楊昕 唐哲 張鵬 張莉

Janus激酶（Janus kinase, JAK）/信號轉導子和轉錄活化子（signal transducer and activator of transcription, STAT）信號通路最開始是作為細胞因子受體的下游轉導途徑被發(fā)現(xiàn)。該信號通路在正常的生理過程中有重要作用，主要調控血液細胞對細胞因子的反應，同時也是一些激素受體，如生長激素和催乳素受體的下游途徑，參與了細胞的發(fā)育、分化、增殖、凋亡及免疫調節(jié)等重要生物學過程。

早先人們發(fā)現(xiàn)在骨髓增生性疾病及白血病中存在JAK基因的持續(xù)激活，而抑制JAK基因則可以使腫瘤消退，從而證實了JAK基因在腫瘤進展中的作用。近年來，隨著對JAK/STAT信號通路的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)該信號通路不僅參與血液系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在實體腫瘤如肺癌中也有重要作用，本文就其在肺癌中的研究進展作一綜述。

1 JAK/STAT信號通路的組成

JAK/STAT信號通路主要由三個成分組成，即酪氨酸激酶相關受體、JAK和STAT。酪氨酸激酶相關受體本身不具有激酶活性，但胞內段具有JAK的結合位點，當受體與配體（包括多種細胞因子和生長因子，如白介素、集落刺激因子、表皮生長因子、血小板衍生因子、干擾素等）結合后，JAK活化，催化結合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內與靶基因結合，調控基因的轉錄[1]。

Janus激酶的名字來源于其包含兩個激酶樣結構域的結構（Janus是羅馬神話中的一個雙面神）。迄今為止，JAK家族共發(fā)現(xiàn)有4個家族成員即JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2, TYK2）。不同的家族成員選擇性地結合在不同的受體上，從而發(fā)揮不同的生理學作用，這種選擇性的作用方式使得JAK抑制劑可以相對特異性地應用于疾病治療。

STAT家族一共包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6等7個家族成員?；罨腏AKs能激活特定的STAT家族成員，但也可以與其他的STAT家族成員相互作用，形成復雜的調控網絡。STAT家族成員磷酸化后進入細胞核，從而調控基因的轉錄。正常情況下，STATs可以被快速而短暫地激活，活化的STATs進入細胞核后作用數(shù)分鐘至幾小時后，會被脫磷酸化而使STATs失活，STATs重新被轉運回胞漿等待再次被激活（圖1）。

對于STAT家族成員調控基因轉錄的機制，目前認為，STAT家族成員可以結合上萬個基因組的位點，調節(jié)數(shù)以千計的編碼蛋白基因的表達，還通過影響非編碼RNA的表達，間接調控基因轉錄。JAK家族與STAT家族的多個成員共同構成了多條信號通路，如JAK1/STAT6、JAK2/STAT3和JAK2/STAT5等。

2 JAK/STAT信號通路與肺癌

肺癌是全球癌癥死亡的主要原因，也是中國發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤，并且發(fā)病率有逐年上升的趨勢。由于早期診斷不足，大部分患者在初診時已處于中晚期，無法行手術治療或根治性放療，預后較差[2]。近年來，隨著人們對肺癌的深入研究，新化療藥物、靶向治療、免疫治療等治療方法的出現(xiàn)，肺癌的生存率有所提高。早期診斷和規(guī)范治療能使患者最大獲益，同時仍需進一步加深肺癌的基礎研究。

圖1 JAK/STAT信號通路Fig 1 The signaling pathways of JAK/STAT

2.1 JAK/STAT信號通路與肺癌的發(fā)生發(fā)展 JAK/STAT1、JAK/STAT3、JAK/STAT5是在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用的三條經典通路。JAK家族成員在肺癌組織中的高表達以及基因突變與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關。Xu等[4]發(fā)現(xiàn)JAK2基因在癌組織中表達上調，并且與淋巴結轉移相關。上調JAK2的表達會增強腫瘤細胞增殖、轉移和侵襲的能力，下調JAK2的表達則作用相反。進一步研究還發(fā)現(xiàn)肺腺癌組織中存在JAK2基因的突變，推測JAK2的突變也與肺癌進展、預后較差以及耐藥有關。另一項研究結果[5]顯示肺癌中JAK2、JAK3突變與PD-L1的表達高低有關，攜帶JAK3基因突變的患者可能從免疫治療獲益。Liu等[6]在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）患者中發(fā)現(xiàn)JAK1的磷酸化水平顯著增高，并且其高表達與不良預后相關，可以作為不良預后的預測因子。

