韩 琛 姜永杰 王恒孝

(山东省医学科学院基础医学研究所,山东第一医科大学，济南250062)

宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一，在全球女性恶性肿瘤中发病率仅次于乳腺癌排名第二，全世界每年新增病例约45～50万，我国每年约有13万新发病例，约占世界新发病例总数的五分之一，高发年龄为50～55岁。近年来由于子宫颈细胞学筛查的普遍应用，许多宫颈上皮中、重度不典型增生及早期原位癌能被鉴别且及时发现并早期治疗，患者死亡率明显下降。宫颈癌的病程一般经历宫颈上皮轻度增生、中度增生、重度不典型增生、原位癌、早期浸润癌和宫颈癌，一旦发生浸润和转移，由于肿瘤细胞侵犯周围组织、器官，手术清除范围广，进展期或者转移性宫颈癌患者五年生存率只有10%～20%。传统宫颈癌治疗常规采用手术切除、顺铂等药物联合化疗，但因存在药物抵抗等对晚期宫颈癌治疗效果较差。分子靶向治疗作为抗肿瘤领域的研究热点，为晚期宫颈癌患者的治疗提供了新途径。信号转导与转录激活因子3(Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)是一种与肿瘤密切相关的转录因子，在肿瘤的发生、发展和生物学特性及转归中发挥着重要的作用，具有潜在的诊断和治疗价值。研究表明，STAT3的异常活化与宫颈癌发生发展密切相关，因此深入了解STAT3与宫颈癌发生发展的作用机制对于寻找宫颈癌特异性治疗靶点具有重要意义。

1 STAT3信号通路

信号传导与活化转录因子(Signal transducers and activators of transcription，STATs)家族是一种存在于胞浆，通过激活转入核内结合DNA的蛋白家族，由STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6共7个转录因子组成，主要以失活形式存在于细胞质中。它可以被不同的细胞因子或者生长因子激活，具有传递信号和转录调控的双重作用，在接受外界信号刺激后激活并进入核内影响多种基因的转录[1-4]。

STAT3是1993年在研究γ-干扰素诱导的细胞基因表达中首次发现的重要信号分子[5]，定位于人类第17号染色体中，由750～795个氨基酸组成，分子量为89～92 kD。STAT3蛋白由6个功能结构域构成，主要是：N端氨基酸保守序列、螺旋区、DNA结合域、连接区、Src同源区2(Src homology region 2，SH2)结构域和C端转录活化区，其中主要通过DNA结合域和SH2结构域发挥功能性作用。STAT3的活化主要是通过细胞因子受体/JAK2/STAT3信号通路介导的[6]，当细胞因子(如IL-6)等与细胞因子受体相结合形成二聚体，胞质内JAK2发生聚集、活化，催化受体酪氨酸残基磷酸化，STAT3通过SH2结构域与受体中的酪氨酸残基作用，引起STAT3 705位点上的酪氨酸磷酸化修饰实现活化，并形成二聚体进入细胞核，结合于靶基因启动子的特定序列上，通过与其他转录调控元件的相互作用来调控靶基因的表达[7]。上皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor，EGFR)/STAT3信号通路是STAT3活化的另一条重要通路[8]。EGFR属于跨膜受体酪氨酸蛋白激酶家族，通过与相应配体结合成二聚体，激活其固有的酪氨酸激酶活性，磷酸化自身酪氨酸残基后激活STAT3 727位点的磷酸化，参与启动胞内信号传递。STAT3下游靶基因包括CyclinD1、c-Myc、Pim1等细胞周期蛋白；Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1、Survivin等抗凋亡及细胞生存相关基因等的表达，这些靶基因与细胞增殖、分化、生存、恶性转化及凋亡抑制等活动的调控密切相关[9]。

生理条件下，STAT3的活化处于机体严格调控之下,其失活主要由两类调节因子调控：细胞因子信号抑制物(Suppressors of cytokine signaling，SOCS)和活化的STAT蛋白抑制物(Protein inhibitor of activated STAT，PIAS)[10]，确保STAT3的活性维持数分钟到几小时，对于维持正常细胞的生理功能发挥关键性作用。但在肿瘤细胞内，因生长因子、细胞因子的失调，STAT3酪氨酸残基持续性的磷酸化激活，导致肿瘤发生。

