Foxm1在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中作用的研究進(jìn)展

孔飛飛(綜述)，姜 斌(審校)

(1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究生院，上海 201999； 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第三人民醫(yī)院腫瘤科，上海 201999)

腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移在90%的腫瘤相關(guān)死亡中發(fā)揮著作用，然而對(duì)腫瘤形成過(guò)程中的這一進(jìn)程了解甚少[1]。Foxm1作為Fox轉(zhuǎn)錄因子家族中的一員，其主要功能是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞由G1期到S期、G2期到M期的進(jìn)程來(lái)確保細(xì)胞有絲分裂增殖[2-4]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxm1與包括卵巢癌、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤、基底細(xì)胞癌、胰腺癌、肺癌、前列腺癌和肝癌在內(nèi)的多種人類腫瘤相關(guān)[5-11]。更重要的是，F(xiàn)oxm1的過(guò)表達(dá)與多數(shù)晚期人類腫瘤有明顯相關(guān)性。因此，F(xiàn)oxm1不僅可以通過(guò)提高細(xì)胞增殖能力促進(jìn)早期腫瘤的形成，還可以在腫瘤晚期增強(qiáng)腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵襲能力[12-14]。目前，對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究主要集中在腫瘤細(xì)胞的遷移、浸潤(rùn)和血管形成方面。Fox轉(zhuǎn)錄因子家族根據(jù)DNA結(jié)合區(qū)域同源序列的不同在哺乳動(dòng)物中又分為分17個(gè)亞家族，55種不同的成員。Foxm1可以分為3個(gè)不同的亞型：Foxm1a、Foxm1b、Foxm1c，其中后兩者表現(xiàn)為活化作用，而Foxm1a抑制轉(zhuǎn)錄。該文將通過(guò)討論Foxm1對(duì)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT) 、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的作用來(lái)闡述Foxm1在腫瘤細(xì)胞遷移、浸潤(rùn)和血管形成方面的作用，進(jìn)一步明確Foxm1在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的重要作用。

1 Foxm1促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT

EMT是指上皮細(xì)胞通過(guò)特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過(guò)程。這一過(guò)程包括上皮細(xì)胞表型標(biāo)志上皮鈣黏素、閉鎖小帶蛋白(ZO-1)的降解和重新分布、β聯(lián)蛋白的降解和移位、肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重組以及間質(zhì)細(xì)胞表型標(biāo)志(如波形蛋白、纖維連接蛋白、神經(jīng)鈣黏素)的過(guò)表達(dá)[15]。在胚胎發(fā)育、慢性炎癥、組織重建、癌癥轉(zhuǎn)移和多種纖維化疾病中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)EMT，上皮細(xì)胞失去細(xì)胞極性，失去與基膜的連接等上皮表型，獲得了較高的遷移與侵襲、抗凋亡和降解細(xì)胞外基質(zhì)的能力等間質(zhì)表型。EMT是上皮細(xì)胞來(lái)源的惡性腫瘤細(xì)胞獲得遷移和侵襲能力的重要生物學(xué)過(guò)程。因此，EMT成為近年來(lái)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)研究的重點(diǎn)。

腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程可以分為3個(gè)進(jìn)程：①侵襲周圍組織，進(jìn)入血管；②隨血流運(yùn)行到其他部位，穿出血管；③定植，成瘤。Foxm1可以通過(guò)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移的多個(gè)進(jìn)程在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用，而在肝癌細(xì)胞中Foxm1誘導(dǎo)EMT，增加肝癌細(xì)胞侵襲周圍組織的能力就是其中之一[16]。

Bao等[17]在Foxm1低表達(dá)的轉(zhuǎn)移胰腺癌細(xì)胞系A(chǔ)sPC-1中，轉(zhuǎn)染Foxm1使其過(guò)表達(dá)，經(jīng)形態(tài)學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)Foxm1組的AsPC-1細(xì)胞較對(duì)照組獲得了明顯的間質(zhì)特性，表明Foxm1可以誘導(dǎo)AsPC-1細(xì)胞獲得間質(zhì)表型，發(fā)生EMT。另有研究發(fā)現(xiàn)[18]，A549肺癌細(xì)胞經(jīng)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1處理后，上皮鈣黏素表達(dá)量顯著下降，波形蛋白表達(dá)量明顯增加，發(fā)生了EMT轉(zhuǎn)化。隨后用小分子干擾RNA干擾發(fā)生EMT的A549細(xì)胞中 Foxm1的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上皮鈣黏素表達(dá)量明顯增加，波形蛋白顯著下降且細(xì)胞在形態(tài)學(xué)上的改變也表現(xiàn)為間質(zhì)向上皮轉(zhuǎn)化，成功逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1誘導(dǎo)的EMT，表明Foxm1在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1誘導(dǎo)EMT過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