雖然JAK家族成員在肺癌的發(fā)生發(fā)展中有一定意義，但主要通過影響STATs的活性發(fā)揮作用。多項研究[7-10]分析了NSCLC中各信號通路中STAT家族成員的表達量變化，結果顯示，與正常組織相比，癌組織中STAT1、STAT3、STAT5的表達量有顯著性改變，其中STAT1的表達顯著降低，而STAT3與STAT5的表達量顯著升高（STATs家族在NSCLC組織中的表達量分析及其潛在靶基因的研究）。除此之外，Pastuszak等[11]在NSCLC中還檢測到磷酸化STAT6的高表達。

2.1.1 JAK/STAT1信號通路與肺癌 STAT1與干擾素（interferon, IFN）信號通路密切相關，發(fā)揮抑制細胞生長以及促進細胞凋亡的作用。STAT1基因敲除小鼠對自發(fā)或誘導的腫瘤較正常小鼠敏感，提示STAT1可能有抑癌作用。Kachroo等[7]應用NSCLC細胞系研究發(fā)現(xiàn)，白細胞介素-27（interleukin-27, IL-27）通過STAT1誘導上皮細胞轉化和抑制促血管生成因子的生成。趙嘉璐等[12]發(fā)現(xiàn)過表達STAT1可抑制NSCLC H1299細胞增殖，馬源等[13]發(fā)現(xiàn)STAT1基因轉染可以抑制人肺腺癌裸鼠移植瘤的生長。這些研究均顯示，STAT1可以發(fā)揮抑制肺癌發(fā)生發(fā)展的作用。

2.1.2 JAK/STAT3信號通路與肺癌 JAK/STAT3是目前被研究最多的信號通路，STAT3的持續(xù)激活與細胞惡性轉化密切相關，參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展，是目前國內外對STAT家族成員在肺癌研究中的主要靶點。Yu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌中可以檢測到STAT3的組成型激活，因此認為其與肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關。后續(xù)研究進一步發(fā)現(xiàn)大約55%的NSCLC患者以及大多數(shù)NSCLC細胞系中，均存在STAT3的異?；罨?。這種活化更常見于小腫瘤患者、較短吸煙史患者以及肺腺癌患者。Wu等[14]通過收集、分析既往63項相關研究，發(fā)現(xiàn)STAT3表達水平的升高與肺癌不良預后有關，表現(xiàn)在高表達STAT3的患者腫瘤分期更晚，3年總體生存率更低。Xu和Tong等[15,16]的研究分析也得出了類似的結論。Pfeiffer等[47]在針對小細胞肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，所有的小細胞肺癌患者（10/10）以及絕大部分小細胞肺癌細胞系（6/7）中，均檢測出磷酸化STAT3的高表達，但目前沒有更大型的研究進一步證實STAT3的激活與小細胞肺癌的關系。雖然絕大部分研究結果均表明STAT3的過度激活促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但是Grabner等[17]研究發(fā)現(xiàn)下調STAT3的表達反而促進KRAS突變的肺腺癌的形成。不過值得注意的是，該研究中應用shRNA導致STAT3的功能近乎完全缺失，才觀察到促進腫瘤發(fā)展的現(xiàn)象，一般的治療方法下調腫瘤中STAT3的活性是達不到這種效果的，其機制尚有待研究。

2.1.3 JAK/STAT5信號通路與肺癌 STAT5在肺癌組織的表達量也明顯升高。Sánchez-Ceja等[9]發(fā)現(xiàn)磷酸化STAT5在多種類型肺癌中均存在不同程度的高表達，并且其表達水平可能與肺癌的分期有關。Pastuszak等[11]的研究也表明在NSCLC患者，尤其是分期為pT2的患者中，磷酸化STAT5呈現(xiàn)明顯高表達。

