STAT3在头颈部鳞癌中的研究进展

周旋，任玉，乔宇

当前研究表明，信号传导与转录活化因子（STAT）家族已有7 个成员在哺乳动物细胞中被证实，分别是STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和 STAT6［1］。STAT3 是 STAT 转录因子家族的重要成员，参与调控多个重要的信号通路并介导下游基因的转录。STAT3异常激活表达与人类肿瘤细胞增殖、抗凋亡、侵袭、血管生成以及免疫逃逸等不同生物学行为关系密切。头颈部鳞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）是肿瘤学领域常见的难治性疾病之一，每年新发病例逾60万［2］。阐明STAT3在HNSCC发生与进展中的分子机制，寻找新的治疗手段日益受到重视。本文就STAT3信号通路的异常激活，STAT3 与HNSCC 的发生、侵袭以及血管生成的关系等进行综述。

1 STAT3概述

STAT3 蛋白结构可以分为Src 同源功能域2 区（SH2）、Src 同源功能域3 区（SH3）、羧基端第705 位的酪氨酸磷酸化位点（Tyr705）、DNA结合区、保守性较差的羧基端、第727 位的丝氨酸磷酸化位点和保守的氨基酸序列等 7 个生物学结构［3］。STAT3 结构中的转录活化区是多种丝氨酸激酶的底物，其磷酸化水平（主要是Tyr705）影响STAT3的转录活性。受体酪氨酸激酶［如表皮生长因子受体（EGFR）］和非受体酪氨酸激酶［如Janus 激酶（JAK）］可使STAT3羧基端转录活化区的酪氨酸磷酸化而激活STAT3，活化的STAT3与酪氨酸磷酸化位点的相互作用形成二聚体后转入细胞核，与特异性DNA 序列（ISRE/GAS 序列）结合，参与调节 B 淋巴细胞瘤-xl（Bclxl）、c-Myc、细胞周期蛋白 D1（Cyclin D1）、缺氧诱导因子 1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）和非编码RNA等靶基因转录［4］。

2 STAT3通路的激活

STAT3 最初作为白细胞介素（IL）-6、干扰素（IFN）和炎性因子的下游通路被发现［5-7］。IL-6通过与IL-6 受体α（IL-6Rα）在细胞表面结合来发挥其生物学功能。连接IL-6的受体发生构象上的改变，形成信号转导复合体。IL-6 激活JAK，活化的JAK反向磷酸化gp130，导致胞浆中STAT3 募集与激活。活化的STAT3 进入细胞核，传导胞外信号并行使其转录激活因子的作用［8］。此外，表皮生长因子（EGF）等多种生长因子与其受体结合后能激活其胞内段酪氨酸激酶活性，发生自身磷酸化并被STAT3的SH2 结构域识别，顺序激活其第705 位的酪氨酸残基［9］。还有研究表明，G 蛋白偶联受体、Toll 样受体［10］、Rho GTP酶家族［11］、蛋白质酪氨酸磷酸酶［12］和PIAS 蛋白家族［13］等均能通过不同的方式激活STAT3信号通路。

3 STAT3与HNSCC

3.1 STAT3 过表达与 HNSCC 发生 STAT3 的异常激活是上皮来源恶性肿瘤发生的特征性分子事件，乳腺癌、卵巢癌、HNSCC 和前列腺癌等多种实体瘤组织中可检测到STAT3 高表达［14-16］。研究显示，HNSCC 体外细胞系和肿瘤组织中STAT3 的表达水平高于正常鳞状上皮；通过检测HNSCC 患者癌组织、癌旁组织及正常黏膜上皮STAT3活性，发现癌组织与癌旁黏膜上皮中STAT3的表达强度是正常黏膜上皮的 8～10 倍［17］。正常组织中磷酸化的 STAT3 表达局限于黏膜上皮基底层细胞，而在癌旁组织则表达于上皮全层，在癌组织中呈过表达。由此可见，这种连续动态变化的STAT3 异常激活是HNSCC 发生的关键事件，并与 HNSCC 的增殖有关［18］。Nagpal等［19］证实不同临床分期患者中STAT3 表达不同，早期HNSCC 患者中STAT3 表达低于中晚期患者。STAT3的激活还参与了HNSCC组织去分化，高分化HNSCC中STAT3表达水平较低，而中低分化HNSCC中STAT3 表达水平明显升高［20］。更重要的是，STAT3 还可作为预测HNSCC 预后的指标之一，STAT3表达水平越高，肿瘤临床分期越晚，淋巴结转移的概率越高，患者预后越差［21］。据此，STAT3过表达是HNSCC预后不良的独立危险因素，而STAT3作为肿瘤治疗候选靶点及其相关的调节机制成为肿瘤研究的热点。

3.2 STAT3 与 HNSCC 侵袭 STAT3 主要通过降解细胞外基质、影响细胞黏附能力和细胞骨架重组调节肿瘤细胞的侵袭和迁移能力［22-23］。研究表明，STAT3 能转录激活基质金属蛋白酶（MMP）-2，降解细胞外基质Ⅳ型胶原，增强肿瘤细胞的侵袭能力；STAT3与c-Jun结合后锚定到MMP-9编码基因启动子中的特定序列，可以促进MMP-9 转录［24］。此外，STAT3 可通过激活 ErbB2/integrins β4，降低肿瘤细胞中E钙黏蛋白（E-cadherin）含量，抑制肿瘤细胞黏附能力，促进肿瘤细胞转移。本课题组通过使用STAT3 特异性小分子抑制HJC0152 和小干扰RNA处理SCC25 和CAL27 细胞后，发现肿瘤细胞侵袭能力减弱，F-肌动蛋白（F-actin）形态变化，β-连环蛋白（β-catenin）由细胞浆转入细胞核内［25］。且进一步研究提示STAT3可能通过调控CDK5影响HNSCC细胞骨架蛋白重塑，诱导肿瘤细胞上皮-间质转化（EMT），形成侵袭伪足，影响肿瘤细胞的侵袭、运动能力［26］。