綜上所述，F(xiàn)oxm1過(guò)表達(dá)可以誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，F(xiàn)oxm1剔除可逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的EMT，而EMT在腫瘤遷移和侵襲過(guò)程中扮演著重要角色，提示Foxm1可以通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞EMT進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移、浸潤(rùn)，增強(qiáng)腫瘤的侵襲性。

2 Foxm1提高M(jìn)MPs的表達(dá)

細(xì)胞侵襲性增強(qiáng)，基膜和細(xì)胞外基質(zhì)的降解共同導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。MMPs是降解細(xì)胞外基質(zhì)的一系列酶的統(tǒng)稱，幾乎能降解細(xì)胞外基質(zhì)中的各種蛋白成分,破壞腫瘤細(xì)胞侵襲的組織學(xué)屏障，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。其中，最為重要的是降解基質(zhì)膜膠原的MMP-2和MMP-9[19]。

在Hep2食管鱗癌細(xì)胞中，通過(guò)小分子干擾RNA下調(diào)Foxm1后，MMP-2的表達(dá)量顯著下降；成瘤能力較對(duì)照組也顯著下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)oxm1在體內(nèi)外均可通過(guò)調(diào)節(jié)食管鱗癌細(xì)胞中MMP-2的表達(dá)，影響腫瘤的遷移、浸潤(rùn)能力[20]。另有研究表明，在Foxm1b轉(zhuǎn)基因小鼠中，MMP-9呈過(guò)表達(dá)[21]。

Wang等[8]剔除BxPC-3、HPAC、PANC-1胰腺癌細(xì)胞系中的Foxm1后，通過(guò)實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)和Western Blot檢測(cè)MMP-2和MMP-9表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MMP-2和MMP-9在信使RNA和蛋白水平均有明顯下降，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其活性也顯著降低。此外，在AsPC-1、Colo-357和 PANC-1胰腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Foxm1后，MMP-2和MMP-9表達(dá)和活性均明顯提高。以上結(jié)果提示Foxm1可能通過(guò)促進(jìn)MMPs的表達(dá)促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。在MDA-MB-231和SUM149高侵襲性乳腺癌細(xì)胞中，剔除Foxm1后MMP-2和MMP-9的信使RNA表達(dá)水平顯著下降，而且酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)表明MMP-9活性也顯著降低。另外，在Foxm1基礎(chǔ)表達(dá)量相對(duì)較低的SUM102和 SKBR3乳腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Foxm1后，MMP-9的表達(dá)量顯著上升[22]。

體內(nèi)試驗(yàn)將過(guò)表達(dá)和剔除Foxm1的卵巢癌細(xì)胞HCC94分別注入裸鼠體內(nèi)形成異體移植物模型，結(jié)果顯示過(guò)表達(dá)Foxm1的HCC94細(xì)胞組MMP-2和MMP-9在信使RNA和蛋白水平均有顯著升高，而Foxm1剔除組則相反。而且體外培養(yǎng)HCC94細(xì)胞，用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)試劑盒檢測(cè)培養(yǎng)液中MMP-2和MMP-9的表達(dá)量，結(jié)果表明過(guò)表達(dá)Foxm1的HCC94細(xì)胞分泌的MMP-2和MMP-9較Foxm1剔除的HCC94細(xì)胞高。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，F(xiàn)oxm1的過(guò)表達(dá)在體內(nèi)和體外均可提高M(jìn)MP-2和MMP-9的表達(dá)，而且細(xì)胞遷移、浸潤(rùn)試驗(yàn)和劃痕試驗(yàn)結(jié)果顯示腫瘤侵襲性增強(qiáng)[23]。進(jìn)一步試驗(yàn)證實(shí)Foxm1可以通過(guò)調(diào)節(jié)MMP-2和MMP-9的表達(dá)來(lái)調(diào)控Akt/糖原合成酶激酶-3β/Snail通路進(jìn)而影響腫瘤的遷移和浸潤(rùn)[23]。

