周庆锣，黄继尚，姬广林
（1.赣南医学院2020级硕士研究生；
2.赣南医学院第一附属医院骨科，江西 赣州 341000）
生物体的发育、体内稳态平衡的维系及免疫防御等生理活动都有赖于细胞之间的有效沟通与联系。为了达成这个目的，生物在进化途中演化出了很多的解决手段，而蛋白酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）-信号转导子及转录激活因子（signal transducer and activatior of transcriptor，STAT），即JAK-STAT途径正是其中结构最简单的途径之一。JAK的信号转导是被多种细胞因子、干扰素、生长因子、集落刺激因子、激素等相关分子应用的一种在进化上相对保守的信号途径，它是一种核-膜途径，可以完成细胞外因子到核内的信号转导［1-2］。这条由细胞因子刺激启动的信号转导通路在生物体内广泛表达并与许多其他信号通路相互串扰，参与了许多重要的生理活动，如细胞的增殖、分化、免疫调节、凋亡等。由于多种生长因子和细胞因子与其激活和调节相关，所以JAK-STAT途径被认为是表达最显著的细胞内信号网络之一［3-4］。癌症作为目前人类医学史上的一座高峰，其治疗一直是现代医学的一项难题。近年来许多研究表明，JAK-STAT通路在癌症的发生发展中发挥着重要作用，因此进一步详细了解该通路在癌症发生发展中的作用对于探索新的治疗方向，从分子层面开发新的治疗靶点是十分必要且有意义的。
作为最重要的信号通路之一，JAK-STAT促进细胞因子介导的细胞活化的方式十分简单有效，要引起反应只需通过细胞因子的三个成分（受体、激酶及转录因子）就能完成跨膜受体到细胞核的信号传递。首先各种细胞因子在靶细胞上有其特定的表面受体，在与其结合后受体分子二聚化，从而磷酸化JAK激酶，接着受体上磷酸化的酪氨酸位点形成的对接位点在SH2结构域的促进作用下招募STAT蛋白，STAT的羟基酪氨酸位点在JAK激酶的作用下发生磷酸化，STAT活化后脱离受体复合物并发生二聚化，最后STAT-STAT二聚体被转移到细胞核，通过结合特定的DNA片段发挥其调节转录功能。这个过程中STAT的激活快速而短暂，活化的STAT二聚体进入细胞核发挥作用后会脱磷酸化后失活，再被转运至胞浆，等待下一次细胞因子与受体的结合效应，完成一个循环［5-6］。从这个过程可以清楚地看到，JAK-STAT通路主要有三个重要部分：酪氨酸激酶相关受体、JAK和STAT［1］（图1）。
1.1 酪氨酸激酶相关受体酪氨酸激酶相关受体是处于细胞膜上能与特定细胞因子或生长因子结合诱导特定JAK（s）和STAT（s）的激活，从而开启相关生理活动的受体。他们的共性是无激酶活性，但在和特定的配体结合时，与酪氨酸激酶胞内结构域中的特定结合位点结合，磷酸化靶蛋白的酪氨酸残基，从而发挥相应的生理功能传递信号［2］。
1.2 JAKJAK是一类非跨膜型的酪氨酸激酶，又称两面神激酶［2］，这是由于JAK的特殊性质决定的，它能将与其相结合的细胞因子受体磷酸化，又可以把含有特定SH2结构域的信号分子磷酸化。JAK家族的组成主要有JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2。其中JAK3主要在造血细胞中表达，另外3种则在体内广泛表达［7-8］。JAK分子含有约1 000个氨基酸残基，其内部有7个同源域（JH1-JH7），构成4个不同的结构域：一个N端的FERM结构域、一个SH2结构域、一个假激酶结构域和一个经典蛋白酪氨酸激酶结构域。他们N端结构域是无催化能力的，即伪激酶结构域，又称JH2结构域。每个JAK中的催化结构域是其C端激酶结构域，又称为JH1结构域［9］。在JAK的介导作用下，包括EPO、TPO、PRL、GH、ILs等在内的几十种不同的细胞因子、激素以及生长因子介导的核-膜信号转导能够得到完成。
