FOXO3a轉(zhuǎn)錄因子的研究進(jìn)展

裴艷宏 劉坤祥

(遵義醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，貴州 遵義 563003)

叉頭框蛋白(forkhead box protein,FOX)家族是于2000年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新蛋白質(zhì)家族，它在大腸桿菌及人類中均有表達(dá)，對細(xì)胞增殖、分化、機(jī)體生長發(fā)育、細(xì)胞周期、凋亡等具有重要作用。該家族包括很多亞族，其中研究最深的是O亞家族，即叉頭框蛋白O(forkhead box protein O, FOXO)。目前已知FOXO家族有4個(gè)成員：FOXO1(FKHR)、FOXO3a(FKHRL1)、FOXO4(AFx)、FOXO6。它們在進(jìn)化中屬于高度保守的家族，位于不同染色體上的這4個(gè)成員受不同的基因編碼[1-2]。其中FOXO3a是該家族的核心，并參與調(diào)節(jié)其它成員的基因表達(dá)。

1 FOXO3a結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

FOXO3a位于第6號染色體上，其cDNA全長2.8 kb，有2個(gè)內(nèi)含子，3個(gè)外顯子，一共編碼673個(gè)氨基酸。FOXO3a結(jié)構(gòu)域中ɑ螺旋是識別DNA特異序列的位置，以及作為核定位信號的c末端，對 FOXO3a蛋白和DNA結(jié)合成復(fù)合物的穩(wěn)定性具有重要作用[3]。

2 FOXO3a活性調(diào)節(jié)

主要包括上游調(diào)節(jié)和下游調(diào)節(jié)兩種類型。

2.1 FOXO3a上游調(diào)節(jié)

2.1.1FOXO3a的乙酰化修飾

乙?；?去乙酰化作為十分重要的共價(jià)修飾，可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性及參與細(xì)胞凋亡過程。位于胞核內(nèi)FOXO3a的乙?；揎椫饕莗300，而去乙?；揎椫饕荢IRT1。另外FOXO3a是去乙?；窼IRT1的下游靶蛋白。研究表明，當(dāng)機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，p300乙?；疐OXO3a，從而加速細(xì)胞凋亡[4]；相反，SIRT1則直接或間接的去乙?；疐OXO3a，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞存活[5]。

2.1.2FOXO3a的磷酸化修飾

PI3K-Akt通路下游重要的轉(zhuǎn)錄因子是FOXO3a。具體過程是磷酸化的PI3K激活A(yù)kt，Akt進(jìn)而激活磷酸化的FOXO3a，使其與胞核內(nèi)結(jié)構(gòu)蛋白14-3-3特異性結(jié)合，從胞核轉(zhuǎn)移到胞漿，經(jīng)過泛素化降解，喪失正常的轉(zhuǎn)錄活性，從而降低細(xì)胞凋亡；然而當(dāng)抑制Akt途徑時(shí)，去磷酸化的FOXO3a大部分進(jìn)入胞核，最終加速細(xì)胞凋亡[6]。Jover-Mengual[7]通過建立大鼠腦缺血模型，檢測FOXO3a表達(dá)情況及海馬CA1區(qū)神經(jīng)細(xì)胞凋亡情況證實(shí)了FOXO3a轉(zhuǎn)錄后的磷酸化確實(shí)受PI3K-Akt通路調(diào)節(jié)。

2.2 FOXO3a的下游調(diào)節(jié)

去磷酸化的FOXO3a主要是通過三個(gè)方面誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生：與RUNX3結(jié)合；上調(diào)非特異性周期依賴性激酶抑制因子p21Kipl；上調(diào)Gadd45ɑ。具體過程是在胞核內(nèi)單獨(dú)的FOXO3a或RUNX3均不能激活Bim，只有FOXO3a與RUNX3共同與Bim基因結(jié)合，才能激活Bim，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[8]；以及FOXO3a可上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，從而使細(xì)胞生長周期停滯在G0/G1和G2-M期。

3 FOXO3a對神經(jīng)的作用

3.1 FOXO3a對神經(jīng)的保護(hù)作用

Jeong[9]在建立的應(yīng)激大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，抑制FOXO3a可使海馬神經(jīng)細(xì)胞中羥基特異性抗氧化酶Ⅲ(peroxiredoxin Ⅲ,prxⅢ)低表達(dá)，而使線粒體超氧化物歧化酶(mitochondrial superoxide dismutase,Mn-SOD)代償性增加，這說明FOXO3a可以保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞不受氧化應(yīng)激的損傷。另外，Dick和Bading[10]通過siRNA沉默去磷酸化的FOXO3a發(fā)現(xiàn)，隨著FOXO3a在核內(nèi)表達(dá)的減少，海馬神經(jīng)元耐受氧化應(yīng)激損傷的能力逐漸增強(qiáng)。

