STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性研究进展 综述.docx

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STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性研究进展综述

STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性研究进展

摘要信号转导与转录激活因子（STATs）是一类发挥信号转导和转录因子调节作用的蛋白质家族，它们可以作为信号转导分子和转录调节因子参与到细胞因子和生长因子对于正常细胞的调控作用中。

STATs的异常激活，特别是STAT3激活，和多种人类恶性肿瘤相关联。

信号转导和转录激活因3（STAT3）为细胞内重要的信号转导蛋白，与肿瘤的发生发展密切相关，抑制STAT3的过度的表达为治疗肿瘤的手段之一。

分别从肽和拟肽类、天然产物类以及虚拟筛选技术发现的小分子这几个方面对目前已报道的STAT3抑制剂的抗肿瘤活性及其构效关系的研究进展进行综述。

关键词信号转导和转录激活因子3;抗肿瘤活性;构效关系；展望

前言

信号转导和转录激活因子（signaltransducerandactivatoroftranscription，STAT）家族为一类既具信号传导功能又有转录活化功能的胞浆蛋白，可与不同的细胞因子受体结合，并将胞外信号传递至细胞核内，从而引发相应靶基因的转录。

作为STAT家族成员之一的STAT3因具有多种重要作用（如可调节细胞生长、分化和程序性死亡以及血管形成等）而备受研究人员关注。

近来研究显示，在正常生理状态下，STAT3蛋白的激活受到严格控制;而在多种肿瘤（如乳腺癌、卵巢癌、头颈部鳞状细胞癌、前列腺癌、恶性黑色素瘤、多发性骨髓瘤、淋巴瘤、脑瘤、非小细胞肺癌及各种白血病等）的细胞中均可见该蛋白过度激活且呈高水平表达[1]。

研究人员发现，利用RNA干扰技术，可抑制结肠癌细胞中STAT3的表达，促进结肠癌细胞凋亡。

由此证实，人类STAT3可作为癌症治疗的重要靶点[2]，原因是STAT3被激活后可产生免疫抑制作用，抑制STAT3的过度表达不仅能阻断肿瘤细胞的过度增殖，还可增强机体对肿瘤的免疫能力。

机制研究显示，STAT3为表皮生长因子受体（EGFR）信号传导途径、由白介素-6（IL-6）介导的JAK-STAT3途径和由src基因介导的信号传导途径等多个致癌性酪氨酸激酶信号通路汇聚的“焦点”，其被激活后，可发生二聚化并易位到细胞核内，然后与靶基因［包括bcl-xl、bcl-2、cyclinD1、c-myc和mcl-1基因以及血管内皮生长因子（VEGF）、IL-10、IL-2和转化生长因子-β（TGF-β）等的基因］启动子上的特定位点结合，从而调节靶基因的表达。

干扰素、白介素等细胞因子或EGFR等生长因子与各自受体结合后可活化Janus激酶（Januskinase,Jak）及信号转录因子与活化子（signaltransducerandactivatoroftranscription，STAT）,STAT入核后参与基因转录,调控细胞增殖.分化、免疫调节等过程。

研究表明该通路在许多实体瘤和血癌中活动旺盛,STAT3常因变异而组成性活化,可通过促进原癌基因表达而诱导细胞增殖、血管生成和转移。

与其他STAT成员结构相似，STAT3可分为6个部分:

N端的氨基酸保守序列、螺旋区、DNA结合域、连接区、Src同源2（Srchomology2，SH2）结构域和C端的转录活化区[3-4］。

STAT3抑制剂的抗肿瘤机制主要包括:

1）抑制STAT3-STAT3二聚体的形成;2）抑制STAT3磷酸化;3）抑制STAT3与靶DNA在细胞核内的结合。

目前研究较多的STAT3抑制剂按类别可分为肽和拟肽类、天然产物类以及通过计算机药物虚拟筛选技术发现的小分子，本文就此分类综述STAT3抑制剂的抗肿瘤活性及其构效关系研究进展，旨在为相关抗肿瘤药物的研发提供参考。

1肽和拟肽类STAT3抑制剂

该类STAT3抑制剂系STAT3、表皮生长因子受体（EGFR）或糖蛋白130（gp130）上705位酪氨酸磷酸化产物（phosphotyrosine-705，pTry-705）周围的氨基酸残基序列为模板而设计合成的磷酸肽，其主要靶点为STAT3的SH2结构域。