1.3 STATSTAT是JAKs的下游靶标，主要有七种组 成：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b及STAT6。STAT蛋白主要由N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区（TAD）构成。其中N端结构较为保守，对STAT发生磷酸化以及形成二聚体有十分重要的作用。C-端转录激活区通过丝氨酸磷酸化可募集转录激活因子，使得DNA和STAT结合的转录活性得到增强。STAT和DNA形成复合物通常发生在DNA结合区。而SH2结构域序列上高度保守，成为了大多数STAT抑制剂的靶点，同时它也是功能上最重要的区段，这是因为它拥有序列“GTFLLRFSS”，这和酪氨酸激酶Src的SH2结构域中的核心序列完全相同，且有助于其他蛋白质-蛋白质的相互作用［10-11］。不同的细胞因子倾向于激活特定的STAT，同时细胞因子之间的相互作用导致任何给定的STAT在不同程度上起作用［1］。STAT产生的转录活性与许多其他因素也有一定的关联，如基因对STAT的敏感程度不同产生的选择性、和其他转录因子产生的相互作用（如JAK激酶是PI3K/AKT信号通路的激活剂，磷酸化的JAK能够激活PI3K，进而激活其下游级联）、基因组竞争介导的不同结果、异源STAT信号（同一STAT分子的不同结果）以及STAT信号的持续时间和强度。这一系列广泛的内在因素决定了JAK-STAT信号通路产生的转录结果的巨大可塑性。活化的STAT二聚体进入细胞核完成信号传递后会脱磷酸化后失活，再被转运回胞浆，其分子的失活可以通过例如受体内化为内吞囊泡，随后通过泛素蛋白酶体途径降解受体等常见途径完成［11］。
在以往的研究中认为过度激活的JAK-STAT信号通路可以促进细胞增殖、调节细胞周期拮抗以及各种肿瘤的发生发展密切相关的细胞凋亡。这表明癌细胞凋亡的发生与否以及发生形式可能与JAK-STAT的发生息息相关。由于实体肿瘤为了增殖、转移必须增加其细胞的数量并适应机体的微环境，其细胞拥有各种各样的策略逃避宿主的免疫、抗肿瘤反应，在这个过程中JAK-STAT通路发挥了至关重要的作用：通过各种因素如细胞因子、生长因子等激活通路，从而激活STAT，再通过STAT的变化影响其下游与该通路串扰的各种通路来达成其调控的生理效应，STAT正是其中的关键角色［11］。
不同的STAT有其各自不同的调节路径与独特的生理作用：如STAT1参与抗病毒和抗细菌反应、生长抑制、刺激凋亡以及抑制肿瘤生长，在各种组织学类型肿瘤的恶性细胞中发现了STAT1激活和/或表达缺失［12-17］，说明其与肿瘤的发生发展有着密切的联系。也有研究表明，激活的STAT1能够起到抑癌作用，如STAT1基因敲除小鼠对实验诱导肿瘤的易感性增加，并自发发展为乳腺腺癌和卵巢畸胎瘤［18-19］。其抑瘤功能可能主要依赖于磷酸化Tyr701［11，20-21］。此外，STAT1抑癌功能也可能来源STAT1C，STAT1C是一种构成型活性STAT1突变体，它增加了一些促凋亡和细胞周期基因的转录和表达，如Caspase、Bcl-2、Bcl-XL、p27和p21W，通过这些下游的基因调控肿瘤细胞的增殖与凋亡［11］。STAT2在IFN-I的抗病毒、免疫调节、抗凋亡和抗增殖作用中是必需的［22］，此外有学者提出，STAT2可能通过影响IL-6影响STAT3从而影响肿瘤细胞的增殖与凋亡［23］。STAT6也可通过诱导抗凋亡基因（如Bcl-XL）表达以阻止细胞凋亡［11］。
