STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性研究进展综述

1、STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性研究进展摘要信号转导与转录激活因子（STATs）是一类发挥信号转导和转 录因子调节作用的蛋白质家族，它们可以作为信号转导分子和转录调 节因子参与到细胞因子和生长因子对于正常细胞的调控作用中。STATs的异常激活，特别是STAT3激活，和多种人类恶性肿瘤相关联。信号转导和转录激活因3（STAT3）为细胞内重要的信号转导蛋白，与 肿瘤的发生发展密切相关，抑制STAT3的过度的表达为治疗肿瘤的手 段之一。分别从肽和拟肽类、天然产物类以及虚拟筛选技术发现的小 分子这几个方面对目前已报道的STAT3抑制剂的抗肿瘤活性及其构 效关系的研究进展进行综述。关键词信号转导和转录激活

2、因子3;抗肿瘤活性;构效关系；展望刖言信 号转导 和转录激活因 子 （signal transducer andactivator of transcription，STAT）家族为一类既具信号传导功能又有转录活化功能的胞浆 蛋白，可与不同的细胞因子受体结合，并将胞外信号传递至细胞核内，从而引发 相应靶基因的转录。作为STAT家族成员之一的STAT3因具有多种重要作用（如 可调节细胞生长、分化和程序性死亡以及血管形成等）而备受研究人员关注。近 来研究显示，在正常生理状态下，STAT3蛋白的激活受到严格控制；而在多种肿 瘤（如乳腺癌、卵巢癌、头颈部鳞状细胞癌、前列腺癌、恶性黑色素瘤、多 发性骨髓

3、瘤、淋巴瘤、脑瘤、非小细胞肺癌及各种白血病等）的细胞中均可 见该蛋白过度激活且呈高水平表达。研究人员发现，利用RNA干扰技术，可抑 制结肠癌细胞中STAT3的表达，促进结肠癌细胞凋亡。由此证实，人类STAT3 可作为癌症治疗的重要靶点，原因是STAT3被激活后可产生免疫抑制作用，抑 制STAT3的过度表达不仅能阻断肿瘤细胞的过度增殖，还可增强机体对肿瘤的免 疫能力。机制研究显示，STAT3为表皮生长因子受体（EGFR）信号传导途径、由白介素-6(IL-6)介导的JAK-STAT3途径和由src基因介导的信号传导途径等多个致癌性 酪氨酸激酶信号通路汇聚的“焦点”，其被激活后，可发生二聚化并易位到

4、细胞 核内，然后与靶基因包括bcl-xl、bcl- 2、cyclin D1、c-myc和mcl-1基 因以及血管内皮生长因子(VEGF)、IL-10、IL-2和转化生长因子邛(TGF-p )等 的基因启动子上的特定位点结合，从而调节靶基因的表达。干扰素、白介素等细胞因子或EGFR等生长因子与各自受体结合后可活化Janus 激酶(Januskinase,Jak)及信 号转录 因子与 活化子(signal transducer and activator of transcription, STAT),STAT入核后参与基因转录，调控细胞增殖. 分化、免疫调节等过程。 研究表明该通路在许多实体瘤和

5、血癌中活动旺盛， STAT3常因变异而组成性活化，可通过促进原癌基因表达而诱导细胞增殖、血管 生成和转移。与其他STAT成员结构相似，STAT3可分为6个部分：N端的氨基酸保守序 列、螺旋区、DNA结合域、连接区、Src同源2( Src homology 2, SH2)结构域 和C端的转录活化区3-4。STAT3抑制剂的抗肿瘤机制主要包括：1)抑制 STAT3-STAT3二聚体的形成；2)抑制STAT3磷酸化；3)抑制STAT3与靶DNA 在细胞核内的结合。目前研究较多的STAT3抑制剂按类别可分为肽和拟肽类、天然产物类以及 通过计算机药物虚拟筛选技术发现的小分子，本文就此分类综述STAT3抑