Dai等[24]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxm1轉(zhuǎn)染后的SW1783和Hs683膠質(zhì)瘤細(xì)胞中MMP-2 的表達(dá)量顯著提高，干擾后的U-87MG和HFU-251膠質(zhì)瘤細(xì)胞則相反。進(jìn)一步的試驗(yàn)證實(shí)Foxm1作為轉(zhuǎn)錄因子可以與MMP-2 啟動(dòng)子直接結(jié)合，增強(qiáng)啟動(dòng)子活性，提高M(jìn)MP-2表達(dá)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)Foxm1的過(guò)表達(dá)可提高膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移、浸潤(rùn)能力，干擾后也呈相反趨勢(shì)。為進(jìn)一步明確Foxm1和MMP-2在腫瘤遷移、浸潤(rùn)過(guò)程中的關(guān)系，Dai等[24]應(yīng)用MMP-2特異性抑制劑OA-Hy來(lái)抑制SW1783和Hs683膠質(zhì)瘤細(xì)胞中MMP-2的作用，結(jié)果顯示OA-Hy可以抑制Foxm1過(guò)表達(dá)所誘導(dǎo)的膠質(zhì)瘤遷移浸潤(rùn)能力的提高。以上結(jié)果說(shuō)明Foxm1通過(guò)提高M(jìn)MP-2基因的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移浸潤(rùn)性。

綜上所述，F(xiàn)oxm1在食管鱗癌、胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、膠質(zhì)瘤等多種人體腫瘤中可以提高M(jìn)MPs尤其是MMP-2和MMP-9的表達(dá)，而MMPs在腫瘤遷移和浸潤(rùn)過(guò)程中起著重要作用，更重要的是MMPs抑制劑可以逆轉(zhuǎn)Foxm1所致的腫瘤遷移和浸潤(rùn)性的增強(qiáng)，說(shuō)明Foxm1可以通過(guò)調(diào)節(jié)MMPs的表達(dá)來(lái)提高腫瘤細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)性，進(jìn)而影響腫瘤轉(zhuǎn)移。

3 Foxm1上調(diào)VEGF表達(dá)

血管形成是腫瘤生長(zhǎng)和腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的重要步驟。VEGF是腫瘤細(xì)胞分泌的，在血管形成過(guò)程中起重要作用的血管形成激活因子。研究證實(shí)，VEGF是介導(dǎo)血管形成的關(guān)鍵因子，可調(diào)節(jié)包括增殖、遷移、內(nèi)皮細(xì)胞管道形成等在內(nèi)的多個(gè)血管形成步驟[25]。此外，也有研究表明VEGF促進(jìn)人類腫瘤細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)。

Li等[26]在裸鼠成瘤實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)，在N87和GT5胃癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Foxm1b可以提高VEGF的表達(dá)，增強(qiáng)腫瘤遷移浸潤(rùn)能力；干擾N87和GT5胃癌細(xì)胞中Foxm1b的表達(dá)后，VEGF表達(dá)量降低，而且腫瘤細(xì)胞遷移浸潤(rùn)能力下降，說(shuō)明Foxm1b在胃癌中的表達(dá)與VEGF有明顯相關(guān)性。進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)oxm1b可以在轉(zhuǎn)錄水平直接調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)。Zhang等[27]在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，提示在膠質(zhì)瘤中Foxm1可以通過(guò)提高VEGF的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)腫瘤新生血管的形成。

近來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，在BxPC-3、HPAC、PANC-1胰腺癌細(xì)胞中剔除Foxm1后，VEGF的表達(dá)明顯下降，而在cDNA轉(zhuǎn)染后過(guò)表達(dá)Foxm1的AsPC-1、Colo-357 和 PANC-1細(xì)胞中VEGF表達(dá)量顯著提高[8]。此外，F(xiàn)oxm1表達(dá)受抑制的胰腺癌細(xì)胞分泌到培養(yǎng)液中的VEGF明顯減少，而且人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞小管形成試驗(yàn)結(jié)果提示，在此培養(yǎng)液種植奇靜脈內(nèi)皮細(xì)胞后誘導(dǎo)的毛細(xì)血管減少。研究結(jié)果表明，在胰腺癌中Foxm1可以通過(guò)調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)來(lái)調(diào)控新生血管的形成，進(jìn)而影響腫瘤轉(zhuǎn)移。

