劉 航，趙慶杰，徐 偉 （. 福建中醫(yī)藥大學藥學院，福建 福州 35000；. 海軍軍醫(yī)大學藥學院，上海 00433）

信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)是一種信號轉錄蛋白[1]。該蛋白在結構上主要有N 末端、卷曲螺旋、DNA 接合、連結、SH2 和轉錄激活區(qū)域6 個位置域[2]?，F有的研究結果表明，STAT3 抑制劑可靶向作用于STAT3 蛋白的不同結構區(qū)域，抑制其在細胞中的表達，為抗炎、抗癌治療提供思路[3-4]。

1 STAT3 作用機制

近年來研究者對STAT3 蛋白的探索不斷加深，對其在體內的活化機制也有清晰的發(fā)現[5]。STAT3 在細胞質中分析信號、轉導，在細胞核中轉錄激活[6]。STAT3 蛋白在細胞中扮演著重要角色，可影響細胞的生長凋亡機制，研究者們觀察到失控的STAT3 在異常激活中會導致細胞發(fā)生惡性轉化，對腫瘤細胞的形成和發(fā)展具有重要影響[7]。

STAT3 的激活可通過各種細胞因子、生長因子和激素與細胞表面的受體結合而實現。在Janus 激酶（JAK）-STAT3 信號途徑中，細胞因子與細胞膜上的蛋白受體結合，成為二聚體。二聚體在細胞質中募集并激活JAK 激酶蛋白，激活的JAK蛋白磷酸化受體酪氨酸殘基。隨后，STAT3 的Tyr705 殘基被JAKs 磷酸化，STAT3 蛋白被活化再形成二聚體后，從細胞質轉移到細胞核中，與特異性DNA 反應元件結合，最終調節(jié)STAT3 靶基因的表達[8]。

STAT3 的每個結構域各有其獨特的生物作用。STAT3 的N 末端結構域對STAT3 二聚體核易位以及DNA 結合具有重要作用；卷曲螺旋結構域對STAT3 與各種蛋白質的協(xié)同效應具有一定影響。DNA 結構域可匹配特殊的DNA 序列，然后形成STAT3-DNA 復合物。連接區(qū)域參加與細胞轉錄系統(tǒng)的相互作用。SH2 結構域對于STAT3 二聚化也至關重要。因為在腫瘤細胞中的過度激活現象，以及抗STAT3 的抑制劑對于抗炎免疫具有良好效果，STAT3 已成為近年來藥物研發(fā)的一個熱門方向，研究人員紛紛投入巨大熱情，不斷挖掘STAT3 的醫(yī)藥價值[9-10]。

2 STAT3 抑制劑分類

STAT3 抑制劑可靶向作用于STAT3 蛋白，抑制其在癌細胞中的磷酸化、二聚化以及核易位，使其轉錄功能喪失，有可能為疾病治療提供新方向[11]。

2.1 靶向N 端區(qū)域

Turkson 等[12]研究了STAT3 的結合肽PY*LKTK（Y*代表磷酸酪氨酸）在體外破壞STAT3 活性的能力。核提取物中PY*LKTK 的存在會導致STAT3 的DNA 結合活性水平顯著降低，因此破壞了核易位。作為肽直接抑制STAT3 的功能重要性的證據，發(fā)現PY*LKTK-mts（mts，膜移位序列）可在體內選擇性抑制組成型和配體誘導的STAT3 激活。此外，PY*LKTK-mts 可抑制Src 癌蛋白的轉化。Turkson 通過確定了抑制STAT3 信號轉導的最小肽，為使用該肽作為新型擬肽藥物進行臨床治療STAT3 異常激活的疾病提供了概念基礎。

Timofeeva 等[13]在表征STAT3-N 末端域的選擇性抑制劑ST3-H2A2 的作用中，觀察到該化合物使凋亡基因強烈激活，在癌細胞中誘導細胞凋亡。通過DNA-chip 技術和平鋪人類啟動子陣列技術，發(fā)現響應ST3-H2A2 的基因在表達激活的同時會伴隨著STAT3 染色質結合而改變。此外，將siRNA 敲低可證實ST3-HA2A 對基因表達和染色質結合的影響是STAT3 依賴性的，而C/EBP 同源蛋白（CHOP）啟動子的STAT3 結合區(qū)位于癌細胞中染色質的DNase I 超敏位點中，而不是未轉化細胞中，這表明STAT3 結合和抑制作用極有可能與染色質結構有關。因此我們猜想，STAT3-N 末端選擇性抑制劑可調節(jié)癌細胞凋亡基因的表達，促使細胞凋亡，為癌癥治療提供新方案。

