STATs信号转导通路与实体瘤研究进展

STATs信号转导通路与实体瘤研究进展【本文关键词语】信号转导肿瘤治疗转录信号传导子与激活子〔signaltransducersandactivatorsoftranscription,stats〕通路与细胞增殖、分化及凋亡亲密相关，该通路连续激活可导致细胞异常增殖和恶性转化。当前已发现stats在恶性黑色素瘤、头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌以及前列腺癌等多种实体肿瘤组织与细胞系中异常表达或活性加强。1stats信号转导通路成员分子构造与功能stats家族由7个成员构成：stat1～stat4，stat5a，stat5b及stat6[1]。研究显示stats信号转导通路成员stat1、stat3、stat5调控异常与肿瘤发生发展亲密相关[2]。stats蛋白家族成员的分子量在84～113kd之间，其中stat1、stat3、stat4、stat5a及stat5b由750～795个氨基酸构成；stat2、stat6由大约850个氨基酸构成，它们具有如下保守构造域,见图1。分为sh2构造域〔sh2〕；sh3构造域〔sh3〕；酪氨酸磷酸化位点；dna结合域〔dnab〕；羧基末端转录活化构造域〔ta〕；氨基端构造域〔h2n〕；py为酪氨酸磷酸化位点，ps为丝氨酸磷酸化位点图1stats分子构造域1．1sh2构造域sh2构造域位于第600～700位氨基酸残基之间，重要功能是：〔1〕使stat与磷酸化受体之间构成复合物；〔2〕介导jakstat的互相作用；〔3〕介导stats构成二聚体，进行核转位与dna结合。1.2sh3构造域sh3构造域位于第500～600位氨基酸之间，序列保守性较sh2构造域差，能够与富含脯氨酸的序列结合，其功能尚不明确。1.3酪氨酸磷酸化位点酪氨酸磷酸化位点在不同stat成员中位置不同，当此酪氨酸磷酸化后，stat分子呈活化状况，可与其他stat分子中的sh2构造域结合，sh2构造域与磷酸化的酪氨酸结合后，可使两分子stat单体构成二聚体，进入细胞核内与特异的dna片段结合。1.4dna结合域dna结合域是高度保守的，位于第400～500位氨基酸之间，多数stats有一共同的dna结合序列ttnnnnnaa〔n为任意氨基酸〕，但不同的stats分子又有其最佳的结合序列。1.5羧基末端转录活化构造域羧基末端转录活化构造域在stat1α、stat3、stat4及stat5位于第720～730位氨基酸，此构造域含有保守的p〔m〕sp基序，其中的丝氨酸残基可被丝、苏氨酸激酶磷酸化，而stat1β、stat2和stat6不含此序列。此构造域保守性极差，与转录激活有关。1.6氨基端构造域氨基端构造域是由stat分子氨基末端约50个氨基酸残基构成的保守基序，其功能是介导stats分子磷酸化，而且参与stat二聚体与dna的结合。2stats信号转导通路作用机制多种细胞外蛋白〔extracellularsignalingproteins〕能够作为配体与细胞外表特异受体结合而激活胞浆中的转录因子“stat〞，这些细胞外信号包含：〔1〕细胞因子(cytokine)：ifn家族、白介素、osm、lif、cntf等；〔2〕单链家族〔singlechainfamily〕：epo、prl、tpo、gh；〔3〕受体酪氨酸激酶〔receptortyrosinekinases〕：egf、pdgf、csf1、hgf；〔4〕非受体酪氨酸激酶〔nonreceptortyrosinekinase〕：包含src、abl、vsis等；〔5〕g蛋白：包含tsh、mip1等。stats信号传导通路的活化机制是：细胞外信号蛋白作为配体与细胞膜外表受体结合后使受体二聚化或寡聚化，这使得与受体偶联的jak激酶互相聚集，通过交互磷酸化而使jak活化。jak激酶活化后可催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化而使受体活化，受体上磷酸化的酪氨酸及其四周的氨基酸序列构成了含有sh2构造域的“停泊位点〞〔dockingsite〕，募集胞浆中以单体存在的stats分子，成为jaks的底物。jaks则进一步使与受体结合的stat分子酪氨酸磷酸化。酪氨酸磷酸化后，stats构成同源或异源二聚体从受体上释放下来，进入细胞核与特异的dna序列〔ttnnnnnaa〕结合启动靶基因转录,见图2。图2stats信号转导通路示意图3stats信号转导通路与实体瘤3.1恶性黑色素瘤恶性黑色素瘤是一种高度恶性肿瘤，进展期皮肤恶性黑色素瘤5年生存率只要14%，其发病机制尚不特别清楚。stat1作为第一个被发现的stats成员，能够抑制肿瘤细胞增殖促进细胞凋亡，起抑癌基因作用。