多个非编码RNA 也被证明是STAT3 下游的靶基因，如 miR-21、miR-200、malat1/miR-30a 等［27-30］。STAT3 除了通过直接转录调控的经典途径调控miR-21 表达外，笔者通过分析长链非编码RNA malat1 编码基因启动子序列，发现其含有多个STAT3结合位点，通过染色质免疫共沉淀-聚合酶链式反应实验（CHIP-PCR）和荧光素酶报告实验法证明STAT3 能激活malat1 转录，且malat1 可以和miR-30a 竞争性结合并抑制波形蛋白（Vimentin）等EMT相关蛋白的表达来抑制肿瘤细胞的侵袭能力［28］。此外，STAT3 还能通过激活Zeste 基因增强子同源物2（EZH2）的方式调控miR-200 家族成员在HNSCC 中的表达水平，影响肿瘤细胞的侵袭能力［27］。上述研究结果为探讨以STAT3 为核心的非编码RNA 调控网络提供了新思路。

3.3 STAT3 与HNSCC 细胞的增殖和凋亡 肿瘤细胞具有对抗细胞程序性死亡的特性。STAT3具有通过调节下游靶基因，如Survivin和Bcl家族成员（Bclxl、Bcl-2、Mcl-1）促进肿瘤细胞抗凋亡的机制。通过STAT3 反义寡核苷酸干扰由HNSCC 组织原代培养得到的细胞系及裸鼠皮下荷瘤模型中STAT3 表达，发现Bcl-2、Cyclin D1 表达下调并能有效抑制肿瘤细胞增殖，促进肿瘤细胞凋亡［31］。STAT3 的负性突变体能够下调Cyclin D1 启动子的活性，降低Cyclin D1转录水平，降低肿瘤细胞从G1期进入S期的比例，从而抑制HNSCC细胞增殖［32］。本课题组也在抑制HNSCC 和多形性胶质母细胞瘤（GBM）细胞STAT3表达的研究中发现，肿瘤细胞内Bcl-2表达减少，Caspase-3/9 表达增加，提示肿瘤细胞抗凋亡和增殖能力下降，这些现象可能与线粒体膜电位和细胞内钙离子浓度改变有关［33-34］。上述研究均提示STAT3 异常表达和激活是影响HNSCC 细胞凋亡线粒体途径和内质网途径等分子机制中的重要环节。

3.4 STAT3 与HNSCC 乏氧和血管新生 多数实体瘤内存在的乏氧微环境会导致肿瘤细胞激活等一系列分子信号途径，如HIF-1α 和STAT3，增强肿瘤细胞的侵袭性和对治疗的抵抗能力［35-36］。有研究证实在乏氧条件下STAT3 和HIF-1α 共同促进血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表达，VEGF 基因启动子上存在STAT3的结合位点，STAT3 可以直接结合到VEGF 基因的启动子区域，激活 VEGF 的转录表达［37］。另一方面，STAT3 活化后促进HIF-1α 表达，进一步调节VEGF 转录，促进肿瘤血管生成，为肿瘤细胞侵袭转移提供条件［38］。此外，本课题组证实，STAT3 通过EZH2 调控血管内皮生长因子受体（VEGFR）表达影响HNSCC 细胞EMT［39］。总之，STAT3 在调控 VEGF 和 VEGFR 促进肿瘤细胞对乏氧耐受和血管新生方面起到了重要作用。

3.5 STAT3 与HNSCC 免疫逃逸 肿瘤细胞和免疫细胞间的自分泌或旁分泌交叉效应是肿瘤细胞产生免疫逃逸的分子机制之一。在一项关于黑色素瘤的基因治疗研究中，研究者将含有STAT3 突变蛋白的黑色素瘤细胞接种到皮下荷瘤小鼠模型后，与对照组小鼠肿瘤相比，肿瘤生长速度明显下降，由此证实了STAT3 在肿瘤免疫逃逸中的作用［40］。另外，Albesiano 等［41］研 究 表 明 ，干 扰 Cal27 等 细 胞 中STAT3表达能抑制肿瘤细胞产生炎性因子和趋化因子，抑制脂多糖介导的树突状细胞活化，影响外周血中淋巴细胞迁移能力；STAT3 可通过这些途径调节肿瘤细胞的免疫状态。更重要的是，HNSCC 中STAT3 和程序性死亡分子-1（PD-1）/程序性细胞死亡分子配体-1（PD-L1）表达呈正相关，在敲除Tgfbr1/Pten 的转基因小鼠模型中，干扰STAT3 能降低 PD-L1 表达水平［42］。这些结果表明 STAT3 不仅可以作为杀死肿瘤细胞的靶点，还可以通过细胞间的通讯机制影响包括免疫细胞在内的肿瘤间质细胞，从而增强大范围杀死肿瘤细胞的目的。

4 结论与展望

越来越多的研究证明了STAT3信号通路在包括HNSCC在内的多种实体瘤的发生、侵袭转移、增殖、凋亡等方面发挥了重要作用。STAT3的异常激活出现在肿瘤发生和进展的不同环节，因此异常激活的STAT3可以作为肿瘤分子诊断与分型的重要候选蛋白。AG490、WP1066等多个STAT3特异性小分子抑制剂已经显示出肿瘤抑制效应并具有良好的临床应用前景。因此，深入研究STAT3信号通路的功能，开发针对STAT3不同结构域的药物或单克隆抗体将为治疗HNSCC开辟新途径。