2.2 JAK/STAT信號通路與肺癌轉移 研究發(fā)現(xiàn)，JAK/STAT信號通路與血液系統(tǒng)腫瘤以及包括肺癌在內的多種實體腫瘤的遠處轉移密切相關。Jiang等[18]應用免疫組織化學的方法分析癌組織樣本中STAT3活性與癌組織臨床病理特點的關系，發(fā)現(xiàn)磷酸化STAT3的免疫反應性與性別、吸煙史、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor,EGFR）突變類型、腫瘤臨床分級和淋巴結轉移均相關，提示STAT3的活性在肺癌淋巴結轉移中可能有一定作用。Sun等[19]也在NSCLC中發(fā)現(xiàn)JAK1/STAT1活性與肺癌分期和淋巴結轉移呈現(xiàn)正相關。

許多研究者都關注JAK/STAT的活性影響肺癌轉移的機制。Chuang等[20]通過攜帶人類轉移肺腺癌組織的基因工程小鼠模型，應用腺病毒示蹤腫瘤組織來源，鑒定出CD109在肺腺癌轉移過程中發(fā)揮重要作用，敲減該分子可以顯著降低腫瘤轉移。同時他們還證明，CD109依賴JAK/STAT3信號通路發(fā)揮作用，敲減STAT3或應用JAK抑制劑可以抑制腫瘤轉移，提示JAK/STAT3信號通路在肺癌轉移中發(fā)揮重要作用。Lin等[21]在體外研究STAT3促進人肺癌細胞侵襲性的機制時發(fā)現(xiàn)，STAT3通過上調miR-92a的活性，從而靶向并下調RECK的表達，使腫瘤細胞據(jù)有更強的侵襲性。

雖然目前JAK/STAT信號通路參與肺癌轉移的機制尚未完全闡明，但很多研究顯示降低JAK/STAT活性可以抑制肺癌轉移，提示JAK/STAT可能是一個抑制肺癌轉移的治療靶點。

3 JAK/STAT信號通路與肺癌靶向治療耐藥

靶向治療的出現(xiàn)給肺癌患者帶來了希望，可以延長患者的無疾病進展期（progression-free survival, PFS）及總體生存率（overall survival, OS），改善患者的生活質量。以最常見的NSCLC為例，大約2/3的患者均攜帶驅動基因突變，如EGFR、ALK、ROS1、BRAF等突變的基因，是靶向藥物治療的良好靶點[22]。但經過一段時間的治療，藥物的作用會減弱甚至無效，出現(xiàn)耐藥。

波愛修是羅馬帝國晚期的重要思想家，其思想在繼承古代哲學精神的同時，為即將到來的基督教哲學作出了重要的奠基性作用。《哲學的慰藉》是他的主要著作，其中提出的自由意志問題與奧古斯丁的相關論述一起，開創(chuàng)了中世紀基督教哲學的一個重要范疇，其影響一直波及后世。對自由意志的討論主要集中在本書的第五卷，但它并不是被孤立提出并得到解決的。在前四卷中，自由意志的論證得到了充分的準備。因此，與重點論述自由問題同時，全面理解本書的內容也是必要的。

耐藥可以分為三種類型：固有耐藥、適應性耐藥和獲得性耐藥[23]。JAK/STAT信號通路主要參與了適應性耐藥和獲得性耐藥的機制形成。適應性耐藥指的是腫瘤對靶向治療有反應，但是部分腫瘤細胞會在藥物治療早期發(fā)生適應性變化以存活；獲得性耐藥可能來源于最初腫瘤細胞中已經存在的基因突變的選擇性聯(lián)合，也可來源于在靶向藥物的作用下獲得了新的基因突變。

JAK/STAT信號通路的激活可以作為一種適應性應答，發(fā)生在EGFR-TKI治療EGFR基因突變的NSCLC的早期。Yao等[24]發(fā)現(xiàn)IL-6激活的gp130/JAK/STAT3信號通路降低了NSCLC H1650細胞對TKI藥物的敏感性。Harada等[48]在研究中發(fā)現(xiàn)，對厄洛替尼耐藥的肺癌細胞存在磷酸化JAK2的高表達，而Kim等[25]也在對阿法替尼耐藥的T970M突變的NSCLC細胞中檢測到STAT3的高表達，推測JAK2、STAT3的激活可能參與獲得性耐藥的機制形成。

