核转录因子STAT3及其在结直肠癌中的应用价值

李春雨，赵海龙

（中国医科大学附属第四医院肛肠科，沈阳110032）

·综述·

核转录因子STAT3及其在结直肠癌中的应用价值

李春雨，赵海龙

（中国医科大学附属第四医院肛肠科，沈阳110032）

李春雨，教授、主任医师、硕士生导师。现任中国医科大学附属第四医院肛肠科主任、学科带头人。主要学术兼职：中国医师协会肛肠科医师分会常务委员兼副总干事，中国中西医结合学会大肠肛门病专业委员会青年副主任委员，全国医师定期考核肛肠专业编辑 委员会常务委员，辽宁省医学会外科学分会肛肠学组主任委员，沈阳市医师协会肛肠科医师分会主任委员，全国高等学校“十二五”规划教材《肛肠病学》主编，全国高等医药院校大学教材《外科学》编委，《结直肠肛门外科》、《中华结直肠疾病杂志（电子版）》、《中华临床医师杂志（电子版）》、《中国肛肠病杂志》等10家杂志常务编委或编委。研究方向：主要从事结直肠、肛门疾病的临床与基础研究。参与国家自然科学基金课题2项，承担省、部级科研课题10项，在国内、外核心期刊上发表学术论文80余篇。主编全国高等学校“十二五”规划教材《肛肠病学》、《肛肠外科手术技巧》、《实用肛门手术学》、《实用肛肠外科学》、《新编肛肠病学》、《大肠癌名医解答》、《肛肠病名医解答》、《结肠炎名医解答》、《便秘名医解答》等教材、专著12部。获辽宁省科技进步二等奖1项、三等奖3项，沈阳市科技进步三等奖1项。获得国家实用型发明专利3项。先后荣获首届中西医结合优秀青年贡献奖和第三届沈阳市医师奖。

结直肠癌是全世界最常见的恶性肿瘤之一，也是我国大中城市发病率排名高居第二、三位的恶性肿瘤，且其近年来发病率呈上升趋势，严重地威胁了人们的健康和生命，现已采取了手术及放化疗等一系列综合治疗，但其治疗效果仍有待提高［1］。从分子水平上研究结直肠癌的发生、发展和转移，已成为目前结直肠癌研究的热点。信号传导及转录激活因子3（signal transducers and activators of transcription，STAT3）是STATs家族中的一员，广泛表达于不同类型的细胞和组织中，参与细胞生长、增殖、分化和凋亡等多种生理功能的调控，同时其与炎症、免疫以及多种肿瘤的发生、发展和演进密切相关，是一种膜受体介导的核转录因子［2］。研究发现活化的STAT3可导致细胞发生恶性转化，促进其形成肿瘤，已被公认为是一种癌基因。基于STAT3在肿瘤发生机制中的重要功能，发展靶向STAT3的策略正成为肿瘤基因治疗的一个有效途径［3］。本文就核转录因子STAT3在结直肠癌中的应用价值做一综述。

一、STAT3简介

1.STAT3的结构

迄今为止，哺乳动物中已发现的STATs家族成员有7种，STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6。共包含6个功能结构域［4］：N端的氨基酸末端保守序列、卷曲螺旋区、脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）结合域、连接域、SH2结构域和C端的羧基末端转录活化区。各亚型的C端结构域差异较大，可被不同类型的细胞因子激活，从而活化不同的基因［5］。其中STAT3作为STATs家族的主要组成部分，在1994年作为白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）信号传递中的急性期反应因子被分离纯化［6］。编码STAT3的基因位于人类的第17号染色体q（21，31），STAT3是一种存在于细胞质被激活后进入细胞核与DNA结合蛋白，主要有3种异构体：α（相对分子量约为89～92 kDa，为一般所指的STAT3）、β（分子量约为80～84 kDa）和γ，由750～795个氨基酸残基组成，并由STAT3基因编码，受多种细胞因子和生长因子的刺激可致其活化。有研究表明，STAT3和STAT5与肿瘤的关系最为密切［7］。2.STAT3的激活与失活