2 STAT3与人乳头瘤病毒(Human papillo-ma virus，HPV)感染

HPV是一种由7 800～7 900个碱基对以共价键组成的含有遗传信息的环状双链DNA，属于嗜上皮性病毒，在人类生殖道内分布较多，其引发的生殖道感染可能在体内潜伏若干年。根据生物学特征和致癌潜能，HPV分为高危型和低危型两类，低危型主要引起良性病变如生殖道疣，高危型则与生殖道恶性肿瘤及癌前病变相关[11]。研究已证实HPV感染是宫颈癌致病因素之一，95%～100%的宫颈癌与HPV感染相关[12]。我国妇女宫颈癌中较常见的HPV亚型主要包括HPV16、18、52、58、33、31这六种,其中HPV16、18型是最常见的，约60%的宫颈癌与其相关[13]。HPV基因组有3个编码区：早期基因区(E区)，晚期基因区(L区)和非编码蛋白的长调控区(LCR)。E区主要编码早期蛋白E1～E7，其中编码E6、E7蛋白的基因为转化基因，可调控病毒的生长和复制，通过参与激活多条信号转导通路，引起多种肿瘤相关基因如p53、p21、Bcl-2、Bax等的表达异常，从而调节细胞周期、抑制细胞凋亡、促进增殖，是致癌的关键[14,15]。目前研究发现STAT3作为重要的转录因子可与多种E蛋白相互作用，在维持HPV病毒复制及促进宫颈组织恶性转化过程中发挥重要作用。

Arany等[16]研究发现，HPV16 LCR区的5′端存在有STAT3的结合位点，当环境中存在大量免疫抑制性细胞因子如IL-10时，STAT3可与HPV16结合促进E7基因表达上调，致使病毒的致瘤作用增强。Shukla等[17]证实在HPV阳性宫颈癌细胞株及肿瘤组织中STAT3和p-STAT3的表达均显著增高，同时E6、E7蛋白的表达也显著增加，二者具有相关性，进一步探讨其机制发现STAT3活化后结合HPV16 URR位点，促进E6、E7表达上调，分别通过结合下游p53、Rb基因，诱导p53的降解和促进Rb的失活，引起细胞增殖异常，导致肿瘤发生[18，19]。

HPV长期感染形成慢性炎症，炎性细胞分泌多种细胞因子促进下游信号通路的活化可能参与宫颈癌的发生过程。IL-17是主要由Th17细胞产生的促炎细胞因子，可诱导炎症相关的多种趋化因子和细胞因子的产生，与多种炎症性疾病及自身免疫性疾病密切相关。Xue等[20]检测HPV感染及不同阶段宫颈癌患者的血清及宫颈组织中Th17细胞和IL-17的表达变化，结果显示随着病变的进展，Th17细胞数量及IL-17水平均逐步增高，提示Th17细胞和IL-17在HPV感染诱导宫颈癌进展过程中发挥重要的免疫促进作用。刘曌[21]采用相关性分析研究宫颈癌中HPV感染与IL-17、p-STAT3三者之间的关系，表明HPV感染与IL-17、p-STAT3的表达均呈正相关，推测可能是HPV持续感染造成IL-17大量产生，通过诱导IL-6激活STAT3信号通路促进肿瘤发展。

3 STAT3与宫颈上皮内瘤病变

宫颈上皮内瘤变(Cervical intraepithelial neoplasia，CIN)是一组与浸润性宫颈癌密切相关的癌前病变的统称，包括宫颈非典型增生和原位癌，反映了宫颈癌发生发展的连续过程，即宫颈上皮重度不典型增生、原位癌、早期浸润癌、浸润癌一系列病理变化[22]。CIN分级反映了HPV感染后宫颈黏膜逐步演变为浸润性鳞癌的过程。从低级别CIN发展到高级别病变、CINⅡ期和CINⅢ(原位癌)往往需要数年或数十年，因此可能存在促进肿瘤发生的作用机制。研究表明作为重要的癌基因，STAT3的表达及活化在CIN进展过程中发生了一系列变化。Yang等[23，24]利用免疫组化方法分析CIN患者病变组织中STAT3及p-STAT3的表达，结果显示高级别CIN和宫颈癌组织中STAT3的表达水平均显著高于正常组织及CINⅠ组织；p-STAT3(ser727)主要位于核内表达，在CINⅠ/Ⅱ中阳性表达率为13.33%，在CINⅢ组织中阳性表达率显著增高达76.92%，而且胞核和胞质中p-STAT3(ser727)的表达均与参与有丝分裂的DNA结合蛋白Ki-67的表达水平呈正相关，提示上皮细胞可能通过活化STAT3信号通路调控下游Ki-67蛋白表达引起细胞异常增殖，参与恶性肿瘤的进展过程。