一些基礎研究的結果顯示，聯(lián)合應用JAK或STAT3抑制劑和EGFR-TKI可以產生更顯著的治療作用。腫瘤細胞自分泌的白細胞介素6（interleukin 6, IL-6）作用于自身的受體可以增強JAK/STAT3的活性，在小鼠腫瘤模型中應用IL-6受體的中和抗體可以抑制腫瘤生長[25]。Gao等[26]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，高表達的磷酸化STAT3在TKI耐藥的NSCLC中持續(xù)存在，說明磷酸化STAT3在介導肺癌TKI耐藥上有重要作用；單獨應用JAK抑制劑可以減小腫瘤異種移植物的形成，聯(lián)合應用JAK抑制劑和EGFR-TKI則能夠使已經耐藥的肺腺癌細胞再次對EGFR-TKI敏感。Chiu等[27]也發(fā)現(xiàn)抑制STAT3的活性可以增強吉非替尼耐藥的NSCLC細胞對藥物的敏感性。Blakely和Lee等[28,29]在EGFR-TKI治療腫瘤的早期就觀察到了JAK/STAT3信號通路的適應性激活，因此可能有必要提前應用JAK和/或STAT抑制劑聯(lián)合EGFR-TKI進行治療。在Yu等[30]報道的一項臨床試驗中，對既往使用厄洛替尼治療后出現(xiàn)進展的22例患者，聯(lián)合應用JAK抑制劑魯索替尼和厄洛替尼進行治療，觀察到1例攜帶EGFRT790M突變的患者出現(xiàn)了部分緩解。聯(lián)合用藥對于T970M突變介導的TKI耐藥患者可能是一項有意義的嘗試。目前，有一項臨床試驗（NCT02917993）將JAK抑制劑Itacitinib（INCB-39110）聯(lián)合奧希替尼應用于EGFR-T790M突變的肺癌患者，有效性仍有待檢驗。

4 JAK/STAT信號通路抑制劑在肺癌中的應用

隨著對JAK/STAT信號通路在肺癌中作用理解的深入，一些JAK/STAT信號通路抑制劑也逐漸應用于基礎研究和臨床實驗，以期達到治療肺癌的效果。JAK抑制劑按照其作用機制可以分為3種類型[31]：I型抑制劑作用于JAKs激酶結構域活性構象的ATP結合位點，II型抑制劑作用于激酶結構域非活性構象中結合ATP的袋裝結構，III型為變構抑制劑，作用于活性構象以外的結合位點，理論上來說對突變型JAKs更有效果。目前進入臨床研究的JAK抑制劑均為I型抑制劑。針對STATs的抑制劑目前研究相對有限。

4.1 魯索替尼（Ruxolitinib） 魯索替尼是美國FDA批準上市的首個JAK抑制劑，可以選擇性地抑制JAK家族成員——JAK1和JAK2，其作用機制是競爭性結合JAK1/2激酶結構域催化亞基上的ATP結合位點，從而抑制JAK1/2的活性。魯索替尼被美國FDA批準用于骨髓纖維化和真性紅細胞增多癥，但很多研究表明魯索替尼用于實體腫瘤治療也有一定效果。

Tavallai等[32]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應用魯索替尼和ERBB抑制劑（如阿法替尼）可以殺傷如肺癌、乳腺癌、卵巢癌等腫瘤細胞，其機制可能是通過使AKT、mTORC1、mTORC1、STAT3和STAT5失活，繼而下調MCL-1、BCL-XL等抗凋亡蛋白的活性，從而增強藥物殺傷腫瘤細胞的作用。Hu等[33]通過細胞實驗和動物實驗表明JAK/STAT信號通路與肺癌順鉑耐藥密切相關，魯索替尼可以克服NSCLC對順鉑的耐藥性，聯(lián)合應用魯索替尼可以增強肺癌對鉑類藥物的敏感性。Yu等[30]首次報道了一項聯(lián)合應用魯索替尼和厄洛替尼的臨床試驗，試驗共招募22例有EGFR突變并對EGFR-TKI耐藥的肺癌患者，檢測聯(lián)合用藥的安全性和有效性。結果觀察到1例攜帶EGFRT790M突變的患者持續(xù)12個月的部分緩解，總體中位無進展生存時間（PFS）為2.2個月（95%CI:1.4-4.1），患者對于藥物的耐受性良好。另一項臨床試驗（NCT02145637）聯(lián)合應用魯索替尼和阿法替尼治療肺癌，結果觀察到40%的部分反應率（partial response,PR），86.7%的疾病控制率（disease control rate, DCR），總體中位PFS為8.8個月（95%CI: 1.8-15.8）。

