IL‐6/STAT3信号通路在结直肠癌发展和治疗中的进展

何子勤 刘子钰 佘晓敏 李双航 卢露 叶甲舟 梁嵘 林燕

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是全球十大恶性肿瘤之一，2018年全球新发CRC 180多万例，约占癌症病例的1/10，死亡率高居全球第二位［1］。在我国，CRC发病率逐年增长，2018年新发CRC 52.1万例，发病率位居所有恶性肿瘤的第二位［2］。因此，探究CRC的发展机制及治疗方法尤为重要。CRC发病机制繁多复杂，与肠道菌群紊乱、免疫反应异常、遗传等有关，其中肠道炎症是最重要的因素之一［3］。研究表明，肠道炎症向CRC发展经历了众多信号通路紊乱，其中IL⁃6/STAT3通路可直接促进肿瘤细胞增殖和存活，被认为是CRC发生的关键通路之一［4］。本文就IL⁃6/STAT3信号通路在介导CRC发展及其在CRC治疗的研究进展进行阐述。

1 IL‐6/STAT3信号通路

IL⁃6于1986年首次被成功克隆，作为一种多效细胞因子，在免疫调节、造血、炎症和肿瘤发生方面具有重要作用［5］。研究表明，IL⁃6在CRC组织中表达显著增加，并与肿瘤大小、分期和生存率密切相关，其介导的信号传导也与CRC发展密切相关［6］。IL⁃6与受体形成复合物从而激活下游信号通路，其受体由2个亚基构成：分子大小为80 kDa的配体结合链IL⁃6R（IL⁃6Ra，CD126）和分子量为130 kDa的信号传导链糖蛋白 130（glycoprotein130，gp130）［7］。IL⁃6 信号传导途径分为经典信号通路和反式信号通路。在经典信号传导途径中，胞外IL⁃6与膜上的IL⁃6R（membrane⁃bound IL⁃6R，mIL⁃6R）结合形成复合物，诱导gp130聚集并与之结合，形成了由2个IL⁃6，2个IL⁃6R及2个gp130分子构成的异六聚体，随后复合体激活Janus激酶（Janus kinase，JAK），后者通过激活 STAT3形成二聚体进入细胞核调控靶基因转录［8］。IL⁃6的反式信号传导途径与经典信号传导途径基本相同，不同之处在于反式信号通路中与IL⁃6结合的受体是可溶性IL⁃6R（soluble IL⁃6R，sIL⁃6R）而非mIL⁃6R［9］。sIL⁃6R由mIL⁃6R的有限蛋白水解或IL⁃6R mRNA可变剪切产生［10⁃11］。经典信号通路与反式信号通路表达范围并不相同。与gp130在所有细胞中表达不同［12］，mIL⁃6R主要表达于中性粒细胞、单核细胞、活化的B细胞、CD4+和肝细胞，因此IL⁃6经典信号途径表达的范围有限［13］；而IL⁃6与血清中sIL⁃6R形成的复合物，可以作用于所有表达gp130的细胞，因此反式信号通路扩大了IL⁃6/STAT3信号通路的作用范围［14］。在功能上，IL⁃6经典信号通路主要诱导急性期反应，具有抗炎作用；与之相反，反式信号传导与促炎反应有关［15］。目前认为，IL⁃6对肿瘤的刺激主要由IL⁃6反式信号途径介导（图1）［16］。

图1 IL‐6/STAT3信号通路促进CRC发展的调控途径

2 IL‐6/STAT3信号通路促进CRC发展

IL⁃6信号介导STAT3持续激活对CRC增殖、抗凋亡、侵袭转移等多种恶性行为有重要的驱动作用。

2.1 细胞增殖

Myc是一种原癌基因，可调控下游靶基因转录，参与细胞增殖、分化等细胞过程［17］。目前发现多数CRC患者存在c⁃Myc蛋白过表达，部分患者还出现c⁃Myc基因扩增，提示病情恶化和预后欠佳［18］。在CRC中，IL⁃6激活STAT3，介导c⁃Myc快速激活并引发代谢紊乱和肿瘤进展［19］。KIUCHI等发现STAT3在IL⁃6刺激下介导c⁃Myc激活，而STAT3能与c⁃Myc P2启动子中的E2F位点（98TTGGCGGGAAA105）结合，而对该位点进行点突变，发现其对IL⁃6的响应下降，c⁃Myc表达也随之减少［20］。

在CRC中IL⁃6/STAT3通路还能促进细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）表达。Cyclin D1可驱动细胞周期从G1期到S期转变，细胞核内积累的Cyclin D1可促进细胞增殖［21⁃22］。LIU等［23］利用茶多糖抑制小鼠CRC细胞中的IL⁃6/STAT3通路，发现下游Cyclin D1表达降低。此外，还有研究发现Cyclin D1启动子序列中存在STAT3结合位点（也称GAS位点），破坏此位点可致STAT3介导的转录激活减少［24］。

