JAK-STAT通路在胃癌致病及治疗中的作用

胡灿 金建伟 芮鑫淼 陈柳莹 陈宜涛★

JAK-STAT通路在胃癌致病及治疗中的作用

胡灿 金建伟 芮鑫淼 陈柳莹 陈宜涛★

JAK-STAT信号通路主要由酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor）、STAT转录因子（signal transducer and activator of transcription）以及JAK酪氨酸激酶（Janus kinase）构成。在细胞增殖、生长、分化、凋亡及免疫等方面发挥重要作用［1，2］。生理状态下，JAK-STAT通路的激活快速而短暂，而在人类肿瘤细胞株及原位肿瘤中，JAK-STAT通路则持续激活［2］，持续活化的STATs（尤其是STAT3）通过刺激细胞增殖和抑制细胞凋亡导致肿瘤的形成［3］。研究发现，RNA干扰靶向抑制STAT3或STAT3的显性失活均能有效抑制肿瘤的增殖［4，5］。因此，试图通过减弱JAK-STAT信号通路的传导抑制肿瘤的增殖成为研究热点［6］。胃癌发病在我国呈逐年上升趋势，随着致病机制的深入研究，发现STAT3在胃癌患者中存在持续性激活，而且JAK-STAT信号通路与胃癌的增殖分化、浸润转移以及治疗预后密切相关［7］。本文就JAK-STAT信号通路在胃癌发病中所起的作用以及药物研发现状进行分析，以期为胃癌治疗和干预提供借鉴。

1 JAK-STAT信号通路的信号

JAK-STAT信号通路参与人体多种生命活动，通过细胞因子与相应受体相结合，导致受体分子两聚化，触发与受体偶联的JAKs，活化的JAKs催化酪氨酸（包浆段）磷酸化后，形成STAT的“停泊位点”，STAT通过SH2结构域与受体结合，在JAKs的作用下实现磷酸化，进而激活基因的转录和表达。此外JAKs还激活位于STAT蛋白C末端的残基磷酸化，包括丝氨酸残基（Ser727）和酪氨酸残基（Tyr705），导致STATs蛋白产生同源二聚体或异源二聚体，最终游移进入细胞核内与相应靶基因启动子结合，调控基因转录［8］。

1.1 正性调节 在JAK-STAT信号通路处于正性调节状态下，信号通路异常活化，从而对人体细胞的新陈代谢有较大影响。细胞因子级联在JAK-STAT调控中起调节作用，一旦受体与配体结合并使自身活化，邻近受体会受到交互磷酸化的影响从而使自身活化，使得信号通路的传导功能增强［9］。有相关研究表明，低阈值水平的IFNs（IFN-α/β）正性调节IFN-γ信号级联是由低阈值浓度的IFN-α/β级联产生的，从而增强IFN-αR1和IFN-γR2之间的互相作用和STAT1蛋白的酪氨酸磷酸化［10］。

