信号转导和转录活化因子3及其天然药物抑制剂研究进展

信号转导和转录活化因子3及其天然药物抑制剂研究进展

信号转导和转录活化因子3是细胞内重要的信号转导蛋白，其异常激活与肿瘤、心肌缺血再灌注损伤和阿尔兹海默病等重要疾病的发生有关，因此，STAT3成为众多疾病研究中重要的靶点，而与该靶点相关的天然抑制剂的研究也引发众多学者的关注。为此，本研究从天然药物单体及天然复方制剂两方面综述了STAT3天然抑制剂的研究和进展，旨在为天然抑制剂的研究和开发提供新思路。

标签： STAT3；肿瘤；心肌缺血再灌注损伤；阿尔兹海默病；天然抑制剂

信号转导及转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是一个致癌转录因子，在恶性肿瘤的发生、发展和演进中起着重要作用，成为肿瘤研究的一个热点。虽然很多抑制剂，包括小分子抑制剂、肽类抑制剂和siRNA靶向沉默的基因抑制剂等的研究已见报道，而天然药物则具有价格低廉、多环节和多靶点效应等优点，而且，已有很多研究发现，多种天然药物单体和复方制剂都能通过对STAT3的靶点调控，对肿瘤、心肌缺血再灌注损伤和阿尔兹海默病等有一定的治疗作用，为此，本研究就STAT3在这些疾病中的生物学作用及其天然抑制剂的研究进展综述如下。

1 生物学特征

STAT3是STATs蛋白家族中重要的一员，分子量约89～ 92 kD。STAT3的活化受到细胞因子、生长因子或其他配体的调控，例如，IL-6、EGF和HGF等，这些配体与细胞膜表面的相应受体结合后使STAT3发生磷酸化而活化，活化后形成二聚体，进入细胞核，与相关靶基因的启动子结合，调控下游的多种靶基因表达[1-2]。在生理情况下，STAT3存在一套自我调控机制，细胞因子信号抑制物（suppressor of cytokine signaling，SOCS）、活性STAT的抑制蛋白（the protein inhibitors of activated，PIAS）和蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatases，PTPs）可对STAT3信号通路进行负性调节[3-5]。然而，在病理条件下，STAT3的负反馈调节被打破，STAT3持续激活并引起下游靶蛋白的异常活化，而这些靶蛋白的活化与肿瘤、心肌缺血再灌注损伤和阿尔兹海默病的发生密切相关，为此，STAT3在这些疾病的研究中占有重要地位。

2 STAT3与疾病关系

2.1 STAT3与肿瘤的关系

2.1.1 STAT3与肿瘤细胞相关信号通路的关系 在乳腺癌、肝癌、胰腺癌和大肠癌等实体瘤和血液系统肿瘤中均存在STAT3的高表达[6-10]，见图1。STAT3通过与其他肿瘤相关信号通路的相互作用，影响肿瘤的发生发展：（1）IL-6和EGF与相应受体结合，使STAT3发生磷酸化后形成二聚体，转位入核；（2）活化的受体可以通过PI3K/Akt途径激活mTOR，也可以招募SOS、Shc和Grb2复合物，进而激活Ras，最终激活Erk1/2和p38MAPK并转位入核，活化核内的

STAT3，进而调控特定的靶基因转录 （如Mcl-1、c-Myc和TIMP-1等），参与肿瘤细胞的生长、分化、迁移及凋亡等过程。例如，Chen等[8]研究发现，STAT3的激活与抑制在胰腺癌的发展中起到重要的作用，研究结果发现，在胰腺癌细胞Capan-2和SW1990细胞中，分别加入STAT3激动剂IL-6和JAK/STAT3抑制剂AG490，在Capan-2细胞中，其STAT3磷酸化水平增高，于此同时与细胞转移相关的VEGF和MMP-2基因表达水平也有显著提高，而在SW1990细胞中，表现与之截然相反，细胞中STAT3磷酸化水平降低，VEGF和MMP-2基因表达水平也随之降低，由此说明，STAT3的激活和抑制可以影响胰腺癌细胞的VEGF和MMP-2基因表达和调控，STAT3可作为胰腺癌治疗研究中一个重要的靶点。Riebe等[11]证实了，在PCI-1细胞和PCI-13细胞中，给予p38MAPK激动剂PMA可促进STAT3的活化，而沉默p38 MAPK基因后，可有效地抑制STAT3的705位磷酸化并降低IL-6及IL-8的分泌，提示STAT3的活化与头颈部鳞状细胞癌发展有关。Zhou等[12]研究发现，乳腺癌侧群细胞（side-population cells，SP）增殖和存活受到mTOR和STAT3的调控，结果显示，在SP细胞中，发现PI3K/mTOR信号蛋白可以调控STAT3的表达，而给予PI3K抑制剂LY294002、mTOR抑制剂雷帕霉素或STAT3抑制剂IS3 295，可抑制SP细胞的增殖和存活，同时降低SP细胞的致瘤性，进一步研究发现，沉默STAT3基因对mTOR的表达没有影响，而沉默mTOR基因后，检测到STAT3蛋白表达水平的下降，提示乳腺癌细胞中STAT3的表达受到mTOR的调控。