随着高级别CIN向宫颈癌发展，肿瘤细胞突破基底膜形成浸润与转移，这一过程主要依赖于细胞外基质的降解，其中金属基质蛋白酶9(Matrix metallproteinase9，MMP-9)因可水解基底膜和细胞外基质中的Ⅳ型胶原等多种成分而被认为是重要的分子之一。Nadine等[25]研究进一步证实CIN Ⅲ中p-STAT3(tyr 705)及MMP-9的表达均显著升高。同时他们也阐释了一种新的分子级联机制，即STAT3活化后通过Ca+依赖的CCL2/CCR2信号募集大量单核细胞到达CIN，活化的单核细胞分泌产生大量MMP-9促进对基质的降解，加速CIN向恶性肿瘤进展，而且与经典炎症免疫反应NK-κb通路相比，由STAT3介导的炎症反应可能发挥更大的促肿瘤作用。

4 STAT3促进宫颈癌发生与发展

4.1STAT3参与调节肿瘤细胞周期、增殖与凋亡 肿瘤细胞的增殖失控表现为细胞周期调控的紊乱，S期激酶相关蛋白2(S-phase associated kinase protein 2，Skp2)是细胞进入S期的重要调控蛋白，主要通过特异性识别磷酸化底物并介导其泛素化降解，其中细胞周期负性调节因子p27是其重要的底物之一。在肿瘤发生中，过表达的Skp2使细胞通过G1/S调控点，促进细胞周期的进展，加快DNA的复制与细胞的增殖，被视为是一种原癌基因，具有癌基因的功能。吕育纯等[26]对65例宫颈鳞状细胞癌(SCC)、20例高级别宫颈上皮内瘤变(CIN)中Skp2的表达情况进行分析，结果显示Skp2在SCC组的阳性表达率为55.4%，显著高于CIN组及对照组，而且其表达与肿瘤的病理分级、浸润程度、脉管浸润、淋巴结转移密切相关，Skp2表达水平越高提示患者预后越差。Huang等[27]进一步研究证实，IL-6处理HeLa后，细胞内的STAT3表达显著增强，STAT3通过直接结合Skp2启动子，招募P300的聚集，调控Skp2/p27信号通路影响细胞的增殖周期,从而使肿瘤细胞的增殖异常增多。常玉珍等[28]发现STAT3在宫颈癌组织中的表达水平较正常宫颈组织显著上调，且随病程的进展，STAT3 mRNA的表达水平也增高，与凋亡抑制蛋白Survivin的表达呈等级正相关，而Survivin和NF-κB的表达正相关，提示Survivin、STAT3、NF-κB可能发挥多基因协同作用，通过促进肿瘤细胞增殖和抑制凋亡促进宫颈癌的发展。

4.2STAT3与肿瘤微环境 肿瘤微环境(Tumor microenvironment)是一个由肿瘤细胞诱导，在其周围产生大量的生长因子、趋化因子及基质降解酶的综合体系，主要包括肿瘤细胞、基质细胞、细胞因子和免疫细胞等多种成分，具有低氧、低pH、组织高压等特点[29]。肿瘤相关成纤维细胞(Cancer-associated fibroblasts，CAFs)是肿瘤微环境中重要的间质细胞之一，主要来源于上皮或内皮间质转化、间充质干细胞的募集以及静息态成纤维细胞的激活。它可通过分泌大量的生长因子如VEGF、TGF-β、IL-6等促进上皮肿瘤的侵袭和转移。IL-6被认为是衔接炎症与肿瘤的核心细胞因子，在促进肿瘤血管生成中发挥重要作用。研究表明CAFs中细胞因子IL-6的含量显著升高，是肿瘤微环境中IL-6的主要来源之一[30]。在宫颈癌中IL-6能激活STAT3磷酸化，上调VEGF、VEGF2、低氧诱导因子-1α(Hypoxia-indu-cible factor,HIF-1α)和Neuropilin(NRP1)等的表达，促进肿瘤新生血管生成[31]。任春霞等[32]进一步证实CAFs通过旁分泌IL-6促进HeLa细胞STAT3磷酸化，而且HeLa细胞表面间充质细胞标记物Vimentin和N-Cadherin升高，上皮细胞标记物E-Cadherin和Cytokeratin下降，表明细胞发生EMT,而且干细胞转录因子Snail随STAT3的活化而升高，提示CAFs受肿瘤微环境影响可能通过IL-6/STAT3/Snail通路诱导宫颈癌EMT的发生和促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。

