STATs信号转导通路与实体瘤研究进展 信号转导通路

STATs信号转导通路与实体瘤研究进展

1 stats信号转导通路成员分子结构与功能 stats 家族由7个成员组成：stat1～stat4，stat5a，stat5b及stat6[1]。研究显 示stats信号转导通路成员stat1、stat3、stat5调控异常与肿瘤发生发展密切相关[2]。

stats蛋白家族成员的分子量在84～113kd之间，其中stat1、stat3、stat4、stat5a及 stat5b由750～795个氨基酸组成；
stat2、stat6由大约850个氨基酸组成，它们具有 如下保守结构域,见图1。

分为sh2结构域（sh2）；
sh3结构域（sh3）；
酪氨酸磷酸化位点；
dna结合 域（dnab）；
羧基末端转录活化结构域（ta）；
氨基端结构域（h2n）；
py为酪 氨酸磷酸化位点，ps为丝氨酸磷酸化位点 图1 stats分子结构域 1．1 sh2结构域 sh2结构域位于第600～700位氨基酸残基之间，主要功能 是：（1）使stat与磷酸化受体之间形成复合物；
（2）介导jak  stat的相互作用；

（3）介导stats形成二聚体，进行核转位与dna结合。wwW.133229.coM 1.2 sh3结构域 sh3结构域位于第500～600位氨基酸之间，序列保守性较sh2 结构域差，可以与富含脯氨酸的序列结合，其功能尚不明确。

1.3 酪氨酸磷酸化位点 酪氨酸磷酸化位点在不同stat成员中位置不同，当 此酪氨酸磷酸化后，stat分子呈活化状态，可与其他stat分子中的sh2结构域结合， sh2结构域与磷酸化的酪氨酸结合后，可使两分子stat单体形成二聚体，进入细胞 核内与特异的dna片段结合。

1.4 dna结合域 dna结合域是高度保守的，位于第400～500位氨基酸之间， 多数stats有一共同的dna结合序列ttnnnnnaa（n为任意氨基酸），但不同的stats分子又有其最佳的结合序列。

1.5 羧基末端转录活化结构域 羧基末端转录活化结构域在stat1α、stat3、 stat4及stat5位于第720～730位氨基酸，此结构域含有保守的p（m）sp基序，其中 的丝氨酸残基可被丝、苏氨酸激酶磷酸化，而stat1β、stat2和stat6不含此序列。

此结构域保守性极差，与转录激活有关。

1.6 氨基端结构域 氨基端结构域是由stat分子氨基末端约50个氨基酸残 基组成的保守基序，其功能是介导stats分子磷酸化，并且参与stat二聚体与dna的 结合。

2 stats信号转导通路作用机制 多种细胞外蛋白（extracellular signaling proteins）可以作为配体与细胞表 面特异受体结合而激活胞浆中的转录因子“stat”，这些细胞外信号包括：（1）细 胞因子(cytokine)：ifn家族、白介素、osm、lif、cntf等；
（2）单链家族（single chain family）：epo、prl、tpo、gh；
（3）受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases）：
egf、pdgf、csf  1、hgf；
（4）非受体酪氨酸激酶（non  receptor tyrosine kinase）：
包括src、abl、v  sis等；
（5）g蛋白：包括tsh、mip  1等。stats信号传导通路 的活化机制是：细胞外信号蛋白作为配体与细胞膜表面受体结合后使受体二聚化 或寡聚化，这使得与受体偶联的jak激酶相互聚集，通过交互磷酸化而使jak活化。

jak激酶活化后可催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化而使受体活化，受体上磷酸 化的酪氨酸及其周围的氨基酸序列形成了含有sh2结构域的“停泊位点”（docking site），募集胞浆中以单体存在的stats分子，成为jaks的底物。jaks则进一步使与 受体结合的stat分子酪氨酸磷酸化。酪氨酸磷酸化后，stats形成同源或异源二聚体 从受体上释放下来，进入细胞核与特异的dna序列（ttnnnnnaa）结合启动靶基因 转录,见图2。

图2 stats信号转导通路示意图 3 stats信号转导通路与实体瘤 3.1 恶性黑色素瘤 恶性黑色素瘤是一种高度恶性肿瘤，进展期皮肤恶性 黑色素瘤5年生存率只有14%，其发病机制尚不十分清楚。stat1作为第一个被发 现的stats成员，可以抑制肿瘤细胞增殖促进细胞凋亡，起抑癌基因作用。boudny 等[3]发现磷酸化stat1在75%的黑色素瘤组织中呈低表达，stat1与患者预后呈正相关。niu等[4]发现stat3在小鼠恶性黑色素瘤细胞系b16中异常活化，转染stat3显性 负性质粒（stat3β）可以阻断b16细胞中stat3活性，促进细胞凋亡。将含stat3β的 质粒及相应的空载体质粒注入荷瘤小鼠的肿瘤中，在15只注射空载体质粒的小鼠 中只有1只肿瘤暂时消退，而20只注射stat3β的小鼠有11只肿瘤缩小，其中5只肿 瘤消失，而且在观察期中无复发。细胞周期分析发现，转染stat3β的b16细胞出现 g0～g1期阻滞，同时g2～m期和s期比例下降。转染stat3β 48小时后b16细胞凋亡 比例达75%，而相应转染空质粒的b16细胞只有25%发生凋亡。

mirmohammadsadegh等[5]发现stat5在皮肤黑色素瘤中持续激活（62%），人类重 组表皮生长因子可以激活黑色素瘤细胞系中stat5通路，应用rna干扰技术或者 stat5b显性负性质粒转染黑色素瘤细胞系a375可以诱导细胞凋亡阻滞细胞增殖。

