STAT3信号通路与肝癌研究进展

伊庆强（综述），姜 斌（审校）

（1.蚌埠医学院研究生部，安徽蚌埠 233000;2.上海交通大学医学院附属第三人民医院肿瘤科，上海 201900）

原发性肝癌（primary hepatic carcinoma，HCC）是世界第四大常见的恶性肿瘤。尽管外科手术治疗和辅助化疗技术正在不断改进，但肝癌患者的生存率仍不能令人满意。目前，由于化疗、分子靶向治疗及基因治疗等新技术正日趋完善，这些技术有望给肝癌患者带来新的希望。研究表明，信号转导和转录活化因子（signal transducer and activators of transcription，STAT）3在肝癌细胞中过度激活，可促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，并抑制肿瘤细胞的凋亡，从而进一步增强了肿瘤的恶性生物学行为［1］。因此，在肝癌中阻断STAT3的相关转导通路可抑制肿瘤细胞的增殖、血管生成、侵袭和迁移能力，进一步抑制肝癌的发生、发展。现就STAT3表达与肝癌的发生发展的近年的新进展综述如下。

1 STAT3概述

1.1 STAT3结构与功能 STAT3编码基因定位在人的第12号染色体（q13～q14-1），且由750～795个氨基酸组成，存在α、β、γ和δ 4种异构体，相对分子质量为92×103。STAT3蛋白功能结构由7个主要部分构成［1］:卷曲螺旋结构域，为转录因子和调节蛋白提供作用位点;N端四聚体化结构域，含一段保守的序列，主要与STAT的四聚体化有关;DNA结合结构域，具有特异性针对活性干扰素γ回文序列元件的结合序列;C端转录激活结构域，其功能为转录激活区内的丝氨酸（S727）或者接近C端的酪氨酸（Y705）磷酸化后使STAT3激活，从而调控靶基因的转录表达;连接区（linker domain），其作用为稳定DNA结合域;SH3区，功能不明确;SH2区，参与STAT3的酪氨酸磷酸化，并且在STAT3二聚体的形成中发挥重要作用。

1.2 STAT3的活化与调控 在正常组织中，STAT3的活化是受正性调节因子和负性调节因子共同调节的，具有瞬时性、严格性。在许多肿瘤组织中，STAT3持续活化，且与肿瘤的增殖、分化、生存、凋亡、侵袭、转移密切相关。

较经典的途径为:两面神激酶2（janus kinase2，JAK2）/STAT3 信号通路［2］，当白细胞介素 6（interleukin-6，IL-6）与细胞表面受体结合，使受体细胞内构型发生改变，和gp130相结合形成二聚体，形成的二聚体能够激活与gp130相关联的JAK时，受体的酪氨酸激酶被激活，使其磷酸化后的残端和STAT3蛋白相结合，将STAT3 C端705位（Y705）的酪氨酸磷酸化位点的磷酸化，标志着STAT3蛋白的磷酸化与活化。活化的STAT3分子单体两两相互结合形成二聚体后向细胞核内转移，与相应的靶基因结合，并修饰靶基因的表达，参与肿瘤细胞的增殖、转化、迁移、侵袭、血管生成等过程。

到目前为止研究发现可激活STAT3蛋白的因子有［3］:①细胞因子类（如IL-6、白血病抑制因子、睫状神经营养因子等）;②生长因子类（如血小板源性生长因子、表皮生长因子等）;③非受体酪氨酸激酶类（如v-Ab1、c/v-Src等）;④G蛋白类（如促甲状腺素、巨噬细胞炎症蛋白质1等）。负性调控STAT3的因素有［4］:细胞信号转导抑制分子（suppressor of cytokine signaling，SOCS）、protein inhibitor of activated STAT（PIAS）家族蛋白第一次被发现是作为JAK-STAT途径的转录调节子，它是一种能够激活STAT转录活性的抑制蛋白。胞质内蛋白酪氨酸磷酸化酶、干扰素/维甲酸联合应用诱导细胞凋亡相关基因-19等。

2 STAT3信号通路在肝癌发生、发展中的研究现状

2.1 STAT3的活化促进肝癌细胞增殖 STAT3活化可以通过调节肝癌细胞增殖因子，促进肝癌细胞的增殖。

侯静等［5］在白皮杉醇抑制人肝癌细胞增殖的实验中发现，在HepG2和Huh7细胞中，加入STAT3抑制剂培养24 h和48 h后，与对照组比较，G0/G1期的细胞比例增加，而S期的细胞比例明显减少，提示STAT3抑制剂显著抑制肝癌细胞的增殖。结果表明，JAK/STAT3信号通路在人HCC细胞增殖中具有重要作用。

