音金萍， 岳紫晨， 卓少元

廣西中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 南寧 530200

STAT3是STAT家族的主要成員之一，最初作為應(yīng)答IL-6等炎癥因子的關(guān)鍵胞內(nèi)分子被發(fā)現(xiàn)。正常情況下存在于細(xì)胞質(zhì)中，被激活后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，調(diào)控基因表達(dá)。目前研究[1]發(fā)現(xiàn)，STAT3在多種癌癥中存在異常激活，不僅作為轉(zhuǎn)錄因子影響多種癌癥相關(guān)基因的表達(dá)，還在許多致癌信號(hào)通路中發(fā)揮轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用。STAT3可通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞外炎癥因子信號(hào)調(diào)控腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞等的生物學(xué)行為，是慢性炎癥促進(jìn)腫瘤發(fā)生及腫瘤相關(guān)性炎癥形成過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵分子[2]，在腫瘤進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。作為一種典型的慢性炎癥相關(guān)性腫瘤，肝癌的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移等都與STAT3密切相關(guān)。本文就STAT3與肝癌關(guān)系新進(jìn)展綜述如下。

1 STAT3簡(jiǎn)介

人STAT3基因定位于染色體17q21.2，其轉(zhuǎn)錄生成的mRNA含有24個(gè)外顯子，通過(guò)外顯子23的可變剪接、翻譯生成2種不同的亞型：STAT3α和STAT3β[3]，并且經(jīng)蛋白水解作用可生成STAT3γ和STAT3δ[4]。本文的STAT3主要指STAT3α，它是全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄本表達(dá)產(chǎn)物，具有六個(gè)結(jié)構(gòu)域：保守的氨基末端、螺旋結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域、連接域、SH2結(jié)構(gòu)域，以及羧基端的反式激活蛋白結(jié)構(gòu)域[3]。眾多研究表明，STAT3α介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化、免疫和炎癥反應(yīng)在內(nèi)的多等種生物學(xué)過(guò)程，已被發(fā)現(xiàn)它在多種消化道腫瘤中存在異?；罨?。

STAT3β的表達(dá)與STAT3 pre-mRNA的外顯子23出現(xiàn)移碼突變有關(guān)，導(dǎo)致突變位置出現(xiàn)了7個(gè)新的氨基酸密碼子和1個(gè)終止密碼子，使STAT3β與STAT3α相比，丟失了羧基端的反式激活蛋白結(jié)構(gòu)域，而尾部新增了7個(gè)氨基酸組成的CT7結(jié)構(gòu)域；該結(jié)構(gòu)域被證實(shí)與STAT3β的核保留時(shí)間相關(guān)[3]。雖然結(jié)構(gòu)上發(fā)生了改變，但STAT3β仍可形成同源或異源二聚體與DNA結(jié)合。研究[5]表明，STAT3β是一種重要的抑癌因子，調(diào)控抑癌基因的表達(dá)，抑制化學(xué)耐藥和腫瘤干細(xì)胞活性。值得注意的是，剪接因子PCBP1過(guò)表達(dá)可顯著抑制STAT3α的表達(dá)并降低STAT3α/STAT3β的比例[3]。

由蛋白水解加工生成的STAT3γ和STAT3δ并不主動(dòng)介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，但其異常表達(dá)與人體中某些疾病(如急性髓系白血病[6])的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

