靶向转录因子STAT3的新型抗肿瘤药物研究
1.研究背景
信号传导及转录激活因子（Signal transducers and activators of transcription，STAT）是一种分子量为79-113 kDa 的蛋白质，具有信号传导和转录因子的双重功能。目前已知STAT蛋白家族至少有7个成员，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6。尽管不同亚型的STAT蛋白结构相近，它们在细胞中的功能却不尽相同。在STAT蛋白家族中，STAT3在包括肿瘤的发展、炎症、心脏发育、缺血/再灌注损伤、干细胞自我更新等多个生理过程中都起到重要作用。
STAT3beta;蛋白由N端结构域、卷曲螺旋区，DNA结合区，链接肽和SH2结构域和C端转录激活结构域。目前，PDB数据库中的STAT3beta;晶体结构有两种（1BG1和3CWG）。其中，1BG1是二聚化STAT3beta;蛋白与DNA结合得到的晶体复合物。二聚体通过一个单体的磷酸化Tyr705与另一个单体的SH2结构域结合而连接。SH2结构域中有三个口袋可以与小分子抑制剂结合。SH2结构域中的四个残基Lys591,Arg609, Ser611和Ser613可与磷酸-Tyr705产生极性作用，末端肽链上的Leu706则与SH2的疏水口袋结合。四个肽环帮助二聚体与DNA双链结合，包括来自链接肽的一个环和来自DNA结合区的三个环。由残基136-688组成的未磷酸化的STAT3核心碎片会通过与SH2的结合形成疏松的二聚体（PDB编号3CWG）。3CWG结构的STAT3二聚体不能结合DNA，因为与1BG1相比，3CWG的两个DNA结合域距离较远而且方向相反。两种晶体结构单体核心片段的Calpha;原子均方根偏差仅为0.9 ，说明磷酸化对STAT3蛋白构象几乎没有改变。
作为JAK-STAT通路的一部分，STAT3信号可通过酪氨酸磷酸化被激活，酪氨酸激酶受体和非酪氨酸激酶受体都可以激活该信号。已知的能够激活STAT3的生长因子受体包括表皮生长因子受体(EGFRs)、人表皮生长因子受体(HER2，也被称为NEU)，纤维母细胞生长因子受体(FGFRs)、胰岛素表皮生长因子受体(IGFRs)、肝细胞生长因子受体(HGFRs，也被称为MET)、血小板源生长因子受体(PDGFRs)、血管内皮生长因子受体(VEGFRs)。自分泌或旁分泌的细胞因子/生长因子与各自的受体特异性结合之后，形成同源或异源二聚体，激活内在的酪氨酸激酶受体，最终使STAT3蛋白上的Tyr705磷酸化。对于不具备酪氨酸激酶活性的内在受体，配体的结合可以聚集并激活受体相关的酪氨酸激酶，如JAK和SRC。随后，JAK和SRC将受体胞内部分的特定酪氨酸残基磷酸化，为胞质内的STAT3蛋白SH2结构域提供结合位点。STAT3与受体结合后，Tyr705会立刻被JAK或SRC磷酸化。
Tyr705的磷酸化使STAT3由非活性构象转变为活性构象，激活后的STAT3会形成二聚体。随后，STAT3二聚体与受体分离并转运入核，在核内与特定的DNA序列连接，如干扰素刺激反应元件（ISRE），调控靶基因的转录。此外，MAPK或mTOR可以激活位于STAT3反式激活区中的Ser727，这也被认为是完全发挥STAT3转录活性的必要条件。除了Tyr705和Ser727的磷酸化，Lys685的乙酰化可以使STAT3的结构更加稳定，从而调控STAT3的活性。
在生理条件下的正常细胞中，STAT3的激活是一个调控严密的短暂过程，维持时间从30分钟到数个小时。一旦细胞核中的核蛋白质酪氨酸磷酸酶，如TC-PTP和TC45，将酪氨酸脱磷酸化，核内的STAT3蛋白就会穿过核孔回到胞质。除了核蛋白质酪氨酸磷酸酶，还有几种常见的机制可以对STAT3蛋白活性进行负调节，使其在信号转导通路中的活性保持在不同水平。一旦与配体结合，细胞因子/生长因子受体会迅速陷入胞内，随即被泛素化降解或回收。
Src区同源酪氨酸磷酸酶1/2 (SHP-1/2)与陷入胞内的受体作用使之去磷酸化，导致JAK, STAT3和受体的失活。另外，活性STAT3蛋白可与细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)基因的启动子结合。与SHP-1/2的原理类似，SOCS-1和SOCS-3可与各种JAK蛋白的激酶区和对应受体胞内区域的磷酸化残基反应。这是另一个STAT3信号通路的负反馈抑制机制。不过，SOCS-3不影响SRC介导的STAT3激活。除了SHPs和SOCSs，STAT3蛋白抑制剂 (PIAS3) 可以特异性的抑制STAT3磷酸化二聚体与DNA结合，从而抑制STAT3靶基因的转录。近来，研究员发现蛋白质酪氨酸磷酸酶受体T (PTPRT)可以特异性地磷酸化Tyr705，从而调控STAT3蛋白在细胞内的位置，及STAT3靶基因的表达。
2.研究目的
靶向STAT3中SH2结构域，设计高亲合力和高选择性的STAT3小分子抑制剂。