值得注意的是，STAT3和STAT5与别的成员不同，在疾病的治疗等方面有更广泛的生物学意义［24］，在目前的研究中认为他们属于致癌基因，但是它们的信号转导串联嵌入了不同转录因子通路网络之中，维系着复杂而微妙的平衡，在某些情况下，它们同样可以发挥肿瘤抑制作用［11］。STAT3可由许多细胞因子激活，其中最具有代表性的是IL-6，IL-6能够诱导降低核输出信号，导致STAT3的核聚集［11］，与此同时STAT3与IL-6启动子区域结合，将导致IL-6表达增加，从而在IL-6/JAK/STAT3通路中产生一个正反馈回路，加强其效应［25］。在卵巢癌中，外源性添加IL-6和IL6R能够刺激STAT3的激活，并促进癌细胞的迁移［26］。此外STAT3也可由其他途径激活，如激素（生长激素、催乳素和瘦素等）、与酪氨酸激酶受体结合的生长因子（EGF、PDGF、FGF和IGF）、受体相关激酶和非受体酪氨酸激酶（Src和ABL）以及Toll样受体。有报道指出，STAT3的基因缺失将会导致胚胎死亡，它可以通过影响DNA结合活性，从而抑制细胞凋亡，促肿瘤细胞生存［11，27-29］。需要注意的是，短暂的STAT3激活能够恢复组织完整性、促进伤口愈合，但是持续的STAT3激活却与有丝分裂、抗凋亡、转移和致癌性有关［11］，STAT3可通过调控生长因子调节下游靶基因的转录过程：激活的STAT3诱导促进肿瘤增殖（如cycline D1和c-Myc）和/或存活（如Bcl-2、survivin和Bcl-XL）的蛋白［11］。在许多报道中，急性髓系白血病、多发性骨髓瘤和膀胱、骨、乳房、大脑、宫颈、结肠、食道、头颈部、肾、肺、卵巢、胰腺、前列腺、胃和子宫的实体肿瘤都有发现STAT3的过度活化［30-37］，此外高水平的活化STAT3与较差的临床预后有关［38-39］。同样，STAT5在体内也发挥着不可替代的作用，它直接调控PI3K/PTEN和缺氧诱导因子1α信号通路（通过上调血管内皮生长因子）、抗凋亡通路（通过下调miRNA15/16和上调Bcl-2、MCL-1和Bcl-XL）、G1/S转运通路（通过上调cyclinD1、D2、D3和c-myc）和DNA损伤控制通路（通过上调RAD51）等［11］。此外STAT5在维持细胞内细胞器以及调节祖细胞B和T细胞的细胞增殖、细胞分化和存活方面也起着重要作用［40］。
细胞凋亡是一个受到严格调控的细胞程序性死亡过程，异常的细胞增殖和凋亡逃避是癌症发生的标志之一［41］。而JAK-STAT信号通路在体内细胞凋亡的调控中发挥着不可替代的作用。如TAN J W等［42］发现MEG3可以通过抑制miR-548d-3p以抑制JAK-STAT通路从而抑制OSCC细胞的肿瘤发生。相应地，在体内恢复MEG3的表达，减弱对JAK-STAT通路的抑制将有效地影响细胞凋亡，抑制肿瘤的形成。因此，通过研究对JAK-STAT通路进行调控对机体癌症的发生发展产生影响，可以帮助我们为癌症的治疗难题提供新的思路和指导方向。
作为信号蛋白，STAT3通过调节Bcl-2、survivin、cycline D1和c-Myc等促进细胞增殖，拮抗细胞凋亡，被认为是肿瘤发生过程中的癌基因［43］。有研究指出，STAT3过表达引起的JAK-STAT3信号激活和多种肿瘤如结直肠癌、肺癌、前列腺癌、口腔癌、胰腺癌、乳腺癌等的发生、进展、耐药性和不良预后有密切的关系［11，24，44-45］。有报道指出，STAT3和其靶基因Bcl-2以及Bax就在ALA-PDT对A431以及COLO-6的增殖与凋亡的影响中起调控作用［27］，DAI H等［43］发现，MiR-17可以通过抑制JAK-STAT3信号通路调节前列腺癌细胞增殖和凋亡。