该类抑制剂可阻断STAT3与细胞因子受体或生长因子受体结合而阻止STAT3的磷酸化、二聚体化及核易位，还能抑制STAT3二聚体与DNA结合，防止凋亡抑制基因和细胞分裂基因的过度表达。

2001年，Turkson等［5］在细胞核内发现了连接于STAT3蛋白SH2域、由6个氨基酸构成的磷酸肽PpYLKTK（图1，其中“P”代表脯氨酸残基，“pY”代表磷酸酪氨酸残基，“L”代表亮氨酸残基，“K”代表赖氨酸残基，“T”代表苏氨酸残基），并将其提取出来进行活性研究。

结果发现，此肽能有效抑制STAT3与DNA的结合（IC50为235μmol·L－1）、并能抑制STAT3的激活和转录活性，且还可阻断Src激酶诱导的STAT3依赖性成纤维细胞转化。

进一步的研究发现，磷酸酪氨酸以及与其相邻的“Y+1”位亮氨酸残基和“Y-1”位的任意氨基酸残基所组成的部分，是此类肽分子具有STAT3抑制活性的必需肽单位。

因此，该研究小组认为能抑制STAT3二聚体形成的最小肽分子应为型如XpYL（“X”为任意氨基酸残基）的三肽，如PpYL（图2），体外活性研究显示，其抑制STAT3二聚体形成的IC50为（182±15）μmol·L－1。

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图1磷酸肽PpYLKTK

图2PpYL

在STAT3信号转导过程中，STAT3蛋白上的磷酸酪氨酸残基不断地由gp130、白血病抑制因子受体（LIFR）、白介素10受体（IL-10R）和粒细胞集落刺激因子受体（G-CSFR）补给，且该补给以上述受体与STAT3蛋白上的SH2结构域结合为前提。

而研究还发现，这些受体蛋白上均有一相同序列--YXXQ（“Y”代表酪氨酸残基，“Q”代表谷氨酰胺残基）。

由此，Ren等[6]从gp130的磷酸化蛋白中发现

了另一STAT3抑制剂pYLPQTV（图3，其中“V”代表缬氨酸残基），该肽分子可有效抑制STAT3与DNA结合，IC50为0.15μmol·L－1。

图3pYLPQTV

此外，研究人员还以STAT3蛋白第705位磷酸酪氨酸残基周围的氨基酸残基序列为模板设计了另一种短肽——乙酰基-pYLKTKF（图4，其中“F”，代表苯丙氨酸残基），发现其亦具有抑制STAT家族蛋白活性的作用，且研究显示，该短肽与STAT3SH2的亲和力较强，对STAT3的抑制常数K为25.9μmol·L－1［7］。

图4乙酰基-pYLKTKF

2来源于天然产物的STAT3抑制剂

尽管肽类和拟肽类化合物具有较高的生物活性，但由于此类抑制剂易在体内代谢失活，且生物利用度较低，因而成药性并不令人满意。

近年来，非肽类STAT3抑制剂也备受研究人员关注，人们已从天然产物中获得了多种具有STAT3抑制活性的活性单体，且多为萜类和黄酮类等物质。

STAT的天然抑制剂报道较多,如JSI-124（葫芦素I）可快速抑制STAT3组成性活化的肿瘤细胞增殖,延长实验动物的生存时间[8];对各种肿瘤有广泛作用的多靶点天然产物姜黄素、白黎芦醇表现出对STAT3的抑制活性;黄酮类化合物Flavopiridol能阻断STAT3与DNA的结合;去氧四角霉素则是通过虚拟库筛选得到的STAT3抑制剂,此外环戊烯酮类化合物、靛玉红衍生物对STAT3也有一定的抑制活性。

2.1萜类

具有STAT3抑制活性的萜类物质多为三萜和二萜，前者主要为齐墩果烷型三萜，后者主要是Jolkinolide型二萜和丹参酮类二萜。

三萜类：

主要介绍两种，第一种：

齐墩果烷型三萜因具有抗炎、抗氧化和抗增殖等多种活性而成为药物设计研究的热点。

在已知的几百个合成的齐墩果酸类三萜类化合物中，2-氰基-3，12-二氧代齐墩果烷-1，9（11）-二烯-28-酸（CDDO，图5）及其甲酯CDDO-Me（图5）已进入临床研究阶段，用于非白血性白血病和实体瘤的治疗;此外，CDDO的另一种衍生物CDDO-IM（图6）也具有良好的抗肿瘤活性。

