贺显亚　综述，周向东审校（重庆医科大学附属第二医院呼吸内科，重庆40000）

SOCS3与肺癌关系的研究进展

贺显亚综述，周向东△审校（重庆医科大学附属第二医院呼吸内科，重庆40000）

肺肿瘤；甲基化；SOCS3；抑癌；基因；综述

2011年我国恶性肿瘤发病第1位的是肺癌，每年新发病例约65万例［1］，作为发病率第1位的恶性肿瘤，其死亡率较高。近年来，关于SOCS家族通过抑制Janus激酶/信号传导与转录激活子（JAK/STAT）等信号传导通路来治疗肺癌的报道越来越多［2］。目前在肺癌的相关报道中，已经证实了SOCS3在恶性肿瘤中表达缺失，而基因沉默的主要机制是SOCS基因启动子区域CpG岛的异常高度甲基化［3］。本文就SOCS抑制信号因子与肺癌的研究作一综述。

1　SOCS概述

细胞因子通过激活各种信号通路调节生物活性，SOCS家族中的CIS于1995年被发现后其家族成员被陆续发现并于成为近几年研究热点，到目前为止，SOCS家族的主要成员包括SOCS 1～7、SCI等8个。最近还有一类C端含有“SOCS盒”（SOCS box）序列但中间无SH2结构域的蛋白才被发现，有可能被归入SOCS家族。他们被认为是一种信号通路抑制因子，由3个部分组成，包括C端的SOCS盒、SH2区和N区。（1）SOCS盒又被命名为“CH结构域”（CIS homology domain）或“SC结构”（SSC-teminal motif），其是一段高度保守的序列，由40个氨基酸组成，位于SOCS蛋白的羧基端。SOCS盒可以维持SOCS蛋白的稳定，也可以通过连接SOCS蛋白与E3泛素连接酶（E3 ubiquitin ligase）及蛋白酶体形成复合物，降解与SOCS结合的特异信号蛋白。SOCS功能依赖SOCS盒来完成，失去SOCS盒将导致SOCS功能的部分或完全丧失。（2）SH2区含有SH2结构域，其与不同信号蛋白的磷酸化络氨酸残基结合，识别不同目标。（3）N区由长短不一的氨基酸残基组成，SOCS 1～3和CIS的N区较短，大概包括50～80个氨基酸残基，SOCS 4～7的N区较长，大概含380个氨基酸残基。不同种系的SOCS蛋白同源性可达到95%～99%。

2　SOCS3概述

2.1SOCS3蛋白结构与表达SOCS3的结构与SOCS家族大致相同。其SOCS盒由elonginB、C盒和Cullin5 盒2个模序组成［4］。ElonginB、C盒位于SOCS盒N末端，形成可与elonginC的表面疏水性结构结合的两亲性的α-螺旋结构，由12个氨基酸残基组成［5］。Cullin5盒位于SOCS盒的C端，其中有与Cullin5结合的Leu-Pro-Leu-Pro（LPLP）系列。当LPLP突变为LPGP时，Cullin5盒与Cullin5的亲和力减弱10倍［6］。SOCS盒连接SOCS 3-SH2区中相互作用的靶蛋白和E3泛素连接酶，其调节靶蛋白水平即是通过泛素化和蛋白酶体介导的降解途径。SOCS3 的SH2结构域可以与蛋白磷酸基结合［7-8］。激酶抑制区（kinase inhibitory region，KIR）位于N端，是大约由12个残基组成的ESS（extended SH2subdomain），SOCS3通过其能直接抑制JAK1和JAK2的催化活性［9］。这可能与KIR有和JAKs的激活环相似的结构有关。JAKs的激活环可阻断激酶活化，若发生磷酸化可使激酶活化。SOCS3的基因表达通常为阴性，SOCS3基因启动子上含有STAT3结合位点，在多种细胞因子、生长因子和激素诱导下，其以STAT3作为中间调整环节开始表达。多种细胞外刺激信号通过上调磷酸化STAT3和SOCS3启动子结合后上调SOCS3基因表达，SOCS3抑制STAT3的活性来达到细胞信号网络的平衡［10］。SOCS蛋白依赖蛋白酶体降解，在此过程中其本身也可被降解［11］。

