叉頭框蛋白C1在惡性腫瘤中的臨床應(yīng)用

楊傳超1，張墨軒1，張 健，衡雪源

(1 濰坊醫(yī)學(xué)院，山東 濰坊 261053；2 臨沂市人民醫(yī)院，山東 臨沂 276000)

目前，惡性腫瘤的發(fā)生機(jī)制仍不明確。因此，研究其發(fā)病機(jī)制，尋找新的藥物靶點(diǎn)仍是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。叉頭框家族(FOXs)是一個進(jìn)化上高度保守的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子家族，可通過調(diào)控癌基因、抑癌基因、細(xì)胞周期調(diào)控分子、生長相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、血管生成相關(guān)因子和細(xì)胞的凋亡過程等，對多種惡性腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)移和侵襲產(chǎn)生重要影響。該家族基因分為19個亞群(FOXA-FOXS)，現(xiàn)就其中的FOXC1基因的結(jié)構(gòu)、生理功能、在不同惡性腫瘤中的作用以及在腫瘤耐藥方面的研究進(jìn)行綜述。

1 FOXC1的結(jié)構(gòu) 功能及調(diào)控

1.1FOXC1的結(jié)構(gòu) FOXC1基因?yàn)槲挥谌祟?號染色體(6p25)的單個外顯子基因，編碼一個含有533個氨基酸的蛋白質(zhì)，是FOXs蛋白家族的重要成員，具有核定位和轉(zhuǎn)錄調(diào)控所需的從N-端到C-端邊界的功能區(qū)域。該區(qū)域含兩個轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(Activation domain，AD1、AD2)、一個叉頭框區(qū)(Forkhead domain，F(xiàn)HD)和一個轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)/磷酸化區(qū)(Inhibitory domain，ID)。AD1和AD2分別位于氨基酸序列1～51和435～553位，AD1與FOXC1特異性靶基因的激活有關(guān)，AD2是一種轉(zhuǎn)錄激活因子。FHD位于氨基酸序列73～176位，包括3個α-螺旋、3個β-折疊和2個位于第3個β-折疊兩側(cè)的“翼狀”結(jié)構(gòu)，稱為“翼螺旋”結(jié)構(gòu)，該“翼狀”結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別含一個核定位序列(Nuclear localization signal，NLS1、NLS2)，其中NLS1富含堿性氨基酸殘基，NLS2富含谷氨酰胺[1]。FOXC1蛋白通過NLS定位于細(xì)胞核內(nèi)，使FHD結(jié)構(gòu)域與靶定DNA相結(jié)合，以調(diào)節(jié)目的基因表達(dá)。ID位于氨基酸序列215～366位，其缺失可以顯著增加FOXC1的活性，且其特定殘基翻譯后磷酸化可抑制FOXC1的功能。

1.2FOXC1的功能 FOXC1參與胚胎發(fā)育過程。FOXC1突變與阿克森費(fèi)爾德-里格爾綜合征的發(fā)生有關(guān)，影響眼和骨骼發(fā)育。動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲除FOXC1會導(dǎo)致小鼠腦膜、心臟、腎臟、尿道等器官發(fā)育異常。此外，F(xiàn)OXC1還與汗腺細(xì)胞分化、淋巴管生成、干細(xì)胞沉默等有關(guān)[1]。

FOXC1也參與多種腫瘤的發(fā)生和演進(jìn)。FOXC1與腫瘤相關(guān)癌基因同源蛋白2(Gli 2)的結(jié)合可維持腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞特性[2]；FOXC1增強(qiáng)細(xì)胞周期蛋白D1(CyclinD 1)的表達(dá)，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[3]；在腫瘤血管形成方面，血管內(nèi)皮生長因子可激活FOXC1，增加FOXC1介導(dǎo)的Dll4和Hey2活化；FOXC1還可被Snail和Twist上調(diào)，增加其下游靶點(diǎn)蛋白表達(dá)，促進(jìn)腫瘤的遷移和侵襲[4]。

