STAT5与儿童急性淋巴细胞白血病关系的研究进展

段一菲 综述 文飞球 审校

（中国医科大学深圳市儿童医院血液肿瘤科，广东深圳 518000）

急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）是儿童最常见的恶性肿瘤，约占儿童癌症的27.3%［1］，经济水平、种族等因素会影响疗效［2］，ALL在发达国家生存率高于90%［3］，在国内北京、上海、广州等地区生存率较高。耐药率的增加是ALL患儿复发及死亡的主要原因［4］。信号转导和转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）家族是存在于胞浆内的转录因子，包括STAT1~STAT6，其中STAT5的异常激活与白血病等恶性肿瘤密切相关。目前，STAT5已被确定为ALL发生发展的关键调控因子，是治疗儿童ALL的重要靶点之一［5］。因此，本文对STAT5与儿童ALL的关系及其对治疗和预后的影响进行总结，旨在为提高ALL患儿生存率提供新思路。

1 STAT5概述

STAT5包括STAT5A和STAT5B 2种亚型，它们分别由紧密相关的染色体并列基因5A和5B编码，聚集在人类17号染色体上，具有96%的序列同源性。STAT5有6个功能性结构域：N-末端相互作用结构域、卷曲螺旋结构域、DNA结合结构域、连接结构域、Src同源2（Src homology 2，SH2）结构域和C-末端转录激活结构域，其功能分别为：N-末端相互作用结构域使未活化的STAT5组成同源二聚体，在入核转运过程中协同DNA结合结构域结合到增强子GAS上；卷曲螺旋结构域提供大量亲水表面以便于联结调节因子；DNA结合结构域直接结合GAS；连接结构域可阻止自身磷酸化，使STAT5与DNA稳定结合；SH2结构域与细胞因子受体酪氨酸磷酸化特异性结合，决定细胞因子结合的特异性；C-末端转录激活结构域介导不同的转录调节［6-7］。正常状态下，STAT5的活化依赖于酪氨酸磷酸化，其活化状态与去磷酸化失活状态维持动态平衡，在促进细胞增殖、参与细胞自我更新、逃避细胞凋亡、诱导血管生成、增强肿瘤细胞侵袭能力和抑制抗肿瘤免疫等过程中发挥重要作用［8］。STAT5过度表达或持续激活时上述平衡被打破，可诱发多种恶性肿瘤［9］。

2 STAT5在ALL发病中的作用

2.1 STAT5影响造血细胞分化

STAT5作为各类细胞因子和生长因子受体的下游关键信号，在造血过程中发挥作用，可影响淋巴-髓系发育［10］。在细胞因子与其受体相互作用时，STAT5被白细胞介素-7（interleukin-7，IL-7）等细胞因子激活［11］，进而激活JAK/STAT信号转导通路，导致STAT5磷酸化［12］。STAT5的活化有利于T淋巴细胞和B淋巴细胞分化［13］，可加速白血病细胞扩增［14-15］。

2.1.1 STAT5促进B淋巴细胞的分化 IL-7/STAT5信号传导在早期祖B细胞的生长和分化中起至关重要的作用，它通过JAK/STAT和磷脂酰肌醇3激酶途径发出信号，在B细胞受体（B cell receptor，BCR）重排前促进B淋巴细胞增殖和存活［16］。研究表明，抑制小鼠体内IL-7/STAT5信号传导会阻碍其早期前B细胞发育，说明白细胞介素-7受体（interleukin-7 receptor，IL-7R）的突变可能会抑制前BCR通路导致B淋巴细胞发育异常，这一结果可使STAT5异常活化，最终促进白血病转化［17］。Katerndahl等［18］通过染色质免疫共沉淀和二代测序技术发现STAT5抑制前B细胞受体（pre-B cell receptor，pre-BCR）信号通路来促进白血病转化，该过程与pre-BCR信号转导所需的基因编码产物表达失调有关，主要在于活化的STAT5与下游转录因子NF-κB1、IKAROS等pre-BCR信号通路成分的缺陷存在协同作用，该实验结果表明正常B细胞分化过程中与NF-κB相关肿瘤抑制通路调节有关的基因，与STAT5结合后会激活STAT5进而促进祖B细胞增殖，证明了STAT5和pre-BCR/NF-κB/IKAROS通路之间的失衡会诱导B系急性淋巴细胞白血病（B cell acute lymphoblastic leukemia，B-ALL）的进展，且STAT5表达水平越高，患儿预后越差。