LNRRIL6（long noncoding RNA regulating IL⁃6 transcription）是新鉴定的lncRNA，在CRC中上调并促进CRC细胞增殖；还可直接与IL⁃6启动子结合并介导其表达上调，增强STAT3激活，CDC25A、Cyclin D1也随之显著上调［25］。

IL⁃6/STAT3信号通路还可通过诱导细胞中线粒体单链DAN结合蛋白（mitochondrial single⁃strand DNA binding protein，mtSSB）的表达而介导端粒酶激活从而促进CRC细胞增殖。IL⁃6/STAT3信号通路诱导其下游转录因子FOXP1激活，随后FOXP1与mtSSB基因启动子的关键转录调节区（−800～−700之间的100 bp区域）结合，从而促进其表达。过表达的mtSSB激活ROS/Akt/mTOR通路促进人端粒酶逆转录酶表达，增强CRC细胞端粒酶活性及稳定端粒，从而促进CRC增殖［26］。

2.2 抗凋亡

IL⁃6反式信号通路不仅能调控细胞增殖，也是肿瘤细胞抵抗凋亡的关键通路。阿司匹林是一种能够抑制IL⁃6表达的药物。TIAN等采用阿司匹林治疗CRC小鼠，发现阿司匹林治疗组小鼠体内IL⁃6表达明显较低，磷酸化STAT3的水平同样减少，STAT3的下游靶基因Bcl⁃2、Bcl⁃xl表达显著降低，CRC小鼠体内肿瘤细胞凋亡显著增加［27］。还有研究报道，IL⁃6/JAK/STAT3信号通路可上调靶基因Mcl⁃1，保护CRC细胞免受肿瘤坏死因子相关凋亡配体诱导的细胞凋亡［28］。STAT3通过与Mcl⁃1中的SIE元件结合并促进其表达［29］。此外，IL⁃6/STAT3激活的抗凋亡靶基因还有Survivin［23］。Survivin启动子上存在STAT3的反应元件，IL⁃6介导激活的STAT3能通过与Survivin启动子的结合并调控其转录表达上调［30⁃31］。

2.3 侵袭转移和上皮间质转化

IL⁃6/STAT3信号通路还能增强CRC的侵袭转移能力，其机制可能与fos相关抗原⁃1（fos like antigen 1，Fra⁃1）有关。而Fra⁃1已被证实在肠癌细胞转移扩散中起至关重要的作用［32］。研究发现IL⁃6介导激活的STAT3，经K685乙酰化和Y705磷酸化后可直接与位于转录起始位点上游−600 bp附近的Fra⁃1启动子结合，并上调其表达。随后，Fra⁃1通过上皮间质转化诱导转录因子和基质金属蛋白酶增强CRC细胞侵袭能力［33］。

microRNA⁃34a（miR⁃34a）由肿瘤抑制因子P53诱导［34］，可下调Snail1表达而抑制上皮间质转化并阻遏癌症发展［35］。在CRC中，STAT3可结合至miR⁃34a第一个内含子中的结合位点从而抑制其表达，进而使Snail1上调。而IL⁃6R也是miR⁃34a的标靶之一，miR⁃34a可通过IL⁃6R的结合位点抑制其表达，因此过表达的IL⁃6可介导STAT3对miR⁃34a的抑制，反过来也促进了IL⁃6R的表达，激活IL⁃6/STAT3信号通路。同时，IL⁃6R/STAT3/miR⁃34a反馈环的激活也维持了对miR⁃34a的抑制，从而促进CRC上皮间质转化和侵袭转移［36⁃37］。IL⁃6/STAT3 信号通路还能通过降低E⁃钙黏着蛋白（E⁃cadherin）表达并上调波形蛋白（vimentin），从而增强CRC细胞的上皮间质转化而促进细胞迁移和侵袭［38］。

此外，癌胚抗原因子（carcinoembryonic antigen，CEA）作为CRC最主要的肿瘤标志物，对CRC细胞侵袭和转移也具有促进作用［39⁃40］。研究发现，采用Hyper⁃IL⁃6（介导 IL⁃6反式信号）处理CRC细胞后，激活的 STAT3能够上调 HIF⁃1α，HIF⁃1α随之通过与CEA启动子上的正调控元件EP⁃1结合，进一步促进 CEA 的表达［41⁃43］。

2.4 血管生成

IL⁃6/STAT3信号转导通路刺激肿瘤血管生成与血管生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）激活密切相关。VEGF作为最直接有效的血管生成因子，已被证明在CRC中呈高表达，且与预后呈负相关［44］。研究表明CRC患者中IL⁃6和VEGF水平明显高于健康对照组，并与疾病进展相关［45］。XIONG等［46］沉默STAT3后发现，CRC细胞中VEGF分泌减少，提示STAT3能够调控VEGF的表达。NIU等［47］进一步证实人VEGF启动子中存在STAT3结合位点，激活的STAT3突变体（STAT3C）能够直接与VEGF启动子结合，促进VEGF转录和肿瘤血管生成，而该位点发生突变后，STAT3C诱导VEGF启动子的活性也随之消失。

