1、STAT3 抑制劑及其抗腫瘤活性研究進展摘 要 信號轉導與轉錄激活因子( STATs)是一類發揮信號轉導和 轉錄因子調節作用的蛋白質家族， 它們可以作為信號轉導分子和轉錄 調節因子參與到細胞因子和生長因子對于正常細胞的調控作用中。STATs的異常激活，特別是 STAT3激活，和多種人類惡性腫瘤相關聯。 信號轉導和轉錄激活因 3(STAT3)為細胞內重要的信號轉導蛋白，與 腫瘤的發生發展密切相關， 抑制 STAT3的過度的表達為治療腫瘤的手 段之一。分別從肽和擬肽類、 天然產物類以及虛擬篩選技術發現的小 分子這幾個方面對目前已報道的 STAT3抑制劑的抗腫瘤活性及其構 效關系的研究進展進行綜述。

2、關鍵詞 信號轉導和轉錄激活因子 3; 抗腫瘤活性 ; 構效關系；展望前言信 號 轉 導 和 轉 錄 激 活 因 子 ( signal transducer and activator of transcription ，STAT) 家族為一類既具信號傳導功能又有轉錄活化功能的胞漿 蛋白，可與不同的細胞因子受體結合， 并將胞外信號傳遞至細胞核內， 從而引發 相應靶基因的轉錄。 作為 STAT家族成員之一的 STAT3 因具有多種重要作用 ( 如 可調節細胞生長、 分化和程序性死亡以及血管形成等 ) 而備受研究人員關注。 近 來研究顯示，在正常生理狀態下， STAT3 蛋白的激活受到嚴格控制 ;

3、而在多種腫 瘤 ( 如乳腺癌、 卵巢癌、 頭頸部鱗狀細胞癌、 前列腺癌、 惡性黑色素瘤、 多 發性骨髓瘤、 淋巴瘤、 腦瘤、 非小細胞肺癌及各種白血病等 ) 的細胞中均可 見該蛋白過度激活且呈高水平表達 1 。研究人員發現，利用 RNA干擾技術，可抑 制結腸癌細胞中 STAT3 的表達，促進結腸癌細胞凋亡。由此證實，人類 STAT3 可作為癌癥治療的重要靶點 2 ，原因是 STAT3被激活后可產生免疫抑制作用，抑 制 STAT3的過度表達不僅能阻斷腫瘤細胞的過度增殖， 還可增強機體對腫瘤的免 疫能力。機制研究顯示， STAT3為表皮生長因子受體 ( EGFR) 信號傳導途徑、由白介可編輯 素-

4、6(IL-6) 介導的 JAK-STAT3途徑和由 src 基因介導的信號傳導途徑等多個致癌 性酪氨酸激酶信號通路匯聚的“焦點” ，其被激活后，可發生二聚化并易位到細 胞核內，然后與靶基因 包括 bcl-xl 、bcl- 2 、cyclin D1 、c-myc 和 mcl-1 基因以及血管內皮生長因子 (VEGF)、IL-10 、IL-2 和轉化生長因子 -(TGF-) 等的基因啟動子上的特定位點結合，從而調節靶基因的表達。干擾素、白介素等細胞因子或 EGF R 等生長因子與各自受體結合后可活化 Janus 激酶 (Janus kinase,Jak) 及信號轉錄因子與活化子 (signal t

5、ransducer and activator of transcription，STAT),STAT入核后參與基因轉錄 ,調控細胞增殖. 分化、免疫調節等過程。研究表明該通路在許多實體瘤和血癌中活動旺盛 , STAT3常因變異而組成性活化 , 可通過促進原癌基因表達而誘導細胞增殖、 血管 生成和轉移。與其他 STAT成員結構相似， STAT3 可分為 6 個部分: N 端的氨基酸保守序 列、螺旋區、 DNA 結合域、連接區、 Src 同源 2( Src homology 2 ，SH2)結構域 和 C 端的轉錄活化區 3-4 。 STAT3 抑制劑的抗腫瘤機制主要包括: 1) 抑制STAT3-

6、STAT3二 聚體的形成 ; 2) 抑制 STAT3 磷酸化; 3) 抑制 STAT3 與靶 DNA 在細胞核內的結合。目前研究較多的 STAT3 抑制劑按類別可分為肽和擬肽類、天然產物類以及 通過計算機藥物虛擬篩選技術發現的小分子， 本文就此分類綜述 STAT3抑制劑 的抗腫瘤活性及其構效關系研究進展，旨在為相關抗腫瘤藥物的研發提供參考。1 肽和擬肽類 STAT3 抑制劑該類 STAT3 抑制劑系 STAT3、表皮生長因子受體 (EGFR)或糖蛋白 130(gp130) 上 705 位酪氨酸磷酸化產物 ( phosphotyrosine-705 ，pTry-705) 周圍的氨基酸 殘基序列為