在乳腺癌中也有類似的研究結(jié)果。Ahmad等[22]在高表達(dá)Foxm1的MDA-MB-231和SUM149乳腺癌細(xì)胞中用小分子干擾RNA下調(diào)Foxm1的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著Foxm1表達(dá)量的下降，VEGF活性顯著下降，乳腺癌細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)能力也隨之降低。由此可以看出Foxm1可通過(guò)調(diào)節(jié)VEGF活性來(lái)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。此外，在Hep2食管鱗癌細(xì)胞中的研究表明，F(xiàn)oxm1表達(dá)下降后VEGF在信使RNA和蛋白水平的表達(dá)量也隨之下降[23]。

綜上所述，在胃癌、膠質(zhì)細(xì)胞瘤、胰腺癌、乳腺癌和食管鱗癌中VEGF的表達(dá)與Foxm1呈正相關(guān)，表明Foxm1在腫瘤細(xì)胞VEGF誘導(dǎo)血管形成中起重要作用。以上結(jié)果提示，F(xiàn)oxm1抑制劑可能抑制VEGF表達(dá)，從而影響腫瘤的轉(zhuǎn)移。

4 小 結(jié)

目前，臨床常用的手術(shù)及化療方法對(duì)于未發(fā)生轉(zhuǎn)移的原位腫瘤療效較好，但對(duì)于已發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤效果欠佳。因此，對(duì)于腫瘤轉(zhuǎn)移的研究已經(jīng)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。而最近的研究表明，F(xiàn)oxm1在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中有重要作用，F(xiàn)oxm1主要通過(guò)調(diào)節(jié)EMT、MMPs和VEGF的表達(dá)，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞遷移、浸潤(rùn)和血管形成，最終促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。Foxm1已經(jīng)成為多種腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，這為研制靶向抗癌藥物提供了一個(gè)新的靶點(diǎn)。人Foxm1基因可分為Foxm1a、Foxm1b和Foxm1c三個(gè)亞型，而Foxm1b作為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，已明確其促癌作用。然而，也有研究證實(shí)Foxm1c可與上皮鈣黏素啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄與Foxm1b作用相悖，在一定程度上有抑癌作用。說(shuō)明在Foxm1進(jìn)一步的研究中，具體到某一種亞型才可以明確其作用機(jī)制進(jìn)而指導(dǎo)臨床藥物的研制，提高腫瘤患者的生存率。

[1] Chaffer CL,Weinberg RA.A Perspective on cancer cell metastasis[J].Science,2011,331(6024)：1559-1564.

[2] Wierstra I,Alves J.FOXM1,a typical proliferation-associated transcription factor[J].Biol Chem,2007,388(12):1257-1274.

[3] Laoukili J,Kooistra MR,Bras A,etal.FoxM1 is required for execution of the mitotic programme and chromosome stability[J].Nat Cell Biol,2005,7(2):126-136.

[4] Leung TW,Lin SS,Tsang AC,etal.Overexpression of FoxM1 stimulates cyclin B1 expression[J].FEBS Lett,2001,507(1):59-66.

[5] Chan DW,Yu SY,Chiu PM,etal.Over-expression of FOXM1 transcription factor is associated with cervical cancer progression and pathogenesis[J].J Pathol,2008,215(3):245-252.

[6] Liu M,Dai B,Kang SH,etal.FoxM1B is overexpressed in human glioblastomas and critically regulates the tumorigenicity of glioma cells[J].Cancer Res,2006,66(7):3593-3602.

[7] Teh MT,Wong ST,Neill GW,etal.FOXM1 is a downstream target of Gli1 in basal cell carcinomas[J].Cancer Res,2002,62(16):4773-4780.

[8] Wang Z,Banerjee S,Kong D,etal.Down-regulation of Forkhead Box M1 transcription factor leads to the inhibition of invasion and angiogenesis of pancreatic cancer cells[J].Cancer Res,2007,67(17):8293-8300.

