STAT3是一種在多種組織中表達(dá)的信號(hào)分子，調(diào)控一系列與癌細(xì)胞生長、增殖、血管生成、轉(zhuǎn)移、耐藥性和免疫逃逸等有關(guān)的基因。因此，靶向 STAT3 信號(hào)通路已成為許多癌癥的潛在治療策略。美迪西可以為客戶提供STAT3藥物發(fā)現(xiàn)、藥學(xué)研究（原料藥工藝開發(fā)+制劑）、臨床前研究服務(wù)（包括藥效、藥代、安評(píng)）以及IND申報(bào)等一站式服務(wù)。

STAT3概述

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription, STAT)是一大類具有細(xì)胞質(zhì)內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄激活雙重作用的蛋白，廣泛存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，介導(dǎo)多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路。盡管STAT家族成員高度同源，但功能卻千差萬別。

STAT3是一種在多種組織中表達(dá)的信號(hào)分子。STAT3可被多種因素激活，包括細(xì)胞因子、生長因子、神經(jīng)內(nèi)分泌因素、缺血缺氧刺激等。作為一種功能多樣化的轉(zhuǎn)錄因子，STAT3能與大量的信號(hào)分子相互作用，并形成了多種細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)通路。

STAT3參與了細(xì)胞的增殖、存活、分化和血管生成等多種生物學(xué)過程。在正常細(xì)胞中，STAT3通過磷酸化瞬時(shí)激活，將質(zhì)膜上的細(xì)胞因子和生長因子受體的轉(zhuǎn)錄信號(hào)傳遞到細(xì)胞核。研究表明，持續(xù)激活的STAT3對(duì)于多種癌癥是必不可少的，比如乳腺癌和結(jié)直腸癌，這使得STAT3成為理想的藥物靶點(diǎn)。然而，STAT3在大多數(shù)人類癌癥中變得過度激活，通常與不良的臨床預(yù)后有關(guān)。

STAT3通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活參與了生物體內(nèi)復(fù)雜多樣的生命活動(dòng)，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其在腫瘤領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得階段性的成果，STAT3作為多種腫瘤通路的匯合點(diǎn)，在腫瘤細(xì)胞中持續(xù)大量表達(dá)，能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抵抗細(xì)胞凋亡、介導(dǎo)原癌性炎癥和抑制抗腫瘤免疫等，STAT3在一定程度上已經(jīng)成為腫瘤治療的重要分子靶點(diǎn)！

STAT3結(jié)構(gòu)

STAT家族由七個(gè)成員組成，即STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6。STAT3有兩種具有不同功能的剪接亞型，STAT3α和STAT3β。STAT3α的結(jié)構(gòu)域完整，STAT3β與STAT3α相比在C末端缺失55個(gè)氨基酸殘基。STAT3β比STAT3α具有更好的特異性DNA結(jié)合活性。

STAT3的主要作用是促進(jìn)腫瘤生長和免疫抑制。編碼STAT3的基因位于人類17號(hào)染色體上，該蛋白質(zhì)由770個(gè)氨基酸組成，具有六個(gè)功能保守結(jié)構(gòu)域：
? N末端結(jié)構(gòu)域(NTD)：促進(jìn)STAT二聚體的形成，使其隨后能夠與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合；
? 螺旋卷曲結(jié)構(gòu)域(CCD)，用于向受體招募STAT3以及隨后的磷酸化、二聚化和核轉(zhuǎn)位；
? DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DBD)，用于識(shí)別和結(jié)合靶基因調(diào)控區(qū)域的DNA序列；
? 連接結(jié)構(gòu)域(LD)，將DBD連接到SH2域，確保DNA結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性；
? SRC同源2結(jié)構(gòu)域(SH2)：最高度保守的STAT結(jié)構(gòu)域，用于招募和激活STAT3分子，通過與相對(duì)亞基中的磷酸化酪氨酸殘基相互作用來實(shí)現(xiàn)STAT3分子的二聚化；
? 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(TAD)：通過磷酸化來促進(jìn)其他轉(zhuǎn)錄激活因子的組裝。

STAT3的結(jié)構(gòu)示意圖^[1]

STAT3信號(hào)通路

JAK/STAT通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞功能最重要的信號(hào)通路之一，該通路中已鑒定出數(shù)十種細(xì)胞因子和生長因子，包括白細(xì)胞介素(IL)、干擾素和血管生成因子。IL-6是一種炎癥介質(zhì)，在腫瘤微環(huán)境 (TME) 中，IL-6可由多種細(xì)胞產(chǎn)生，包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞本身。IL-6可以直接引起癌細(xì)胞增殖，還可以促進(jìn)TME中其他炎癥因子的產(chǎn)生，并招募大量免疫細(xì)胞。因此，IL-6是慢性炎癥和腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵物質(zhì)。響應(yīng)IL-6刺激，JAK/STAT3通路被磷酸化，在人體內(nèi)形成關(guān)鍵的IL-6/JAK/STAT3通路，參與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病及許多人類癌癥的過程。目前，已鑒定出四個(gè)關(guān)鍵的JAK分子，即JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。其中，JAK3僅在造血和淋巴系統(tǒng)的細(xì)胞中表達(dá)，而其余三種幾乎在所有細(xì)胞中表達(dá)。JAK包含七個(gè)同源結(jié)構(gòu)域 (JH1-7)，并形成四個(gè)結(jié)構(gòu)域：JH1、JH2、SH2 和 FERM。