2 STAT3在肝癌細(xì)胞中異常激活受到多種因素的調(diào)控

臨床研究[7]表明，STAT3和p-STAT3在肝癌組織中陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于癌旁組織。STAT3在患者肝癌組織中的異常激活是多種因素在不同過(guò)程中共同作用的結(jié)果(圖1)。IL-6是肝癌微環(huán)境中主要的炎癥因子之一，可通過(guò)與其受體結(jié)合促使gp130蛋白二聚化和磷酸化，活化的gp130激活JAK激酶，后者通過(guò)磷酸化STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域Tyr705位點(diǎn)激活STAT3[2,8]。目前已證實(shí)，IL-6不僅是STAT3的活化因子，還是STAT3的下游效應(yīng)分子，由此形成的IL-6/STAT3正反饋環(huán)被確認(rèn)是“炎癌轉(zhuǎn)化”的關(guān)鍵紐帶和STAT3在癌細(xì)胞中過(guò)度活化的重要原因[9]。IL-11[10]作為IL-6家族的成員之一也可通過(guò)上述路徑活化STAT3蛋白。此外，IL-8[11]、IL-27[12]、TNFα[13]、TGFβ1[14]等多種炎癥因子也是促進(jìn)肝癌細(xì)胞中STAT3過(guò)度活化的影響因素。除JAK激酶介導(dǎo)Tyr705磷酸化的經(jīng)典激活方式外，許多其他的激酶如Src家族相關(guān)激酶[15]、Abl家族相關(guān)激酶[16]和丙酮酸激酶M2(PKM2)[17]也可以介導(dǎo)Tyr705磷酸化，促進(jìn)STAT3活化。此外，反式激活蛋白結(jié)構(gòu)域Ser727的磷酸化也是STAT3活化的重要方式[4]。

近年的研究還發(fā)現(xiàn)，多種microRNA(如miR-298[18]、miR-15a-3p[19]、miR-4516[20]等)對(duì)肝癌細(xì)胞內(nèi)STAT3具有轉(zhuǎn)錄后抑制作用；而這種抑制作用常常受到長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)的影響，后者可作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合microRNA，從而影響microRNA對(duì)STAT3 mRNA的轉(zhuǎn)錄后抑制。如LINC01287具有miR-298的結(jié)合位點(diǎn)，并通過(guò)與miR-298結(jié)合調(diào)節(jié)STAT3表達(dá)[18]；lncRNA HOXA11-AS[19]和 lncRNA LSINCT5[20]也分別競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-15a-3p和miR-4516，上調(diào)STAT3蛋白表達(dá)。

注：箭頭表示促進(jìn)作用；問(wèn)號(hào)表示尚未闡明的機(jī)制。

3 STAT3與肝癌進(jìn)程的關(guān)系

3.1 STAT3參與肝癌發(fā)生中的“炎癌轉(zhuǎn)化”

促進(jìn)腫瘤的炎癥是目前公認(rèn)的腫瘤十大特征之一[21]。研究[22]表明，慢性肝臟炎癥在肝癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中具有至關(guān)重要的推動(dòng)作用；作為“炎癌轉(zhuǎn)化”的核心轉(zhuǎn)錄因子之一，STAT3在其中扮演著十分重要的角色。

3.1.1 STAT3是傳染性病原體誘發(fā)肝癌發(fā)生的炎癥介質(zhì) 流行病學(xué)研究表明，傳染性病原體如HBV和HCV引起的慢性肝炎與肝癌的發(fā)生密不可分，長(zhǎng)期的病原體感染是誘發(fā)肝癌發(fā)生的重要因素。通過(guò)TaqMan 單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)基因分型法對(duì)HBV慢性感染者分析發(fā)現(xiàn)，STAT3的3′UTR多態(tài)性與HBV感染和HBV相關(guān)肝病的易感性相關(guān)，并且STAT3 SNP rs4796793和rs2293152與HBV突變宿主的肝癌發(fā)生息息相關(guān)[23]。HBV可通過(guò)多種途徑激活STAT3。Sun等[24]研究表明，HBV復(fù)制可促進(jìn)STAT3磷酸化，增強(qiáng)sal4樣蛋白4 (SALL4)轉(zhuǎn)錄。而HBV x蛋白(HBx)能夠促進(jìn)SH2結(jié)構(gòu)域蛋白D5與轉(zhuǎn)酮酶結(jié)合，刺激STAT3 Tyr705磷酸化，進(jìn)而活化STAT3及其下游分子[25]。HBV大蛋白的變體W4P也可通過(guò)作用于STAT3信號(hào)通路而介導(dǎo)肝癌的發(fā)生[26]。此外，活化的STAT3又是HBV在宿主中大量復(fù)制的調(diào)控因子[27]，由此形成的正反饋通路是慢性炎癥誘發(fā)肝癌發(fā)生的重要路徑。與HBV相同，STAT3也是HCV誘發(fā)肝癌的重要介質(zhì)，其在人肝細(xì)胞中誘導(dǎo)STAT3活化，并刺激STAT3癌癥相關(guān)靶基因表達(dá)，促進(jìn)肝癌等肝臟疾病發(fā)生[28]。