boudny等[3]发现磷酸化stat1在75%的黑色素瘤组织中呈低表达，stat1与患者预后呈正相关。niu等[4]发现stat3在小鼠恶性黑色素瘤细胞系b16中异常活化，转染stat3显性负性质粒〔stat3β〕能够阻断b16细胞中stat3活性，促进细胞凋亡。将含stat3β的质粒及相应的空载体质粒注入荷瘤小鼠的肿瘤中，在15只打针空载体质粒的小鼠中只要1只肿瘤临时消退，而20只打针stat3β的小鼠有11只肿瘤缩小，其中5只肿瘤消失，而且在观察期中无复发。细胞周期分析发现，转染stat3β的b16细胞出现g0～g1期阻滞，同时g2～m期和s期比例下降。转染stat3β48小时后b16细胞凋亡比例达75%，而相应转染空质粒的b16细胞只要25%发生凋亡。mirmohammadsadegh等[5]发现stat5在皮肤黑色素瘤中连续激活〔62%〕，人类重组表皮生长因子能够激活黑色素瘤细胞系中stat5通路，应用rna干扰技术或者stat5b显性负性质粒转染黑色素瘤细胞系a375能够诱导细胞凋亡阻滞细胞增殖。3.2卵巢癌卵巢癌是常见的妇科恶性肿瘤，jak/stats信号转导通路异常同样也存在于卵巢癌中。burke等[6]研究发现卵巢癌细胞系mdah2774和caov3中stat3连续活化，同时可检出有较高水平的磷酸化jak2存在，而在stat3低表达的卵巢癌细胞系a2780和正常卵巢上皮细胞中未检出jak2的磷酸化，jak2磷酸化可能是stat3异常激活的主要上游调节激酶。应用jak2的抑制剂ag490〔100μmol/l〕作用mdah2774和caov3细胞48小时后检测pstat3和bclxl表达水平明显降低，emsa检测stat3的dna结合活性也明显下降；ag490作用3～4天后39%～50%细胞发生凋亡，5～6天后60%～75%的细胞凋亡，同时ag490能够加强顺铂导致的细胞凋亡作用。进一步转染stat3显性负性蛋白stat3β，g418挑选后构成的克隆数明显下降。rosen等[7］发现stat3和bclxl高表达的卵巢癌细胞系skov3对顺铂及泰素不敏感，stat3低表达的a2780对化疗药物敏感；将bclxl转染a2780细胞后，a2780对化疗药物的耐受性明显提升。上述实验结果说明：jak2/stat3信号传导通路的异常活化在卵巢癌的增殖、凋亡中起侧重要作用，并可能通过产生bclxl拮抗化疗药物的促凋亡作用。3.3头颈部鳞状细胞癌头颈部鳞状细胞癌〔squamouscellcarcinomaoftheheadandneck,scchn〕是来源于口腔、口咽、喉等部位的恶性肿瘤。leeman等[8]发现scchn患者肿瘤组织和其正常粘膜中stat3的dna结合活性要比另外7例正常人的粘膜高出8～10倍，pstat3和stat3蛋白的表达水平也比正常人粘膜组织高。免疫组织化学染色也发如今scchn病变部位的上皮组织全层都有pstat3表达，而在正常人粘膜组织中只在上皮基底层有所表达。xi等[9]发现scchn细胞系中egfr/tgfα在基因转录水平就已升高，维甲酸能够降低egfr/tgfα的表达。这提示scchn细胞能够同时表达egfr和它的配体tgfα，通过自分泌机制自我活化而发生异常的增殖。应用egfr特异性酪氨酸激酶抑制剂pd153035作用scchn细胞能够阻断stat3活化，提示stat3异常活化和egfr/tgfα的过表达相关。动物实验中发现皮下接种scchn细胞的裸鼠成瘤后，向瘤体内打针stat3的反义dna同打针正义dna组和空载体组相比，scchn细胞凋亡加速两倍。应用非甾体类抗炎药舒林酸〔150μmol/l〕作用于鳞癌细胞系scc4、9、15、25三天后pstat3和stat3表达水平明显下降，随着舒林酸作用时间的延长scc9、25细胞的增殖和对照组相比下降约80%[10]。3.4前列腺癌ni等[11]研究了人前列腺癌细胞系lncap、du145、pc3和tsu中stat3的表达和激活情况。supershift分析实验证明在前列腺癌细胞系中stat3连续活化；侵袭性最强的细胞系tsu中stat3的dna结合活性最高，侵袭性最弱的lncap细胞中stat3活性最低；对dunning大鼠前列腺癌细胞亚株的检测中同样发现stat3活性和肿瘤的恶性潜能相关。将stat3显性负性质粒转染tsu细胞，发现稳定表达显性负性stat3的tsustat3f细胞中stat3活性明显遭到抑制，而转染空质粒的tsuneo细胞和tsu细胞stat3活性仍处在高水平。酪氨酸激酶抑制剂ag490〔100μmol/l〕能够阻断stat3的活化，ag490作用tsu细胞48小时后细胞增殖的抑制率可达80%。