4.3STAT3参与维持肿瘤干细胞特性 肿瘤干细胞是宫颈癌复发与化疗耐药的重要原因之一，STAT3通过调节干细胞相关的转录因子的表达，参与调节维持肿瘤干细胞的表型及多能干性。Wang等[33]通过构建过表达STAT3质粒转染Siha细胞，结果显示形成典型的非黏附干细胞球，干细胞相关因子Oct4、Nanog、Sox2的mRNA和蛋白水平表达均显著增高，免疫组化染色结果显示，在宫颈癌组织中STAT3、Nanog、Oct4、Sox2的阳性表达率显著高于慢性宫颈炎组，而且STAT3与Nanog或Oct4或Sox2表达有显著正相关，表明STAT3可能参与调控干细胞群并维持干细胞特性，有助于宫颈癌的发生。

Piwl2属于PIWI/AGO家族，在胚胎干细胞和生殖干细胞中广泛表达，在肿瘤癌前干细胞中高表达，被认为是肿瘤干细胞特异性标志物之一。He等[34]研究表明，Piwl2在91例不同阶段和不同病变类型的宫颈癌癌前病变和恶性病变组织中的表达率是100%。进一步研究表明高危型HPV致癌蛋白E6/E7能够重启Piwil2表达，继而通过表观遗传途径使体细胞基因序列发生重编程，促使肿瘤起始细胞形成。Piwil2表达增强可通过活化STAT3，激活下游信号通路，p53蛋白水平显著降低，cyclinD1表达上调，从而提高肿瘤细胞增殖活性、抑制细胞凋亡，上调耐药性。

4.4STAT3负调控减弱与宫颈癌的关系 STAT3负调控机制的减弱也可能是STAT3激活并导致宫颈癌发生的原因。PIAS3(Protein inhibitor of activated STAT 3)是STAT3特异性蛋白抑制剂，在多种肿瘤的发生发展中起重要作用，它可以直接或通过招募核内共抑制分子，干扰STAT3与DNA结合，使之不能参与转录。研究发现，宫颈癌肿瘤组织中PIAS3表达显著降低，而且与STAT3的核转移呈显著负相关[35]，提示其负调控机制发生失调，从而促进宫颈癌的发生。SOCS3(Suppressors of cytokine signaling 3)基因作为一种潜在的抑癌基因，其作用机制主要通过掩盖结合位点或者去除信号组间复合物，竞争性抑制STAT3磷酸化酪氨酸位点，从而抑制STAT3的活化，参与调控多种细胞生物学功能[36]。SOCS3基因启动子区的异常甲基化常见于多种恶性肿瘤中，甲基化导致的基因转录异常与恶性肿瘤的行为相关[37]。孙沛琳等[38]采用甲基化特异性PCR方法检测不同宫颈组织中SOCS3基因甲基化的状况，发现在宫颈癌组织中SOCS3基因甲基化率为43.3%(13/30)，CIN组的甲基化率为13.3%(4/30)，正常宫颈组织中SOCS3的甲基化率为3.3%(1/30)，同时检测宫颈癌组织中甲基化SOCS3基因转录水平的表达，显示其显著低于正常宫颈组，表明 SOCS3基因的甲基化引起基因转录沉默，基因表达降低，失去对STAT3的负调控作用，无法正常发挥潜在的抑癌功能，促进宫颈癌的发生。

4.5miRNA调控STAT3参与宫颈癌的发生 微小RNA(microRNA，miRNA)是一种内源表达的长度为18～22个核苷酸的单链小RNA分子，属于非编码RNA的一种,主要通过与互补的mRNA的3′非编码区(3′-Untranslated Region,3′-UTR)结合，在转录后水平对靶基因mRNA进行降解或抑制其翻译。miRNA参与机体多种细胞功能，对正常细胞的生长、分化和凋亡发挥相应的生理功能，但也与细胞炎症、肿瘤等病理过程密切相关。约有50%已阐明的人类miRNA位于与癌症相关的染色体脆性位点或其他肿瘤相关染色体区，且几乎所有的肿瘤都存在miRNA 的表达异常[39]。研究表明，宫颈癌中也存在不同家族miRNA的异常，其中部分成员通过调控STAT3的表达影响肿瘤的发生与进展。