3.1.2 STAT3在活性氧(ROS)誘發(fā)肝癌發(fā)生中發(fā)揮重要作用

ROS是一種激發(fā)態(tài)的氧分子，當(dāng)肝臟因?yàn)椴《拘愿窝?、酗酒過(guò)度等情況發(fā)生炎癥時(shí)，ROS水平都會(huì)增加。Yuan等[29]研究發(fā)現(xiàn)高水平的ROS可能會(huì)特異性導(dǎo)致肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌。而STAT3在ROS的誘癌作用中扮演重要角色。Liang等[30]發(fā)現(xiàn)作為生成ROS的關(guān)鍵酶之一，NADPH氧化酶1在小鼠模型中促進(jìn)慢性肝炎向肝癌轉(zhuǎn)化，其機(jī)制之一可能是激活STAT3。

3.1.3 STAT3促進(jìn)肝癌細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT) EMT是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的可逆生物學(xué)過(guò)程，為腫瘤的侵襲、遷移和轉(zhuǎn)移提供有利條件，表現(xiàn)為上皮細(xì)胞的細(xì)胞骨架由角蛋白細(xì)胞骨架轉(zhuǎn)化為以波形蛋白(Vimentin)為主的細(xì)胞骨架，黏附分子(如E-cadherin)表達(dá)降低[31]，并且獲得間充質(zhì)標(biāo)記物，如N-cadherin、MMP-2、MMP-9、Vimentin等。近年來(lái)，眾多研究[31]表明，EMT作為鏈接“炎癌轉(zhuǎn)化”的重要紐帶，在促進(jìn)肝癌發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移等方面均發(fā)揮關(guān)鍵作用。Wu等[32]研究證實(shí)STAT3是增強(qiáng)Vimentin蛋白水平的重要因素，活化的STAT3不僅可以通過(guò)與Vimentin基因啟動(dòng)子-757區(qū)的抗沉默子元件及負(fù)調(diào)控因子ZBP-89結(jié)合，抑制沉默子元件(ZBP-89結(jié)合位點(diǎn)，位于-319區(qū))的作用，在轉(zhuǎn)錄水平直接增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞Vimentin基因的轉(zhuǎn)錄；而且在蛋白水平通過(guò)直接促進(jìn)survivin等蛋白的表達(dá)抑制Caspase-3活性[33]、使后者裂解Vimentin蛋白的能力減弱[34]。此外，有研究[35]表明，肝癌細(xì)胞EMT的發(fā)生還與Snail、Slug以及Twist等多種因子的調(diào)控相關(guān)，而STAT3能夠上調(diào)Snail、Slug和Twist表達(dá)，增加EMT，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲、遷移和轉(zhuǎn)移；當(dāng)抑制STAT3活性后，則可逆轉(zhuǎn)EMT，表現(xiàn)為上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-cadherin表達(dá)增多，間質(zhì)標(biāo)志物N-cadherin、 MMP-2、MMP-9表達(dá)減少等[36]。

3.2 STAT3參與肝癌進(jìn)展中癌細(xì)胞的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移

3.2.1 STAT3可直接調(diào)控肝癌細(xì)胞內(nèi)增殖侵襲與轉(zhuǎn)移相關(guān)基因表達(dá) STAT3促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖與其轉(zhuǎn)錄因子的功能密不可分。磷酸化的STAT3由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核后，可通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)展，進(jìn)而誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的增殖。如Lu等[37]研究發(fā)現(xiàn)活化的STAT3可通過(guò)上調(diào)細(xì)胞周期蛋白D1和增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)，促進(jìn)HepG2細(xì)胞增殖。在ROS誘導(dǎo)下，活化的STAT3對(duì)周期蛋白B和周期蛋白依賴性激酶1/2也具有調(diào)控作用[38]。此外，STAT3也可激活細(xì)胞分裂控制蛋白R(shí)ac GTP酶活化蛋白1轉(zhuǎn)錄，促使肝癌細(xì)胞增殖[39]。

