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。關鍵詞信號轉導和轉錄激活

2、因子3;抗腫瘤活性;構效關系；展望刖言信 號轉導 和轉錄激活因 子 （signal transducer andactivator 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；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

3、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。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，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、由白介素-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

4、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和轉化生長因子邛(TGF-p )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EGFR等生長因子與各自受體結合后可活化Janus 激酶(Januskinase,Jak)及信 號轉錄 因子與 活化子(signal transducer 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

5、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-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

6、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等在細胞核內發現

7、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，此肽能有效抑制 STAT3與DNA的結合(IC50為235 p mol-L - 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

8、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(182 15) p mol - L - 1。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一YXXQ( Y”代表酪氨酸殘基， “Q”代表谷氨酰胺殘基

9、)。由此，Ren等從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 子可有效抑制STAT3與DNA結合，IC50為0.15 mol-L - 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 序列為模板設計了另一種短肽一一乙酰基-pYLKTKF(圖4,其中“F”，代表苯丙氨酸殘基），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 - 1。IE10-P=0 IOH圖4乙酰基-pYLKTKF2來源

10、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;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

11、篩選得 到的STAT3抑制劑，此外環戊烯酮類化合物、靛玉紅衍生物對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-氟基-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

12、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信號的傳導而抑制乳腺癌細胞的生 長還可通過抑制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1。；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mi,并能抑制STAT3蛋白的激活，從而阻止卵巢癌細胞的生 長12。圖5其中，R為H,圖為為2-氟基-3, 12-二氧代齊墩果烷-1, 9( 11)-二烯-28- 酸(CDDO)； R為CH3,圖為2-氟基-3, 12-二氧代齊墩果烷-1, 9( 11)-二烯-28- 酸的甲酯(CDDO-Me)圖 6

13、CDDO-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，其在5molL-1濃度下對人肝癌HepG2細

14、胞和人乳腺癌MDA-MB-468細胞的抑制率分別為77.85%和69.03廿回。圖 7 17-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，因而極具藥用價值。 文獻DM1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 8flavopiridol(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、E728和E804 （圖 10-12）、1, 2, 3, 4, 6-

15、五-O-沒 食子酰 基-0-D-葡 萄 糖（PGG,圖13）和 Phaeosphaeride A（圖 14）等等。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2030 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、M

16、DA-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，其作為腫瘤治療的新靶點受到越來 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

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