2.1.2 STAT3与血管生成的关系 多项研究表明，肿瘤的发生发展与血管新生和免疫抑制密切相关[13-14]。肿瘤血管异常增生时，引起VEGF、IL-6和EGF等的分泌，进而促进STAT3过度活化，从而，促进自然杀伤细胞（NK）和细胞毒性T淋巴细胞（CTL）周围的IL-6、IL-10和VEGF的大量释放，抑制NK和CTL的细胞毒性，而在另一方面也可以通过调节性T细胞（TReg）抑制树突细胞（DCs）的活化，进而引起肿瘤免疫抑制反应。例如，Molavi等[15]指出，在小鼠黑色素瘤模型中，联合注射CpG寡聚脱氧核苷酸和STAT3抑制剂JSI-124，可以抑制STAT3磷酸化，下调VEGF和TGF-β表达，同时增加DCs和NK的活化，降低CD4+CD25+Foxp3+TReg数量，增强免疫反应，提示联合CpG和JSI-124可增加抗肿瘤免疫反应抑制肿瘤的发生。2.2 STAT3与心肌缺血再灌注损伤的关系

心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI）是指心肌缺血恢复血流后，细胞功能代谢障碍及结构破坏进一步加重的现象。MIRI可导致心律失常、心肌细胞凋亡、心肌梗死甚至心力衰竭。最近研究指出，再灌注损伤补救激酶（reperfusion injury salvage kinases，RISK）途径（即PI3K/Akt通路和ERK1/2通路）是逆转MIRI的重要分子机制[16]。Lecour等[17]也提出，由TNFα和IL-6所介导的生存活化因子增强（survivor activating factor enhancement，SAFE）途径（即JAK/STAT3通路）也和心肌保护相关。 例如，Tian等[18]在大鼠离体MIRI模型中发现，缺血后处理（postconditioning，PostC） MIRI型大鼠后，其心肌组织中JAK和STAT3蛋白的磷酸化水平升高，Bcl-2表达上调，而给予AG490后，降低JAK和STAT3的磷酸化水平，抑制Bcl-2的表达，同时可以逆转PostC的抗凋亡作用，提示PostC通过JAK2/STAT3/Bcl-2途径保护心肌细胞。

2.3 STAT3与阿尔兹海默病的关系

阿尔兹海默病（alzheimer’s disease，AD）是老年人中常见的神经退行性疾病。脑内β淀粉样蛋白（Aβ）的沉积是AD形成和发展的关键因素。研究表明，Aβ的沉积与神经炎性介质密切相关。例如，Lee等[19]研究发现，在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）处理过的星状胶质细胞和BV-2小胶质细胞中，给予2，4-双（对羟基苯基）-2-丁烯醛后，可以抑制细胞中iNOS和COX-2的表达，同时可以抑制其NO、ROS、TNF-α、NF-kB和IL-1β的产生，除此之外，还观察到 Aβ的沉积和STAT3的磷酸化水平下降，而采用siRNA抑制剂沉默STAT3基因或给予AG490均能逆转2，4-双（对羟基苯基）-2-丁烯醛对NF-kB的表达和Aβ沉积的抑制作用。提示抑制STAT3可以抑制神经炎症反应及由炎性介质诱导的Aβ沉积。

3 天然抑制剂

STAT3抑制剂包括小分子抑制剂（表1）、肽类抑制剂和siRNA靶向沉默的基因抑制剂等，其中以小分子抑制剂研究的最广，然而，小分子抑制剂存在作用靶点单一和价格昂贵等问题。而天然药物则具有价格低廉、多环节和多靶点效应等特点，并已经筛选出多种STAT3抑制剂在恶性神经胶质瘤、肺癌和乳腺癌等方面作用比较突出。目前对于STAT3天然抑制剂的研究主要集中在萜类、黄酮类及生物碱类等天然药物单体上，现分述如下。

3.1 单体

3.1.1 萜类及其皂苷

3.1.1.1 人参皂苷 人参皂苷是五加科植物人参中的活性成分。具有抗癌、抗衰老和保护心肌细胞等作用。例如，Chen等[31]发现，在食管癌Eca-109细胞和肾癌786-0细胞中，Rg3可以抑制两种细胞生长，降低细胞中VEGF mRNA水平，抑制HIF-1α、COX-2和NF-kB蛋白的表达，抑制STAT3、ERK1/2 和JNK磷酸化，提示Rg3通过可以抑制STAT3相关信号蛋白的表达，进而降低VEGF表达，阻滞肿瘤血管生成和肿瘤生长。人参皂苷compound K（CK）是二醇型人参皂苷在人体肠道内的主要代谢产物，研究发现，在多发性骨髓瘤U266细胞中，CK可通过抑制JAK1和增加蛋白酪氨酸磷酸酶1（SHP-1）表达，抑制STAT3磷酸化，进而抑制抗凋亡相关蛋白bcl-xL、bcl-2、survivin及与细胞周期相关的cyclin E和cyclin D1的表达，从而诱导U266细胞凋亡[32]。Jung等[33]报道，在IFN-γ处理的BV2神经胶质细胞中，人参皂苷Rh1可抑制细胞中JAK1、STAT1、STAT3和ERK磷酸化，进而下调其iNOS基因表达水平，提示Rh1可以通过JAK/STAT和ERK途径抑制细胞中iNOS表达，抑制BV2细胞生长，从而为抑制神经炎性疾病提供一个有力的治疗靶点。

3.1.1.2 雷公藤甲素和雷公藤红素 雷公藤甲素和雷公藤红素是植物雷公藤中重要的萜类化合物，具有抗癌、抗氧化和抗炎等作用。Wang等[34]研究发现，