肝癌細(xì)胞的侵襲性和轉(zhuǎn)移性是肝癌惡性程度的重要標(biāo)志，也是其預(yù)后不良的重要原因。如Zhou等[40]研究發(fā)現(xiàn)，STAT3被尿苷胞苷激酶2激活后，可通過(guò)增加下游MMP2和MMP9的表達(dá)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。阻斷肝癌細(xì)胞中STAT3的信號(hào)傳遞，可使其遷移和侵襲能力受到明顯抑制[41]。

3.2.2 STAT3是肝癌血管生成的重要影響因素 血管生成在促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移中具有重要作用。肝癌組織中血管生成的過(guò)程非常復(fù)雜，受到多種因子相互協(xié)調(diào)作用，其中最重要和最直接的影響因子是血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)，而STAT3可能是其表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。Kong等[28]證實(shí)HCV及其非結(jié)構(gòu)蛋白NS4B可通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反應(yīng)激活STAT3，進(jìn)而激活靶基因VEGF的表達(dá)。此外，在肝癌組織中被IL-6等炎性因子活化的STAT3，可調(diào)控VEGFA表達(dá)[42]；當(dāng)抑制STAT3活性后，VEGF及其受體——VEGFR2表達(dá)下調(diào)、血管生成受抑制[43]。

3.2.3 STAT3可維持肝癌干細(xì)胞(liver cancer stem cells，LCSCs)的干性 LCSCs雖然是數(shù)量很少的細(xì)胞群，但是具有自我更新、化療耐藥、致瘤、侵襲和轉(zhuǎn)移等干細(xì)胞特性，因而與治療耐藥和術(shù)后復(fù)發(fā)關(guān)系密切。肝癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(hepatocellular carcinoma associated fibroblasts, HCAFs)通過(guò)旁分泌高水平的IL-6使STAT3活化，進(jìn)一步激活Notch信號(hào)通路，促進(jìn)LCSCs的干性[8]。在CD24+LCSCs中，癌旁HCAFs可能通過(guò)IL-6/JAK2/ p-STAT3信號(hào)上調(diào)Oct4和胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，加速LCSCs的自我更新[44]。在CD133介導(dǎo)的肝癌干細(xì)胞中，p-STAT3進(jìn)入細(xì)胞核后可直接結(jié)合在CD133啟動(dòng)子部位，導(dǎo)致組蛋白H3乙?；黾樱S后啟動(dòng)CD133的轉(zhuǎn)錄；使用AG-490抑制STAT3后，肝癌細(xì)胞中CD133+細(xì)胞群比、CD133表達(dá)和CD133乙?；M蛋白H3水平均降低[45]。此外，STAT3也被發(fā)現(xiàn)與CD90、CD44、CD24、EpCAM等LCSCs高表達(dá)表面標(biāo)志物介導(dǎo)的細(xì)胞功能相關(guān)[45-46]。

3.2.4 STAT3參與肝癌組織中的Warburg效應(yīng) 與正常細(xì)胞相比，即使在氧氣比較充足的狀態(tài)下，許多腫瘤細(xì)胞都主要通過(guò)無(wú)氧酵解合成ATP，表現(xiàn)出葡萄糖的快速消耗，并伴隨著乳酸的大量產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為Warburg效應(yīng)。腫瘤細(xì)胞采用這種效應(yīng)可獲得大量的中間產(chǎn)物，為合成DNA和蛋白質(zhì)等重要物質(zhì)提供原料，從而有利于癌細(xì)胞的增殖。丙酮酸激酶(PK)是糖酵解過(guò)程的限速酶，其亞型PKM2在快速增殖的組織、胚胎和腫瘤中高表達(dá)，與腫瘤的關(guān)系也最密切。二聚體PKM2是包括肝癌細(xì)胞在內(nèi)的多種癌細(xì)胞Warburg效應(yīng)的重要調(diào)控因子，而STAT3不僅能夠上調(diào)PKM2的磷酸化，還能促進(jìn)p-PKM2的核易位，增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的Warburg效應(yīng)[47]。此外，PKM2作為蛋白激酶，通過(guò)磷酸化Tyr705直接激活STAT3[17]。由此形成的STAT3-PKM2正反饋通路，可能是肝癌Warburg效應(yīng)和惡性程度進(jìn)一步加深的重要原因。

