作者：汪翔 周修明 安徽医科大学附属深圳市第二人民医院临床医学院；张协军 李维平 深圳神经外科重点实验室

脑胶质瘤是人中枢神经系统中最常见的恶性肿瘤之一，根据WHO分级可分为4级，其中Ⅲ~Ⅳ级称为恶性脑胶质瘤。其具有恶性度高，对常规手术切除、放疗和化疗均不敏感的特点。尽管近年来治疗手段不断进步，但高恶性度脑胶质瘤患者的平均存活时间仅为1年左右。

信号转导与转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是一种特殊的转录因子，当前研究表明胶质瘤和其他很多恶性肿瘤细胞中都存在异常信号转导和STAT3的异常激活。STAT3的表达上调可诱导肿瘤细胞的增殖，而其下调可以促进肿瘤细胞凋亡，它是激活多种生长因子或细胞因子信号通路上的关键点。

近年来，很多新兴的技术对恶性脑胶质瘤的治疗都起到了推动作用，例如通过诱导寡核苷酸技术阻断STAT3使得由STAT3控制的基因在转录和翻译水平都下调，最终达到抑制体内脑胶质瘤细胞的增殖的目的。另一方面技术的革新在于纳米纤维支架能够模仿神经结构从而再现脑白质中细胞转移的细长形态，这一点克服了传统的恶性胶质瘤转移实验受限于无法复制体内胶质瘤细胞的特性。通过这种方法证实了定向纤维的移动和STAT3的增高有关，而STAT3抑制剂可以抑制恶性脑胶质瘤的转移。但这些新兴的治疗方法都是建立在对恶性胶质瘤细胞中信号通路深入研究的基础之上，因此本文综述了恶性脑胶质瘤中STAT3的经典信号通路及其相关通路。

一、恶性胶质瘤经典调控通路

酪氨酸激酶（JAK）/STAT3信号通路是STAT3信号转导与转录激活的经典通路。首先，胞膜上的细胞因子或其他细胞外信号配体通过介导相应的受体聚集形成同源或异源型二聚体，使得细胞质中蛋白JAK相互接近并导致自身磷酸化。当JAK被活化后进一步使受体胞浆区的酪氨酸残基磷酸化，并介导STAT3通过自身的Src家族同源结构域（Src homology 2，SH2）结构域与受体上磷酸化的酪氨酸残基结合，继而将STAT3的酪氨酸残基磷酸化。STAT3磷酸化后即以同源或异源二聚体的形式向细胞核转移、结合在靶基因的DNA启动子上，激活靶基因的转录。

（一）细胞外信号激活JAK

胶质瘤恶性度的提升和整合素的表达有关，因细胞外基质分子基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinases，MMP-2）可以和α5β1整合素相互作用产生细胞内的致瘤信号。在人类恶性胶质瘤细胞系4910和5310中，用MMP-2小干扰RNA（MMP-2 small interfering RNA，pM）处理细胞并对比pM和空载体（scrambled vector，pSV）的基因表达谱，发现pM组中STAT3基因编码的原癌基因（cancer-causing genes，c-Myc）、B淋巴细胞瘤-2L1基因（B cell lymphoma gene 2L1，Bcl-2L1）和细胞周期蛋白D1（CyclinD1）明显下调，同时STAT3信号抑制基因STAT1转录活化因子1（protein inhibitor of activated stat1，PIAS1）、细胞因子信号传导抑制蛋白1（suppressor of cytokine signaling 1，SOCS1）、抑制蛋白1A （cyclin dependent kinase inhibitor 1A，CDKI1A）和蛋白磷酸酶2Aa（protein phosphatase 2Aa，PP2Aa）等上调，进而导致胶质瘤细胞凋亡。这确定了在MMP-2减少的细胞中STAT3信号潜在的负调控作用。STAT3上游基因表达降低的同时，一些基本的STAT3靶蛋白表达也相应降低。

PCR阵列及荧光显微镜检测显示在敲除MMP-2的细胞中，磷酸化的STAT3（STAT3 phosphorylation，pSTAT3）表达量降低并趋向于细胞核内转运，而pSV和空白对照组的pSTAT3却广泛地分布于细胞质。另外pM处理组STAT3靶蛋白CyclinD1、c-Myc、Bcl-xL、Bcl-2和Survivin的表达均下调，而这些蛋白的下调也会阻碍胶质瘤的增殖。实验还发现胶质瘤细胞的增生明显减少，同时细胞内以及分泌至胞外的白介素（IL）-6水平明显下降。其中在肿瘤微环境中IL-6是表达量最多的细胞因子，它能结合胞膜上gp130受体从而活化JAK/STAT3信号。