6、制剂 的抗肿瘤活性及其构效关系研究进展，旨在为相关抗肿瘤药物的研发提供参考。1肽和拟肽类STAT3抑制剂该类STAT3抑制剂系STAT3、表皮生长因子受体(EGFR)或糖蛋白130(gp130) 上705位酪氨酸磷酸化产物(phosphotyrosine-705, pTry-705)周围的氨基酸 残基序列为模板而设计合成的磷酸肽，其主要靶点为STAT3的SH2结构域。 该类抑制剂可阻断STAT3与细胞因子受体或生长因子受体结合而阻止STAT3的 磷酸化、二聚体化及核易位，还能抑制STAT3二聚体与DNA结合，防止凋亡 抑制基因和细胞分裂基因的过度表达。2001年，Turkson等在细胞核内发现

7、了连接于STAT3蛋白SH2域、由6个氨基酸构成的磷酸肽PpYLKTK(图1,其中“P”代表脯氨酸残基，“pY” 代表磷酸酪氨酸残基，“L”代表亮氨酸残基，“K”代表赖氨酸残基，“T”代 表苏氨酸残基)，并将其提取出来进行活性研究。结果发现，此肽能有效抑制 STAT3与DNA的结合(IC50为235 p mol-L - 1)、并能抑制STAT3的激活和 转录活性，且还可阻断Src激酶诱导的STAT3依赖性成纤维细胞转化。进一步 的研究发现，磷酸酪氨酸以及与其相邻的“Y+1”位亮氨酸残基和“Y-1”位 的任意氨基酸残基所组成的部分，是此类肽分子具有STAT3抑制活性的必需肽 单位。因此，该研究小

8、组认为能抑制STAT3二聚体形成的最小肽分子应为型如 XpYL( X”为任意氨基酸残基)的三肽，如PpYL(图2),体外活性研究显示， 其抑制 STAT3 二聚体形成的 IC50 为(182 15) p mol - L - 1。图 2 PpYL在STAT3信号转导过程中，STAT3蛋白上的磷酸酪氨酸残基不断地由gp130、 白血病抑制因子受体(LIFR)、白介素10受体(IL-10R)和粒细胞集落刺激因子受 体(G-CSFR)补给，且该补给以上述受体与STAT3蛋白上的SH2结构域结合为前提。 而研究还发现，这些受体蛋白上均有一相同序列一YXXQ( Y”代表酪氨酸残基， “Q”代表谷氨酰胺残基

9、)。由此，Ren等从gp130的磷酸化蛋白中发现 了另一 STAT3抑制剂pYLPQTV(图3,其中“V”代表缬氨酸残基)，该肽分 子可有效抑制STAT3与DNA结合，IC50为0.15 mol-L - 1。图 3pYLPQTV此外，研究人员还以STAT3蛋白第705位磷酸酪氨酸残基周围的氨基酸残基 序列为模板设计了另一种短肽一一乙酰基-pYLKTKF(图4,其中“F”，代表苯丙氨酸残基），发现其亦具有抑制STAT家族蛋白活性的作用，且研究显示，该短 肽与STAT3SH2的亲和力较强，对STAT3的抑制常数K为25.9 molL - 1。IE10-P=0 IOH图4乙酰基-pYLKTKF2来源

10、于天然产物的STAT3抑制剂尽管肽类和拟肽类化合物具有较高的生物活性，但由于此类抑制剂易在体内 代谢失活，且生物利用度较低，因而成药性并不令人满意。近年来，非肽类STAT3 抑制剂也备受研究人员关注，人们已从天然产物中获得了多种具有STAT3抑制 活性的活性单体，且多为萜类和黄酮类等物质。STAT的天然抑制剂报道较多，如JSI-124（葫芦素I）可快速抑制STAT3组成 性活化的肿瘤细胞增殖，延长实验动物的生存时间;对各种肿瘤有广泛作用的 多靶点天然产物姜黄素、白黎芦醇表现出对STAT3的抑制活性；黄酮类化合物 Flavopiridol能阻断STAT3与DNA的结合;去氧四角霉素则是通过虚拟库

