细胞因子信号抑制蛋白1与卵巢癌的关系

蔡小继(综述)，韩　旭(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院妇科腔镜科，哈尔滨 150001)



细胞因子信号抑制蛋白1与卵巢癌的关系

蔡小继△(综述)，韩旭※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院妇科腔镜科，哈尔滨 150001)

摘要：细胞因子信号抑制蛋白 1(SOCS1)是一种常见的抑制性信号调节蛋白，参与负反馈调节Janus激酶/信号转导及转录激活因子、Toll样受体信号通路、干扰素信号通路等，从而调控细胞因子、生长因子和激素对细胞的作用，这些信号通路在肿瘤的发生、发展中起一定的作用。其中以SOCS-1基因启动子的甲基化所致的基因沉默最为热点，同时为卵巢恶性肿瘤机制的研究及治疗开辟了新的道路。

关键词:卵巢癌；细胞因子信号抑制蛋白 1； Janus 激酶/信号转导及转录激活因子；干扰素； Toll样受体3

目前，细胞因子信号抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling, SOCS)家族对Janus激酶/信号转导及转录激活因子(Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription,JAK/STAT)信号通路的抑制作用研究较为透彻，细胞因子通过JAK/STAT信号通路诱导SOCS蛋白的表达，SOCS蛋白又特异性地抑制细胞因子介导JAK/STAT信号通路，从而影响目的基因的转录活化[1]。由于该通路直接参与细胞的恶性转化及进展，因而SOCS家族及STAT信号通路可能成为人类肿瘤干预治疗的新方向。关于SOCS1基因与干扰素信号通路和Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)信号通路的关系在妇科恶性肿瘤中的研究不多。现就SOCS1基因与卵巢癌的关系予以综述。

1SOCS1基因的结构及功能

1.1SOCS家族的组成SOCS家族是一类由细胞产生并反馈性阻断细胞因子信号转导过程的负性调节因子。SOCS家族由8个蛋白质组成：SOCS 1~7和CIS，SOCS1基因定位在16p12~p13.1，人类SOCS-1基因编码211个氨基酸，每个均包含一个中央Src同源2(SH2)结构域、C端的SOCS盒和N端[2]。其中，N端较短有50~80个氨基酸残基、SH2结构域能与其他信号蛋白的磷酸化酪氨酸残基结合，SOCS盒约有40个氨基酸残基组成的保守序列[3]。但是每种蛋白长度不一，N区的氨基酸序列和长度的变异性较大。

1.2SOCS家族的功能SOCS家族成员的生理功能对SOCS1与卵巢癌关系的研究有重要的意义。目前已经开发出相应的激酶抑制区(kinase inhibitory region， KIR)SOCS1和SOCS1-KIR序列，并且它们能够抑制激酶活性的结合如酪氨酸激酶JAK2和TYK2激活循环，同时SOCS1-KIR还封锁了STAT3和白细胞介素(interleukin,IL)-17A的激活[4]。目前，已有研究应用基因打靶技术来产生缺乏SOCS1、SOCS2和SOCS3基因的小鼠，SOCS1-/-小鼠分析表明，SOCS1基因的γ干扰素信号在负调节及T细胞的分化中起关键作用[5]。例如在硬骨鱼类干扰素介导的信号是JAK/STAT信号通路的主要抑制介质，在哺乳动物中SOCS1也已经被公认为是一个关键的负调节干扰素信号[6]。这些结果均表明，SOCS1是一个强有力的抑制剂。