还有研究发现胶质瘤相关的人类间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）中也有IL-6的过表达，且可以提升体内MSC的增生和自我更新的能力，以此增强胶质瘤细胞的侵袭性。以上过程是由MSC分泌的IL-6促进胶质瘤细胞中的STAT3磷酸化，进而活化JAK/STAT3信号通路，最终导致胶质瘤细胞侵袭性增强。从以上研究中可以看出，细胞外信号传入胞内再通过IL-6改变JAK的结构进而活化JAK/STAT3信号通路，最终达到调控细胞增殖及凋亡的作用。与此同时Cao等研究发现胶质瘤干细胞中促红细胞生成素受体（erythropoietin receptor，EPOR）的降低能下调STAT3的活性，且使用STAT3的小分子抑制剂会降低胶质瘤干细胞的存活率，这说明EPOR在JAK/STAT3通路中起了重要作用。而对其机制的进一步研究发现EPOR的活化会导致JAK2的磷酸化。Weissenberger等用姜黄色素抑制小鼠恶性胶质瘤细胞中的JAK时发现磷酸化的JAK是结合在细胞因子受体胞浆尾区的酪氨酸残基上。

当在U251和U87恶性胶质瘤细胞系中使用JAK2特异性抑制剂AG490后，胶质瘤细胞内pSTAT3的表达下降，其程度随AG490浓度升高而增强，而STAT3蛋白的表达不受AG490影响，说明STAT3在该通路中的作用是通过pSTAT3来实现的。AG490抑制JAK2后，可以抑制STAT3蛋白的磷酸化从而阻断STAT3信号通路，表明JAK在该信号通路中起到重要作用。作为STAT3上游的关键性物质，只有JAK活化后才能进一步导致STAT3的活化。

（二）STAT3的磷酸化

STAT3分子上有2个磷酸化位点：酪氨酸705（tyrosine 705，Tyr705）和丝氨酸727（serine727，Ser727），pSTAT3可以通过调节细胞周期相关的基因来促进细胞增殖，例如Myc、细胞周期素d1（Ccnd1）以及凋亡抑制基因Bcl2l1。研究发现在恶性胶质瘤C6细胞系细胞中，用siRNA沉默STAT3会导致同等程度的pSTAT3水平的降低，而过表达STAT3时会导致Myc表达量明显升高。进一步的STAT3和pSTAT3免疫共沉淀结果显示，Myc基因启动子P1-P2区域被pSTAT3占据。

Gao等还发现MS-275可以作为一种新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂来阻断STAT3信号通路。其中MS-275可能是通过抑制STAT3磷酸化，并激活Caspase-3凋亡通路达到抑制U251细胞增殖和诱导凋亡的作用。但是MS-275抑制STAT3磷酸化的具体机制尚待进一步研究。另一方面Zhang等使用30例胶质瘤患者的病理标本以及U251细胞系研究发现，用AG490处理U251细胞后，STAT3的表达没有明显改变而pSTAT3的表达明显降低，这一研究结果也证实了STAT3信号通路中pSTAT3起到了重要作用而非STAT3在起作用。苏雨行等进一步使用pSTAT3抑制剂葫芦苦素I处理人胶质瘤细胞系A172，发现细胞增殖速度明显下降且细胞凋亡比率显著升高。

有趣的是tyr705位点的pSTAT3水平明显降低，同时与凋亡相关的基因c-myc、Survivin和Mcl-1在mRNA水平上表达明显下降。然而STAT3磷酸化位点和具体作用机制在该研究中仍未阐明，而Liu等用腺病毒介导的bFGF小干扰RNA（Ad-bFGF-siRNA）转染U251细胞后通过免疫印迹证实pSTAT3（Tyr705）和pSTAT3（Ser727）的表达量明显降低，说明bFGF-siRNA可通过这两个磷酸化位点显著地降低STAT3的磷酸化水平。同时在转染bFGF 48 h后用IL-6刺激上述U251细胞发现pSTAT3（Tyr705）和pSTAT3（Ser727）的表达量较对照组均明显增加。因此可以认为bFGF-siRNA能有效降低U251细胞IL-6的分泌，且IL-6的表达降低可能导致了STAT3的活化下调。免疫印迹还显示STAT3上游的激酶pERKl/2和pJAK2表达下降，下游的效应蛋白CyclinDl和Bcl-xl的表达也下降，暗示着bFGF-siRNA可显著地降低STAT3上游调节激酶pERKl/2和pJAK2的活化以及下游效应蛋白的表达。