2.2SOCS3蛋白的作用机制在细胞因子信号传入细胞内启动了JAKs开始的信号传导反应，使STATs磷酸化，磷酸化的STATs形成二聚体，进入细胞核调控相应的生物反应，过度激活的STATs可以使肿瘤发生。但是JAK/STAT途径又可以诱导SOCS的表达。SOCS蛋白是JAK/STAT信号通路的抑制因子，其能使JAKs的失活，阻碍STATs接近受体结合位点，以及使信号传导蛋白泛素化并被蛋白酶体所降解等效应的产生［12］。其中SOCS3 为SOCS蛋白家族中最强的抑制蛋白之一。其通过以下机制发挥负调节作用：（1）SOCS3的SH2结构域与JAK结合的细胞因子受体结合使其磷酸化［9］，JAK激酶的N末端失活，其信号传导被抑制。（2）KIR与JAK底物的JAK活化环相似，其竞争性阻碍了JAK的底物与JAK结合，从而抑制JAK激酶活性［13］。（3）SOCS盒可与elongin B、C异源二聚体结合形成复合物，形成的复合物将SOCS3结合的信号蛋白发挥泛素连接酶E3的功能［14］。这样，被SOCS3结合的蛋白可被蛋白酶体降解［15］。但SOCS盒并不是其唯一的促进靶蛋白泛素化结构，Boyle等［16］通过小鼠实验证实了这一点。但具体结构还需进一步研究证实。（4）SOCS3高亲和力结合细胞因子受体（gp130、瘦素受体、G-CSFR等），与JAK1/JAK2和TYK2结合（不结合JAK3）形成SOCS-JAK-受体复合物直接抑制激酶的催化活性。

3　SOCS3与肺癌

3.1SOCS3甲基化与肺癌DNA甲基化能够影响染色质的结构和基因的表达，是一种普遍存在的内源性修饰机制。DNA甲基化是指真核生物体内在DNA胞嘧啶甲基转移酶的催化下，利用S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到主要定位于CpG二核苷酸的胞嘧啶第5号C原子上从而形成mCpG的过程。SOCS3基因启动子区CpG岛的高度甲基化使SOCS3基因沉默，SOCS3表达下降，STAT3基因表达上调，致使肿瘤增殖和生长［17］。Krishnadasan等［18］提出，SOCS3在新生滤泡性淋巴瘤组织中表达与患者生存率息息相关，可以作为判断患者预后的独立危险因素。随后，刘文斌等［19］用甲基化特异性PCR（MSP）检测了大鼠肺鳞癌浸润发展过程中各阶段SOCS3基因是否甲基化发现，未癌变组织中SOCS3基因未甲基化，而其他各阶段，随着肿瘤浸润、生长、发展，SOCS3基因甲基化明显增高。其中，鳞状化生、不典型增生、原位癌和浸润癌的基因甲基化频率分别为7.41%、16.22%、26.67%和48.00%，提示SOCS3基因甲基化频率可能与肺癌的分期有关。随后，他们用免疫组化检测了小鼠肺癌SOCS3蛋白的表达，20例正常支气管黏膜上皮和25例增生组织中SOCS3正常表达，随着肿瘤浸润加深，增生、鳞状化生、不典型增生、原位癌和浸润癌阳性率分别为 88.89%、86.49%、73.33%和56.00%。所以SOCS3基因甲基化与肺癌发展密切相关，甚至SOCS3基因甲基化是否可以作为判断癌症分期指标及患者预后都将成为下一步实验研究的热点。

