STAT3抑制劑及其抗腫瘤活性研究進(jìn)展 綜述

1、STAT3抑制劑及其抗腫瘤活性研究進(jìn)展摘要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子(STATs)是一類發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)家族，它們可以作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子參與到細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子對(duì)于正常細(xì)胞的調(diào)控作用中。STATs的異常激活，特別是STAT3激活，和多種人類惡性腫瘤相關(guān)聯(lián)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因3(STAT3)為細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，抑制STAT3的過度的表達(dá)為治療腫瘤的手段之一。分別從肽和擬肽類、天然產(chǎn)物類以及虛擬篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)的小分子這幾個(gè)方面對(duì)目前已報(bào)道的STAT3抑制劑的抗腫瘤活性及其構(gòu)效關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。關(guān)鍵詞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3;抗腫

2、瘤活性;構(gòu)效關(guān)系；展望前言信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signaltransducerandactivatoroftranscription，STAT)家族為一類既具信號(hào)傳導(dǎo)功能又有轉(zhuǎn)錄活化功能的胞漿蛋白，可與不同的細(xì)胞因子受體結(jié)合，并將胞外信號(hào)傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，從而引發(fā)相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。作為STAT家族成員之一的STAT3因具有多種重要作用(如可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和程序性死亡以及血管形成等)而備受研究人員關(guān)注。近來研究顯示，在正常生理狀態(tài)下，STAT3蛋白的激活受到嚴(yán)格控制；而在多種腫瘤(如乳腺癌、卵巢癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤、多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤、腦瘤、非小細(xì)胞肺癌及各種白血

3、病等)的細(xì)胞中均可見該蛋白過度激活且呈高水平表達(dá)1。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用RNA干擾技術(shù)，可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中STAT3的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。由此證實(shí)，人類STAT3可作為癌癥治療的重要靶點(diǎn)，原因是STAT3被激活后可產(chǎn)生免疫抑制作用，抑制STAT3的過度表達(dá)不僅能阻斷腫瘤細(xì)胞的過度增殖，還可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)腫瘤的免疫能力。機(jī)制研究顯示，STAT3為表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)信號(hào)傳導(dǎo)途徑、由白介素-6(IL-6)介導(dǎo)的JAK-STAT3途徑和由src基因介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑等多個(gè)致癌性酪氨酸激酶信號(hào)通路匯聚的“焦點(diǎn)”，其被激活后，可發(fā)生二聚化并易位到細(xì)胞核內(nèi)，然后與靶基因包括bcl-xl、bcl-2

4、、cyclinDI、c-myc和mcl-1基因以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、IL-10、IL-2和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-0(TGF-0)等的基因啟動(dòng)子上的特定位點(diǎn)結(jié)合，從而調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。干擾素、白介素等細(xì)胞因子或EGFR等生長(zhǎng)因子與各自受體結(jié)合后可活化Janus激酶(Januskinase,Jak)及信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子與活化子(signaltransducerandactivatoroftranscription,STAT),STAT入核后參與基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)控細(xì)胞增殖.分化、免疫調(diào)節(jié)等過程。研究表明該通路在許多實(shí)體瘤和血癌中活動(dòng)旺盛,STAT3常因變異而組成性活化，可通過促進(jìn)原癌基因表達(dá)而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖

5、、血管生成和轉(zhuǎn)移。與其他STAT成員結(jié)構(gòu)相似，STAT3可分為6個(gè)部分：N端的氨基酸保守序列、螺旋區(qū)、DNA結(jié)合域、連接區(qū)、Src同源2(Srchomology2,SH2)結(jié)構(gòu)域和C端的轉(zhuǎn)錄活化區(qū)3-4。STAT3抑制劑的抗腫瘤機(jī)制主要包括：1)抑制STAT3-STAT3二聚體的形成;2)抑制STAT3磷酸化;3)抑制STAT3與靶DNA在細(xì)胞核內(nèi)的結(jié)合。目前研究較多的STAT3抑制劑按類別可分為肽和擬肽類、天然產(chǎn)物類以及通過計(jì)算機(jī)藥物虛擬篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)的小分子，本文就此分類綜述STAT3抑制劑的抗腫瘤活性及其構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展，旨在為相關(guān)抗腫瘤藥物的研發(fā)提供參考。1肽和擬肽類STAT3抑制劑該類

6、STAT3抑制劑系STAT3、表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)或糖蛋白130(gp130)上705位酪氨酸磷酸化產(chǎn)物(phosphotyrosine-705,pTry-705)周圍的氨基酸殘基序列為模板而設(shè)計(jì)合成的磷酸肽，其主要靶點(diǎn)為STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域。該類抑制劑可阻斷STAT3與細(xì)胞因子受體或生長(zhǎng)因子受體結(jié)合而阻止STAT3的磷酸化、二聚體化及核易位，還能抑制STAT3二聚體與DNA結(jié)合，防止凋亡抑制基因和細(xì)胞分裂基因的過度表達(dá)。2001年，Turkson等】5在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了連接于STAT3蛋白SH2域、由6個(gè)氨基酸構(gòu)成的磷酸肽PpYLKTK(圖1,其中“P”代表脯氨酸殘基，“pY”代表