經(jīng)典的IL-6信號(hào)通路由IL-6與膜結(jié)合受體IL-6受體α (IL-6Rα) 和gp130介導(dǎo)，形成IL-6/IL-6R/gp130復(fù)合物，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)JAK激活。JAK蛋白與gp130的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，導(dǎo)致gp130的酪氨酸殘基磷酸化，形成STAT3結(jié)合位點(diǎn)。STAT3識(shí)別并與磷酸酪氨酸對(duì)接位點(diǎn)結(jié)合后，附著的具有活性的JAK酶導(dǎo)致STAT3中705位酪氨酸的磷酸化，這促使兩個(gè)磷酸化的STAT3單體發(fā)生二聚化,并且進(jìn)入細(xì)胞核,從而激活多種下游基因的轉(zhuǎn)錄。

IL-6/JAK/STAT3 signaling pathway^[1]

STAT3抑制劑研究進(jìn)展

鑒于STAT3在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用，以STAT3為靶點(diǎn)進(jìn)行藥物開發(fā)已成為近二十年來主要的藥物研究熱點(diǎn)之一。目前已有許多化合物被報(bào)道具有STAT3相關(guān)通路抑制活性，許多藥物已進(jìn)入臨床。下圖顯示了目前處于臨床研究階段的部分STAT3抑制劑，適應(yīng)癥包括肝癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤、白血病等多種疾病。

STAT3 inhibitors in clinical trials^[1]

案例分享

STAT3-HDAC雙靶點(diǎn)抑制劑

由于腫瘤發(fā)生的復(fù)雜機(jī)制，通過藥物聯(lián)用同時(shí)抑制多個(gè)靶點(diǎn)是一種重要的抗癌策略。目前，以化療為代表的傳統(tǒng)方法仍然是治療癌癥的主要選擇。然而大多數(shù)化療藥物僅作用于一個(gè)靶點(diǎn)，治療一段時(shí)間后還可能會(huì)產(chǎn)生耐藥性。調(diào)節(jié)兩個(gè)或多個(gè)相關(guān)靶點(diǎn)的藥物可能會(huì)在癌癥治療中產(chǎn)生協(xié)同治療效果。因此，越來越多的抑制兩個(gè)特定靶點(diǎn)的療法在臨床研究中取得了成功。

組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）是一類與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)的表觀遺傳酶，在許多重要的細(xì)胞過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，包括細(xì)胞生長、細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡。多種HDAC抑制劑（HDACi）在體外對(duì)多種類型的癌細(xì)胞（包括結(jié)腸癌、乳腺癌和肝癌等）具有顯著的抗腫瘤作用。目前獲批的HDACi的適應(yīng)癥主要集中在血液系統(tǒng)惡性腫瘤，如淋巴瘤和骨髓瘤。而HDACi 對(duì)人類實(shí)體瘤缺乏明顯的功效，這限制了其在更多腫瘤適應(yīng)癥中的應(yīng)用。

最近研究表明，HDAC的抑制將通過級(jí)聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致乳腺癌中相關(guān)藥物靶點(diǎn)STAT3的代償性激活，這可能會(huì)限制HDAC抑制劑在實(shí)體瘤中的抗增殖作用。本研究中科研人員將HDACi藥團(tuán)與其他蛋白抑制劑結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一系列STAT3-HDAC雙靶點(diǎn)抑制劑，以提高針對(duì)固體腫瘤的療效。與BRD4-HDAC和JAK1-HDAC抑制相比，STAT3-HDAC抑制可能是一種有效的替代組合。科研人員選擇STAT3抑制劑紫檀芪 (Pterostilbene，PTE) 作為母體分子。PTE是從藍(lán)莓中提取的白藜蘆醇的天然二甲基化類似物。通過將HDAC抑制劑SAHA（伏立諾他）的藥效團(tuán)摻入PTE中，合成了一系列具有STAT3-HDAC雙靶點(diǎn)抑制活性的強(qiáng)效紫檀芪異羥肟酸衍生物。

HDAC-BRD4-LIFR-JAK-STAT3 signal cascade^[2]