3.2 卵巢癌 卵巢癌是常见的妇科恶性肿瘤，jak/stats信号转导通路异常同 样也存在于卵巢癌中。burke等[6]研究发现卵巢癌细胞系mdah2774和caov  3中 stat3持续活化，同时可检出有较高水平的磷酸化jak2存在，而在stat3低表达的卵 巢癌细胞系a2780和正常卵巢上皮细胞中未检出jak2的磷酸化，jak2磷酸化可能是 stat3异常激活的重要上游调节激酶。应用jak2的抑制剂ag490（100μmol/l）作用 mdah2774和caov  3细胞48小时后检测p  stat3和bcl  xl表达水平明显降低， emsa检测stat3的dna结合活性也明显下降；
ag490作用3～4天后39%～50%细胞发 生凋亡，5～6天后60%～75%的细胞凋亡，同时ag490可以增强顺铂导致的细胞 凋亡作用。进一步转染stat3显性负性蛋白stat3β，g418筛选后形成的克隆数明显 下降。rosen等[7］发现stat3和bcl  xl高表达的卵巢癌细胞系skov3对顺铂及泰素 不敏感，stat3低表达的a2780对化疗药物敏感；
将bcl  xl转染a2780细胞后，a2780 对化疗药物的耐受性明显提高。上述实验结果说明：jak2/stat3信号传导通路的异 常活化在卵巢癌的增殖、凋亡中起着重要作用，并可能通过产生bcl  xl拮抗化疗 药物的促凋亡作用。

3.3 头颈部鳞状细胞癌 头颈部鳞状细胞癌（squamous cell carcinoma of the head and neck,scchn）是来源于口腔、口咽、喉等部位的恶性肿瘤。leeman等[8] 发现scchn患者肿瘤组织和其正常粘膜中stat3的dna结合活性要比另外7例正常人 的粘膜高出8～10倍，p  stat3和stat3蛋白的表达水平也比正常人粘膜组织高。免 疫组织化学染色也发现在scchn病变部位的上皮组织全层都有p  stat3表达，而在 正常人粘膜组织中只在上皮基底层有所表达。xi等[9]发现scchn细胞系中 egfr/tgf  α在基因转录水平就已升高，维甲酸可以降低egfr/tgf  α的表达。这提示 scchn细胞可以同时表达egfr和它的配体tgf  α，通过自分泌机制自我活化而发生 异常的增殖。应用egfr特异性酪氨酸激酶抑制剂pd153035作用scchn细胞可以阻断stat3活化，提示stat3异常活化和egfr/tgf  α的过表达相关。动物实验中发现皮下 接种scchn细胞的裸鼠成瘤后，向瘤体内注射stat3的反义dna同注射正义dna组和空 载体组相比，scchn细胞凋亡加速两倍。应用非甾体类抗炎药舒林酸（150μmol/l） 作用于鳞癌细胞系scc  4、9、15、25三天后p  stat3和stat3表达水平明显下降， 随着舒林酸作用时间的延长scc9、25细胞的增殖和对照组相比下降约80%[10]。

3.4 前列腺癌 ni等[11]研究了人前列腺癌细胞系lncap、du145、pc3和tsu 中stat3的表达和激活情况。supershift分析实验证实在前列腺癌细胞系中stat3持续 活化；
侵袭性最强的细胞系tsu中stat3的dna结合活性最高，侵袭性最弱的lncap细 胞中stat3活性最低；
对dunning大鼠前列腺癌细胞亚株的检测中同样发现stat3活性 和肿瘤的恶性潜能相关。将stat3显性负性质粒转染tsu细胞，发现稳定表达显性负 性stat3的tsu  stat3f细胞中stat3活性明显受到抑制，而转染空质粒的tsu  neo细胞 和tsu细胞stat3活性仍处在高水平。酪氨酸激酶抑制剂ag490（100μmol/l）可以阻 断stat3的活化，ag490作用tsu细胞48小时后细胞增殖的抑制率可达80%。导致前 列腺癌细胞中stat3持续活化的始动因子目前尚不清楚，lee等[12]发现前列腺癌细 胞系du  145中乳腺癌易感基因  1（brca  1）低表达和stat3活化有关，将brca  1 转染du  145细胞后，du  145/brca  1细胞中brca  1蛋白表达升高，p  stat3表达 明显较转染空质粒的对照组升高。du  145/brca  1细胞中p  jak1和p  jak2水平 较对照组明显升高，brca  1可能通过激活jak1、2进一步使stat3激活。阻断 du  145/brca  1细胞stat3的活化后，细胞的增殖明显受到抑制，凋亡增加。jia 等[13]发现双氢睾酮可增强前列腺癌细胞系lncap中il  6对stat3信号传导通路的 激活作用。应用雄激素受体拮抗剂flutamide后双氢睾酮使stat3活化增强的作用被 抑制；
另一方面转染显性负性stat3可以抑制lncap中雄激素受体的激活。stat3信号 转导通路可能和雄激素受体间存在交互作用。