[9] Kim IM,Ackerson T,Ramakrishna S,etal.The Forkhead Box m1 transcription factor stimulates the proliferation of tumor cells during development of lung cancer[J].Cancer Res,2006,66(4):2153-2161.

[10] Kalin TV,Wang IC,Ackerson TJ,etal.Increased levels of the FoxM1 transcription factor accelerate development and progression of prostate carcinomas in both TRAMP and LADY transgenic mice[J].Cancer Res,2006,66(3):1712-1720.

[11] Frau M,Biasi F,Feo F,etalPrognostic markers and putative therapeutic targets for hepatocellular carcinoma[J].Mol Aspects Med,2010,31(12):179-193.

[12] Gemenetzidis E,Bose A,Riaz AM,etal.FOXM1 upregulation is an early event in human squamous cell carcinoma and it is enhanced by nicotine during malignant transformation[J].PLoS One,2009,4(3):e4849.

[13] Laoukili J,Stahl M,Medema RH,etal.FoxM1:at the crossroads of ageing and cancer[J].Biochim Biophys Acta,2007,1775(1):92-102.

[14] Raychaudhuri P,Park HJ.FoxM1:a master regulator of tumor metastasis[J].Cancer Res，2011,71(13):4329-4333.

[15] Christiansen JJ,Rajasekaran AK.Reassessing epithelial to mesenchymal transition as a prerequisite for carcinoma invasion and metastasis[J].Cancer Res,2006,66(17):8319-8326.

[16] Park HJ,Gusarova G,Wang Z,etal.Deregulation of FoxM1b leads to tumor metastasis[J].EMBO Mol Med,2011,3(1):21-34.

[17] Bao B,Wang Z,Ali S,etal.Over-expression of FoxM1 leads to epithelial-mesenchymal transition and cancer stem cell phenotype in pancreatic cancer cells[J].J Cell Biochem,2011,112(9):2296-2306.

[18] Li J,Wang Y,Luo J,etal.miR-134 inhibits epithelial to mesenchymal transition by targeting FOXM1 in non-small cell lung cancer cells[J].FEBS Lett,2012,586(20):3761-3765.

[19] Overall CM,Kleifeld O.Tumour microenvironment-opinion:validating matrix metalloproteinases as drug targets and anti-targets for cancer therapy[J].Nat Rev Cancer,2006,6(3):227-239.

[20] Chen W,Yuan K,Tao ZZ,etal.Deletion of Forkhead Box M1 transcription factor reduces malignancy in laryngeal squamous carcinoma cells[J].Asian Pacific J Cancer Prev,2011,12(7):1785-1788.

[21] Wang X,Bhattacharyya D,Dennewitz MB,etal.Rapid hepatocyte nuclear translocation of the Forkhead Box M1B(FoxM1B) transcription factor caused a transient increase in size of regenerating transgenic hepatocytes[J].Gene Expr,2003,11(3/4):149-162.

[22] Ahmad A,Wang Z,Kong D,etal.FoxM1 down-regulation leads to inhibition of proliferation,migration and invasion of breast cancer cells through the modulation of extra-cellular matrix degrading factors[J].Breast Cancer Res Treat,2010,122(2):337-334.

[23] He SY,Shen HW,Xu L,etal.FOXM1 promotes tumor cell invasion and correlates with poor prognosis in early-stage cervical cancer[J].Gynecol Oncol,2012,127(3):601-610.

[24] Dai B,Kang SH,Gong W,etal.Aberrant FoxM1B expression increases matrix metalloproteinase-2 transcription and enhances the invasion of glioma cells[J].Oncogene,2007,26(42):6212-6219.

[25] Ellis LM,Hicklin DJ.VEGF-targeted therapy:mechanisms of anti-tumour activity[J].Nat Rev Cancer,2008,8(8):579-591.

[26] Li Q,Zhang N,Jia Z,etal.Critical role and regulation of transcription factor FoxM1 in human gastric cancer angiogenesis and progression[J].Cancer Res,2009,69(8):3501-3509.

[27] Zhang Y,Zhang N,Dai B,etal.FoxM1B transcriptionally regulates vascular endothelial growth factor expression and promotes the angiogenesis and growth of glioma cells[J].Cancer Res,2008,68(21):8733-8742.