7、磷酸酪氨酸殘基，“L”代表亮氨酸殘基，“K”代表賴氨酸殘基，“T”代表蘇氨酸殘基)，并將其提取出來進(jìn)行活性研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此肽能有效抑制STAT3與DNA的結(jié)合(IC50為235卩molL-i)、并能抑制STAT3的激活和轉(zhuǎn)錄活性，且還可阻斷Src激酶誘導(dǎo)的STAT3依賴性成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，磷酸酪氨酸以及與其相鄰的“Y+1”位亮氨酸殘基和“Y-1”位的任意氨基酸殘基所組成的部分，是此類肽分子具有STAT3抑制活性的必需肽單位。因此，該研究小組認(rèn)為能抑制STAT3二聚體形成的最小肽分子應(yīng)為型如XpYL(“X”為任意氨基酸殘基)的三肽，如PpYL(圖2)，體外活性研究顯示，其抑制S

8、TAT3二聚體形成的IC50為(182土15)卩molL-1。圖1磷酸肽PpYLKTK圖2PpYL在STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，STAT3蛋白上的磷酸酪氨酸殘基不斷地由gp130、白血病抑制因子受體(LIFR)、白介素10受體(IL-10R)和粒細(xì)胞集落刺激因子受體(G-CSFR)補(bǔ)給，且該補(bǔ)給以上述受體與STAT3蛋白上的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合為前提。而研究還發(fā)現(xiàn)，這些受體蛋白上均有一相同序列-YXXQ(“Y”代表酪氨酸殘基,“Q”代表谷氨酰胺殘基)。由此，Ren等從gp130的磷酸化蛋白中發(fā)現(xiàn)了另一STAT3抑制劑pYLPQTV(圖3,其中“V”代表纈氨酸殘基)，該肽分子可有效抑制STAT3與DN

9、A結(jié)合，IC50為0.15“molL-1。圖3pYLPQTV此外，研究人員還以STAT3蛋白第705位磷酸酪氨酸殘基周圍的氨基酸殘基序列為模板設(shè)計(jì)了另一種短肽乙?；?pYLKTKF(圖4,其中“F”，代表苯丙氨酸殘基），發(fā)現(xiàn)其亦具有抑制STAT家族蛋白活性的作用，且研究顯示，該短肽與STAT3SH2的親和力較強(qiáng)，對(duì)STAT3的抑制常數(shù)K為25.9“molL-1。IE1O-P=OIOH圖4乙?；?pYLKTKF2 來源于天然產(chǎn)物的STAT3抑制劑盡管肽類和擬肽類化合物具有較高的生物活性，但由于此類抑制劑易在體內(nèi)代謝失活，且生物利用度較低，因而成藥性并不令人滿意。近年來，非肽類STAT3抑制劑也備

10、受研究人員關(guān)注，人們已從天然產(chǎn)物中獲得了多種具有STAT3抑制活性的活性單體，且多為萜類和黃酮類等物質(zhì)。STAT的天然抑制劑報(bào)道較多，如JSI-124（葫蘆素I）可快速抑制STAT3組成性活化的腫瘤細(xì)胞增殖,延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生存時(shí)間8;對(duì)各種腫瘤有廣泛作用的多靶點(diǎn)天然產(chǎn)物姜黃素、白黎蘆醇表現(xiàn)出對(duì)STAT3的抑制活性;黃酮類化合物Flavopiridol能阻斷STAT3與DNA的結(jié)合;去氧四角霉素則是通過虛擬庫篩選得到的STAT3抑制劑，此外環(huán)戊烯酮類化合物、靛玉紅衍生物對(duì)STAT3也有一定的抑制活性。2.1萜類具有STAT3抑制活性的萜類物質(zhì)多為三萜和二萜，前者主要為齊墩果烷型三萜，后者主要是J

11、olkinolide型二萜和丹參酮類二萜。三萜類：主要介紹兩種，第一種：齊墩果烷型三萜因具有抗炎、抗氧化和抗增殖等多種活性而成為藥物設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)。在已知的幾百個(gè)合成的齊墩果酸類二萜類化合物中，2-氰基-3,12-二氧代齊墩果烷-1,9（11）-二烯-28-酸（CDDO，圖5）及其甲酯CDDO-Me（圖5）已進(jìn)入臨床研究階段，用于非白血性白血病和實(shí)體瘤的治療；此外，CDDO的另一種衍生物CDDO-IM（圖6）也具有良好的抗腫瘤活性。研究顯示，CDDO-Me能通過抑制STAT3信號(hào)的傳導(dǎo)而抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)9還可通過抑制IL-6的表達(dá)和STAT3的磷酸化作用而殺死多重耐藥的卵巢癌細(xì)胞a;CDD

