30年1.5万篇论文！STAT蛋白在癌症研究中的3个应用实例解析

在十大经典信号通路中，JAK-STAT信号通路是细胞信号传导的核心机制之一。自1992年被发现以来，它已成为生命科学领域的重要组成。在过去30多年，科学家们围绕这一通路已发表1.5万篇研究论文。

 

STAT蛋白作为细胞因子、生长因子及其受体和细胞表达的转导信号，同时在转录和表观遗传水平上调节基因表达，直接或间接调节细胞中的多种代谢过程，从而影响细胞的生长、分化、代谢、免疫反应和炎症等。其信号传导失调会引发癌症、自身免疫性疾病及炎症性疾病。

 

那么STAT蛋白在肿瘤研究里如何“大显身手”？在课题设计时又该怎么加入呢？接下来，我们将以JAK-STAT信号通路为基础，结合实际案例，带你看看STAT蛋白的“实战打法”。

01 JAK-STAT通路的激活

 

经典JAK-STAT信号通路的激活主要包括以下五步：

 

1，细胞因子与受体结合，引发受体二聚化；

2，JAK激酶被激活，对受体酪氨酸残基进行磷酸化，形成STAT停靠位点；

3，在停靠位点，STAT被JAK磷酸化，并结合到磷酸化的受体上；

4，进一步磷酸化后STSA与受体解离，通过SH2结构域-磷酸酪氨酸相互作用形成同源二聚体或异源二聚体；

STAT二聚体进入细胞核，并结合到特定的DNA序列，调控下游基因的转录，引发细胞的生物学效应，如炎症反应、细胞增殖、免疫调控等。

 

JAK-STAT通路激活与负调控机制

（源自文献：doi: 10.1038/s41392-021-00791-1）

 

STAT蛋白磷酸化是信号转导激活并发挥功能的关键环节。关键位点的磷酸化在STAT蛋白的功能调控过程中起着核心作用，精准地调节细胞增殖、分化、免疫应答和炎症反应。这些磷酸化位点发生异常时，也是多种疾病“发生时”。

 

不同STAT蛋白具有不同的磷酸化位点，并具有不同的作用。以STAT1为例，在细胞因子刺激下，其酪氨酸701（Y701）位点发生磷酸化，使STAT1构象发生变化。同样，STAT3的酪氨酸705（Y705）位点磷酸化，在激活STAT3的同时，让STAT1和STAT3形成同源或异源二聚体，转运进入细胞核，调控基因转录和细胞功能。

 

STAT蛋白	关键磷酸化位点	主要作用
STAT1	酪氨酸701（Y701）	激活STAT1，调节基因表达，促进免疫细胞的激活和抗病毒反应
	丝氨酸727（S727）	增强STAT1转录活性，影响细胞免疫功能和炎症反应
STAT3	酪氨酸705（Y705）（货号：109511-R0056）	促使STAT3形成二聚体，参与细胞增殖、抗凋亡、免疫调节。在多种肿瘤细胞中持续激活
	丝氨酸727（S727）	增强STAT3转录活性，促进癌细胞增殖和侵袭
STAT5a	酪氨酸694（Y694）（货号：111160-R0021）	使STAT5形成二聚体进入细胞核，促进细胞增殖和分化，维持免疫细胞发育和功能
STAT5b	酪氨酸699（Y699）
STAT6	酪氨酸641（Y641）货号：111168-R0044）	调控Th2细胞分化、B细胞增殖和免疫球蛋白转化等，在过敏和抗寄生虫免疫中发挥作用

 

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02 STAT蛋白在癌症研究中的应用

1.用于GST pull-down检测

在肝细胞癌（HCC）中STAT3过度激活，与肿瘤发展及免疫逃逸密切相关。抑制STAT3活性可以重塑肿瘤免疫微环境，但其潜在机制尚未完全阐明。

 

Ya Li等人通过细胞和小鼠肿瘤模型研究发现，靶向抑制STAT3诱导HCC细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD）的机制是双重的：一方面，使“Eat me”信号分子（钙网蛋白CRT、PDIA3）向细胞表面移动，降低“Don't eat me”分子CD47的表达，增强树突状细胞活化和巨噬细胞对HCC的识别吞噬。另一方面，调控糖酵解关键分子SLC2A1的转录，抑制糖酵解通路。证实STAT3是通过重塑免疫微环境治疗HCC的潜在靶点。

 