11、筛选得 到的STAT3抑制剂，此外环戊烯酮类化合物、靛玉红衍生物对STAT3也有一定的 抑制活性。2.1萜类具有STAT3抑制活性的萜类物质多为三萜和二萜，前者主要为齐墩果烷型三 萜，后者主要是Jolkinolide型二萜和丹参酮类二萜。三萜类：主要介绍两种，第一种：齐墩果烷型三萜因具有抗炎、抗氧化和抗 增殖等多种活性而成为药物设计研究的热点。在已知的几百个合成的齐墩果酸类 三萜类化合物中，2-氟基-3, 12-二氧代齐墩果烷-1, 9（ 11）-二烯-28-酸（CDDO, 图5）及其甲酯CDDO-Me（图5）已进入临床研究阶段，用于非白血性白血病和实 体瘤的治疗；此外，CDDO的另一种衍生物

12、CDDO-IM（图6）也具有良好的抗肿瘤 活性。研究显示，CDDO-Me能通过抑制STAT3信号的传导而抑制乳腺癌细胞的生 长还可通过抑制IL-6的表达和STAT3的磷酸化作用而杀死多重耐药的卵巢 癌细胞1。；CDDO-IM则能抑制STAT3蛋白磷酸化，诱导细胞凋亡，导致骨髓瘤 和肺癌细胞的凋亡mi,并能抑制STAT3蛋白的激活，从而阻止卵巢癌细胞的生 长12。图5其中，R为H,图为为2-氟基-3, 12-二氧代齐墩果烷-1, 9( 11)-二烯-28- 酸(CDDO)； R为CH3,图为2-氟基-3, 12-二氧代齐墩果烷-1, 9( 11)-二烯-28- 酸的甲酯(CDDO-Me)图 6

13、CDDO-IM另一种三萜类STAT3抑制剂为葫芦素(cucurbitacin)类化合物，其在葫芦 科植物中含量较高，具有细胞毒性和抗肿瘤活性。有文献报道，此类化合物能干 扰JAK/STAT信号传导通路，尤其是能抑制STAT3的信号传导，可作为抗肿瘤 药物的先导化合物。二萜类：Jolkinolide型二萜的基本结构为四环二萜，具有多种药理活性， 尤其是显著的抗肿瘤作用。经研究发现，17-羟基-Jolkinolide B(HJB，图7)可 通过与Janus激酶(JAK)共价交联而抑制STAT3的信号传导，从而诱导肿瘤细胞 凋亡。体外抗肿瘤活性研究显示，其在5molL-1浓度下对人肝癌HepG2细

14、胞和人乳腺癌MDA-MB-468细胞的抑制率分别为77.85%和69.03廿回。图 7 17-羟基-Jolkinolide (HJB)2. 2黄酮类黄酮类化合物具有广泛的药理活性尤其是抗肿瘤活性，因而极具药用价值。 文献DM1报道，黄酮类化合物flavopiridol（图8）和silibinin（图9）均可抑制STAT3信号传导途径。图 8flavopiridol(图 9 silibinin2.3其他除萜类和黄酮类化合物外，近来国外文献还报道了其他一些对STAT3信号传 导途径具有抑制活性的天然产物，如靛玉红衍生物 E564、E728和E804 （图 10-12）、1, 2, 3, 4, 6-

15、五-O-没 食子酰 基-0-D-葡 萄 糖（PGG,图13）和 Phaeosphaeride A（图 14）等等。3通过计算机药物虚拟筛选技术发现的STAT3抑制剂近来，研究人员通过计算机药物虚拟筛选技术发现了一些对STAT3信号 传导途径有抑制活性的小分子化合物。Song等应用该项技术获得活性化合物 STA- 21,其能与STAT3的SH2结构域结合，并抑制STAT3蛋白与DNA结合及 STAT3自身的二聚体化，从而阻断STAT3信号传导途径。体外活性研究显示，与 浓度为2030 molL - 1的STA- 21共孵育48 h,可使STAT3过度表 达的乳腺癌细胞株MDA-MB-435S、M