其中，Compound 14 是一種出色的異羥肟酸酯衍生物，可直接與STAT3結(jié)合，具有強(qiáng)大的親和力（KD=33 nM），在體外有效抑制HDAC， IC50為23.15nM。且Compound 14在體內(nèi)外具有高效的抗增殖能力，抑制MDA-MB-231細(xì)胞（IC50=0.78 μM）和 HCT116細(xì)胞（IC50= 1.07 μM）。Compound 14在體外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性，因此研究人員建立了小鼠同種異體移植瘤模型來評(píng)價(jià)Compound 14的體內(nèi)抗腫瘤活性。Compound 14在劑量15 mg/kg組與對(duì)照組相比體積減少54%，瘤重減少53%。在劑量30 mg/kg組體積減少64%，瘤重減少62%。此外Compound 14沒有引起明顯的體重變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Compound 14具有良好的安全性，是一種很有前途的抗癌化合物。

在此項(xiàng)研究中，科研人員通過美迪西評(píng)估了Compound 14在SD大鼠中靜脈和口服給藥的藥代動(dòng)力學(xué)(PK) 數(shù)據(jù)。下圖顯示Compound 14具有出色的整體PK曲線：靜脈注射Compound 14（2 mg/kg）后，穩(wěn)態(tài)（Vss）的平均分布量為1.65 L/kg。平均血清除率 (Cl)為63.89 mL/min/kg。平均半衰期（T1/2）為0.47h。口服Compound 14（20 mg/kg）后，口服生物利用度（F）平均為5.81%，平均半衰期（T1/2）為0.88h。

Pharmacokinetics of 14 in SD rats^[2]

美迪西助力宇耀生物STAT3雙磷酸化抑制劑YY201獲批臨床

2023年7月，宇耀生物自主研發(fā)的STAT3雙功能磷酸化位點(diǎn)靶向抑制劑——YY201臨床試驗(yàn)申請(qǐng)正式獲得NMPA批準(zhǔn)，適應(yīng)癥為晚期實(shí)體瘤和復(fù)發(fā)難治性惡性血液腫瘤。宇耀生物科學(xué)家團(tuán)隊(duì)一直專注于STAT3靶點(diǎn)的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究，并借助AI技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)并開發(fā)出了納摩爾級(jí)STAT3雙磷酸化位點(diǎn)抑制劑、全球領(lǐng)先的First-in-class小分子靶向藥物“YY201”。

該藥物通過與STAT3直接結(jié)合，抑制STAT3的 Tyr705和Ser727雙位點(diǎn)磷酸化，抑制STAT3功能和阻斷下游信號(hào)傳遞，從而發(fā)揮抑制腫瘤作用。體外藥理學(xué)和藥效學(xué)研究表明，YY201與STAT3的親和活性在1-10納摩爾，在胰腺癌、三陰性乳腺癌、肺癌、急性髓系白血病、淋巴瘤等實(shí)體腫瘤和血液腫瘤的體外增殖抑制活性在1-10 nM，在多種體內(nèi)模型中表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤作用，極低劑量下可致腫瘤完全消退，藥代動(dòng)力學(xué)和毒理學(xué)研究亦證實(shí)YY201良好的成藥性和安全性。

美迪西作為宇耀生物的合作伙伴，為YY201提供了藥學(xué)研究服務(wù)（包括原料藥、制劑）、臨床前研究服務(wù)（包括藥效、藥代、安評(píng)）以及IND申報(bào)服務(wù)等，助力YY201成功通過IND 審批進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。

總結(jié)與展望

作為眾多致癌信號(hào)通路的匯聚點(diǎn)，STAT3在調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。STAT3在抑制關(guān)鍵的免疫激活調(diào)節(jié)因子的表達(dá)和促進(jìn)免疫抑制因子的產(chǎn)生方面發(fā)揮著重要作用。

目前，STAT3靶向藥物的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入深度開發(fā)階段。雖然目前市場上還沒有相關(guān)藥物，但已經(jīng)凸顯出巨大的應(yīng)用前景。未來會(huì)越來越重視以STAT3為靶點(diǎn)的藥物開發(fā)，不斷推出新的藥物開發(fā)技術(shù)，如PROTAC技術(shù)。STAT3-PROTAC既能抑制STAT3的功能，又能直接降解STAT3，在克服腫瘤耐藥性方面有很大優(yōu)勢。因此，靶向STAT3信號(hào)通路已成為治療多種癌癥的一種有前途的策略！

參考文獻(xiàn)：

[1] Xin Li, et al. STAT3 Inhibitors: A Novel Insight for Anticancer Therapy of Pancreatic Cancer. Biomolecules. 2022 Oct 9;12(10):1450.  doi: 10.3390/biom12101450.
[2] Yuhao Ren, et al. Discovery of STAT3 and Histone Deacetylase (HDAC) Dual-Pathway Inhibitors for the Treatment of Solid Cancer. J Med Chem. 2021 Jun 10;64(11):7468-7482. doi: 10.1021/acs.jmedchem.1c00136.
[3]Sailan Zou, et al. Targeting STAT3 in Cancer Immunotherapy. Mol Cancer. 2020 Sep 24;19(1):145.DOI: 10.1186/s12943-020-01258-7