4.2 AZD1480 AZD1480是一個主要抑制JAK1/2活性的小分子化合物，同時對Trk-A、Aurora-A、Flt4以及FGFR1等激酶也有一定的抑制作用。Hedvat等[34]首先闡明AZD1480通過抑制JAK2/STAT3信號通路，在小鼠荷瘤模型上發(fā)揮抑制人類實體腫瘤生長的作用，實驗中選擇的實體腫瘤細胞系均檢測到STAT3的高表達。Xin等[35]通過在小鼠尾靜脈注射Renca細胞或在小鼠側腹部植入含人肺腺癌細胞系Calu-6的基質膠，進一步研究AZD1480抑制肺癌血管再生及轉移的作用。結果表明，AZD1480可以顯著抑制小鼠肺中Renca腫瘤血管再生以及抑制肺癌的淋巴結轉移，同時腫瘤組織中p-STAT3、VEGF和MMP9的活性明顯下降。還有兩項分別針對小細胞肺癌[36]和EGFR突變導致的肺癌[37]的研究也表明，AZD1480也可以抑制腫瘤的生長。Plimack等[38]報道了一項將AZD1480應用于治療實體腫瘤的臨床試驗的初步結果，觀察到一例肺癌患者服用AZD1480病情穩(wěn)定時間超過4個月（145 d），但由于試驗中出現(xiàn)神經系統(tǒng)副作用以及總體有效性的不足，這項試驗沒能繼續(xù)。AZD1480治療實體腫瘤的效果仍有待進一步研究。

4.3 AG490 AG490是一種人工合成的JAK2小分子抑制劑，可通過抑制JAK2磷酸化從而抑制STAT3的活化。多項研究顯示，AG490可以顯著阻斷腫瘤中持續(xù)活化的JAK2/STAT3信號通路，從而發(fā)揮抑制肺癌細胞生長[39]及侵襲、抑制腫瘤組織血管再生[40]、抑制上皮間質轉化[41]等作用。但是，目前的研究尚停留在細胞層面，AG490對肺癌的治療作用仍需進一步探究。

4.4 STATs抑制劑 雖然目前有很多藥物設計方法被應用于STAT家族成員尤其是STAT3抑制劑的設計，但大部分STAT3抑制劑仍處于基礎研究階段，在肺癌治療上進展有限。Zhang等[42]運用計算機輔助技術發(fā)現(xiàn)了一種可以結合STAT3結構中Src同源區(qū)（SH2）的抑制劑——BP-1-102，并通過動物實驗證明該抑制劑能抑制肺癌異種移植物的生長。香豆素類化合物（如狹葉蕓香的提取物——Chalepin）是一類具有廣泛生理作用的天然產物，對腫瘤有一定的抑制活性，研究證實該類化合物有抑制肺癌的作用，而抑制STAT3的活性是其發(fā)揮抑癌作用的機制之一[43]。Blaskovich等[44]通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)Cucurbitacin I（JSI-124）是STAT3的抑制劑，也能抑制JAKs的活性，且選擇性作用于JAK/STAT3信號通路，并初步證實該抑制劑可以抑制裸鼠體內肺癌組織的生長。Guo等進一步研究Cucurbitacin I的作用機制，結果顯示Cucurbitacin I可以抑制STAT3活化，還能增強STAT1的表達[45]。但Cucurbitacin I并不是直接抑制JAK2/STAT3信號通路的激活，而是通過干擾肌動蛋白絲的功能，從而調節(jié)JAK/STAT信號通路的活性，發(fā)揮抑癌作用。Wong等[46]首次報道了一項STAT3小分子抑制劑——OPB-51602應用于實體腫瘤治療臨床試驗的初步結果，試驗一共招募了25例NSCLC患者，其中兩例患者達到部分緩解，這2例患者均攜帶EGFR基因突變，且既往接受EGFR-TKI治療。STATs抑制劑應用于肺癌治療還需要更深入的研究。

5 結論

雖然目前人們已經了解JAK/STAT信號通路在肺癌發(fā)生、發(fā)展中的重要性，但對其作用機制尚不完全明確。對JAK/STAT信號通路的深入研究，有助于進一步加深對肺癌的認識，更加明確肺癌發(fā)生、發(fā)展、耐藥的機制，為開發(fā)肺癌治療的新方法提供理論依據(jù)，為臨床上治療肺癌提供新的思路。