与此同时Lee等用小干扰RNA作用于替莫唑胺耐药的胶质瘤细胞后发现细胞中STAT3和pSTAT3（Ser727）的表达水平均升高，而pSTAT3（Tyr705）的表达水平降低，更为重要的是小干扰RNA会提高胶质瘤细胞的敏感性，这对于胶质瘤复发的患者逆转烷化剂替莫唑胺抗性来说是个潜在的靶点。除此之外，也有研究同样证实tyr705在STAT3磷酸化中的重要作用。Mandal等通过研究发现CK2是一种没有磷酸化活性的激酶，因此CK2需要JAK2的参与才能对STAT3（tyr705）的磷酸化进行调控。具体过程为CK2与JAK2相互作用导致STAT3的Tyr-705残基磷酸化，最终调控STAT3下游靶基因SOCS3、bcl-xl和Cyclin D1并导致胶质瘤细胞的增生。

因此笔者可以推断，通过抑制CK2的表达可以提升pSTAT3（ser727）的磷酸化水平，从而减小胶质细胞的致瘤性。但与此相矛盾的是，有研究发现手霉素处理恶性胶质瘤细胞系后STAT3的tyr705和ser727的磷酸化均减少，而STAT3总量不变，这与前面发现的pSTAT3（Ser727）的表达水平升高而pSTAT3（Tyr705）的表达水平降低不一致，暗示了不同药物对pSTAT3的作用位点不同。除了这种定性的研究外，Marcin等在鼠C6胶质瘤细胞系中得出STAT3抑制剂的具体药物剂量，实验发现咖啡因酸性衍生物对STAT3有很好的抑制作用，其中抑制剂2（E）-2氰基-N（S）-1苯乙基）-3（吡啶-2-基）丙烯酰胺[2（E）-2-cyano-N-[18]-3-（pyridin-2-yl） acrylamide]对信号通路JAK/STAT3的抑制最有效，并指出药物剂量大于25 μmol/L时能明显地抑制tyr705磷酸化从而达到抑制JAK/STAT3信号通路的作用，这就表示咖啡因酸性分子的适当修饰对恶性胶质瘤细胞有明显的细胞毒性，这为研发抗恶性胶质瘤的药物研发提供了新的方向。

（三）核内信号转导

在大鼠C6胶质瘤细胞中用荧光素标记硫代磷酸酯引物发现DNA引物在细胞核内聚集，在24 h之后才逐渐向核外扩散。JAK激活可使STAT3上特定的SH2结构磷酸化并迅速形成同源或异源二聚体后转移至核内，与目的DNA启动子上的特定反应元件相结合，随后启动下游靶基因的转录。Chen等用免疫荧光染色也证实在恶性胶质瘤细胞系U251中细胞核中STAT3的信号最强，这表明STAT3蛋白是转移到细胞核中进行活化转录。前面已经提到STAT3是多个致癌性JAK信号通路的汇聚焦点，多个凋亡抑制基因以及细胞周期调控基因都是STAT3的下游靶点。

而STAT3蛋白的入核主要是通过酪氨酸磷酸化被激活后STAT3单体上的SH2结构域与另一pSTAT3（tyr705）残基相互作用形成二聚体，继而进入细胞核调节靶基因转录，随后诱导某些与细胞增殖、分化、凋亡相关的关键基因的表达，最终促进细胞增殖并阻碍细胞凋亡。另外刘细国等发现STAT3可与Cyclin D1启动子上的STAT3位点结合而启动转录，并通过激活其下游靶基因Cyclin D1引起胶质瘤细胞异常增殖和分化失控。最新研究发现在胶质瘤细胞核中有1200多个基因的启动子上有STAT3结合位点，而其中pSTAT3占据了284个基因的启动子并可导致这些基因的转录改变。例如在这些基因中Myc表达量明显升高，进一步对STAT3和pSTAT3的免疫共沉淀显示Myc基因启动子P1-P2区域被STAT3占据。

还有研究发现生理性的YKL-40对脑的发展有积极意义，它可以促进星形胶质细胞的分化，但也是胶质瘤的转移因素之一。而Singh等的研究发现，YKL-40是受STAT3调控的一种分泌性糖蛋白，STAT3结合在YKL-40的启动子上，其上调对恶性脑胶质瘤的发展有促进作用，敲除STAT3后可明显减少YKL-40的表达。既然STAT3结合在相关基因的启动子上，势必会对相关基因产生影响，相反这些基因产物也有可能对STAT3通路有所影响。而细胞核作为细胞内信息调控中心，在恶性胶质瘤细胞的增殖和侵袭过程中的作用无可替代，而相关的靶基因可能与恶性胶质瘤的治疗密切相关，因而对其功能的进一步研究就显得尤为重要。

（四）STAT3基因表达产物

STAT3基因的多种表达产物对恶性脑胶质瘤的增殖和侵袭性有着重要意义。研究通过构建CD133恶性胶质瘤干细胞的重组腺病毒-STAT3-干扰RNA载体（Ad-STAT3-siRNA）来干扰STAT3的表达，证实其可有效的降低胶质瘤干细胞内STAT3 mRNA的水平。研究证实siRNA可抑制人胶质瘤干细胞中STAT3表达及活化，并可进一步诱导胶质瘤细胞的凋亡而细胞凋亡的增加可能与STAT3基因表达产物Bel-2表达下调有关。细胞因子信号抑制基因（suppressor of cytokine signaling 3，SOCS3）是STAT3的另一个基因表达产物，作为细胞因子信号转导负性调节家族的一员，其作用是介导mRNA的降解和翻译。