STAT3存在于细胞质中，主要与细胞因子（如IL-6）、生长因子，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和癌蛋白等多肽类配体相互作用，激发受体的寡聚化或二聚化，通过酪氨酸激酶（Janus kinase，JAK）诱导，STAT3被激活形成磷酸化的STAT3（p-STAT3）。同时，两分子磷酸化的STAT3通过分子间SH2结构域，与酪氨酸残基相互作用触发二聚体化，在胞质内形成STAT3二聚体，从细胞质转位入细胞核，并利用其DNA结合域与目的基因［如D型细胞周期素1（cyclinD1）和凋亡抑制基因，B细胞淋巴瘤/白血病2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）等］特异的启动子区域结合，进而启动下游靶基因的转录，行使基因转录调控的功能，促使细胞周期进展、抑制细胞凋亡和血管生成［8］。这就是经典的JAK/STAT3信号转导途径。它代表一条从膜到核的信号转导系统，是通过受体—酪氨酸激酶—信号转导和转录激活因子—靶基因的激活来实现的。此外，有报道称STAT3可以通过其第727位丝氨酸位点被c-Jun氨基末端激酶（c-jun-NH2-kinase，JNK）磷酸化而激活［9］。STAT3活化的其他途径包括Ras—丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）途径和非受体型酪氨激酶［包括Abelson白血病蛋白（abelsonkemia，ABL）和肉瘤（sarcoma，SRC）相关激酶］激活作用，可在直接的遗传改变下持续活化。

STAT3的失活，即STAT3信号转导通路的负调控途径［2］主要包括三类：（1）细胞因子传导信号抑制分子（suppressors of cytokine signaling，SOCS），一种STATs蛋白抑制因子，通过结合或抑制JAKs，干扰STAT3与DNA的结合，抑制STAT3的磷酸化从而阻断转录；（2）蛋白质酪氨酸磷酸酶SHP（SH2-containing protein tyrosine phosphatase，SHP），分为SHP1和SHP2，与STAT3含有相同的SH2结构域，可以特异性的与SH2受体残基结合，破坏JAK/STAT3信号转导途径，致STAT3失活；（3）活化的STAT蛋白抑制物（protein inhibitor activated STAT，PIAS），PIAS竞争性的与STAT3同源或异源二聚体相互作用，干扰STAT3与DNA的结合，从而发挥负调控作用。STAT3一旦呈持续性的激活，则会导致肿瘤发生。

二、STAT3与肿瘤的发生、发展和演进

1.肿瘤细胞的增殖和凋亡

活化的STAT3与肿瘤细胞的增殖和凋亡关系密切，而阻断STAT3信号通道对正常细胞的增殖和存活并无影响。Leslie等［10］发现肿瘤细胞株内的STAT3被激活后，cyclinD1 mRNA含量明显增加，证实了活化的STAT3可显著抑制cyclinD1的转录，cyclinD1是一种细胞周期调节基因，其异常表达时可以加速细胞周期循环，导致细胞异常增殖。Sunvivin是一种凋亡抑制因子，Gritsko等［11］研究发现过度活化的STAT3可以直接调控Sunvivin基因启动子的表达，进而抑制肿瘤细胞的凋亡。p53因子是重要的促凋亡因子，Niu等［12］发现在体内及体外实验中，STAT3均可与p53启动子结合，STAT3的过度激活可影响p53基因的活性，对p53的表达起负调控作用，从而抑制细胞凋亡。

2.肿瘤的侵袭转移和血管生成

VEGF和基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）是促进肿瘤血管生成的关键蛋白，还能促进恶性肿瘤的侵袭转移。现已经证实STAT3和缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）在VEGF的转录调控中均起着重要作用。Jablonska等［13］通过实验研究发现STAT3激活后可以直接与VEGF结合并激活其启动子序列，诱导其转录与表达；在缺氧环境下，活化的STAT3可抑制HIF-1α基因的降解，而HIF-1α基因可使VEGF持续表达。Fan等［14］通过实验证实核因子κB（nuclear factor kappa，NF-κB）和STAT3是控制瘤前细胞和恶性细胞凋亡、调节肿瘤血管发生和侵袭的两个主要因子。MMP-2在肿瘤细胞的浸润和侵袭转移中起重要作用。Tekle等［15］发现STAT3可以直接与MMP-2的启动子区域特异性结合，上调MMP-2蛋白的表达，降解细胞外基质，促进肿瘤细胞的侵袭、血管生成和肿瘤早期转移。