导致前列腺癌细胞中stat3连续活化的始动因子当前尚不清楚，lee等[12]发现前列腺癌细胞系du145中乳腺癌易感基因1〔brca1〕低表达和stat3活化有关，将brca1转染du145细胞后，du145/brca1细胞中brca1蛋白表达升高，pstat3表达明显较转染空质粒的对照组升高。du145/brca1细胞中pjak1和pjak2水平较对照组明显升高，brca1可能通过激活jak1、2进一步使stat3激活。阻断du145/brca1细胞stat3的活化后，细胞的增殖明显遭到抑制，凋亡增长。jia等[13]发现双氢睾酮可加强前列腺癌细胞系lncap中il6对stat3信号传导通路的激活作用。应用雄激素受体拮抗剂flutamide后双氢睾酮使stat3活化加强的作用被抑制；另一方面转染显性负性stat3能够抑制lncap中雄激素受体的激活。stat3信号转导通路可能和雄激素受体间存在交互作用。3.5乳腺癌berclaz等[14]发现乳腺癌组织中stat表达明显加强。garcia等[15]发现stat3在乳腺癌细胞系中表达和活性明显加强，而在正常乳腺上皮细胞mcf10a中未见stat3表达与活化。应用酪氨酸激酶抑制剂ag490〔50μmol/l〕作用mdamb468细胞，6天后活细胞数比对照组下降约15倍，70%的细胞出现细胞凋亡。同样剂量的ag490对正常乳腺上皮细胞没有明显的不良作用，增殖和凋亡无明显增长。转染stat3β同样可明显抑制mdamb468细胞的集落构成能力，stat3的活化在乳腺癌细胞增殖中起侧重要作用。乳腺癌细胞系除了能够通过erbb1等激酶作用下激活stat3外，还能够由自分泌或旁分泌机制启动stat3的活化。stat5是stats通路的另一主要成员，在乳腺的发育上起侧重要作用，在乳腺癌细胞系及乳腺癌组织中可以以观察到stat5活化。jacobsen等[16]发现孕激素能够影响pr阳性乳腺癌细胞中stat家族成员的表达，stat5和stat3在孕激素作用下表达上调，stat1轻度下调；孕激素通过pr上调stat5amrna的表达，加强stat5a的转录活性。huang等[17]发现prl能够使乳腺癌细胞系t47d中stat5b磷酸化，在应用prl的拮抗剂g129rhprl后能够阻断90%以上的stat5b的磷酸化，并可明显抑制t47d的增殖。泌乳素〔prl〕诱导的stat5磷酸化同样依靠孕激素，乳腺癌细胞系t47d中孕激素及prl能够影响stat5的表达和活性，但是stats家族成员在乳腺癌由激素依靠型改变为非激素依靠型的经过中起什么样的作用尚不清楚。3.6结直肠癌结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，我们国家结直肠癌发病率呈上升趋势。ma等[18]研究显示pstat3、cyclind1与bclxl表达水平在结直肠癌组织中明显增高。pstat3与cyclind1表达呈正相关。pstat3高表达患者5年生存率明显低于pstat3低表达者，stat3可能成为新的结直肠癌预后指标。kusaba等[19]应用组织芯片技术检测了113例结直肠癌标本中表皮生长因子受体与stat3的表达情况，结果显示egfr与stat3分别在76%与94%的标本中呈高表达，egfr与stat3均为阳性表达的肿瘤侵袭性强，多因素分析发现stat3与pstat3分别与血管癌栓与神经进犯相关。应用酪氨酸酶抑制剂ag490与反义寡核苷酸能够阻断结肠癌细胞中stat通路，使cyclind1与bclxl蛋白表达下调，抑制结肠癌细胞增殖并促进细胞凋亡，使肿瘤细胞恢复对化疗药物的敏感性[2023]。3.7脑胶质瘤脑胶质瘤是颅内最常见的恶性肿瘤，而对脑胶质瘤中jak/stats信号传导通路的研究还比较少。schaefer等[24]发现脑胶质瘤细胞系u87mg和snb19中stat1与stat3酪氨酸磷酸化水平及活性明显的研究中发如今gp130家族的细胞因子作用下；osm作用snb19细胞后很快能够检测到stat3蛋鹤发生酪氨酸磷酸化和核转位。将包括stat结合位点的报告质粒转染u87mg，该质粒中含有氯霉素乙酰转移酶〔cat〕，cat的活性受插入的stat结合位点的控制，能够通过cat的活性间接反映stat3的转录活性。应用osm刺激细胞4～8小时，cat的活性增长了3倍。提示在u87mg细胞中osm可直接激活stat3转录活性；应用显性负性stat3能够阻断osm诱导的stat3转录活化。上述实验证明人脑胶质瘤细胞系在gp130家族细胞因子作用下能够发生stat1和stat3分子的活化，并可激活其转录活性。但jak/stats信号传导通路在脑胶质瘤的发生、发展中的详细作用机制尚待研究。