而且，研究发现，活化的STAT3可以通过调节细胞增殖因子c-myc、周期蛋白D1等，使细胞的生长周期发生改变，以达到促进细胞增殖的目的，然而细胞的异常增殖及分化最终又导致了癌症的发生［6-9］。研究发现，在丙型肝炎病毒感染的患者的肝细胞中，STAT3蛋白被激活且持续高表达，与此同时STAT3的增殖靶基因c-myc、周期蛋白D1也是明显升高的［7］。STAT3通过这些基因产物（如:c-myc、周期蛋白D1等）最终促进肝细胞增殖、恶化。近期研究发现，HepG2细胞和人类肝细胞感染人巨细胞病毒可产生IL-6，并通过IL-6-JAK-STAT3通路的后续激活，增加周期蛋白D1的表达，从而促进细胞增殖［9］。

综上所述，STAT3活化可以通过调节肝癌细胞增殖因子周期蛋白D1、c-myc等，促进肝癌细胞的增殖。然而，抑制了STAT3的活化可以显著下调肝癌细胞的增殖活性，因此STAT3抑制剂的研究有望为肝癌治疗提供新的理论基础。

2.2 STAT3的活化促进肝癌血管生成 有证据表明，如果没有血管生成，原发性肿瘤生长直径不会超过2 mm。已经证实，在HCC中活化的STAT3能够上调某些血管生成因子的表达，从而促使肝癌及癌旁组织的微血管形成［10］。

目前发现，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是刺激肿瘤血管生长最重要、最直接的因子。研究发现，VEGF启动子上存在着与STAT3蛋白相结合的位点，活化的STAT3能够直接结合到VEGF上，以达到诱导VEGF转录表达的目的［11］。激活STAT3蛋白后才能使VEGF活化，活化的VEGF促使血管内皮细胞迁移和血管形成，可见STAT3蛋白在肿瘤血管的生成中处于核心位置。STAT3可从两方面调节VEGF:①持续活化的STAT3直接促使肿瘤中VEGF的过表达，参与肿瘤血管的生成，为肿瘤的侵袭、转移等创造了条件［12］;②在缺氧的环境中，激活的STAT3诱导缺氧诱导因子1α的转录表达，缺氧诱导因子1α蛋白不仅能使靶基因VEGF继续转录表达，以参与肿瘤血管生成，还能够促进红细胞生成素的表达，从而抑制癌细胞在缺氧环境下的细胞凋亡，最终致使肿瘤细胞不断的生长［13］。

在HCC中，异常的VEGF表达是一个突出的临床特点，与肝癌的微血管形成密切相关。肿瘤细胞也可高度表达碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF），并且bFGF与VEGF在促血管生成中存在协同作用，在肿瘤血管生成中起共同作用。在人类肝癌细胞小鼠种植瘤中已经证实［14］，反义寡聚核酸不仅降低了小鼠体内VEGF与bFGF的表达水平，还降低了肿瘤组织中CD34阳性的微血管的密度，达到减少肿瘤向肝内、肺、腹膜及脑转移的目的。

血管紧张素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）已经被证实在HCC的血管生成中起关键作用。Ji等［15］研究AngⅡ在MHCC97H细胞中依赖时间长短、浓度不同（时间越长、浓度越高，产生的血管生成因子越多）上调血管生成因子［如VEGF、促血管生成素 2（Angiopoietin-2，Ang-2）、Tie-2（Tyrosine kinase with Ig and EGF homology domains）］。VEGF和Ang-2显著促进了血管管腔的形成。实验通过VEGF转染小干扰RNA、Ang-2转染小干扰RNA可减弱AngⅡ促血管管腔形成。JAK2抑制剂AG490在一定程度上减弱了AngⅡ的效应。与此同时AngⅡ诱导的STAT3磷酸化和SOCS3表达明显被AG490抑制。更重要的是在MHCC97H细胞中SOCS3转染小干扰RNA显著增加了AngⅡ诱导的VEGF、Ang-2、Tie-2的产生。此实验证实了在MHCC97H细胞中，AngⅡ在一定程度上通过AngⅡ受体1型/JAK2/STAT3/SOCS3信号通路产生血管生成因子。

由此可见，STAT3通过调节血管生成因子VEGF、bFGF、缺氧诱导因子1α、AngⅡ、Ang-2等影响血管生成，针对STAT3的靶向药物，对抑制肝癌血管生成将具有重大的应用价值。

2.3 STAT3的活化促进肝癌侵袭和转移 Zhang等［16］用免疫组织化学的方法证实，在HCC中活化的STAT3的表达阳性率和强度明显高于癌旁组织和正常肝脏组织;另外，STAT3在癌旁组织中的表达也有较明显的活性，可见，活化的STAT3可能参与了HCC侵袭和转移。