3.肿瘤的免疫逃逸

最新的研究［16，17］证实肿瘤细胞内过度活化的STAT3能够扩增及促进免疫抑制因子（TGF-β、VEGF、IL-6、IL-10）的释放，同时这些免疫因子又可以激活肿瘤微环境内的STAT3信号转导通路，参与肿瘤微环境内免疫抑制状态的调节，发挥“免疫编辑 ”的功能，并以正反馈方式促进肿瘤的发展及转移。STAT3还可以抑制树突状细胞的成熟、诱导调节性T细胞的活化，抑制特异性抗肿瘤免疫应答，与NK细胞、单核/巨噬细胞协同作用，抑制机体的天然免疫，使肿瘤细胞发生免疫逃逸。

三、STAT3在结直肠癌中的应用

1.STAT3的激活与结直肠癌的关系

Ma等［18］研究发现45例结直肠癌组织中，STAT3过度活化的达到26例。Wang等［19］通过在结肠炎相关的结肠癌小鼠模型中加入雷公藤甲素，发现阻断了结肠癌小鼠中JAK/STAT3信号通路，降低了STAT3的磷酸化，可以抑制细胞周期及结肠癌细胞的增殖和侵袭，增加小鼠的存活率。Corvinus等［20］发现在结直肠组织样本中有STAT3的持续性激活，而正常的上皮细胞中并未发现。干扰素/维甲酸联合应用诱导细胞凋亡相关基因19（gene associated with retinoid-IFN-induced mortality，GRIM-19）被认为是STAT3表达和激活的阴性调节子，可干预STAT3诱导的转录过程，龚龙波等［21］证实GRIM-19在结肠癌组织中呈低表达或缺失，说明结肠癌组织中有STAT3的过度表达。同样地，Xiong等［22］发现在结直肠癌细胞中，STAT3持续激活，用AG490抑制JAK/ STAT3信号转导通路后，结直肠肿瘤细胞侵袭力显著降低并开始凋亡。Xiong等［23］通过在结直肠癌中的进一步研究，发现STAT3可能通过转录因子介导上皮间质转化，促进肿瘤的侵袭转移，活化的STAT3预示了患者的预后不良。Kusaba等［24］检测了108例人结直肠腺癌组织，发现其中有57.4%的组织中STAT3过度表达。以上大量研究证实，STAT3特异性的过度表达于结直肠组织中。

2.STAT3促进结直肠癌细胞的增殖

Corvinus等［20］的研究表明在结直肠癌中存在STAT3的持续高表达，STAT3的持续活化不仅促进结肠肿瘤的生长，而且促进肿瘤细胞的扩散。许多恶性肿瘤中都存在调控细胞周期蛋白表达水平的改变。细胞周期相关蛋白cyclinD1是STAT3信号传导通路下游的一个靶基因，被过度激活后可以促进细胞周期由G1期向S期转变，而STAT3信号传导通路反过来还能够通过调节cyclinD1来缩短G1期至S期这一时相，进而加速细胞周期循环，导致恶性肿瘤细胞的异常增殖。Lassmann等［25］研究32例结直肠癌组织，发现STAT3与cyclinD1 mRNA和蛋白表达水平呈显著性正相关。Kawada等［26］发现阻断STAT3的活性后，会明显抑制结肠癌细胞的增殖。