1.2 负性调节 在正常生理状态下，JAK-STAT信号通路通过自身严谨的负反馈机制短暂激活，维持细胞正常代谢和生理功能［11］。目前已经明确的负反馈通路主要有以下三条：（1）细胞因子信号转导抑制蛋白（SOCS）：SOCS家族由CIS、SOCS1～7八个成员组成。其N末端长度的差异导致作用各不相同，但因其有相同的SOCS盒构造和SH2核心区域，抑制酪氨酸激酶活性的方式均是通过SH2区与JAKs酪氨酸激酶区的结合来实现的。活化的STAT刺激SOCS基因，SOCS蛋白结合磷酸化的JAKs、STATs与受体的结合受阻，进而抑制生物应答［12］。通过SOCS家族相同的盒结构可加强蛋白酶体降解途径，例如，SOCS1可通过N-末端的激酶抑制区，下调JAK酪氨酸激酶的活性；SOCS1可通过与JAK （JAK1～JAK3，TYK2）的JH1区结合，阻碍JAK-STAT通路信号传导［13］。Walid等［14］研究表明，肿瘤的产生是由于SOCS蛋白缺少造成的STAT3过表达。持续性的STAT3激活对癌细胞增殖起重要作用，同时上调EGFR和IL-6的表达可共同降低癌细胞对负调节因子（特别是SOCS3）的敏感性［15］。（2）PIAS（激活的STATs蛋白抑制剂）：PIAS家族有PIAS1、PIAS2（PIASx）、PIAS3、PIAS4（PIASy）。其具有AD结构域、PINTT结构域、RING型锌链结构域和N端SAP结构域及LXXLL调节基序这五个共同特征。它们直接与磷酸化的STAT二聚体结合，阻止STATs与DNA的相互作用［16］。PIAS1的C端通过与具有活性的STAT1二聚体特异性结合形成复合物，与基因结合的靶位点被掩盖，从而抑制转录过程；PIASx抑制STAT4基因转录是通过聚集HGAC等抑制因子形成转录抑制复合物来实现的；PIAS3阻碍NF-κB及STAT1 和STAT2等转录因子与DNA的结合，从而抑制转录的发生；PLASy通过与STAT1的相互作用抑制STAT1基因的转录活性［17］。（3）磷酸酪氨酸磷酸酶（PTP）：PTP一族由细胞质中的PTP-SHP1/2、细胞膜中的PTP-CD45、T细胞中的PTP （TC-PTP）、核内的PTP、PTPBL 、PTPTRT、 PTP1B等组成。它们能使活化的JAKs脱磷酸化而失活［18］。SHP1基因主要来源于造血细胞的抑癌基因，其能通过增强JAK激酶的活性从而促进细胞的增殖，这种功能是JAK磷酸化实现的［19］；SHP2对JAK-STAT信号通路有负性调节功能，这种功能是STAT1的脱磷酸化实现的［20］。

2 JAK-STAT信号通路与胃癌的发病

近年来，越来越多的研究显示胃癌增殖分化、浸润转移与JAK-STAT信号通路（尤其是STAT3）的异常激活有密不可分的联系［21］。

2.1 JAK-STAT信号传导通路对细胞增殖分化、细胞凋亡及其周期的作用 STAT3是IL-6R、EGFR、JAK、Src等多个致癌性酪氨酸激酶信号通路的会聚点，其持续性激活能上调Bcl-xL、Mcl-1、CyclinsD1/D2、C-myc和survivin基因的表达，下调P53基因的表达，缩短细胞在G1期的停滞时间，使其快速进入S期，干扰正常细胞的增殖、分化、凋亡［22］。近年来多项研究表明，STAT3可与survivin结合来调节survivin的基因表达，从而抑制细胞的凋亡［23，24］。Cuijuan等［25］研究显示AG490在较高浓度（100μmol/L）时可致胃癌SGC7901发生S期、G2/M期的阻滞。Kanda等［26］研究发现STAT3处于激活状态时，其下游抗凋亡基因survivin的高表达能抑制胃癌细胞凋亡。Yu等［27］研究发现rhGH通过与GHR结合，激活胃癌MGC-803中的JAK2-STATs信号通路，促进MGC-803的增殖。以上研究结果说明STAT3对胃癌细胞的增殖、分化、凋亡及细胞周期均有重要影响。

2.2 JAK-STAT信号通路对胃癌浸润和转移的作用 胃癌患者JAK-STAT通路中STAT3的异常激活可能通过以下方式导致胃癌细胞的浸润、转移：细胞外基质的降解和新生血管的形成。基质金属蛋白酶（matrix metallo prpteinases，MMP）是降解细胞外基质成分最重要的酶之一，而降解的发生又是肿瘤浸润和转移过程中至关重要的一步。Dey等［28］报道称MMPs的基因表达会因JAK-STAT信号传导通路的变化而受到影响。Wan等［29］的相关调研结果显示胃癌组织中MMP-2和MMP-7的表达显著增高，且与淋巴结转移、浸润深度及肿瘤分期具有相关性。Hong等［30］发现STAT3可通过MMP-2启动子上的结合位点，上调MMP-2基因表达水平，进而显著提高胃癌细胞的转移能力。Xu等［31］通过应用AG490阻碍STAT3通路，进而影响STAT3-DNA的结合能力，下调p-STAT3蛋白的表达水平，MMP-2蛋白和mRNA表达水平也会随之下降，从而抑制肿瘤细胞的浸润和转移。血管可给机体内细胞的增殖提供充足的氧气和营养物质，对于肿瘤细胞而言，血管的形成几乎是所有实体肿瘤生长和转移的必需条件之一。血管一旦不能形成，癌细胞的增殖便会受到抑制。因此具有刺激血管内皮细胞增殖、迁移，进而诱导血管形成的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）对恶性肿瘤的浸润和转移具有非常关键的作用。Zhong等［32］研究表明，STAT3在VEGF基因启动子区域有结合位点，进而调节VEGF的表达，提示STAT3 与VEGF蛋白之间存在一个负反馈环。此外，Okamoto等［33］研究表明JAK-STAT通路中STAT3的过度激活有利于细胞的迁移。