1.3SOCS家族的调节机制SOCS家族成员调控机制的几种信令是研究卵巢癌机制的重要影响因素之一，主要包括Janus激酶(JAKs)失活、阻断信号转导子和转录激活子与STAT受体结合位点的结合和随后的靶向蛋白酶体泛素化[7]。大多数SOCS基因(CIS、SOCS1、SOCS2和SOCS3)多种细胞因子的诱导和刺激。例如,SOCS1可抑制IL-6、白血病抑制因子、γ干扰素以及生长激素等多种细胞因子的信号转导，而细胞因子又可通过JAK/STAT信号通路诱导SOCS1蛋白表达，SOCS1蛋白反过来又可特异性地抑制细胞因子介导的JAK/STAT信号通路，从而使SOCS1蛋白成为一个经典负反馈回路的一部分[8]。研究证实，STAT通路的负性调节在降低肿瘤的发病率和控制肿瘤的发展中有重要作用。由此推测，SOCS1基因的失活可能会增加肿瘤的发生。Cornish和Benveniste[9]研究提出，在较小程度上，SOCS1还可通过JAK/STAT信号转导通路介导的两种蛋白质阻止α干扰素分泌的放大，例如大西洋鲑鱼SOCS1结合JAK/STAT家族成员，抑制Ⅰ型和Ⅱ型干扰素信号，这说明SOCS1不仅能调节JAK/STAT通路，还可能作用于其他炎性因子，从而影响肿瘤的发生、发展。SOCS1还可参与机体的免疫机制，SOCS1不仅是细胞因子的调节者，且在控制T细胞分化和决定细胞命运方面起重要作用，同时与机体的免疫系统以及肿瘤的发生、发展亦有重要关系[10]。

2JAK/STAT通路的组成和信号转导

2.1JAK/ STAT通路的组成JAK/STAT信号通路在细胞发育和动态平衡中起重要作用，许多细胞因子和激素可通过激活JAK-STAT信号通路来影响肿瘤的增殖、活化和凋亡等。在哺乳动物中JAK家族有4个成员，JAK1~3和酪氨酸激酶2(TYK2)。JAK1和JAK2被发现于一个已知的蛋白酪氨酸激酶催化单位的保守残基退化的PCR，TYK2和JAK3是被同源筛选的C-FMS激酶结构域所识别的[11]。在哺乳动物细胞中，STAT家族包括7个成员STAT1-4、5a、5b和6，家族成员参与的STAT信号通路是人体生理与病理反应的共同通路之一，与细胞生长、增殖、分化密切相关。Darnell[12]、 Wormald等[13]研究指出，STAT5a和STAT5b密切相关，是一个基因复制事件的结果，而1和3是剪接变异体，4和5是一个截断的C端。Ahmed 和Johnson等[14]研究发现，STAT1缺陷的小鼠显示缺陷免疫反应介导的α干扰素和γ干扰素，很容易受到水泡性口炎病毒的感染，STAT2缺乏的小鼠细胞中Ⅰ型干扰素信号起关键作用，STAT3基因敲除的小鼠导致胚胎致死，最有可能是由于未能形成内脏内胚层。目前的研究证明，在成年小鼠组织中STAT3基因有广泛的生理过程。例如在肺脏、骨、结肠、神经系统、皮肤、肝脏、卵巢等中发现STAT3的重要性，而且STAT3还可诱导大量生物反应的细胞因子(IL-6和gp130、粒细胞集落刺激因子、瘦素等)。STAT4缺陷小鼠对IL-12和IL-23无回应，导致Th1细胞的分化减少并且影响自然杀伤(natural killer,NK)细胞的功能[15]。

2.2JAK/ STAT通路的信号转导人类TYK2是广泛的细胞因子受体信号转导中必不可少的一员[16]。JAKs酪氨酸蛋白激酶是目前公认的细胞因子受体亚基的一个组成部分。JAKs在与配体结合同源跨膜受体时，两个或更多的受体接近JAK激酶，通过受体齐聚允许自动磷酸化或反JAK激酶的磷酸化。JAKs一旦被激活，细胞磷酸化的酪氨酸残基就创建了对接信号转导子和转录激活受体的胞质区，胞质域的细胞因子受体与靠近膜的JAKs结合位点结合，JAKs本身没有强烈的内在膜结合的潜力，只能与受体结合的膜结合[17]。目前的研究表明，JAKs表达的差异使STAT或SOCS有助于加强或降低细胞因子反应的特异性，从而可能影响到细胞的增殖和分化[18]。STAT家族被命名为胞质信号模块和转录因子的双功能，受体结合时通过其Src同源2(SH2)域，本身成为JAK基板，保守的酪氨酸残基的SH2结构域和C端转录域在平行的STAT二聚体之间形成磷酸化，从而启动相应的转录反应[19]。Lai和Johnson等[20]研究表明，在癌细胞中，STAT家族的激活导致了下游靶基因的表达增加，从而增加了细胞的增殖、存活、血管生成和免疫系统的逃避。由以上可以推测，JAK/STAT信号通路的失调可能会导致多种肿瘤的发生，尤其是在恶性肿瘤的发生、发展中，SOCS1基因导致JAK/STAT信号通路的失调将会成为人们研究卵巢恶性肿瘤的重点。