2.5 IL⁃6/STAT3信号通路与肠道菌群

结直肠寄居着复杂的微生物群落，其中以细菌数量最多，称为肠道菌群。肠道菌群与肠道上皮细胞相互作用，参与消化吸收、免疫调节等过程，具有增强肠道屏障、维持肠道稳态等重要作用［48］。当肠道菌群的结构、数量和种类发生改变，即肠道菌群失调时，可通过引起肠道免疫调节失衡和致癌物质增加等方式促进CRC发生发展［49］。研究表明，CRC患者肠道菌群在个体丰度上具有显著差异［50］，且可通过多种复杂的机制直接或间接促进CRC发生发展，如毒力因子的生成、肠道代谢产物的改变等［51］。肠道菌群失调可引起慢性结直肠炎导致的组织损伤，继发氧化应激造成肠上皮细胞DNA损伤，诱发不典型增生并促进癌变。此外，肠道菌群失调构建的微环境还有助于募集各种炎症细胞，通过分泌释放包括IL⁃6、IL⁃8等炎症因子，激活STAT3等信号通路而抑制肿瘤免疫反应［52］。

3 IL‐6/STAT3信号通路抑制剂在CRC治疗中的临床研究

目前，不少针对CRC IL⁃6/STAT3信号通路的靶向药物的临床试验正在开展，如IL⁃6抑制剂（siltux⁃imab），JAK抑制剂（itacitinib），STAT3抑制剂（OPB⁃31121，AZD9150 及 TTI⁃101）［53⁃58］（表 1）。

表1 靶向CRC IL‐6/STAT3信号通路的临床试验

siltuximab是针对IL⁃6的单克隆抗体，也是目前FDA批准用于治疗多中心型卡斯特曼病的唯一药物。但siltuximab单一疗法在包括CRC在内的晚期实体瘤患者Ⅰ/Ⅱ临床试验中并未显示出临床活性。研究结果表明，纳入试验的35例CRC患者疾病并没有得到有效缓解，siltuximab对晚期CRC患者临床获益有限［53］。

一项临床试验将JAK1/JAK2的选择性抑制剂ruxolitinib联合regorafenib用于治疗难治性转移CRC。但纳入试验的396例患者的总生存期和无复发生存期均未显著改善，表明ruxolitinib联合regorafenib并未提高转移CRC患者的疗效［54］。一项ruxolitinib联合trametinib治疗RAS突变型CRC的临床试验也正在进行中（NCT04303403），结果值得期待。itacitinib是一种新型口服JAK1选择性抑制剂［55］。itacitinib联合pembrolizumab治疗CRC患者的Ⅰ期试验近期已结束，但尚无结果发布（NCT02646748）。

STAT3抑制剂研发是学者关注的焦点之一。OPB⁃31121与STAT3的SH2结构域具有高亲和力，是新型的STAT3抑制剂，具有明显抗癌活性［56］。Ⅰ期临床研究显示，OPB⁃31121对晚期CRC患者具有良好的抗肿瘤活性，最大耐受剂量为800 mg/d［57］。作为STAT3反义寡核苷酸，AZD9150能够促进STAT3 mRNA破坏或抑制其翻译，是唯一进入临床试验的STAT3反义分子［58］。MD安德森癌症中心于2017年3月发起了一项Ⅱ期临床试验（NCT02983578）：AZD9150联合抗PD⁃L1抗体durvalumab治疗CRC患者，预计2021年3月结束。TTI⁃101是由Tvardi Therapeutics公司开发的STAT3口服抑制剂。目前已经开展TTI⁃101治疗包括CRC在内的晚期实体瘤的Ⅰ期试验（NCT03195699）。新型STAT3抑制剂 Bruceantinol（BOL）能够强烈抑制STAT3结合DNA的能力。在体内和体外CRC模型中，BOL均显示出显著的抗癌活性，但其临床试验有待开展［59］。截至目前，尚无任何靶向IL⁃6/STAT3信号通路的抑制剂被批准用于CRC治疗，因此有待进一步研发针对CRC IL⁃6/STAT3信号通路靶向药物的临床应用价值。

4 小结

在当前全球CRC疾病负担不断加重情况下，探究CRC发生发展的作用机制对预防、诊断和治疗CRC尤为重要。IL⁃6/STAT3信号通路作为CRC发展的关键通路之一，通过介导众多下游致癌靶基因的激活促进CRC的发生发展。近年来，临床数据还表明靶向IL⁃6/STAT3信号通路对CRC治疗有益，针对该通路及其下游信号通路的药物研究也是未来治疗CRC的研究热点之一。然而鉴于IL⁃6/STAT3信号通路促进CRC发展机制的复杂性，仍有一些致癌机制尚未明确，这也影响了治疗CRC药物研发进程，因此仍需进一步研究IL⁃6/STAT3信号通路促进CRC发展的作用机制及其靶向药物。