总之，stats信号转导通路与多种恶性肿瘤发生发展亲密相关，但其具体作用机制尚未说明，深切进入研究stats信号转导通路可能为肿瘤诊断及预后提供线索，并为基因治疗提供新的靶点[25]。【以下为参考文献】［1］nikitakisng,siavashh,saukingthestatpathwayinheadandneckcancer:recentadvancesandfutureprospects[j].currcancerdrugtargets,2004,4(8):637651.［２］hauraeb,turksonj,joveismsofdisease:insightsintotheemergingroleofsignaltransducersandactivatorsoftranscriptionincancer[j].natclinpractoncol,2005,2(6):315324.［３］boudnyv,dusekl,adamkoval,etofstat1phosphorylationattyr701byifngammacorrelateswithdiseaseoutcomeinmelanomapatients[j].neoplasma,2005,52(4):330337.［４］niug,shainkh,huangm,etpressionofadominantnegativesignaltransducerandactivatoroftranscription3variantintumorcellsleadstoproductionofsolublefactorsthatinduceapoptosisandcellcyclearrest[j].cancerres,2001,61(8):32763280.［５］mirmohammadsadegha,hassanm,bardenheuerw,et5phosphorylationinmalignantmelanomaisimportantforsurvivalandismediatedthroughsrcandjak1kinases[j].jinvestdermatol,2006,126(10):22722280.［６］burkewm,jinx,linhj,ettionofconstitutivelyactivestat3suppressesgrowthofhumanovarianandbreastcancercells［j］.oncogene,2001,20(55):79257934.［７］rosendg,mercadouribei,yangg,etroleofconstitutivelyactivesignaltransducerandactivatoroftranscription3inovariantumorigenesisandprognosis[j].cancer,2006,107(11):27302740.［８］leemanrj,luivw,grandis3asatherapeutictargetinheadandneckcancer[j].expertopinbiolther,2006,6(3):231241.［９］xis,zhangq,dyerkf,etkinasesmediatestatgrowthpathwaysinsquamouscellcarcinomaoftheheadandneck[j].jbiolchem,2003,278(34):3157431583.［10］hambekm,baghim,strebhardtk,et3activationinheadandnecksquamouscellcarcinomasiscontrolledbytheegfr[j].anticancerres.2004,24(6):38813886.［１１］niz,louw,leeso,etiveactivationofmembersofthesignaltransducersandactivatorsoftranscriptionfamilyinprostatecarcinoma[j].jurol,2002,167(4):18591862.［１２］leeso,louw,qureshikm,etinterferencetargetingstat3inhibitsgrowthandinducesapoptosisofhumanprostatecancercells[j].prostate,2004,60(4):303309.［１３］jial,choongcs,ricciardellic,etenreceptorsignaling:mechanismofinterleukin6inhibition[j].cancerres,2004,64(7):261