2.3 JAK-STAT信号通路对胃癌预后的作用 JAK-STAT信号通路的持续激活（尤其是STAT3）能促进胃癌的发展，并且STAT3的持续激活与胃癌患者的不良预后存在密切的关系，活化的STAT3是影响胃癌患者生存时间的一个重要指标。Zhu等［34］发现STAT3和p-STAT3在胃癌组织中的表达水平明显高于正常胃黏膜组织，而且p-STAT3与胃癌细胞分化低、浸润程度深、发生淋巴结转移呈正相关，p-STAT3表达阳性患者的预后情况比阴性患者更差。Li等［35］发现p-STAT3的活化程度与胃癌病情的发展呈正相关，间接说明p-STAT3可能与胃癌的发生和恶化有某种程度的相关。Yan等［36］研究得出胃癌样本中SOCS2蛋白的表达水平明显高于正常样本，且SOCS2和STAT3表达水平呈负相关，说明抑制STAT3的表达可通过诱导或增强SOCS2的表达来实现，进而达到治疗胃癌的目的，并可为胃癌的早期诊断提供依据。因此可通过对p-STAT3、STAT3的组织活检，从而对胃癌患者的预后进行预后。

3 JAK-STAT信号通路与胃癌的治疗

目前，关于胃癌治疗药物主要通过VEGF、IGF-1R、AKT、c-Met等通路，而通过JAK-STAT信号通路治疗的药物还处于研究阶段。有研究表明JAK抑制剂AG490可显著抑制JAK2、STAT3、p-STAT3蛋白的表达，从而抑制胃癌细胞的增殖［37］。Zhang等［38］研究发现舒尼替尼是一种口服小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂，可抑制胃癌SGC7901细胞STAT3的表达并下调Bcl-2的表达，从而抑制胃癌细胞的增殖，目前舒尼替尼已经进入临床Ⅱ期试验。此外多项研究发现一些中草药成分可通过JAK-STAT信号通路抑制胃癌细胞生长增殖［39，40］。因此结合针对JAK-STAT信号通路的分子靶向治疗，有望在胃癌治疗上取得更好的疗效，减少不良反应的发生。

4 结论

JAK-STAT信号通路作为一条多因子调控的信号传导通路，参与调节机体的病理生理反应。在病理条件下，由于各种细胞因子的失调，导致细胞的过度增殖、分化以及凋亡受阻，促进肿瘤的发生发展。因此以STAT3的上游调节基因或STAT3作为靶点，通过直接或间接减弱STAT3的表达来抑制胃癌的发展和演变过程将成为今后抗胃癌药物重点研究的方向。

目前对胃癌的治疗主要以手术、放化疗为主，药物治疗主要包括apatinib、ramucirumab、mTOR抑制剂等血管内皮生长抑制剂和西妥昔单抗等表皮生长抑制剂，不能满足临床对胃癌有效控制的需要，而且这几种治疗方法的选择性欠佳，对患者的正常组织影响较大，不利于疾病的康复。JAKSTAT信号通路（尤其是STAT3）的阻断对抑制胃癌细胞生长，促进胃癌细胞凋亡有明显的作用［21～24］，而对正常组织几乎无影响，使JAK-STAT信号通路（尤其是STAT3）对胃癌的治疗具有良好的靶向性。针对以JAK-STAT信号通路（尤其是STAT3）为靶点，结合高通量药物筛选手段，开发特异性高、药毒性低的新一代小分子胃癌治疗药物，将是今后胃癌治疗研究的重点课题。

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310053 浙江中医药大学