3SOCS家族对卵巢恶性肿瘤发生发展的影响

3.1SOCS1基因对JAK-STAT信号通路的影响JAK/STAT通路可以在几个步骤中通过不同的调节机制进行负调控，SOCS家族提供了一个主要的机制。到目前为止，SOCS家族的这种负反馈调节作用至少有3个不同的调节机制已被证明，通过SH2结构域结合磷酸酪氨酸目标蛋白导致信号转导而抑制JAKs末端的失活，或通过阻止STAT的受体结合位点阻止STAT的活化，或通过SOCS盒靶向结合蛋白质使蛋白酶体降解来阻断细胞因子的信号转导[21]。细胞因子及其与受体的结合，诱导JAKs的活化，激活的JAKs磷酸化细胞因子受体，使STAT家族蛋白被激活，活化的STAT蛋白进入细胞核，并激活一系列细胞因子应答基因的转录，包括SOCS基因。SOCS1和SOCS3也可直接结合JAKs，通过细胞因子受体抑制JAKs的活性[22]。由以上可推测，细胞因子介导的激活和关闭影响随后基因的转录，进而可能影响到卵巢恶性肿瘤细胞的增殖和分化。在SOCS蛋白家族中，SOCS1被作为JAK结合STAT细胞因子信号转导通路的诱导剂，SOCS1和SOCS3在结构上是相似的，它们都强烈抑制JAK激酶的活性；然而，它们的表达模式和基因敲除小鼠表型有很大的不同。SOCS3是在多种细胞因子诱导下抑制JAK/STAT信号通路，包括IL-6、粒细胞集落刺激因子、促红细胞生成素、心肌营养素1和白血病抑制因子等多种细胞因子[23]。作为对比，SOCS1可以强烈地诱导γ干扰素，特别是在淋巴组织中[24]。SOCS1和SOCS3都有一个12个氨基酸区域相邻的SH2结构域，被称为KIR。SOCS3 KIR直接与JAK1非典型插入环、JAK2和TYK2结合，而不与JAK3结合。SOCS1KIR却能阻止IL-23、IL-17A和STAT3的激活[4]。近期研究发现，SOCS1和SOCS3可通过SH2结构域直接结合JAK或受体招募的受体复合物，虽然前者可能只发生SOCS蛋白的表达，但这是最有可能使SH2结构域结合到磷酸化的受体酪氨酸残基而导致KIR与JAK激酶域的接近。实际上SOCS3可通过SH2结构域绑定GP30磷酸肽，同时也可通过KIR绑定激酶。SOCS1可通过靶向受体、JAK泛素化和蛋白酶体降解等来衰减信号转导[8]。Tisato 等[25]研究表明，SOCS1基因甲基化提供了另外一层的JAK-STAT信号通路的调控。SOCS1基因启动子的过度甲基化所致的基因沉默使SOCS1 mRNA 转录减少、蛋白表达减少。低表达的SOCS1导致JAK/STAT信号通路的过度活跃，从而促进肿瘤的发生和发展。相反，高表达的SOCS1通过其功能区域竞争性的占据STAT3的结合位点使STAT3的表达降低，从而可对抗STAT3在肿瘤中产生的负面作用。以上研究进一步证明，SOCS的缺失表达和STAT的高表达及高磷酸化与肿瘤的发生、发展、浸润和转移密切相关[26]。由以上可以推测，SOCS1基因启动子的甲基化导致的基因沉默可能与卵巢恶性肿瘤相关，这为卵巢癌的深入研究提供了一个新的方向。