7、模板而設計合成的磷酸肽， 其主要靶點為 STAT3 的 SH2 結構域。 該類抑制劑可阻斷 STAT3與細胞因子受體或生長因子受體結合而阻止 STAT3 的 磷酸化、二聚體化及核易位，還能抑制 STAT3 二聚體與 DNA 結合，防止凋亡 抑制基因和細胞分裂基因的過度表達。2001 年，Turkson 等5在細胞核內發現了連接于 STAT3 蛋白 SH2 域、由 6 個氨基酸構成的磷酸肽 PpYLKTK( 圖 1，其中“ P” 代表脯氨酸殘基， “pY” 代表磷酸酪氨酸殘基， “L” 代表亮氨酸殘基，“ K” 代表賴氨酸殘基， “T”代 表蘇氨酸殘基 ) ，并將其提取出來進行活性研究。結果發現

8、，此肽能有效抑制 STAT3與 DNA 的結合( IC50 為 235 molL 1 ) 、并能抑制 STAT3 的激活 和轉錄活性，且還可阻斷 Src 激酶誘導的 STAT3 依賴性成纖維細胞轉化。進一 步的研究發現，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，該研究小組認為能抑制 STAT3 二聚體形成的最小肽分子應為型 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 STAT3二聚體形成的 IC50 為( 18

9、2 15) mol L 1。可編輯圖 2 PpYL在 STAT3信號轉導過程中，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) 和粒細胞集落刺激因子受 體 (G-CSFR)補給，且該補給以上述受體與 STAT3蛋白上的 SH2結構域結合為前提。 而研究還發現， 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6從 gp130的磷酸化蛋白中發現 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

10、有效抑制 STAT3 與 DNA 結合， IC50為 0.15 molL 1。圖 3 pYLPQTV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計了另一種短肽乙?；?-pYLKTKF( 圖 4，其中“ F”，代表苯可編輯丙氨酸殘基 ) ，發現其亦具有抑制 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，對 STAT3的抑制常數 K為 25.9 molL 17 。圖 4 乙?；?-pYLKTKF來源于天然產物的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 代謝失活，且生物

11、利用度較低， 因而成藥性并不令人滿意。 近年來，非肽類 STAT3 抑制劑也備受研究人員關注，人們已從天然產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。STAT的天然抑制劑報道較多 , 如 JSI-124( 葫蘆素 I) 可快速抑制 STAT3組成 性活化的腫瘤細胞增殖 , 延長實驗動物的生存時間 8; 對各種腫瘤有廣泛作用的 多靶點天然產物姜黃素、白黎蘆醇表現出對STAT3的抑制活性 ; 黃酮類化合物Flavopiridol 能阻斷 STAT3與 DNA的結合; 去氧四角霉素則是通過虛擬庫篩選得 到的 STAT3抑制劑, 此外環戊烯酮類化合物、 靛玉紅衍生

12、物對 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多為三萜和二萜， 前者主要為齊墩果烷型三 萜，后者主要是 Jolkinolide 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計研究的熱點。 在已知的幾百個合成的齊墩果酸類 三萜類化合物中， 2-氰基-3 ，12-二氧代齊墩果烷 -1，9( 11) -二烯-28-酸( CDD，O圖 5) 及其甲酯 CDDO-Me圖( 5) 已進入臨床研究階段， 用于非白血性白血病和實 體瘤的治療 ; 此外，CDDO的 另一種衍生物 CDDO-IM(圖 6)

13、 也具有良好的抗腫瘤 活性。研究顯示， CDDO-Me能 通過抑制 STAT3信號的傳導而抑制乳腺癌細胞的生 長9還可通過抑制 IL-6 的表達和 STAT3 的磷酸化作用而殺死多重耐藥的卵巢 癌細胞10; CDDO-IM則 能抑制 STAT3 蛋白磷酸化，誘導細胞凋亡， 導致骨髓瘤和肺癌細胞的凋亡 長12。11，并能抑制 STAT3 蛋白的激活，從而阻止卵巢癌細胞的生可編輯其中，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( CDD)O；R為CH3，圖為2-氰基-3 ，12-二氧代齊墩果烷 -1，9( 11) -二烯-28- 酸的甲酯( CDD

14、O-M)e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， 具有細胞毒性和抗腫瘤活性。 有文獻報道， 此類化合物能干 擾 JAK /STAT 信號傳導通路，尤其是能抑制 STAT3 的信號傳導，可作為抗腫瘤 藥物的先導化合物。二萜類： Jolkinolide 型二萜的基本結構為四環二萜，具有多種藥理活性， 尤其是顯著的抗腫瘤作用。 經研究發現， 17-羥基-Jolkinolide B( HJB，圖 7) 可 通過與 Janus激酶(JAK)共價交聯而抑制 STAT3 的信號傳導，從而誘導腫瘤細胞 凋亡。體外抗腫瘤活性研究顯示，其

15、在 5molL 1 濃度下對人肝癌 HepG2 細 胞和人乳腺癌 MDA-MB-468 細胞的抑制率分別為 77.85%和 69.03 13-14。HJB)可編輯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，因而極具藥用價值。文獻 15-16 報道，黃酮類化合物 flavopiridol（ 圖 8） 和 silibinin（ 圖 9） 均可 抑制 STAT3 信號傳導途徑 。圖 8 flavopiridol(圖 9 silibinin2.3 其他除萜類和黃酮類化合物外，近來國外文獻還報道了其他一些對STAT3信號傳導途徑具有抑制活性的天然產物，如靛玉紅衍生物E564 、E7