12、O-IM則能抑制STAT3蛋白磷酸化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致骨髓瘤和肺癌細(xì)胞的凋亡11，并能抑制STAT3蛋白的激活，從而阻止卵巢癌細(xì)胞的生長(zhǎng)12。圖5其中，R為H,圖為為2-氰基-3,12-二氧代齊墩果烷-1,9(11)-二烯-28-酸(CDDO)；R為CH3,圖為2-氰基-3,12-二氧代齊墩果烷T,9(11)-二烯-28-酸的甲酯(CDDO-Me)NC00II圖6CDDO-IM另一種三萜類STAT3抑制劑為葫蘆素(cucurbitacin)類化合物，其在葫蘆科植物中含量較高,具有細(xì)胞毒性和抗腫瘤活性。有文獻(xiàn)報(bào)道,此類化合物能干擾JAK/STAT信號(hào)傳導(dǎo)通路,尤其是能抑制STAT3的信號(hào)傳導(dǎo),

13、可作為抗腫瘤藥物的先導(dǎo)化合物。二萜類：Jolkinolide型二萜的基本結(jié)構(gòu)為四環(huán)二萜，具有多種藥理活性，尤其是顯著的抗腫瘤作用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，17-羥基-JolkinolideB(HJB,圖7)可通過與Janus激酶(JAK)共價(jià)交聯(lián)而抑制STAT3的信號(hào)傳導(dǎo)，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。體外抗腫瘤活性研究顯示，其在5“molL-1濃度下對(duì)人肝癌HepG2細(xì)胞和人乳腺癌MDA-MB-468細(xì)胞的抑制率分別為77.85%和69.0313-14。O圖717-羥基-Jolkinolide(HJB)2.2黃酮類黃酮類化合物具有廣泛的藥理活性尤其是抗腫瘤活性，因而極具藥用價(jià)值。文獻(xiàn)】15-16報(bào)道，黃酮類化合

14、物flavopiridol（圖8）和silibinin（圖9）均可抑制STAT3信號(hào)傳導(dǎo)途徑。圖8flavopiridol(oOilOJoc陽oCH,OH圖9silibinin2.3其他除萜類和黃酮類化合物外，近來國外文獻(xiàn)還報(bào)道了其他一些對(duì)STAT3信號(hào)傳導(dǎo)途徑具有抑制活性的天然產(chǎn)物，如靛玉紅衍生物E564、E728和E804（圖10-12）、1，2，3，4，6-五-0-沒食子酰基-0-D-葡萄糖（PGG,圖13）和PhaeosphaerideA（圖14）等等。JtOH0,|O,.0iicyon,0HNHHOL0H10 :：lII"l：HH(CH2)2GmOHJCH2OH11OHOH

15、E804圖13PGG圖10-12靛玉紅衍生物E564、E728和圖14PhaeosphaerideA3 通過計(jì)算機(jī)藥物虛擬篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)的STAT3抑制劑近來，研究人員通過計(jì)算機(jī)藥物虛擬篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)了一些對(duì)STAT3信號(hào)傳導(dǎo)途徑有抑制活性的小分子化合物。Song等mi應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)獲得活性化合物STA-21，其能與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并抑制STAT3蛋白與DNA結(jié)合及STAT3自身的二聚體化，從而阻斷STAT3信號(hào)傳導(dǎo)途徑。體外活性研究顯示，與濃度為2030MmolL-i的STA-21共孵育48h,可使STAT3過度表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞株MDA-MB-435S、MDA-MB-468和231發(fā)

16、生凋亡。STA-21抗腫瘤活性雖較高，但其合成較為困難，因此研究人員便以STA-21為先導(dǎo)化合物進(jìn)行改造，以尋求易合成且保持高活性的STAT3小分子抑制劑。4 展望STAT3幾乎在所有的實(shí)體瘤和血液性腫瘤中均會(huì)過度激活，且其水平與腫瘤分化程度、浸潤轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)，因此，其作為腫瘤治療的新靶點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注，如今已有大量關(guān)于STAT3抑制劑及其抗腫瘤活性的研究。當(dāng)然，目前對(duì)STAT3抑制劑抗腫瘤作用的研究大多數(shù)還停留在體外活性初篩的水平，在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行的藥理和毒理研究則較少，進(jìn)入臨床研究階段的活性化合物更是寥寥無幾。STAT3抑制劑作為一類新型抗腫瘤藥，其距離臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。參

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