STAT3在恶性肿瘤耐药中的研究进展

刘来振 黄桂林

【摘要】信号转导和转录激活子3（STAT3）是信号转导子和转录激活子家族的重要成员，在肿瘤的增殖、分化、凋亡、耐药等方面有着重要作用，持续激活的STAT3可导致肿瘤细胞生长失控，凋亡抑制，免疫逃逸，耐药性产生。STAT3在耐药细胞中的过表达提示其参与并增强了肿瘤的多药耐药。本文对STAT3在恶性肿瘤的多药耐药方面的研究进展做一简要综述。

【关键词】STAT3，恶性肿瘤，耐药

【中图分类号】R969【文献标识码】B【文章编号】1005-0019（2015）01-0576-02

信号转导和转录激活子（signaltransducersandactivitorsoftranscriptions，STAT）家族是一种存在于胞浆通过激活可转入核内结合DNA的蛋白家族，其在细胞中起到传递信号和启动基因转录的双重作用，特别是STAT3，对肿瘤的发生、发展及预后均有重要作用，已被公认是一种癌基因[1]。其中磷酸化STAT3的异常表达使肿瘤具有耐药性，因此检测肿瘤中STAT3的水平可用来评价治疗效果，抑制其表达会逆转肿瘤的多药耐药[2]，有关这方面的研究已获得了一定的成果。

1 STAT3概述

STAT3是Danell在1990年在做干擾素方面研究时发现的，在1994年作为IL-6信号传递的急性期反应因子而被提纯[3，4]。它的编码基因主要位于人17号染色体q21.2，它的分子量为84-113kDa，由约750～850个氨基酸组成，自然状态下存在三种异构体一STAT3a，STAT3p和STAT3y。其结构可分为6个功能区[5]：氨基端的保守序列、卷曲螺旋区、DNA结合域、SH2结构域、连接区域、竣基端的转录激活区。在正常组织中，STAT3的活化是瞬时的、受严格调控的。STAT3的异常持续活化与众多肿瘤的增殖、分化、转移、凋亡、耐药等关系紧密。

2 STAT3信号通路

STAT3位于胞浆中，存在于细胞膜表面的STAT3通路特异性受体可与多种细胞外信号相结合，使羧基端转录激活区的酪氨酸磷酸化从而激活胞浆中的STAT3，活化的STAT3相互作用而形成二聚体或四聚体，而后转入核内诱导与肿瘤细胞的增殖、凋亡、转移等相关基因的转录。目前发现的可激活STAT3的胞外信号包括：（1）表皮生长因子（EGF）、血小板源生长因子（PDGF）等生长因子；（2）如白介素6（IL-11）、抑瘤素M（OSM），睫状神经营养因子（CNTF）、白血病抑制因子（LIF）和瘦素（Leptin）等细胞因子；（3）v-Src，v-Abl等非受体酪氨酸激酶；（4）促甲状腺素（TSH），巨噬细胞炎症蛋白质1（MIP-1）等G蛋白。STAT3下游的靶基因主要包括：负调免疫应答的因子（如IL-10，VEGF，TGF-β等），细胞增殖、凋亡、周期相关的基因（bcl-xl，cyclinD1，mcl-1，suivivin，cyclinE等）以及转移相关基因（MMP-2，MMP-9等）[6，7]。它们促使肿瘤增殖、耐药、抑制细胞凋亡、诱导血管生成和逃逸免疫监视。

3 STAT3与肿瘤

STAT3在人类的多种恶性肿瘤中存在异常激活与过度表达现象，实验研究发现在多数恶性肿瘤细胞中STAT3的表达量较正常组织细胞明显增高，包括头颈鳞癌、皮肤癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、消化道恶性肿瘤等，肿瘤的生长、分化、转移、预后等与其表达水平联系紧密。Grandis等[8]试验中对19例头颈鳞癌患者癌组织与癌周粘膜上皮及7例非癌患者粘膜上皮的STAT3表达进行检测，结果癌组织与癌周上皮组织中STAT3的表达分别是非癌患者粘膜上皮的10.6与8.8倍；免疫组化显示非癌患者p-STAT3的表达局限于粘膜上皮基底层细胞，而在癌旁粘膜表达于上皮全层，在癌组织中则呈过表达。因此可推知，STAT3异常激活是头颈鳞癌发生中的早期事件。LauraPedranzini[9]等应用化学致癌二步法诱导STAT3缺乏的小鼠皮肤癌发生，结果STAT3缺乏的小鼠对化学致癌诱导具有完全性抵抗。近期有实验研究发现在使用致癌物诱导小鼠肺癌模型实施前选择性删除其肺上皮STAT3，出现肺部损伤及炎症，增加K-Ras诱导的成瘤现象和突变，然而在成功建立小鼠肺癌模型后，删除其肺上皮STAT3可抑制肿瘤细胞增殖，若同时删除小鼠肺部STAT3和致瘤的K-Ras的表达，则损伤、炎症、成瘤现象会加重，而肿瘤的生长受到抑制。由此可见，STAT3在致癌物作用下通过保持肺内环境稳态抑制了肺癌的发生，而在肿瘤发生后又通过加速细胞生长而促进肿瘤细胞增殖[10]。因此STAT3在肿瘤发生发展过程中的作用可能是具有多重性。