在肿瘤组织中，异常的基质降解促使肿瘤组织生长杂乱，促使肿瘤组织炎症持续并发生浸润和转移［17］。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）是一种蛋白水解酶，其具有降解细胞外基质和基膜的作用。研究发现，MMP还具有促进肿瘤组织血管生成的作用，并与肿瘤细胞的浸润及转移密切相关［18］。研究已经证实，MMP-2启动子区与活化的STAT3存在高亲和结合位点，能直接调控靶基因MMP-2的转录表达［19］。具体机制:①应用STAT3显性负性突变体以达到阻断STAT3活化的目的，并且诱变STAT3在MMP-2上的高亲和位点，从而显著降低了MMP-2启动子的活性以及MMP-2的表达水平，以此抑制肿瘤细胞的侵袭及转移;②活化的STAT3可直接上调MMP-2的转录活性及蛋白水平表达，使MMP-2分泌增加，使转移能力弱的细胞株转移能力大大提高，以促进转移。

庞林宾等［20］在探讨 JAK2/STAT3通路在肝癌细胞QGY-7701侵袭及血管生成拟态中的作用的研究发现，应用JAK2 抑制剂 AG490（5、10 μmol/L）处理肝癌细胞 48 h，Transwell小室、体外成管实验分别检测各组细胞的体外侵袭能力和成管能力。与未予任何处理的肝癌细胞相比，应用AG490（5、10 μmol/L）处理48 h的肝癌细胞Transwell小室穿膜细胞数减少，形成管道结构数目减少，Twist1及MMP-2信使RNA表达减少，Twist1、MMP-2和磷酸化STAT3蛋白表达减少，差异均有统计学意义。表明AG490能有效抑制肝癌细胞侵袭及成管的能力，STAT3通过靶向调节MMP-2等在肝癌细胞侵袭中起促进作用。

研究证实，肝癌相关间充质干细胞也存在于HCC中，cDNA微阵列分析表明，在肝癌相关间充质干细胞中表达S100A4比周边无癌的肝脏组织间充质干细胞明显升高［21］。当外源性S100A4在肝癌细胞表达时可导致肿瘤增殖和更多部位的转移。在肝癌细胞中S100A4通过调节miR-155的表达发挥效应。肝癌相关间充质干细胞分泌S100A4促进miR-155表达，miR-155下调SOCS1导致STAT3信号通路的活化，促进了MMP的表达，增加了肿瘤的侵袭力。

综上所述，在肝癌中STAT3活化可调节MMP的表达，促进肝癌的侵袭及转移;抑制STAT3的活化可能是解决肝癌的侵袭及转移的一种潜在的方法。

2.4 STAT3的活化抑制肝癌细胞凋亡 侯静等［5］实验表明，STAT3抑制剂白皮杉醇能有效阻断STAT3信号通路，抑制肝癌细胞的增殖和诱导肝癌细胞的凋亡。但在凋亡方面，与对照组［为人HCC细胞株（Hepg2、Huh7）］比较，实验组［为人HCC细胞株（HepG2、Huh7）+STAT3抑制剂（Piceatanno1）］HepG2加入Piceatannol 48 h后出现的早期凋亡细胞差异有统计学意义，且整体细胞凋亡率较低;而实验组Huh7细胞加入Piceatannol 24 h和48 h后，早期细胞凋亡率和晚期细胞凋亡率差异均有统计学意义，而且晚期凋亡有增加的趋势。发现同样是人肝癌细胞，但凋亡发生的程度和发生的时间却不一样。这可能与不同肿瘤细胞内在生物学特性的不一致和蛋白表达水平不同，但有关机制目前不明确。

激活STAT3可上调STAT3的靶基因细胞凋亡抑制剂参与肝癌的发生［22］，如 Bcl-2、Bcl-xL、存活蛋白、Mcl-1（myeloid cell leukemia-1）、凋亡抑制蛋白 X连锁凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）等。Yang 等［23］发现吴茱萸碱在肝癌中能够抑制STAT3活性和下调STAT3介导的基因表达（如:周期蛋白D1、Bcl-2、存活蛋白等），从而导致抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡。Kunigal等［24］利用RNA干扰技术阻断STAT3的表达，可上调Fas蛋白和下调Bcl-xL蛋白，促进了肿瘤细胞的凋亡。Li等［25］在RNA干扰治疗中发现通过干扰阻断STAT3的表达，明显抑制了癌细胞中的周期蛋白D1和Bcl-2凋亡抑制蛋白，促进肿瘤细胞的凋亡。

由此可见，抑制STAT3的活化，对于肝癌细胞的凋亡具有重要的意义。

3 展望

STAT3蛋白在HCC细胞中过表达及持续活化，已经成为肝癌治疗的热点靶分子。今后研究的重点是进一步弄清STAT3上游信号通路及其激活的具体细节，并力争发现一些新的STAT3下游靶基因，进一步揭示和阐述STAT3在人类肿瘤中的致癌作用机制。STAT3在调节肿瘤转移等步骤中起着决定性作用，以STAT3为靶标的抗肿瘤治疗与那些仅针对于单个靶标的治疗（如VEGF、MMP-2）相比，将更有成效。目前亟待能通过动物实验及临床前期实验验证的以针对STAT3信号靶向药物能够面世进入临床应用。抑制STAT3激活将为不久的将来更有效地治疗肝癌铺平道路。

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