通过免疫印迹和荧光酶素检测发现，抑制SOCS3和miRNA30的表达可使JAK/STAT3信号通路的活性得到恢复。敲除miRNA30的同时SOCS3的表达会被抑制，进而使得胶质细胞瘤变的可能性增加。接着有实验用靶向搜索寻找在STAT3基因的3'端非编码区的保守靶基因位点，理论上说该区域的miRNA都能抑制STAT3的表达。而且也证实一旦上调恶性胶质瘤细胞中miRNA124的水平就会抑制STAT3信号通路，且miRNA124能逆转恶性胶质瘤细胞介导的免疫抑制，值得注意的是临床上各等级恶性胶质瘤中都没有发现miRNA124的表达。

因此miRNA在胶质瘤中的作用尚待进一步研究。作为恶性脑胶质瘤细胞中的关键致瘤信号通路，JAK/STAT3信号通路在恶性脑胶质瘤的发生发展以及侵袭性增殖过程中发挥着重要作用。在了解该经典信号通路的前提下，可以通过干扰该信号通路中的相应过程，来阻断该信号通路，从而达到改善恶性脑胶质瘤预后的作用。

二、STAT3在自噬过程中的作用

有学者从黄芩中萃取了天然单黄酮类木蝴蝶素A，进一步研究发现木蝴蝶素A是通过雷帕霉素靶蛋白-信号转导及转录激活蛋白-3-凹槽蛋白（mTOR-STAT3-Notch）信号通路介导人类恶性胶质瘤细胞的自我吞噬，从而抑制恶性胶质瘤细胞的增生。其中mTOR是一个进化上比较保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，功能上对细胞自噬有负性调控作用。该研究发现木蝴蝶素A能减少mTOR的表达且能进一步减少STAT3中S727的磷酸化，敲除STAT3后自噬作用随之减弱，这也从侧面证明木蝴蝶素A介导胶质瘤细胞的自我吞噬作用。如果能通过相关的信号通路调控细胞自噬，介导恶性胶质瘤细胞的凋亡，这将对恶性胶质瘤治疗方法的革新起到重要作用。

三、STAT3基因的调控

β连环蛋白信号通路能调控细胞分化和增殖，具体过程为β连环蛋白进入细胞核后，与T细胞因子4（T-cell factor 4，TCF4）形成复合物，随后β连环蛋白/TCF4复合物直接结合在STAT3基因启动子上的TCF4结合位点。不仅如此，该复合物还结合在miRNA21上并调控其表达，有研究评估了93个胶质瘤患者的肿瘤样本发现miRNA21的表达和恶性脑胶质瘤的病理分级呈正相关关系。

在LN229、SNB19和U251细胞系中敲除β-连环蛋白后，下游靶基因cyclin D1的表达减少。实验进一步用β-连环蛋白siRNA以及STAT3荧光素酶标记质粒pSTAT3-TA-luc并转染胶质瘤细胞系，发现STAT3的活性对β连环蛋白信号通路敏感。若敲除β连环蛋白则STAT3荧光标记就会减弱，而过度激活β连环蛋白则荧光就会增强。研究进一步明确β连环蛋白是通过STAT3介导miRNA-21的表达，进而作用于STAT3下游通路，而下调该通路则能抑制恶性胶质瘤细胞的分化和增殖。β-连环蛋白/STAT3信号通路与STAT3的经典通路有所不同，β-连环蛋白/STAT3信号通路是直接进入细胞核形成β-连环蛋白/TCF4复合物后结合在STAT3基因的启动子上，而不是类似于JAK/STAT3信号通路需要在细胞质中发生一系列的级联反应后再进入胞核。另外一方面，β-连环蛋白/TCF4复合物实现了对STAT3基因的调控，而不是调控STAT3的靶基因，这也是2个信号通路的明显差异。

四、展望

STAT3信号转导通路在恶性脑胶质瘤的发生发展中起到了至关重要的作用，而近年来发现的多种蛋白分子、miRNA、碱性成纤维细胞生长因子、诱骗寡核苷酸技术及胶质瘤相关的MSC对其靶向治疗有着重要意义。近年来随着精准治疗在全球的兴起以及对恶性脑胶质瘤发病机制研究的深入，相信以STAT3为靶点的精准治疗将会兴起，这对恶性胶质瘤的临床治疗意义重大。

来源：中华神经医学杂志2016年第15卷第3期