4STAT3与肿瘤耐药

肿瘤耐药性的产生对化疗的效果有着显著地负面影响。恶性肿瘤化疗后，药物通过影响细胞周期、促进凋亡等方面抑制肿瘤发展，延缓疾病进程。而肿瘤细胞中STAT3的异常活化可影响肿瘤微环境，导致肿瘤抵抗药物的作用增强，使耐药性产生。

对于慢性粒细胞白血病的治疗，甲磺酸伊马替尼是一种酪氨酸激酶抑制剂，针对性抑制Bcr-Abl蛋白，缓解疾病进程，但长期用药易引起耐药性产生从而影响疗效。研究发现SOCS-3（suppressorofcytokinesignaling3）在负调控JAK/STAT3信号通路中扮演了重要角色，长期暴露在伊马替尼作用下的慢性白血病细胞极易产生耐药性，而SOCS3基因的甲基化使得Bcr-Abl蛋白活化的伊马替尼耐药细胞在STAT3蛋白的诱导下疯狂增殖，而在SOCS3基因非甲基化情况下未见STAT3磷酸化发生，同时耐药细胞凋亡比例明显提高[11]。肺癌是一种临床常见肿瘤，研究发现与耐药肿瘤细胞株与药物敏感株相比，STAT3的mRNA表达水平偏高，使用经过化学修饰的具STAT3抑制作用的siRNA与顺铂连用，可增加原代及耐药非小细胞肺癌的化疗敏感性，增加细胞凋亡率[12]。很多消化系统肿瘤术后或是晚期复杂病例需要化疗，例如食管癌、胃癌、结直肠癌等，但这些肿瘤多数存在不同程度的原发性和获得性耐药，所以提高其化疗敏感性则显得尤为重要。HuangS等[13]发现用质子泵抑制剂作用于耐药胃癌细胞后，其STAT3表达水平下降，同时其c-myc、cyclinD1、bcl-2等下游癌基因表达水平下降，胃癌细胞的耐药性下降，凋亡率增加。STAT3的表达与肿瘤增加的放化疗抵抗均有关，在使用siRNA、shRNA、小分子抑制剂STATTIC等抑制剂作用于SW480和SW837细胞后，其生存率明显下降，同时它明显增加了小鼠皮下移植模型的放化疗敏感性，这证明以STAT3为靶点的治疗可显著提高结直肠癌的放化疗敏感性[14]。胰腺癌是实体瘤中预后相对较差者，吉西他滨是治疗胰腺癌的常规一线药物，但由于肿瘤快速出现的耐药性导致其疗效不佳，但是用shRNA敲除STAT3基因后，使得PDAC细胞系的药物敏感性提高，且通过调控细胞凋亡前信号和控制细胞周期进程，使得肿瘤生长受抑，也有学者研究是用中药穿心莲内酯通过对抑制STAT3、AKT等蛋白表达，从而使p21、Bax表达上调，下调cyclinD1，cyclinE，survivin，X-IAP和Bcl-2等蛋白的表达[15，16]。紫杉醇是一种临床常用的化疗药物，但耐药现象的出现使其疗效不甚理想，FalamarzianA等[17]在研究中使用siRNA及聚乙烯亚胺等STAT3抑制剂对乳腺癌细胞进行作用，发现肿瘤细胞的化疗敏感性明显提高。抑制STAT3同样也提高了头颈鳞癌、肺癌、卵巢癌、宫颈癌等对顺铂等化疗药物的敏感性，这说明STAT3可作为众多恶性肿瘤治疗的靶点[18]。