另外FOXO3a在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中也具有重要作用。Wang等[11]在失神經(jīng)骨骼肌萎縮中發(fā)現(xiàn)，在施旺細(xì)胞中FOXO3a的低表達(dá)最為顯著，并且將FOXO3a siRNA轉(zhuǎn)染到施旺細(xì)胞中之后顯示，通過PI3/Akt通路，F(xiàn)OXO3a可促進(jìn)施旺細(xì)胞分化，進(jìn)而促進(jìn)損傷神經(jīng)的自我修復(fù)。

3.2 FOXO3a對神經(jīng)的損傷作用

Cui[12]通過建立腦損傷模型發(fā)現(xiàn)，隨著腦損傷的加重，TNF-ɑ和IL-1β表達(dá)逐漸增多，TNF-ɑ和IL-1β可激活A(yù)kt-FOXO3a通路，使FOXO3a失去生物活性，阻斷上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，進(jìn)而促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，不利于損傷神經(jīng)的自我修復(fù)。

4 FOXO3a與腫瘤

4.1 FOXO3a的抑癌作用

4.1.1抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞

導(dǎo)致惡性膠質(zhì)瘤惡性度高及高復(fù)發(fā)率的原因是癌干細(xì)胞樣細(xì)胞(cancer stem-like cell,CSLC)。阻斷PI3K-Akt和MEK/ERK這兩種信號通路，均能高強(qiáng)度促進(jìn)CSLC的分化及降低致瘤性，而這兩種通路磷酸化的對象則是FOXO3a。研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合阻斷通路所引起的FOXO3a在胞核的集聚和激活要強(qiáng)于單獨(dú)阻斷通路，從而更好的促進(jìn)CSLC分化及降低致瘤性[13]。

4.1.2促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡

在乳腺癌中，剔除FLOT1，Akt的磷酸化被抑制，F(xiàn)OXO3a高表達(dá)，從而通過上調(diào)周期素依賴激酶抑制劑P21、P25，下調(diào)CDK調(diào)節(jié)劑——周期素D1，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。在直腸癌和胃癌中，上調(diào)FOXO3a，進(jìn)而上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，從而使腫瘤細(xì)胞生長周期停滯在G0/G1和G2-M期，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[14]。

4.1.3增強(qiáng)抗癌藥物療效

許多抗癌藥物也是通過增強(qiáng)FOXO3a的表達(dá)，來降低藥物耐藥性及增強(qiáng)藥物的臨床療效。具體過程主要是通過下調(diào)Akt磷酸化，使FOXO3a高表達(dá)于胞核中，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[15]；另外活化的FOXO3a也可上調(diào)凋亡前基因Bim和PUMA的表達(dá)，從而加速耐藥細(xì)胞的存活[16]。

4.2 FOXO3a的促癌作用

例如慢性粒細(xì)胞性白血病(chronic myeloid leukemia,CML)，通常認(rèn)為Bcr-Abl融合基因(Bcr-Abl fusion gene)變異是導(dǎo)致CML的原因。臨床中很多藥物可以殺滅白血病細(xì)胞，但不能清除白血病起始細(xì)胞(leukemia-initiating cell,LIC)，而由TGF-β介導(dǎo)的FOXO3a信號通路則具有維持LIC的重要作用。有實(shí)驗(yàn)表明，聯(lián)合TGF-β抑制劑和伊馬替尼治療FOXO3a缺失的小鼠中可以徹底去除包括LIC在內(nèi)的白血病細(xì)胞。這說明FOXO3a對腫瘤細(xì)胞的作用遠(yuǎn)比人們想像的還要復(fù)雜。

5 FOXO3a與長壽的關(guān)系

FOXO3a一直被認(rèn)為是“長壽基因”，具有抗衰老、延長壽命的功能。FOXO3a編碼胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)信號通路中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在百歲男性中常見到其三個(gè)變異體，并且研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3a的延壽作用與兩性均相關(guān)，與德國、日本等長壽國家中的長壽因素相同[17]。

6 展 望

FOXO3a轉(zhuǎn)錄因子作為在進(jìn)化中屬于高度保守家族FOX的成員，在細(xì)胞增殖、分化、氧化應(yīng)激等生理或病理過程中都起著舉足輕重的作用。FOXO3a對神經(jīng)保護(hù)、損傷以及抗癌和促癌作用均顯示了其功能的復(fù)雜性和多樣性。但是，F(xiàn)OXO3a功能背后，具體通過怎樣的機(jī)制來彰顯其作用，目前還尚未研究透徹。相信隨著分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展，揭開FOXO3a的神秘面紗將不再是問題。

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