3.5 乳腺癌 berclaz等[14]发现乳腺癌组织中stat表达明显增强。garcia等 [15]发现stat3在乳腺癌细胞系中表达和活性明显增强，而在正常乳腺上皮细胞 mcf  10a中未见stat3表达与活化。应用酪氨酸激酶抑制剂ag490（50μmol/l）作用 mda  mb  468细胞，6天后活细胞数比对照组下降约15倍，70%的细胞出现细胞 凋亡。同样剂量的ag490对正常乳腺上皮细胞没有明显的不良作用，增殖和凋亡 无明显增加。转染stat3β同样可明显抑制mda  mb  468细胞的集落形成能力， stat3的活化在乳腺癌细胞增殖中起着重要作用。乳腺癌细胞系除了可以通过 erbb1等激酶作用下激活stat3外，还可以由自分泌或旁分泌机制启动stat3的活化。

stat5是stats通路的另一重要成员，在乳腺的发育上起着重要作用，在乳腺癌细胞 系及乳腺癌组织中也可以观察到stat5活化。jacobsen等[16]发现孕激素可以影响pr阳性乳腺癌细胞中stat家族成员的表达，stat5和stat3在孕激素作用下表达上调， stat1轻度下调；
孕激素通过pr上调stat5a mrna的表达，增强stat5a的转录活性。

huang等[17]发现prl可以使乳腺癌细胞系t47d中stat5b磷酸化，在应用prl的拮抗剂 g129r  hprl后可以阻断90%以上的stat5b的磷酸化，并可明显抑制t47d的增殖。泌 乳素（prl）诱导的stat5磷酸化同样依赖孕激素，乳腺癌细胞系t47d中孕激素及prl 可以影响stat5的表达和活性，但是stats家族成员在乳腺癌由激素依赖型转变为非 激素依赖型的过程中起什么样的作用尚不清楚。

3.6 结直肠癌 结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，我国结直肠癌发 病率呈上升趋势。ma等[18]研究显示p  stat3、cyclin d1与bcl  xl 表达水平在结 直肠癌组织中明显增高。p  stat3 与cyclin d1 表达呈正相关。p  stat3高表达患 者5年生存率明显低于p  stat3低表达者，stat3可能成为新的结直肠癌预后指标。

kusaba等[19]应用组织芯片技术检测了113例结直肠癌标本中表皮生长因子受体 与stat3的表达情况，结果显示egfr与stat3分别在76%与94%的标本中呈高表达， egfr与stat3均为阳性表达的肿瘤侵袭性强，多因素分析发现stat3与p  stat3分别与 血管癌栓与神经侵犯相关。应用酪氨酸酶抑制剂ag490与反义寡核苷酸可以阻断 结肠癌细胞中stat通路，使cyclin d1与bcl  xl蛋白表达下调，抑制结肠癌细胞增殖 并促进细胞凋亡，使肿瘤细胞恢复对化疗药物的敏感性[20  23]。

3.7 脑胶质瘤 脑胶质瘤是颅内最常见的恶性肿瘤，而对脑胶质瘤中 jak/stats信号传导通路的研究还比较少。schaefer等[24]发现脑胶质瘤细胞系 u87  mg和snb  19中stat1与stat3酪氨酸磷酸化水平及活性明显的研究中发现在 gp130家族的细胞因子作用下；
osm作用snb  19细胞后很快可以检测到stat3蛋白 发生酪氨酸磷酸化和核转位。将包含stat结合位点的报告质粒转染u87  mg，该 质粒中含有氯霉素乙酰转移酶（cat），cat的活性受插入的stat结合位点的控制， 可以通过cat的活性间接反映stat3的转录活性。应用osm刺激细胞4～8小时，cat 的活性增加了3倍。提示在u87  mg细胞中osm可直接激活stat3转录活性；
应用显 性负性stat3可以阻断osm诱导的stat3转录活化。上述实验证实人脑胶质瘤细胞系 在gp130家族细胞因子作用下可以发生stat1和stat3分子的活化，并可激活其转录 活性。但jak/stats信号传导通路在脑胶质瘤的发生、发展中的具体作用机制尚待 研究。

总之，stats信号转导通路与多种恶性肿瘤发生发展密切相关，但其详细作 用机制尚未阐明，深入研究stats信号转导通路可能为肿瘤诊断及预后提供线索， 并为基因治疗提供新的靶点[25]。