miR-125家族包括miR-125a、miR-125b-1、miR125b-2 三种同系物，参与正常细胞的细胞分化、免疫反应、细胞代谢等多种生理功能。Fan等[40]研究发现，miR-125a在宫颈癌组织中显著减少，其表达水平与肿瘤大小、FIGO分期和术前转移呈负相关。进一步研究证实，STAT3是miR-125a的一个直接靶点，过表达miR-125a可通过降低STAT3的表达，显著抑制宫颈癌细胞的生长、侵袭和上皮间质转化。miR-128在细胞的自我更新行为中发挥重要的调节作用，杨林青[41]研究发现，miR-128能显著促进宫颈细胞的增殖能力，能直接结合并上调腺苷酸转移激酶(Adenylate kinases 2,AK2)，AK2的过表达可以直接调控STAT3磷酸化的激活，继而影响STAT3信号通路，干扰宫颈癌细胞生物学行为。此外，miRNA-218、miRNA-411在宫颈癌组织中显著减少，其表达水平与STAT3 mRNA呈负相关[42，43],恢复STAT3的表达水平可直接逆转miR-411过表达引起的抗肿瘤作用，提示其通过直接靶向抑制STAT3的表达发挥抑癌基因的作用，从而抑制宫颈癌的发展。

5 靶向STAT3信号通路对宫颈癌的抑制作用

基于STAT3与宫颈癌的进展密切相关，通过阻断STAT3通路来治疗肿瘤，已成为新型抗肿瘤药物尤其是抗宫颈癌复发与转移的潜在靶标。

5.1RNA干扰技术 RNA干扰是由与靶基因序列同源的双链RNA引发的体内序列特异性基因转录后的基因沉默过程，由于其具有序列特异性和抑制基因表达的高效性，成为一种功能强大的选择性抑制基因表达的工具，为肿瘤基因治疗提供新的思路。siRNA可与靶mRNA特异性结合形成高效沉默复合体，STAT3基因沉默后，特异性抑制STAT3蛋白表达及磷酸化，阻断STAT3活性调节因子、下游靶基因表达，明显抑制肿瘤细胞生长增殖，还可诱导IL-6、IL-10、VEGF等免疫抑制因子表达下降，提高肿瘤细胞的放射敏感性，促进细胞内化疗药物蓄积量，抑制转移和侵袭进展。吴维光等[44]成功构建了针对STAT3基因的短发夹siRNA的表达载体，转染HeLa细胞，有效抑制STAT3基因表达，细胞集落数和穿透Matrigel膜的细胞数量均明显减少，表明抑制STAT3能有效抑制HeLa细胞的定植和侵袭能力。

5.2反义寡核苷酸技术 反义寡核苷酸技术是利用反义核酸与靶RNA通过碱基互补配对的原理，使反义核酸参与基因的表达调控，具有高度选择性和特异性，可以特异地阻断致癌基因的过度表达而不影响其他基因的正常功能。孙兆翎等[45]证实反义STAT3转染HeLa细胞后，STAT3基因的mRNA和蛋白表达水平均降低，其形成的克隆细胞集落数显著低于对照组，细胞侵袭能力也显著降低，表明采用反义寡核苷酸技术能有效抑制HeLa细胞的定植和侵袭能力，其作用机制可能通过抑制STAT3的表达，抑制了与肿瘤细胞浸润及远端转移密切相关的基因如MMPs、VEGF等的表达。

6 结语

综上所述，大量研究证实STAT3在HPV感染-CIN-宫颈癌变发展过程中均发挥了重要作用，由于其上游信号分子的持续激活及STAT3负性调节无法及时终止活化，引起宫颈癌的发生、发展和转移。通过直接或间接阻断STAT3途径，可抑制宫颈癌细胞的增殖、侵袭和迁移，促进肿瘤细胞的凋亡，特异性靶向、抑制STAT3并联合应用放、化疗方法对提高宫颈癌患者的远期疗效具有一定的市场前景和科研价值。但由于肿瘤微环境中存在多因素、多基因参与的信号通路，特异性靶向STAT3是否可以特异性杀伤肿瘤细胞，是否通过上、下游因子对其他参与正常细胞增殖、代谢的信号通路产生影响等问题都有待进一步的详细研究。