食管癌中STAT3β的新功能与分子作用机制及其临床意义研究

Our previous studies have uncovered a tumor suppressor function of STAT3β in the esophageal cancer, which was mediated by interacting with the oncogenic transcription factor STAT3α in the nucleus. This interaction sequesters STAT3α and inactivates its oncogenic transcriptional network. Our recent data revealed that STAT3β co-localizes and represses focal adhesion formation, suggesting a cytoplasmic function of STAT3β and possibly a novel mechanism underlying its tumor suppressor effects. However, the STAT3β interactome in focal adhesions, the possible crosstalk between the nuclear and cytoplasmic functions of STAT3β, and the molecular mechanisms underlying these biological processes remain elusive and largely unexplored. Based on a systematic analysis of our preliminary data on this project, we hypothesized that “STAT3β mitigates the tumorigenesis and malignant progression of esophageal cancer via coordinately regulating two spatially distinct processes, i.e. transcription networks in the nucleus and molecular interactomes in the cytoplasm”. Using various molecular, cellular, and animal models, we aim to comprehensively and systematically address these scientifically significant questions. Lastly, the clinical significance of these novel findings will be investigated to identify effective therapeutic targets for the esophageal cancer.

我们以往曾研究证明，食管癌中，STAT3β于细胞核作为转录抑制因子，结合癌性转录激活因子STAT3α，使STAT3α失活，抑制相关癌基因表达，发挥抑癌功能。近年我们的实验结果提示，STAT3β还可能在食管癌细胞胞浆，作为黏着斑形成抑制因子，抑制细胞黏着斑形成，以一种新的作用模式，进一步发挥抑癌功能。然而有关细胞黏着斑中，STAT3β究竟与哪些功能蛋白直接互作，其分子作用机制如何；以及STAT3β在胞浆与胞核中的功能及其分子作用机制间，究竟有何内在关联；这些更深层次的新的科学问题尚不清楚。在归纳分析本项目前期相关实验结果基础上，我们针对性提出“食管癌中STAT3β在胞核和胞浆两个空间层面，以不同作用模式协同发挥双重负性调控功能，抑制食管癌发生发展”这一新科学理论假说，并设计综合性实验研究方案，在分子、细胞和整体实验动物三个层次，通过深入求解上述诸科学问题，给予系统证明，同时探讨相关临床意义。

STAT3β在多种肿瘤中被认为是抑制肿瘤生长的，但其在肿瘤治疗中的作用机制尚不清楚。本项目把揭示STAT3β在增强食管癌放化疗敏感性的分子作用机制作为研究目标，获得如下新发现：.STAT3β高表达增强食管癌细胞对化疗药物顺铂的敏感性，并且是通过促进GSDME依赖的食管癌细胞焦亡引起的。进一步的分子机制研究发现STAT3β在食管癌细胞中定位于细胞的线粒体，与STAT3α和电子传递链复合体Ⅰ相互作用，竞争性结合蛋白激酶ERK1/2，使STAT3α S727位点的磷酸化修饰被阻断，使复合体Ⅰ活性下降，线粒体膜电位降低，释放更多的ROS，破坏线粒体的正常功能，激活GSDME，促进细胞焦亡发生。STAT3β和GSDME两分子联合模型能有效预警食管癌患者良好预后，有望成为临床上预警食管癌顺铂化疗敏感性的分子标志物。综合上述结果，本项目在食管癌细胞中发现了STAT3β在线粒体和细胞焦亡中新的生物学功能和调控机制。.对105例根治性放化疗治疗前的食管癌活检组织样本进行免疫组化，分析STAT3β表达与患者接受同步放化疗后病情进展情况，发现完全缓解的患者中STAT3β的表达高于其他情况的患者。进一步深入的分子机制研究证明，STAT3β高表达的食管癌细胞在放化疗处理后，细胞内TNF与细胞坏死细胞通路显著上调，同时细胞周期相关基因表达下调出现细胞周期阻滞。通过蛋白免疫印迹和流式细胞仪检测发现坏死相关蛋白RIPK1和MLKL的表达上调，磷酸化增强，细胞出现坏死。总之，本研究证明了STAT3β在食管癌放化疗过程中参与细胞坏死通路蛋白调控的新功能。.我们还揭示了STAT3通路和MEK/ERK通路cross-talk的分子机制，并证明两通路联合靶向抑制，能促进食管癌细胞衰老的生物学功能，这一成果为食管癌靶向治疗开辟了一条新路径。.综上所述，我们的系列研究表明，在食管癌细胞中，STAT3β在细胞浆和细胞核中发挥双重调控作用，增强了食管癌化疗和放化疗敏感性，为将STAT3β转化开发为食管癌放化疗敏感性标志物提供了重要基础研究数据。.