停靠位點，在胞質中招募相應的STAT 成員與其結合，STAT 也被JAK磷酸化，進而通過SH2結構域的相互作用形成STAT 二聚體，活化的二聚體與受體解離并遷移到細胞核中，識別并結合靶基因啟動子的特異性DNA，進而調控特定基因的表達[9]。完成特異性信號傳導后，STAT 成員將會被一種未知的酶去磷酸化，并返回胞質中。

2 乳腺癌

乳腺癌是一種異質性疾病，根據不同基因的表達特點可以分為4個亞型：Luminal A 型、Luminal B型、HER2過表達型和基底樣型（BLBC）。其中，BLBC 的ER、PR、HER-2 均為陰性，因此也叫三陰性乳腺癌，它的增殖、侵襲和遷移能力很強，對化療易耐藥，預后最差[10]。傳統手術已不再是所有乳腺癌患者的最佳選擇，如在HER2 陽性早期乳腺癌中，新輔助治療已成為第一選擇。根據臨床腫瘤亞型的不同，主要治療包括內分泌治療、抗HER2靶向治療、化療、放療以及聯合治療，并已取得很好的成果。然而，對于侵襲性乳腺癌表型（如三陰性乳腺癌），治療策略的改進和新療法的開發對于更有效的治療是必要的。

3 STAT1 在乳腺癌中的作用

越來越多研究提示，STAT1 在乳腺癌中通過不同途徑發揮不同作用，既可以通過賦予腫瘤細胞干細胞特性、促進腫瘤細胞發生免疫逃逸等方式來促進乳腺癌的發生和發展，又可以通過抑制腫瘤細胞增殖、轉移以及抑制血管生成等方式來抑制乳腺癌的進展。由此看來，STAT1在乳腺癌中的具體功能及其作用機制存在一定的爭議性，以下我們將討論并總結STAT1 在乳腺癌中的主要作用及其機制，有望為進一步研究提供新思路。

3.1 STAT1 賦予乳腺癌細胞干細胞特性

腫瘤干細胞(cancer stem cells, CSCs)是具有自我更新、分化和腫瘤起始能力的罕見腫瘤細胞群體，對化療和放療具有高度耐受性。STAT1 作為腫瘤激活因子，可以賦予腫瘤細胞干細胞特性，為腫瘤細胞提供致瘤和轉移的優勢[11]。磷脂爬行酶1(phospholipid scramblase 1, PLSCR1)是一種Ca2+結合的棕櫚?；疘I型膜蛋白，可遷移至細胞核與基因組DNA 序列結合，調控基因表達。有研究表明，PLSCR1 與乳腺癌患者的分期、轉移和預后有密切關系。PLSCR1 的磷酸化修飾可以促進其核移位，并與STAT3在細胞核內相互作用，進而結合到STAT1 的啟動子區調控STAT1 的表達。PLSCR1 和STAT1 在基底樣型乳腺癌細胞中的表達顯著高于其他亞型，且STAT1 的表達隨著PLSCR1 敲減而明顯下降。這些數據提示，PLSCR1 可以通過激活STAT1 賦予乳腺癌細胞CSC 特性，來促進基底樣型乳腺癌的發展[12]。

然而，酪氨酸69和74位的突變顯著降低了PLSCR1 與STAT3 的結合，進而影響STAT3 在STAT1 啟動子區的結合，表明了PLSCR1 的Tyr 69/74 磷酸化在STAT3 誘導的STAT1 激活中的關鍵作用。因此，在基底樣型乳腺癌細胞中，以PLSCR1 作為靶點，抑制STAT1 介導的CSC 特性，從而抑制腫瘤細胞的生長和分化，為基底樣型乳腺癌的治療提供了一種參考依據[11]。

3.2 STAT1 促進乳腺癌細胞免疫逃逸

STAT1 作為機體免疫信號的重要調節因子，不僅可以激活免疫系統，在限制免疫方面也起重要作用。機體炎癥具有自限性，STAT1 在炎癥后期會抑制免疫反應，防止過度活躍的免疫對機體組織產生破壞。逃避抗腫瘤免疫被認為是癌癥發生、發展的典型途徑，腫瘤細胞經常表達多種分子，使其能夠逃離宿主的免疫系統。Moore[13]和Tymoszuk[14]等采用同基因移植小鼠晚期乳腺癌模型進行研究，證明了STAT1 過表達可以促進腫瘤的侵襲性生長，而敲除STAT1 可明顯地阻止腫瘤的進展。同樣，在人類乳腺腫瘤組織中，STAT1 表達水平高的患者比STAT1 表達低的患者死于乳腺癌的風險更高[15]。