1.3FOXC1的調(diào)控修飾 FOXC1的表達(dá)受多種生物學(xué)水平調(diào)控，包括DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和翻譯后修飾。眾所周知，DNA甲基化和組蛋白修飾在DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控中至關(guān)重要。正常人CD34+造血干/祖細(xì)胞中，內(nèi)源性增強(qiáng)子2可通過甲基化持續(xù)抑制FOXC1的表達(dá)[3]。在乳腺癌中，內(nèi)源性增強(qiáng)子2可通過對FOXC1啟動子中組蛋白H3賴氨酸27(H3K27)的甲基化，使其轉(zhuǎn)錄受抑制。去甲基化劑5-Aza治療M219和M15黑色素瘤細(xì)胞后，F(xiàn)OXC1蛋白水平升高[5]。

內(nèi)源性非編碼RNA，特別是微小RNA(miRNA)和長鏈非編碼RNA(lncRNA)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是調(diào)控人類腫瘤基因表達(dá)的一種潛在機(jī)制。在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞株中，miR-204、miR-495的過度表達(dá)可直接下調(diào)FOXC1蛋白水平[6]。在宮頸癌中，miR-374 c-5p可直接靶定FOXC1 的mRNA 3’-非翻譯區(qū)(3’-UTR)來抑制FOXC1的表達(dá)[7]。另外，在膠質(zhì)瘤中，miR-133可直接靶向和抑制FOXC1的表達(dá)[8]。lncRNA作為一種RNA轉(zhuǎn)錄體可與靶定mRNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對，形成“l(fā)ncRNA-mRNA對”，以此對靶定mRNA進(jìn)行調(diào)控。在食管鱗狀細(xì)胞癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌、鼻咽癌中，名為FOXC1啟動子上游轉(zhuǎn)錄子的lncRNA與其相鄰的FOXC1 mRNA存在功能上聯(lián)系，高水平的該轉(zhuǎn)錄子可增加FOXC1 mRNA水平，且其敲除可降低FOXC1 mRNA水平。

ID參與FOXC1蛋白翻譯后修飾。Berry等人證實(shí)，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(Extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)在表皮生長因子(Epidermal growth factor，EGF)作用下，可促進(jìn)FOXC1磷酸化和轉(zhuǎn)錄激活。在基底樣乳腺癌(Basal-like breast cancer，BLBC)細(xì)胞中，EGF可通過RAS/ERK和PI3K/AKT途徑增加FOXC1表達(dá)和磷酸化[9]。FOXC1泛素化、降解及小泛素樣修飾可對FOXC1活性有顯著抑制作用[10]。

2 FOXC1在不同類型癌癥中的作用

2.1FOXC1在乳腺癌中的作用 目前，在所有不同類型癌癥的關(guān)聯(lián)中，F(xiàn)OXC1與乳腺癌，特別是與BLBC(三陰性乳腺癌)的關(guān)系最為密切。研究表明，F(xiàn)OXC1可通過多個關(guān)鍵信號通路直接影響乳腺癌腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲。FOXC1可激活NF-κB信號途徑促進(jìn)BLBC細(xì)胞增殖，并介導(dǎo)EGF受體的功能[9]。Han等發(fā)現(xiàn)在不同的BLBC細(xì)胞系中，F(xiàn)OXC1直接連接Gli2與其發(fā)生相互作用，介導(dǎo)非典型非依賴性SMO-Hh信號通路，形成了BLBC干細(xì)胞樣表型和抗Hh敏感性[11]，而且FOXC1及FOXC1 mRNA表達(dá)與BLBC分期存在正相關(guān)。過度表達(dá)FOXC1誘發(fā)更多侵襲性乳腺癌表型，包括上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換、細(xì)胞增殖、侵襲和遷移增加。