2.1.2 STAT5促进T淋巴细胞的分化 STAT5是IL-7R/JAK信号转导通路的下游效应因子之一，其激活突变位点为SH2结构域和反式激活域，可促进生长因子的非依赖性增殖。有学者通过研究指出，具有STAT5B基因突变的原发性T系急性淋巴细胞白血病（T cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL）患儿，其5年累积复发率高于STAT5B基因野生型患儿（P<0.05）［19］。持续存在的STAT5信号可诱导肿瘤特异性CD4+T细胞的全基因组转录和表观遗传重构，赋予细胞多功能性、抗耗竭性和肿瘤浸润能力［20］，进而诱导CD4+T-ALL。另一方面，IL-7R介导的STAT5信号传导可上调转录因子RUNX3、BCL-2和MCL-1的mRNA表达，绕过T细胞受体信号传导直接诱导CD8+T细胞分化［21］。该实验通过在转基因小鼠的造血系统中检测STAT5变体的活性水平证明了STAT5变体异常活化的小鼠体内T细胞瘤变也会增多，进而使效应和记忆CD8+T细胞大规模扩增和破坏性肿瘤浸润，表明STAT5可能诱导CD8+T-ALL的发生发展。

2.2 STAT5促进白血病细胞增殖

STAT5通过JAK/STAT信号转导通路促进ALL患儿白血病细胞增殖［22］。JAK分子与STAT分子在该通路中通过与受体结合的形式完成信号转导，而STAT5作为JAK2下游最重要的信号蛋白，已被证明与造血过程密切相关［23］。细胞跨膜蛋白的胞外受体与细胞因子结合后使受体结构改变形成二聚体，其寡聚作用可反式激活胞质内的JAK2，活化的JAK2与受体的酪氨酸残基结合后磷酸化，从而为STAT5提供酪氨酸磷酸化位点。细胞质中磷酸化的STAT5与受体分离后以STAT5二聚体的形式进入细胞核，进而与靶基因的特异性增强序列结合，诱导靶基因转录，极大地提高了转录效率［24］，有利于白血病细胞增殖。

此外，STAT5可促进Ph染色体阳性急性淋巴细胞白血病（Philadelphia chromosome-positive acute lymphoblastic leukemia，Ph+ALL）肿瘤细胞的生长和增殖。Ph+ALL属于一种预后极差的ALL高危亚型，约占儿童ALL的3%~5%［25］。Minieri等［26］通过下调已注射Ph+ALL细胞的免疫缺陷小鼠体内STAT5的表达，证明抑制STAT5表达可显著降低白血病细胞的生长、增殖和集落形成，诱导细胞凋亡，并显著延长其增殖周期。除此之外，他们通过评估Ph+ALL细胞对STAT5及其下游效应因子的表达依赖性，证实STAT5的促生长作用依赖于Bcl-2等下游基因的表达。该结果进一步说明将STAT5及其下游效应因子作为靶点不仅可以规避BCR-ABL1融合基因依赖性酪氨酸激酶抑制剂耐药的Ph+ALL发病，而且可以抑制STAT5促生长信号激活的BCR-ABL1非独立机制，进而抑制肿瘤细胞增殖。

2.3 STAT5抑制白血病细胞凋亡

STAT5结构性激活存在于大多数ALL患者的白血病细胞中［27］。利用RNA干扰对STAT5进行基因沉默后，其抗凋亡作用从35%下降到10%［28］，表明STAT5可抑制肿瘤细胞凋亡。在白血病细胞中存在转录抑制因子TEL与JAK2形成的TEL-JAK2融合基因，后者可诱导STAT5磷酸化。STAT5抑制其下游的细胞因子信号通路抑制因子的表达，降低其诱导的蛋白酶体在介导易位产物时对TEL-JAK2表达的干扰作用，进而抑制和降解JAKs介导的正常造血细胞的负反馈循环，减少白血病细胞的凋亡。研究表明，癌细胞依靠抗凋亡蛋白来获得对治疗的抵抗力，MCL-1、BCL-2等抗凋亡蛋白会影响ALL的进展［29］。抗凋亡基因Mcl1作为STAT5的直接靶基因，可在早期B细胞阶段抑制其凋亡，即STAT5在B-ALL中的致癌功能可能通过抑制肿瘤细胞凋亡来控制白血病细胞的生存［30］。