因此，STAT3可能成为某些疾病治疗的新靶点。NIU G L等［46］表明，阻断STAT3可诱导p53介导的肿瘤细胞凋亡，促进抑制肿瘤细胞生长，为STAT3作为p53缺失癌症的治疗靶点开辟了可能。此外YAR SAGLM A S等［47］的一项研究指出，葫芦素B（CuB）是JAK/STAT信号的选择性抑制剂，可以通过抑制STAT3磷酸化抑制STAT3的激活，调节STAT3下游基因抑制肿瘤生长并诱导细胞凋亡发挥强效抗肿瘤作用。SULAIMAN N B等［48］也提出，基于STAT3在乳腺癌中的重要作用，可以将其视为治疗中的重要靶点。即通过雌激素受体细胞中的JAK2-STAT3抑制剂CIMO，抑制靶基因中的STAT3，在促细胞凋亡同时抑制受STAT3影响的EMT相关蛋白介导的细胞迁移与侵袭。
目前JAK-STAT通道抑制剂主要有三种类型，即细胞因子信号转导抑制因子（SOCS）、活化的STAT蛋白抑制剂（PIAS）和蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）［1］。目前，较多的研究集中于SOCS，它作为JAK信号通路中的重要组成部分受到了广泛的关注。SOCS家族包含SOCS1、SOCS2、SOCS3、SOCS4、SOCS5、SOCS6及SOCS7七位成员，它们由一个N末端结合结构域、一个与靶蛋白结合的SH2结构域、一个和蛋白酶体相互作用的和泛素相关的SOCS盒结构域组成。其中SOCS1～3通过JAK/STAT途径对细胞因子信号传导进行负反馈调节，SOCS1和SOCS3具有抑制JAK1、JAK2和TYK2激酶活性的能力，但不能抑制JAK3的活性，SOCS4～7能够调节生长因子受体信号［1］。激活的STATs将会促进SOCS基因的转录，但SOCS蛋白与磷酸化的JAK和JAK受体结合后却会关闭通路［49］。需要注意的是SOCS3，作为信号通路中的重要成员它主要通过两条途径发挥其负调节作用，一是通过抑制受体与JAK激酶的结合组织JAK的磷酸化；
二是通过KIR与JAK竞争性结合使STAT3的磷酸化受到抑制，从而阻断各种细胞因子、有丝分裂原对JAK-STAT3信号通路的刺激，从而下调其活性［5，11］。在许多研究中都证实其表达在各种肿瘤如胰腺癌、口腔癌、乳腺癌、肺癌、前列腺癌等的发生、发展过程中有不可忽视的作用［5，50］。通过SOCS3对JAK通路的抑制作用，影响调控细胞凋亡，可以为我们提供一些新的思路：在一项关于miR-203的研究中发现，miR-203可以和SOCS3基因的3"-UTR之间的一个结合位点靶向结合，靶向抑制SOCS3表达从而调节JAK-STAT通路活性来影响调节胰腺癌细胞的增殖和凋亡［51］。HU H等［52］发现miR-301a能通过SOCS5影响JAK/STAT3信号通路调控细胞凋亡，促进胰腺癌的侵袭和转移，MiR-340也被发现能够通过调节SOCS3/JAK-STAT信号通路影响胃癌细胞增殖和凋亡［5］。
此外，处于上游位置的JAK同样是一个重要的切入点，有研究指出，许多天然化合物也可以和JAK相互作用，抑制JAK通路［53］。一项关于铃兰毒素的研究指出，铃兰毒素可以通过影响结肠直肠癌细胞中JAK2/STAT3和mTOR/STAT3通路的串扰来促进细胞凋亡并抑制其增殖和血管生成［44］。无独有偶，姜黄素也被发现可以通过miR-99a调节JAK/STAT通路促进视网膜母细胞瘤的凋亡，抑制其增殖、迁移、侵袭［54］。SHAN H等［53］认为，B6（一种从罗汉松中提取的天然化合物）可以通过其FERM-SH2结构域与上游激酶JAK2发生变构相互作用，影响JAK-STAT通路从而诱导癌细胞凋亡。蛇床子素也可能通过影响JAK/STAT3信号通路影响胆囊癌细胞的凋亡，抑制其生长［55］。也有研究指出，人工合成的JAK2小分子抑制剂AG490可以阻断肿瘤中持续活化的JAK2/STAT3信号通路，影响细胞凋亡，发挥抑制肺癌细胞生长的作用［40］。