16、28和 E804（圖10-12）、1，2，3，4，6- 五-O- 沒 食 子 酰 基- -D- 葡 萄 糖（ PGG，圖 13）和 Phaeosphaeride A（ 圖 14） 等等。可編輯13 PGG圖 14 Phaeosphaeride A11圖 10-12 靛玉紅衍生物 E564 、E728和 E804圖3 通過計算機藥物虛擬篩選技術發現的 STAT3 抑制劑近來，研究人員通過計算機藥物虛擬篩選技術發現了一些對 STAT3 信號 傳導途徑有抑制活性的小分子化合物。 Song 等17應用該項技術獲得活性化合物 STA- 21 ，其能與 STAT3的 SH2 結構域結合，并抑制 STAT3

17、蛋白與 DNA結合及 STAT3 自身的二聚體化，從而阻斷 STAT3信號傳導途徑。 體外活性研究顯示， 與 濃 度 為 20 30 molL 1 的STA- 21共孵育 48 h，可使 STAT3 過度表 達的乳腺癌細胞株 MDA-MB-435S、 MDA-MB-468 和231 發生凋亡。 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 為先導化合物 進行改造，以尋求易合成且保持高活性的 STAT3小分子抑制劑。4 展望STAT3 幾乎在所有的實體瘤和血液性腫瘤中均會過度激活， 且其水平與腫瘤 分化程度、 浸潤轉移及預后密切相關， 因此，其作為腫瘤治療

18、的新靶點受到越來可編輯越多的關注，如今已有大量關于 STAT3 抑制劑及其抗腫瘤活性的研究。當然， 目前對 STAT3 抑制劑抗腫瘤作用的研究大多數還停留在體外活性初篩的水平， 在動物體內進行的藥理和毒理研究則較少， 進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，其距離臨床應用還有很長的路 要走。參考文獻1 唐古生，蔡建明，韓玲 STAT3 與腫瘤治療J實用腫瘤雜志，2004， 19(3) : 257- 260 2 Fan Y，Zhang Y L，Wu Y，et al Inhibition of signal transducer and activat

19、or of transcription 3 expression by RNA interference suppresses invasion through inducing anoikis in human colon cancer cells J World J Gastroenterol ， 2008，14(3) : 428-434 3 Bromberg J F ，Wrzeszczynska M H ，Devgan G，et al Stat3 as an oncogeneJ Cell ，1999，98(3) : 295- 303 4 Lim C P，Cao X M Structure

20、 ， function ， and regulation of STAT proteins J Mol Biosyst ，2006，2(11) : 536- 550 5 Turkson J ，Ryan D，Kim J S ，et al Phosphotyrosyl peptide block Stat3-mediated DNA binding activity， gene regulation ，andcell transformation J,J Biol Chem，2001，276(48) : 45443-454556 Ren Z Y ，Cabell L A ，Schaefer T S

21、，et al Identification ofa high-affinity phosphopeptide inhibitor of stat3 JBioorg Med Chem Lett，2003，13(4) : 633-636 7 Chen J， Nikolovska-Coleska Z ， Yang C Y， et al Design and synthesis of a new，conformationally constrained ，macrocyclic small- molecule inhibitor of STAT3 via click chemistry J Bioor

22、g Med Chem Lett ， 2007， 17 (14) :3939-3942 8 Turkson J ， Kim J S ， Zhang S，et al Novel peptidomimetic inhibitors of signal transducer and activator of transcripProgress in Pharmaceutical Sciencestion 3 dimerization and可編輯biological activity J Mol Cancer Ther ，2004，3(3) : 261- 2699 Ling X ， Konopleva

23、 M，Zeng Z，et al The novel triterpenoid C- 28 methyl ester of 2-cyano- 3， 12-dioxoolen- 1 ， 9-dien-28-oic acid inhibits metastatic murine breast tumor growth through inactivation of STAT3 signaling J Cancer Res ，2007，67( 9) : 4210-4218 10 Duan Z ，Ames R Y， Ryan M，et al CDDO-M，e a synthetic triterpeno

24、id ， inhibits expression of IL-6 and Stat3 phosphorylation in multi-drug resistant ovarian cancer cellsJ Cancer Chemother Pharmacol ， 2009， 63 ( 4 ) :681-68911 Liby K，Voong N，Williams C R，et al The synthetic triterpenoid CDDO-Imidazolide suppresses STAT phosphorylation and induces apoptosis in myelo

25、ma and lung cancer cellsJ Clin CancerRes， 2006， 12 ( 14 Pt 1 ) : 4288-4293 12 Petronelli A ， Saulle E ， Pasquini L ， et al High sensitivityof ovarian cancer cells to the synthetic triterpenoidCDDOImidazolide J Cancer Lett ， 2009，282( 2) : 214- 22813 Wang Y L， Ma X， Yan S， et al 17-hydroxy-jolkinolide B inhibits signal transducers and activators of transcription 3 signaling by covalently cross-linking J