一方面，IFN-γ-STAT1 的炎癥級聯反應是調節免疫平衡的關鍵通路[15，16]。IFN-γ 可以通過JAK-STAT1-IRF-1 級聯激活，誘導腫瘤表達免疫檢查點配體[17]。細胞程序性死亡-配體1（programmed cell death 1 ligand 1, PD-L1），是一個重要免疫檢查點，是一種抑制T細胞效應子功能的蛋白，由CD274 基因編碼，可以降低CD8+T 細胞的增生，傳導免疫抑制的信號。既往研究表明，乳腺癌中pSTAT1 與PD-L1 表達位置相似，且表達具有相關性。IFNγ 刺激激活pSTAT1，pSTAT1 通過STAT1-IRF1-PDL1 通路級聯上調PD-L1 的表達，從而抑制腫瘤微環境中T 細胞的抗腫瘤功能，以此來促進乳腺癌的進展[18]。此外，乳腺癌細胞中STAT1 和STAT3 的單獨抑制會部分下調PD-L1，而聯合抑制會完全下調PD-L1 表達。這是因為pSTAT1-pSTAT3 在胞質溶膠中形成二聚體，易位至細胞核，與PD-L1 啟動子結合并誘導PD-L1 表達。所以，PD-L1 表達的上調取決于STAT1 和STAT3 聯合激活。這些發現為STAT1 和STAT3聯合靶向開發下調PD-L1 表達的治療方法提供了理論依據[19]。

另一方面，在人類乳腺腫瘤組織中，從導管原位癌進展到浸潤性乳腺癌，這一過程與CD33+的骨髓細胞增殖補充有關，而這種細胞是由其他髓源性抑制細胞（MDSCs）發展而來。更具體地說，MDSCs 可以抑制抗腫瘤T細胞反應，而STAT1 的表達直接補充了腫瘤微環境中的MDSCs，使其在癌癥進展過程中聚積，導致腫瘤浸潤的CD4+和CD8+T 細胞數量顯著減少，從而促進腫瘤的免疫逃逸[20,21]。綜上所述，STAT1 可以通過抑制腫瘤微環境中T 細胞的募集和抗腫瘤功能來促進乳腺癌的演變，因此，特異性STAT1 抑制劑可能會阻斷腫瘤細胞招募MDSCs的能力以及MDSCs 的免疫抑制活性。

3.3 STAT1 抑制腫瘤細胞增殖

正常狀態下，STAT1 以非活性狀態游離于胞質中，激活后形成磷酸化二聚體迅速入核，并結合在DNA序列上[15]。pSTAT1 僅在激活后的數小時內能被檢測到。有研究表明，pSTAT1 高表達能夠維持腫瘤細胞的休眠，即細胞周期停滯在G0/G1 期，既不凋亡也不衰老，能量消耗減少，對刺激物的反應減弱[22]。IDO-Kyn-AhR 通路已被證明可驅動腫瘤細胞的休眠[23]，而該途徑可以直接受到pSTAT1 調節，pSTAT1 迅速上調IDO 表達，隨后升高Kyn水平并激活AhR，通過p27 觸發G0/G1 細胞周期停滯和腫瘤細胞休眠，以此來抑制乳腺癌細胞的增殖。此外，STAT1 的抗腫瘤作用與其在乳腺上皮內的細胞固有特性明確相關。有研究發現，STAT1 缺陷使乳腺上皮細胞增殖，某些情況下能夠填充腺泡腔，導致乳腺上皮內瘤變，進而發展為癌前病變[24]。由此表明，STAT1 具有抑制乳腺上皮細胞增殖的能力。