这些结果都使我们在面对癌症治疗的选择上拥有了更多的方向和策略选择，正如同JAK抑制剂鲁索替尼可用于骨髓癌治疗。SUN J J等［56］也提出，JAK-STAT3通路的特异性抑制剂氢溴酸阿托帕萨（AHB）能够停止癌细胞生长并诱导其凋亡，可以开发为JAK-STAT通路药物。维甲酸酰胺通可以引起JAK2、STAT3和STAT5的抑制影响肺癌中导致凋亡的JAK-STAT通路和氨甲蝶呤在肺癌细胞中的抗增殖作用表现出协同效应［57］。也有报道指出，JQ1与JAK-STAT信号通路相互作用，分别抑制或诱导与细胞存活和凋亡相关的基因影响卵巢癌细胞，可针对此方向开发靶向分子治疗［58］。在FANG Y等［59］的研究中也提出，高表达的LINC01535调节JAK/STAT3通路促进食管鳞状细胞癌细胞的增殖并抑制其凋亡，LINC01535/JAK/STAT3可能成为食管癌基因治疗的潜在靶点。
作为体内广泛表达的一种胞内信号转导通路，JAK-STAT与细胞增殖、分化、凋亡和免疫调节等多种重要生理过程［1，3］。大量证据表明，JAK-STAT信号通路通过对癌细胞凋亡的调控，在癌症的发生发展中发挥着重要的作用，从细胞信号的层次为许多的恶性病、癌症提供了新的治疗思路和研究方向。其中STAT3和STAT5作为被广泛研究的癌基因，在许多癌细胞的凋亡调控中扮演着重要角色［11］，它们与其他的STATS成员、JAK成员彼此有着微妙而复杂的交联与影响，加上与之相互串扰的其他信号通路（如INF、PI3K通路等）与下游基因的相互影响，使得通过JAK-STAT信号进行的生理活动拥有了巨大的可塑性，即使是一点细微的变化也可能产生不可忽视的转录表型结果。近年来，许多通过该通路的抑制剂通过对癌细胞凋亡的影响从而治疗各种相关疾病的临床研究都在逐步开展，通过对JAK-STAT通路的控制来调节癌细胞的增殖行为，为许多的疾病治疗提供了新的切入点。但是我们对其的认识仍不够完善，目前的研究大多集中于如何通过抑制JAK-STAT通路促肿瘤细胞凋亡抑制其生长，却忽略了STAT自身对于细胞凋亡调控的两面性，如激活的STAT1能在癌细胞中发挥抑癌作用并增加了一些促凋亡和细胞周期基因的转录和表达，如Caspase、Bcl-2、Bcl-XL、p27和p21W［18-19］。但STAT1同样有能力上调许多促炎细胞因子、趋化因子和酶，如TNFα、COX2和iNOS，而这些都有助于肿瘤发生［60］。同样未得到足够重视的还有STAT家族之间的相互交联影响，如STAT2的激活能够进一步激活STAT3信号的表达，推动肿瘤的进展［11］；
STAT3与STAT1之间可能存在相互的交叉影响，STAT3抑制剂的使用对STAT1的脱靶抑制可能会导致不必要的不良反应，影响机体对肿瘤细胞的生长抑制［11，61-62］。
然而，JAK-STAT信号通路的发现和后续研究依旧是现代医学中让人振奋的一步，特别是STAT1与STAT3很有可能成为全新的重要的免疫治疗与靶向治疗的关键标志物。但目前对于何种情况运用何种技术检测哪一个靶点仍不十分清晰，未来应该更多地注意如何检测JAK-STAT信号活性，并针对不同疾病的不同情况，明确其具体的调控机制，为癌症的靶向治疗提供新的可能。
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