3.2SOCS1基因对TLR3的影响Chiu等[27]研究表明，SOCS1除了由细胞因子通过JAK-STAT通路诱导产生，也可由TLR信号通路诱导产生。病毒传感器主要包括TLR3、视黄酸诱导基因Ⅰ和黑色素瘤分化相关基因5。TLR是一种模式识别受体，能特异性识别如脂多糖、肽聚糖等病原微生物进化中的保守分子,而TLR主要表达于卵巢间质细胞和颗粒细胞中。研究表明，TLR及其细胞因子受体介导的信号转导参与免疫系统的应答，并能导致免疫信号的异常或持续的激活，免疫系统的异常与许多严重疾病有关，如脓毒性休克、自身免疫疾病及恶性肿瘤等[4，7]。由此可推测，TLR3介导的SOCS1可能对卵巢癌的发生、发展有作用。

3.3SOCS1基因对干扰素信号的影响呼吸道合胞病毒NS1蛋白已被证明是干扰素块诱导抗病毒信号[28]。Tang等[29]研究指出，在与非常早期阶段的基线水平相比，呼吸道合胞病毒NS1蛋白的上调可使SOCS1 mRNA的表达增加30倍(P<0.01)。而视黄酸诱导基因Ⅰ或TLR3 mRNA沉默不影响NS1诱导SOCS1的表达。目前研究发现，STAT作为最初的α/β干扰素和γ干扰素转录反应元件，STAT1和STAT2(连同IRF9)可以形成一个三蛋白的转录复合物(干扰素刺激基因3)，STAT1复合物的启动子元件在γ干扰素应答基因上(γ干扰素激活位点)，并且这一复合物能够与启动子元件内的α干扰素应答基因结合(干扰素刺激反应元件)[10-11]。例如，IL-6信号转导SOCS3的调节，其中表达的SOCS3阻止γ干扰素-STAT1转录反应。SOCS1在调节γ干扰素驱动免疫时，可进一步上调IL-6水平[20]。结果表明，SOCS家族基因可以被反馈回路块的JAK/STAT信号转导通路激活，进一步抑制宿主的Ⅰ型干扰素激活，从而影响肿瘤的发生、发展[30]。目前的研究可以推测，SOCS1基因在卵巢恶性肿瘤中的研究机制可能主要与SOCS1基因的甲基化对JAK/STAT通路的影响有关，同时TLR信号通路的诱导和干扰素块诱导抗病毒信号抑制SOCS家族基因可能也起着一定的作用。

4小结

SOCS1在肝癌、前列腺癌、宫颈癌中存在甲基化及表达降低，因此推测SOCS1是卵巢癌抑癌基因。目前对SOCS1基因的研究已取得明显的进展。但依然存在一些问题：①SOCS家族其他成员是否在卵巢肿瘤中也存在明显的甲基化及表达降低。②干扰素具体对何种卵巢恶性肿瘤起作用。③SOCS1是否能作为临床诊断及治疗的监测指标。SOCS1在恶性肿瘤中可能成为一个新的有前途的抗癌剂，为肿瘤药物的开发提供新的前景和目标。

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Relationship of Cytokine Signaling Suppressor Protein 1 and Ovarian Cancer

CAIXiao-ji，HANXu.

(DepartmentofGynecologyEndoscopy,theFirstHospitalAffiliatedtoHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract：Suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS-1) is a common inhibitory signal regulating protein,involved in the negative feedback regulation of Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription (JAK/STAT),TLR (Toll like receptor) signaling pathway,interferon signaling pathways,thereby regulating cytokines,growth factors and hormones on cell,playing a certain role in tumorigenesis and development.The gene silencing induced by the methylation of SOCS-1 gene promoter is the hottest focus in the field,which has opened up a new way for the study of mechanisms and treatment of malignant ovarian tumors.

Key words:Ovarian cancer; Suppressor of cytokine signaling-1; Janus kinase/signal transductors and activatiors of transcription; Interferon; Toll like receptor 3

收稿日期：2014-06-09修回日期：2014-10-16编辑：相丹峰

基金项目：黑龙江省自然科学基金(H201351)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.021

中图分类号：R711

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)07-1206-03