3 STAT5在ALL治疗中的作用

在ALL治疗中，基于JAK/STAT信号转导通路的靶向治疗可能会消除致癌驱动因子的功能［31］，近年来成为研制各种药物抑制剂的热点之一，小分子JAK抑制剂已开始用于恶性肿瘤性疾病的临床治疗［32］。但STAT不具有酶活性，开发针对STAT的靶向药物具有挑战性，目前只有少数STAT5抑制剂可用于临床开发［33］。STAT5蛋白间的相互作用是治疗方面具有可行性的小分子干扰靶点，针对STAT蛋白活性的抑制主要体现在3个方面［34］：（1）抑制肽，它将STAT从上游受体和激酶中隔离出来，阻断STAT与细胞因子受体的结合；（2）小分子抑制剂，它会阻碍STAT的激活，阻断STAT的二聚化；（3）寡核苷酸抑制剂，它将STAT从基因组结合位点隔离出来，阻断STAT联结DNA。SH2结构域可介导STAT5与受体-酪氨酸激酶复合物的对接，在STAT5磷酸化和活化过程中发挥重要作用，目前国内外针对SH2结构域的STAT5小分子抑制剂研究较广。

IST5-002作为STAT5酪氨酸磷酸化和二聚化的小分子抑制剂，具有高特异性和低毒性［33］。Minieri等［26］对IST5-002处理前后的白血病细胞集落形成数量进行对比分析后得出它可以抑制STAT5磷酸化，进而抑制肿瘤细胞增殖。此外，匹莫齐特也可与STAT5相互作用［35］。Subramaniam等［36］用细胞热位移测定法对肿瘤细胞裂解物进行蛋白质印迹分析，结果表明匹莫齐特处理后的肿瘤细胞裂解物中STAT5磷酸化程度显著下降，同时他们利用分子对接的方式证实了二者的作用位点为SH2结构域。另一方面，溴化结构域蛋白抑制剂JQ1可直接靶向STAT5，降低白血病细胞的组成性STAT5激活［37］。Remke等［38］在检测暴露于JQ1的人类单核细胞的STAT5磷酸化状态过程中发现，JQ1可抑制STAT5磷酸化，并且抑制作用随浓度增高而加强。该结果进一步验证了JQ1通过抑制STAT5活性来阻止单核细胞衍生的树突状细胞成熟，降低了树突状细胞诱导T淋巴细胞增殖的能力［39］，其合成物有望用于T-ALL的临床治疗［40］。

4 STAT5对ALL预后的影响

由于部分患儿存在耐药性，疾病复发是ALL治疗过程中的一大难题，靶向抑制STAT5可增强ALL细胞的化疗敏感性并抑制其增殖［41-42］，有利于改善预后。端粒酶是由人端粒酶逆转录酶（human telomerase reverse transcriptase，hTERT）和人端粒酶RNA模板2个亚基组成的复合体。细胞的增殖能力和连续存活高度依赖于端粒酶的表达和端粒长度的维持，而hTERT的再激活和持续表达是促进细胞转化的关键因素，几乎所有的白血病患儿均可发现端粒酶表达升高［43］。Nogueira等［44］通过实时荧光定量聚合酶链式反应评估健康儿童和ALL患儿体内hTERT的基因表达水平的差异，结果表明hTERT在患儿中过度表达并且使患儿总生存率显著降低，可将其作为影响ALL患儿生存的独立预后因素。不同的信号通路均可在hTERT的表达过程中发挥作用，JAK2/STAT信号通路可通过增强STAT5的表达来增加hTERT的表达［45］。因此，靶向抑制STAT5及相关信号通路的表达可以阻止hTERT表达，从而使ALL细胞对化疗易感，影响患儿的疾病进展和预后。

5 总结及展望

近年来，在血液系统恶性肿瘤中发现了活化的STAT5分子，其在肿瘤发生中的作用涉及促进造血细胞分化、诱导转录、抗凋亡和增殖靶基因等方面，影响疗效和预后。靶向STAT5在儿童ALL治疗中具有可行性，可诱导肿瘤细胞停止增殖并加速其凋亡，提高ALL的治疗应答率。尽管STAT5在ALL发病和进展中的作用已有初步论述，但STAT5A和STAT5B的作用差异尚未明确。就目前而言，大部分STAT5抑制剂仍处于临床前研究阶段，降低脱靶率和不良反应是今后STAT5抑制剂临床应用的重大挑战。