2.2 靶向卷曲-螺旋區(qū)域

Huang 等[14]使用計算機虛擬篩選（AlloFinder）的途徑對STAT3 的C 端卷曲螺旋區(qū)域（CCD）進行匹配，通過對分數排名前15 的化合物進行生物測定，篩得理論最佳化合物K116（圖1）。在此化合物的作用下，熒光偏振顯示STAT3 的IC50值為7.99 μmol/L。在免疫印跡實驗中，STAT3 的Y705磷酸化被抑制，而上游的激酶Src 及其磷酸化無影響。同時，在腫瘤細胞株MDAMB-468 及DU145中，K116 表 現 出 對STAT3 很 強 的 抑 制，IC50為4.46 和23.85 μmol/L，表明K116 具有良好的特異性抑制STAT3 的作用。從K116 的研究歷程來看，未來進行虛擬篩選的計算化學方法將逐步成為藥物研發(fā)的一種趨勢，在此趨勢發(fā)展的初期，我們還需要不斷改進底層算法并完善數據庫內容。

2.3 靶向DNA 結合域

圖1 化合物K116 的化學結構

Huang 等[15]通過使用改進的虛擬篩選策略靶向STAT3 的DNA 結合域（DBD），得到了靶向STAT3-DBD 的小分子化合物inS3-54（圖2）。采用[32P]標記的DNA 雙鏈探針及電泳遷移率變動分析表明，inS3-54 選擇性抑制STAT3 與DNA 的結合，而對STAT1 無影響。與非癌細胞相比，inS3-54 優(yōu)先抑制癌癥細胞的增殖，抑制STAT3 下游靶基因的表達和STAT3 原位結合染色質。因為inS3-54 不與SH2 結構域相連接，不抑制STAT3 二聚化，但可以抑制STAT3 與基因組DNA 的結合。inS3-54 代表了一種新型探針，對于開發(fā)靶向STAT3的DBD 域特異性抑制劑具有積極意義。

圖2 化合物inS3-54 的化學結構

Buettner 等[16]為了證明化合物C48（圖3）可作為STAT3 的選擇性抑制劑，使用定點誘變和多種生化技術，探明C48 將STAT3 中的Cys468 烷基化的過程。進一步研究證明，C48 會在STAT3 過度表達的腫瘤細胞系中阻止STAT3 核易位，導致小鼠體內腫瘤生長的顯著抑制。這些發(fā)現表明，STAT3 中的Cys468 代表了一個新的治療干預位點，并推測烷基化有望成為STAT3 相關類型癌癥的潛在治療方法。

圖3 化合物C48 的化學結構

2.4 靶向SH2 結構域

Cheng 等[17]研究化合物6-OAP(圖4)與肺癌細胞的作用關系，發(fā)現該化合物在H1975 和A549 細胞中以劑量和時間依賴性的方式抑制了STAT3 的轉錄(抑制位點Tyr705)，進而抑制由IL-6 等細胞因子誘導的STAT3 的活化、磷酸化與二聚體的形成。6-OAP 在STAT3 的SH2 結構域與Ser611/Ser613/Arg609 形成氫鍵，阻礙IL-6 誘導的STAT3 磷酸化，對肺癌細胞和對S 期激酶相關蛋白轉錄有抑制作用。藥理實驗表明，6-OAP 抑制靜脈注射肺癌細胞的SCID 小鼠的腫瘤生長。6-OAP 的效果優(yōu)異，毒副作用較小，有望進一步挖掘其藥用價值。

圖4 化合物6-OAP 的化學結構

Schust 等[18]從化學數據庫中通過模擬篩選得到化合物Stattic（圖5）。Stattic 能有效抑制STAT3的SH2 結構域，對STAT3 的激活、二聚化和核易位等關鍵步驟有阻滯作用。將MDA-MB-231 和MDA-MB-435S 細胞在指定濃度下用Stattic 處理2 h，對STAT3、p-STAT3 和其他信號分子(JAK1/JAK2 等)的全細胞裂解物進行蛋白質印跡分析，證明了Stattic 對STAT3 的磷酸化有顯著的抑制效應，且其特異選擇性較高，有潛力成為高效的STAT3 抑制劑。