3.STAT3抑制结直肠癌细胞的凋亡

Lassmann等［25］研究32例结直肠癌组织，同时发现STAT3与Survivin、Bcl-xl mRNA和蛋白表达水平也呈显著性正相关。García-Sáez［27］证实Bcl-2与Bclxl是Bcl-2家族中的一类抑制凋亡的原癌基因，STAT3可通过与Bcl-2启动子结合来诱导Bcl-2和Bcl-xl的表达，进而阻断肿瘤细胞凋亡。Survivin是迄今为止发现的最强的凋亡抑制因子，在正常细胞中几乎不表达，选择性地表达于多种恶性肿瘤组织，能够控制细胞分裂周期及抗凋亡。有报道［28］称，通过抑制STAT3的表达，可以减少Survivin蛋白的表达，从而促进肿瘤细胞凋亡。因此，抑制STAT3的过表达，可起到诱导肿瘤细胞凋亡的作用，STAT3可作为结肠癌治疗中的潜在靶点［29］。

4.STAT3与结直肠癌浸润、转移及预后的关系

Tsareva等［30］在结肠癌的研究中发现，活化的STAT3可以通过诱导MMP-2的表达来促进肿瘤的侵袭转移。第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）具有蛋白磷酸酶活性，能够使Ras介导的MAPK信号级联途径受抑制，从而降低STAT3的转录活性，抑制细胞迁移和浸润［31］。金灿辉等［32］研究显示磷酸酶基因PTEN和STAT3具有共同的作用靶点，PTEN可抑制STAT3的持续激活和过度表达，随着结直肠癌病期进展，结直肠癌组织中PTEN表达明显降低，STAT3表达明显升高。免疫组化结果显示STAT3蛋白主要表达在结直肠癌组织中的肿瘤细胞，其阳性表达率明显高于正常肠黏膜组织。金灿辉等［33］采用免疫组化法检测了68例结直肠癌组织及20例正常结直肠组织中STAT3和VEGF-C蛋白的表达，证实了STAT3和VEGF-C的表达与结直肠癌的组织分化、浸润深度、Dukes分期和淋巴结转移有关，其表达的高度上调可以预测肿瘤已进展到晚期。Wang等［34］经过研究发现结肠癌Caco-2细胞中，STAT3的活性随着结肠癌细胞分化的好转而下调。李俊江等［35］发现在大肠癌组织中STAT3蛋白的表达及VEGF吸光度与肿瘤的分化程度、TNM分期及淋巴结转移相关，提示两者可能共同参与了大肠癌发生、发展的过程。马向涛等［36］应用Western blot检测45例结直肠癌组织及其邻近正常黏膜中STAT3的表达，发现结直肠癌组织中STAT3蛋白表达水平明显高于正常肠黏膜，低分化结直肠癌STAT3蛋白表达水平高于高分化结直肠癌，Dukes C、D期结直肠癌STAT3蛋白表达水平高于A、B期结直肠癌，有淋巴结转移的结直肠癌STAT3蛋白表达水平高于无淋巴结转移的肿瘤。

5.STAT3对结直肠癌的负反馈调节

最近有报道称，STAT3也可能在肿瘤发生发展中起抑制作用，Musteanu等［37］发现沉默肠肿瘤细胞中STAT3后，癌细胞继续向周围侵袭，小鼠寿命明显缩短，证实STAT3有抑癌的作用。由此可见，STAT3对肿瘤转移的影响是多方面的，其最终发挥促癌还是抑癌作用可能取决于肿瘤的种类及时期。

四、展望

近年来STAT3信号传导通路已经成为众学者的研究热点，现在已经明确STAT3不但是重要的信号传导级联成分，还是细胞内的一种重要的核转录因子，其持续性激活对于结直肠癌细胞起着关键性作用，但具体的作用机制还有待进一步探讨。因此深入研究STAT3信号转导通路的作用机制可以为结直肠癌的治疗提供理论依据和实验基础，STAT3有望成为结直肠恶性肿瘤干预治疗的一个很有前途的靶点，为结直肠癌的治疗方式揭开新的篇章。

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（编辑 陈 姜）

Application of Nuclear Transcription Factor STAT3 in Colorectal Cancer

STAT3；结直肠癌；治疗；转移与预后

STAT3；colorectal cancer；treatment；metastasis and prognosis

R735.3

A

0258-4646（2015）01-0001-05