3.2SOCS3与肺癌

3.2.1SOCS3与肺癌的生长生长因子、细胞因子、激素等通过激活下游的STATs、ras-Raf-MAPKK-ERK1/2、PI3K/Akt、PYK2等主要信号通路，活化转录因子进入细胞核，结合在特定基因的启动子上，激活相应基因的表达，经过上述一系列多元化、多途径作用后达到影响细胞的分化、生长、增殖、凋亡等多种生物学功能的目的。上述信号通路的持续激活与细胞恶性转化导致肿瘤形成［20］。在肺癌中，以上信号通路分子往往出现过度激活，同时SOCS系统处于低反应状态。SOCS3基因启动子上含有STAT3结合位点，细胞外刺激信号通过上调磷酸化STAT3和SOCS3启动子结合后上调SOCS3基因表达，SOCS3抑制STAT3的活性以维持细胞内网络的平衡［10］。采用Dominant-negative技术［21］阻止STAT3活化可以阻断v-Src病毒致癌蛋白对正常细胞的转化作用，使肿瘤细胞进入凋亡，其间SOCS3的变化与正常细胞不同，由此提出SOCS3为一关键限制因素抑制肿瘤生长。3.2.2SOCS3与肺癌血管形成恶性肿瘤的生长和转移依赖新生血管的形成。早期实体肿瘤可通过弥散获取营养，但当肿瘤大于0.4 mm3时其生长和转移需要新生血管来完成。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）为高度保守的同源二聚体糖蛋白，是30种与血管新生相关的最强因素之一。在成人肺组织中有VEGF的稳定表达，当肿瘤形成时，VEGF呈现高分泌，其分泌方式是旁分泌。肿瘤细胞侵入巨噬细胞和肥大细胞刺激肿瘤血管的内皮细胞使其增殖、迁移，形成丰富的肿瘤血管，同时提高血管通透性，引起周围组织纤维蛋白沉着，单核细胞、成纤维细胞内皮细胞持续浸润，肿瘤基质形成，为肿瘤的生长及转移提供条件［22］。目前研究表明，在体外培养的肺癌细胞、人工建立的肿瘤侵袭荷瘤裸鼠动物模型中的肿瘤细胞及人体肺癌组织中，VEGF表达水平明显增高，并且其表达增高与肺癌的淋巴结和远处转移密切相关。STAT3信号通路传导被阻断可使VEGF表达下调，同时STAT3蛋白可结合VEGF启动子，提示VEGF基因的表达可以通过STAT3蛋白来调节［23］。STAT3可能通过上调VEGF的表达而参与恶性胸膜转移的形成。由此推测，SOCS3通过负调节STAT3来使VEGF的表达下降来达到阻止肺癌生长的目的。

3.2.3SOCS3与肺癌的转移SOCS3能够影响伤口的愈合，其主要通过下调STAT3酪氨酸磷酸化水平来抑制角质细胞的迁移能力。由此猜测SOCS3可以抑制癌细胞的侵袭和转移。基质金属蛋白酶-2（MMP-2）、MMP-9可降解细胞外基质，能够破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭和转移中起主要作用。STAT3可结合MMP-2、MMP-9基因启动子区［24］，调控MMP-2、MMP-9的表达，而SOCS3可以负性调控STAT3活性水平，由此得出SOCS3可以下调MMP-2、MMP-9来一直肿瘤侵袭转移。余祖滨等［25］对转染SOCS3基因、未转染、SOCS3稳定表达的肺腺癌A549细胞三组中的MMP-2、MMP-9的表达和活性分别进行检测，反转录聚合酶链反应显示SOCS3基因转染组细胞中MMP-2、MMP-9 mRNA水平显著低于未转染组，明胶酶谱实验结果显示未转染组中pro-MMP-2、pro-MMP-9、active-MMP-9活性高于SOCS3稳定表达组，差异有统计学意义（P＜0.05）。以上实验验证了SOCS3对MMP-2、MMP-9表达和活性的下调可能是其抑制肺癌细胞侵袭和迁移的主要机制之一。

综上所述，SOCS3显著抑制肺癌细胞的增殖、黏附、迁徙和侵袭能力。Lin等［26］通过腺病毒转录超表达SOCS3提高了非小细胞肺癌的放疗敏感性并提出SOCS3显著增加肺癌细胞对化疗药物的敏感性，但其机制还需进一步研究。SOCS作用于细胞信号网络的上游，参与调控多种与肿瘤发生、发展相关信号分子活性，从而达到抑制肿瘤生长的目的，使SOCS3成为治疗的新靶点。

4　小　结

SOCS家族自被发现以来受到了广泛关注，其在慢性炎症、肿瘤等发挥重要作用已被肯定，而SOCS3作为对肿瘤影响较大的抑制因子已在肝癌、肾癌等方面取得了明显进展。目前SOCS3在肺癌中存在甲基化且其表达能使肿瘤细胞凋亡，与肿瘤的发生、发展转移密切相关。但是，具体运用到肺癌中，是否能成为肺癌分级诊断的指标之一、是否能成为肺癌治疗新靶点并运用于临床、是否与肺癌患者预后相关，仍然需要更进一步实验，而肿瘤的发生、发展又是多因性的，其在临床能起到的作用还是未知。因此，还需要进一步的研究及探讨。

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（2015-12-27）