研究显示，CDDO-Me能通过抑制STAT3信号的传导而抑制乳腺癌细胞的生长[9]还可通过抑制IL-6的表达和STAT3的磷酸化作用而杀死多重耐药的卵巢癌细胞［10］;CDDO-IM则能抑制STAT3蛋白磷酸化，诱导细胞凋亡，导致骨髓瘤和肺癌细胞的凋亡［11］，并能抑制STAT3蛋白的激活，从而阻止卵巢癌细胞的生长[12］。

图5

其中，R为H，图为为2-氰基-3，12-二氧代齐墩果烷-1，9（11）-二烯-28-酸（CDDO）；R为CH3，图为2-氰基-3，12-二氧代齐墩果烷-1，9（11）-二烯-28-酸的甲酯（CDDO-Me）

图6CDDO-IM

另一种三萜类STAT3抑制剂为葫芦素（cucurbitacin）类化合物，其在葫芦科植物中含量较高，具有细胞毒性和抗肿瘤活性。

有文献报道，此类化合物能干扰JAK/STAT信号传导通路，尤其是能抑制STAT3的信号传导，可作为抗肿瘤药物的先导化合物。

二萜类：

Jolkinolide型二萜的基本结构为四环二萜，具有多种药理活性，尤其是显著的抗肿瘤作用。

经研究发现，17-羟基-JolkinolideB（HJB，图7）可通过与Janus激酶（JAK）共价交联而抑制STAT3的信号传导，从而诱导肿瘤细胞凋亡。

体外抗肿瘤活性研究显示，其在5μmol·L－1浓度下对人肝癌HepG2细胞和人乳腺癌MDA-MB-468细胞的抑制率分别为77.85%和69.03［13-14］。

图717-羟基-Jolkinolide（HJB）

2.2黄酮类

黄酮类化合物具有广泛的药理活性尤其是抗肿瘤活性，因而极具药用价值。

文献［15-16］报道，黄酮类化合物flavopiridol（图8）和silibinin（图9）均可抑制STAT3信号传导途径。

图8flavopiridol（

图9silibinin

2.3其他

除萜类和黄酮类化合物外，近来国外文献还报道了其他一些对STAT3信号传导途径具有抑制活性的天然产物，如靛玉红衍生物E564、E728和E804（图10-12）、1，2，3，4，6-五-O-没食子酰基-β-D-葡萄糖（PGG，图13）和PhaeosphaerideA（图14）等等。

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图10-12靛玉红衍生物E564、E728和E804图13PGG

图14PhaeosphaerideA

3通过计算机药物虚拟筛选技术发现的STAT3抑制剂

近来，研究人员通过计算机药物虚拟筛选技术发现了一些对STAT3信号

传导途径有抑制活性的小分子化合物。

Song等［17］应用该项技术获得活性化合物STA-21，其能与STAT3的SH2结构域结合，并抑制STAT3蛋白与DNA结合及STAT3自身的二聚体化，从而阻断STAT3信号传导途径。

体外活性研究显示，与浓度为20～30μmol·L－1的STA-21共孵育48h，可使STAT3过度表达的乳腺癌细胞株MDA-MB-435S、MDA-MB-468和231发生凋亡。

STA-21抗肿瘤活性虽较高，但其合成较为困难，因此研究人员便以STA-21为先导化合物进行改造，以寻求易合成且保持高活性的STAT3小分子抑制剂。

4展望

STAT3几乎在所有的实体瘤和血液性肿瘤中均会过度激活，且其水平与肿瘤分化程度、浸润转移及预后密切相关，因此，其作为肿瘤治疗的新靶点受到越来越多的关注，如今已有大量关于STAT3抑制剂及其抗肿瘤活性的研究。

当然，目前对STAT3抑制剂抗肿瘤作用的研究大多数还停留在体外活性初筛的水平，在动物体内进行的药理和毒理研究则较少，进入临床研究阶段的活性化合物更是寥寥无几。

STAT3抑制剂作为一类新型抗肿瘤药，其距离临床应用还有很长的路要走。

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