16、DA-MB-468和231发生凋亡。STA-21抗肿 瘤活性虽较高，但其合成较为困难，因此研究人员便以STA- 21为先导化合物 进行改造，以寻求易合成且保持高活性的STAT3小分子抑制剂。4展望STAT3几乎在所有的实体瘤和血液性肿瘤中均会过度激活，且其水平与肿瘤 分化程度、浸润转移及预后密切相关，因此，其作为肿瘤治疗的新靶点受到越来 越多的关注，如今已有大量关于STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性的研究。当然， 目前对STAT3抑制剂抗肿瘤作用的研究大多数还停留在体外活性初筛的水平， 在动物体内进行的药理和毒理研究则较少，进入临床研究阶段的活性化合物更是 寥寥无几。STAT3抑制剂作为一类新型抗

17、肿瘤药，其距离临床应用还有很长的路 要走。参考文献1唐古生，蔡建明，韩玲.STAT3与肿瘤治疗J.实用肿瘤杂志，2004, 19(3) : 257- 260.2 Fan Y, Zhang Y L, Wu Y, et al. Inhibition of signal transducer and activator of transcription 3 expression by RNA interference suppresses invasion through inducing anoikis in human colon cancer cells J . World J Gastroe

18、nterol, 2008, 14(3) : 428-434.3 Bromberg J F, Wrzeszczynska M H, Devgan G, et al. Stat3 as an oncogene J . Cell, 1999, 98(3) : 295- 303.4 Lim C P, Cao X M. Structure, function, and regulation of STAT proteins J. Mol Biosyst, 2006, 2(11) : 536- 550.5 Turkson J, Ryan D, Kim J S, et al. Phosphotyrosyl

19、peptide block Stat3-mediated DNA binding activity, gene regulation,and celltransformation J ,J Biol Chem, 2001, 276(48) : 45443-45455.6 Ren Z Y,Cabell L A,Schaefer T S,et al. Identification ofa high-affinity phosphopeptide inhibitor of stat3J . Bioorg Med Chem Lett, 2003, 13(4) : 633-636.7 Chen J, N

20、ikolovska-Coleska Z, Yang C Y, et al. Design and synthesis of a new, conformationally constrained, macrocyclicsmall-molecule inhibitor of STAT3 via clickchemistryJ . Bioorg Med Chem Lett, 2007,17 (14) :3939-39428 Turkson J, Kim J S, Zhang S, et al. Novel peptidomimeticinhibitors of signal transducer

21、 and activator of transcripProgress in Pharmaceutical Sciencestion 3 dimerization and biological activity J . Mol CancerTher, 2004, 3(3) : 261- 269.9 Ling X, Konopleva M, Zeng Z, et al. The novel triterpenoid C- 28 methyl ester of 2-cyano- 3, 12-dioxoolen- 1, 9-dien- 28-oic acid inhibits metastatic

22、murine breast tumor growth through inactivation of STAT3 signaling J . Cancer Res, 2007, 67( 9) : 4210-4218.10 Duan Z, Ames R Y, Ryan M, et al. CDDO-Me, a synthetic triterpenoid, inhibits expression of IL-6 and Stat3 phosphorylation in multi-drug resistant ovarian cancer cells J. Cancer Chemother Ph

23、armacol, 2009, 63 ( 4 ) :681-689.11 Liby K, Voong N, Williams C R, et al. The synthetic triterpenoid CDDO-Imidazolide suppresses STAT phosphorylation and induces apoptosis in myeloma and lung cancercells J . Clin Cancer Res, 2006, 12 ( 14 Pt 1 ) :4288-4293.12 Petronelli A, Saulle E, Pasquini L, et a

24、l. High sensitivityof ovarian cancer cells to the synthetic triterpenoid CDDOImidazolide J . Cancer Lett,2009,282( 2) : 214- 228.13 Wang Y L, Ma X, Yan S, et al. 17-hydroxy-jolkinolide B inhibits signal transducers and activators of transcription 3 signaling by covalently cross-linking Janus kinases and induces apoptosis of human c