实验细节：

在GST pull-down实验中，研究人员将20μg GST-STAT3（货号：S54-54G）或GST蛋白与谷胱甘肽磁珠在500μL PBS中混合，在4℃条件下轻柔振荡孵育2小时。用PBS洗涤3次后，加入20μg PKR。在4℃条件下轻柔振荡孵育过夜后，用PBS洗涤复合物并收集，随后使用抗PKR抗体进行WB检测。

 

STAT3蛋白作用机制研究

（源自文献：doi:10.1002/1878-0261.13263）

实验结果：

STAT3与PKR直接互作，调控ICD标志物eIF2α磷酸化。

 

2.用于SPR检测

STAT3可调控多种与肿瘤发生、细胞增殖及存活相关基因的表达，尤其是在多发性骨髓瘤（MM）中。研究发现，高达50%的MM患者存在STAT3过表达现象，且与不良预后相关。Zhou等人发现在MM细胞中，Chk1抑制剂可强效阻断STAT3的Tyr705位点磷酸化，同时抑制其二聚化及DNA结合活性。证实Chk1是MM中STAT3活化的关键上游调控因子，Chk1抑制剂可作为新型强效STAT3拮抗剂。

 

实验细节：

实验在25℃条件下进行，缓冲液为含0.05% Tween-20和5μM ATP的PBS。将Chk1蛋白（货号：C47-10H）注入左侧通道的芯片表面，使其捕获量达到1727μRIU。右侧通道作为STAT3蛋白（货号：S54-54BH）非特异性结合的参照通道，在25μL/min流速下，将浓度分别为0.1、0.2、0.45、0.9和2μM的STAT3蛋白注入两个通道。结合反应持续6min，随后在运行缓冲液中进行6分钟解离反应。

 

 

STAT3与Chk1检测结果

（源自文献：doi: 10.1158/1541-7786.MCR-21-0366）

实验结果：

通过SPR和Co-IP验证Chk1和STAT3直接互作，且随STAT3浓度增加而呈浓度依赖性上升。

 

3.用于激酶活性实验

为进一步验证Chk1抑制剂（PF-477736）是否直接抑制STAT3 Y705位点磷酸化，研究人员开展了体外激酶实验。

 

实验细节：

在体外激酶活性测定实验中，采用全长人源GST-STAT3重组蛋白（货号：S54-54G）与全长人源His-Chk1重组蛋白（货号：C47-10H）为反应体系，在激酶缓冲液中进行，同时加入50μM ATP和5 μCi（微居里）的32P标记的ATP。激酶反应在30℃条件下持续45分钟，随后终止反应。样品在85℃煮沸10分钟，之后进行SDS-PAGE电泳及显影。

 

体外激酶检测结果

（源自文献：doi: 10.1158/1541-7786.MCR-21-0366）

实验结果：

在放射性32P标记中，向GST-STAT3蛋白（货号：S54-54G）中加入不同浓度的His-Chk1（货号：C47-10H），可使被标记的磷酸化STAT3以浓度依赖性的方式增加，而加入PF后，磷酸化STAT3同样以浓度依赖性减少，Chk1磷酸化信号也随之降低。WB实验证实，随着PF浓度升高，STAT3 Y705位点磷酸化显著降低，而S727位点变化不明显，同时Chk1 S296位点磷酸化水平下调。结果显示，Chk1可直接使STAT3的Tyr705位点磷酸化，而Chk1抑制剂通过破坏二者相互作用，抑制Chk1激酶的活性，且该过程不依赖JAK-TYK通路。

 

总之，STAT蛋白对免疫细胞发育和组织稳态维持至关重要，其信号传导失调会引发癌症、自身免疫性疾病及炎症性疾病，已成为肿瘤和炎症性疾病研究的重要靶点。从实验室到临床研究，STAT蛋白及其磷酸化抗体都具有广泛的应用场景。

03 义翘神州STAT蛋白

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【参考文献】

1. Hu et al. The JAK/STAT signaling pathway: from bench to clinic. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2021.

2. Li, Y., et al. Targeted inhibition of STAT3 induces immunogenic cell death of hepatocellular carcinoma cells via glycolysis. Molecular oncology, 2022.

3. Zhou, L., et al. Chk1 Inhibition Potently Blocks STAT3 Tyrosine705 Phosphorylation, DNA-Binding Activity, and Activation of Downstream Targets in Human Multiple Myeloma Cells. Molecular cancer research: MCR, 2022.