3.2.5 STAT3參與肝癌細(xì)胞的抗凋亡及免疫逃逸 研究[48]發(fā)現(xiàn)，活化的STAT3可上調(diào)抗細(xì)胞凋亡分子、Mcl-1、Survivin和Bcl-2等的表達(dá)在肝癌細(xì)胞抗凋亡中起關(guān)鍵作用。利用藥物抑制STAT3活性，可使肝癌細(xì)胞中Caspase-3水平和Bax/Bcl-2比率升高，促進(jìn)了肝癌細(xì)胞的自噬[49]；或利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除STAT3后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白標(biāo)志物葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白-78和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白水平升高，肝癌細(xì)胞凋亡增加[50]。

腫瘤免疫逃逸是腫瘤細(xì)胞通過(guò)多種機(jī)制逃避機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別和攻擊，得以在體內(nèi)生存和增殖的現(xiàn)象。STAT3可通過(guò)調(diào)控程序性死亡配體1(programmed cell death-ligand 1, PD-L1)和吲哚胺2,3-雙加氧酶1(indoleamine 2,3-dioxygenase 1, IDO1)等免疫抑制分子的表達(dá)、誘導(dǎo)骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)等介導(dǎo)肝癌細(xì)胞的免疫逃逸。Cheng等[51]研究發(fā)現(xiàn)，IL-6/STAT3通路可上調(diào)肝癌細(xì)胞PD-L1表達(dá)；后者是免疫檢查點(diǎn)分子PD-1的配體，高表達(dá)的PD-L1與免疫細(xì)胞表面PD-1結(jié)合后可導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞免疫功能受損，為肝癌的發(fā)生發(fā)展提供有利條件。與直接結(jié)合啟動(dòng)子來(lái)調(diào)控PD-L1表達(dá)不同，在HBV相關(guān)性肝癌患者中，磷酸化的STAT3通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子SALL4蛋白水平，拮抗miR-200c對(duì)PD-L1蛋白表達(dá)的抑制，從而誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞功能衰竭[24]。Thorn等[52]發(fā)現(xiàn)，STAT3與IDO1和PD-L1啟動(dòng)子結(jié)合，對(duì)肝轉(zhuǎn)移相關(guān)的骨髓來(lái)源的抑制細(xì)胞中IDO和PD-L1表達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控來(lái)驅(qū)動(dòng)免疫抑制。而當(dāng)STAT3活性被抑制后，肝腫瘤中的MDSCs可通過(guò)上調(diào)凋亡相關(guān)因子Fas和促凋亡蛋白Bax的表達(dá)而發(fā)生凋亡，一定程度上扭轉(zhuǎn)了免疫抑制[53]。

4 總結(jié)

肝癌的致病因素繁多，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，慢性炎癥在推動(dòng)肝癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。盡管炎癥介導(dǎo)肝癌進(jìn)程的機(jī)制尚未完全明確，但STAT3作為肝癌炎癥微環(huán)境中異常激活的關(guān)鍵信號(hào)分子，是聯(lián)系炎癥與肝癌的重要紐帶，在肝癌進(jìn)程中扮演不可或缺的角色。STAT3不僅可調(diào)控傳染性病原體、ROS等的致癌作用及肝癌細(xì)胞EMT，參與肝癌發(fā)生過(guò)程中的“炎癌轉(zhuǎn)化”；而且還可通過(guò)影響肝癌血管生成、維持肝癌干細(xì)胞的干性、參與肝癌組織Warburg效應(yīng)，及肝癌細(xì)胞的抗凋亡和免疫逃逸等過(guò)程，促進(jìn)肝癌進(jìn)展中癌細(xì)胞的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移。因此，STAT3是一個(gè)潛在的肝癌治療靶標(biāo)；深入了解STAT3的功能、活性調(diào)控因素及其在肝癌進(jìn)程的作用，對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)肝癌等炎癥相關(guān)性腫瘤及其精準(zhǔn)治療具有十分重要的意義。