5STAT3介导肿瘤耐药的机制

STAT3的活化在正常情况下是瞬时的，然而在许多间叶及实体恶性肿瘤中存在着STAT3的异常活化，而STAT3的持续激活直接导致了肿瘤的耐药。STAT3基因发生突变可导致其异常表达，并对多种免疫细胞的增值、分化等起到重要作用，如抑制B细胞分化成熟、降低NK细胞、Th17细胞、树突状细胞、调节性T细胞的数量，从而促使肿瘤细胞免疫逃逸[19]。在肿瘤细胞中，磷酸化的STAT3促进VEGF和IL-10等因子的表达，它们在抑制免疫系统同时激活肿瘤微环境中各免疫细胞上的STAT3通路的免疫抑制性成分，包括IL-6，IL-10，TGF-β、和VEGF等，从而诱导耐受性的DC和Treg细胞大量增多，抑制各种免疫效应细胞的功能[20]。STAT3在细胞的增值和凋亡过程中扮演了重要角色，研究提示STAT3异常活化促增殖及抑凋亡的作用可能是通过调控bcl-xl，bcl-2，fas，c-myc等癌基因、抗凋亡基因的高表達，调控p53、Bax、Bad等抑癌基因蛋白低表达实现。实验发现在诱导野生小鼠与p53基因敲除的转基因小鼠成癌过程中，野生小鼠表现出增加的抗增殖蛋白及p53、Bax、Bad等凋亡促进因子表达增加，bcl-cl，bcl-2表达减少，转基因小鼠组则出现相反的情况，而在细胞实验结果与其相类似[21]。研究发现STAT3结合到P53的启动子区，在正常细胞中STAT3的活化抑制P53的功能并且影响紫外线诱导的细胞生长停滞，使STAT3结合P53的特异性位点突变对P53产生抑制作用。阻断癌细胞中STAT3上调P53的表达，可导致P53介导的细胞凋亡。TOPOII又称回旋酶，是与细菌DNA回旋酶具有同源的二聚体蛋白，通过其DNA螺旋结构在分裂的DNA发生双链断裂，改变核酸的局部状态控制其生理功能。TOPOII活性降低，表达减低或基因突变可使抗癌药物靶点减少或丧失，产生耐药，在siRNA沉默STAT3人胰腺癌细胞其表达增加2.48倍[22]，推测STAT3通过调控TOPOII来介导肿瘤耐药。非磷酸化的STAT3可与NF-κB形成异源二聚体，进入核内介导NF-κB下游基因蛋白的表达，炎症因子IL-6既是NF-κB的靶基因又是STAT3的中药激活子，二者结合后调节很多癌基因，与炎症因子的表达[23，24]。MicroRNAs是一类小分子非编码RNA，介导转录后的细胞增殖和凋亡相关靶基因的下调。miR-21是一种癌基因，起到抗凋亡的作用，而在其增强子上存在两个严格保守的STAT3结合位点，IL-6介导的miR-21激活也是存在STAT3依赖性的[25]。肿瘤干细胞在恶性肿瘤耐药中扮演了至关重要的角色，在乳腺癌细胞株经过紫杉醇处理后，大部分的细胞死亡，然而仍有小部分细胞存活，检测发现这部分细胞主要为CSC，而CSC中往往STAT3高表达，持续激活的STAT3调节了CSC的自我更新，介导了CSC的耐药[26]。诸多研究表明p-STAT3可促进EMT的进展，EMT可促进胰腺癌的耐药和复发性卵巢癌的化疗耐药。结直肠癌细胞中Snail诱导的EMT可促使肿瘤产生化疗耐药[27]。STAT3可与P-gp发生相互作用促进肿瘤细胞耐药，利用计算机辅助搜索P-gP启动子区域潜在的STAT3结合位点，结果显示，在启动子区域中含有一个与STAT3结合的DNA序列，这个序列位于P-gP启动子中P-gP起始编码位点上游1014bp处，并具有较强的结合能力，抑制STAT3可下调P-gP的表达，逆转肿瘤化疗耐药[28，29]。

6结语

大量研究标明STAT3与肿瘤耐药密切相关，阻断或抑制其表达可逆转肿瘤耐药，是恶性肿瘤治疗的重要靶点，几种药物已经被证实是STAT3通路的可靠抑制剂，但是大部分药物仍然没有得到在癌症治疗临床价值方面的可靠证据[30]，同时也有如vonManstein等[31]的研究标明STAT3受抑后肿瘤可能通过其他补偿通路继续增殖、生长，由此可见，我们还需要更多的临床、基础研究来探究STAT3通路的功能、诱导耐药的机制，以及它所在的更为广泛详细的信号通路网络的分子关系网，从中发现更具价值的肿瘤治疗方法。

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