3.4 STAT1 抑制血管生成和腫瘤細胞轉移

近年來，國內外研究表明，STAT1 通過抑制血管生成和腫瘤細胞轉移的方式來抑制乳腺癌的發生和發展。Klover[25]和Raven[26]等學者從不同角度出發，通過敲除和未敲除STAT1 的小鼠模型進行研究，發現STAT1 敲除組的小鼠形成腫瘤的時間顯著短于STAT1 未敲除組的小鼠，提示STAT1 可以推遲乳腺腫瘤發生的時間，進而證明了STAT1 在乳腺癌的形成過程中通過調控血管生成和腫瘤轉移起到了抑制作用。同樣，劉雨欣等[27]利用免疫組化技術檢測人的乳腺腫瘤中STAT1 的表達水平，發現其在乳腺癌組織中的強陽性率顯著低于良性腫瘤組織，這一結果與Klover 和Raven 的實驗結論相同。

一方面，STAT1 可以通過調控血管生成途徑來抑制乳腺癌的發生和發展。血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是腫瘤內皮細胞增殖的主要生長因子，不僅能夠誘導血管形成來促進腫瘤生長，還能增強血管通透性來促進腫瘤的轉移[28]。Ma 等[29]在實驗中證明了STAT1 通過下調VEGF 的表達來抑制血管內皮生成。同樣，一項體外實驗表明，STAT1 過表達后，促血管生成分子表達降低，如VEGF 和堿性FGF，從而抑制腫瘤的發生和發展[30]。

另一方面，STAT1 可以通過調控腫瘤細胞的轉移能力來抑制乳腺癌的進展。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）是一種降解細胞外基質的酶，在細胞外基質的降解和基底膜糖蛋白的分解過程中發揮關鍵作用。在腫瘤轉移過程中，腫瘤細胞與胞外基質表面受體相結合，直接產生MMPs 或者促進宿主細胞分泌MMPs，局部降解細胞外基質，誘導腫瘤細胞轉移至機體周圍組織中[31]。STAT1 過表達后，腫瘤細胞發生凋亡，MMP-2、MMP-9 的表達也顯著降低[30]，進一步表明STAT1可以抑制腫瘤細胞發生轉移。

3.5 STAT1 與STAT3 在乳腺癌中的交叉調節作用

Gujam 等[32]發現，STAT1 和STAT3 與腫瘤細胞在腫瘤微環境中具有復雜的相互調節作用，調節不同的基因表達。STAT3 是STATs 家族中的另一個關鍵因子，其功能的喪失會導致早期胚胎致死和腫瘤細胞增殖的抑制，表明其作為腫瘤促進劑的重要作用，被認為是乳腺上皮細胞生長和增殖的關鍵因子[33,34]。Magkou 等[35]報道了原發性乳腺癌組織中STAT1 通過上調Caspase 3 的表達來誘導細胞凋亡，提示STAT1 在乳腺癌中發揮腫瘤抑制作用。在乳腺癌組織中，激活的STAT1 可以抑制STAT3 的DNA 結合能力和下游基因的表達，同時可以促進STAT1-STAT3異二聚體的形成，從而下調STAT3 的表達和活性。同時，STAT3 下調增加了STAT1 的磷酸化和轉錄激活。這就說明了STAT1 和STAT3 在乳腺癌中存在交叉調節的作用，下調STAT3 或上調STAT1 可能為治療乳腺癌提供一種新思路[33]。

4 問題與展望

STAT1 在腫瘤形成中的作用是復雜的，它的功能不限于腫瘤細胞，而是擴展到腫瘤微環境的不同部分[36]。通過研究小鼠模型、人類乳腺癌組織標本及其相應的乳腺癌細胞系，探討STAT1 在乳腺癌發生和進展中的作用，其中部分調控機制已被闡明。但不可忽視的是，STAT1在乳腺癌中的作用取決于多種因素，如腫瘤類型、病理學類型以及致癌性突變等，國內外研究結果也存在一定的爭議，仍有許多問題亟需解決。

STAT1 的作用機制多種多樣，這表明還有其他信號傳導途徑參與乳腺癌的發生發展，可將此作為突破口進行更多的研究，來確定STAT1 在乳腺癌中的作用及其機制，進而尋找更有效的治療方式，提高治愈率，減輕患者的痛苦。綜上所述，STAT1 可以作為乳腺癌治療的一個潛在作用靶點，有望成為一種有前途的提高治療效果和減弱耐藥性的新療法。