圖5 化合物Stattic 的化學結構

Chen 等[19]通過傳統(tǒng)的有機合成方法得到了化合物HJC0152（圖6），發(fā)現其對人乳腺癌和胰腺癌細胞顯示出比氯硝柳胺相似或更高的效力。經過結構修飾后（將苯環(huán)上的烷氧基改為氨基）的HJC0152 顯示出優(yōu)異的水溶性，與氯硝柳胺相比提高了約3 300 倍。在光學顯微鏡的觀察下，將MDAMB-231 乳腺癌細胞用化合物HJC0152 處理48 h，觀察細胞形態(tài)變化，發(fā)現細胞周期進程被抑制，細胞凋亡變得更加常見。在帶有乳腺腫瘤異種移植物的裸鼠中，HJC0152 顯著抑制了腫瘤的生長。從這些結果中推測，具有更好水溶性的化合物HJC0152 有望被開發(fā)成用于癌癥治療的口服生物利用劑。

圖6 化合物HJC0152 的化學結構

Shin 等[20]首次報道了隱丹參酮（圖7）抗癌活性是通過抑制STAT3 實現的。隱丹參酮可快速抑制DU145 人前列腺癌細胞中的STAT3 的Tyr705磷酸化，降低STAT3 下游靶蛋白的表達。隱丹參酮抑制STAT3 磷酸化是由獨立于JAK2 的機制引起的，且不影響上游酪氨酸激酶。隱丹參酮可直接與STAT3 分子結合（STAT3 的SH2 結構域），抑制其二聚化，并下調細胞周期蛋白D1、Bcl-xL 和survivin 的表達，使G0-G1 期的細胞蓄積，降低STAT3 轉錄調控活性。這些結果表明，隱丹參酮是良好的STAT3 靶向抑制劑。

圖7 隱丹參酮的化學結構

Iwamoto 等[21]研究發(fā)現，苯達莫司?。˙ENDA，圖8）作為一種烷化劑，對多種癌癥具有臨床活性，包括但不限于非霍奇金淋巴瘤、慢性淋巴細胞性白血病和多發(fā)性骨髓瘤等。BENDA 可以選擇性結合細胞中的STAT3 并抑制其活性，BENDA 在體外選擇性地拮抗STAT3-SH2 結構域（IC50=7.4 μmol/L），而不是其他含有SH2 的蛋白質（拮抗STAT1-SH2 的IC50為60 μmol/L）。BENDA 結合到STAT3 中的半胱氨酸殘基Cys550 和Cys712 位置上，從而抑制SH2 與相應的p-Tyr 肽的結合。

圖8 苯達莫司汀的化學結構

Chang 等[22]研究發(fā)現，STAT3 抑制劑BBI608（圖9）是降低EGFR 陽性肺癌細胞系細胞活力的潛在藥物。BBI608 可降低組蛋白甲基轉移酶G9a 介導的表皮生長因子受體3 表達，抑制EGFR陽性肺癌（包括EGFR E746-A750 HCC827、WTA549 和T790 M H1975）的細胞活力。在與阿法替尼的對照實驗中，BBI608 更為明顯地降低了A549和H1975 細胞的生存能力，并降低了A549 的細胞遷移。因此，BBI608 極有潛力成為EGFR 陽性肺癌的治療藥物。

研究表明，STAT3 在各種類型的癌癥中被組成性激活，并且直接參與癌細胞的免疫調節(jié)。Shastri 等[23]對骨髓增生異常綜合征（MDS）和急性髓性白血?。ˋML）患者的造血干細胞和祖細胞群體進行轉錄組分析，發(fā)現STAT3 存在異常激活現象，而敲除STAT3 后，體內白血病細胞的生長也受到了抑制，各類癌基因在惡性細胞中的表達也隨之下降。

3 結語

STAT3 在多種實體瘤和血液性腫瘤中會過度激活，對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著重要影響。因此，STAT3 作為治療腫瘤的新靶點已被研究人員所認同；同時，STAT3 抑制劑對抗炎免疫有重要作用，在類風濕性關節(jié)炎等疾病研究中頗有成效。21 世紀以來，STAT3 抑制劑的臨床前研究不斷深入，但進入臨床使用的藥物卻很少。因此，研發(fā)高效、低毒的STAT3 抑制劑仍將是一種挑戰(zhàn)。近年來，研究人員將多種天然產物（如雷公藤紅素等）作為先導化合物，合成了更有效的小分子化合物，通過不斷篩選、評價和選擇活性大、特異性強的STAT3抑制劑，將中西醫(yī)藥物治療與放療、化療結合，這可能是今后的STAT3 研究方向之一，為抗腫瘤以及抗炎免疫研究提供新方向。