2.2FOXC1在肺癌中的作用 與正常肺組織和肺癌旁組織相比，非小細(xì)胞型肺癌組織中FOXC1 mRNA和蛋白表達(dá)均明顯增高[12]。FOXC1表達(dá)增加可誘導(dǎo)波形蛋白減少，鈣粘素增加，促進(jìn)其上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)發(fā)生，沉默F(xiàn)OXC1可抑制鈣粘素表達(dá)而改變EMT過程，抑制肺癌細(xì)胞遷移。另外，F(xiàn)OXC1還可通過調(diào)節(jié)CyclinD1的表達(dá)而影響細(xì)胞增殖。FOXC1過度表達(dá)與腫瘤不良預(yù)后、轉(zhuǎn)移分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，其表達(dá)可作為非小細(xì)胞型肺癌患者獨(dú)立的預(yù)后指標(biāo)。

2.3FOXC1在肝癌中的作用 FOXC1可上調(diào)肝癌組織中Snail表達(dá)，降低E-cadherin，促進(jìn)EMT發(fā)生，通過干擾FOXC1可使這些過程發(fā)生逆轉(zhuǎn)。同時，F(xiàn)OXC1誘導(dǎo)NEDD9表達(dá)上調(diào)促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[13]。另外，IL-8可通過PI3K/AKT/HIF-α激活FOXC1，誘導(dǎo)CXCR1和CCL2活化，促進(jìn)肝癌細(xì)胞炎癥、侵襲和轉(zhuǎn)移[14]，故FOXC1也可作為判斷肝癌患者預(yù)后的指標(biāo)。

2.4FOXC1在白血病中的作用 FOXC1的表達(dá)與急性髓系白血病(AML)中HOXA/B位點(diǎn)的表達(dá)相關(guān)。在AML細(xì)胞中，F(xiàn)OXC1可抑制單核/巨噬細(xì)胞分化，同時還增加克隆形成。FOXC1表達(dá)越高，其細(xì)胞形態(tài)分化程度越低[3]。在HL中，F(xiàn)OXC1基因過度表達(dá)，參與B細(xì)胞發(fā)育，通過調(diào)節(jié)NKL同源盒基因MSX1，以此來抑制B細(xì)胞特異性因子ZHX2，誘導(dǎo)B細(xì)胞分化、凋亡[15]。在NHL中，Jun蛋白與FOXC1表達(dá)呈正相關(guān)，而后者又與NHL中實(shí)體瘤遷移和侵襲增加相關(guān)[16]。

2.5FOXC1在其他惡性腫瘤中的作用 FOXC1可作為黑色素瘤患者的預(yù)后指標(biāo)，其過度表達(dá)可激活MST1R/PI3K/AKT通路，促進(jìn)黑色素瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。在胃癌、胰腺導(dǎo)管腺癌、食管鱗狀細(xì)胞癌組織中，F(xiàn)OXC1表達(dá)明顯高于癌旁組織，其高表達(dá)可顯著促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，且與患者不良預(yù)后密切相關(guān)[17-19]。研究還發(fā)現(xiàn)，在39.5%的胸腺上皮腫瘤中存在FOXC1拷貝丟失，拷貝下降和FOXC1低表達(dá)呈正相關(guān)，其表達(dá)越低，預(yù)后越差[1]。此外，F(xiàn)OXC1的異常表達(dá)還與前列腺癌、子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

3 FOXC1在腫瘤化療中的應(yīng)用

FOXC1在惡性腫瘤化療中扮演雙重角色。FOXC1可誘導(dǎo)BLBC細(xì)胞對PAPR抑制劑奧拉帕尼的敏感性增加[20]，還可使乳腺癌細(xì)胞對NF-κB抑制劑BMS-345541和BAY-117082敏感[21]。在黑色素瘤細(xì)胞中，F(xiàn)OXC1高水平表達(dá)可使其對mTOR抑制劑雷帕霉素更敏感。然而，F(xiàn)OXC1還可促使黑色素瘤細(xì)胞對BRAF抑制劑PLX 4032耐藥[5]。在乳腺癌中，F(xiàn)OXC1的過度表達(dá)可導(dǎo)致癌細(xì)胞對DNA損傷化療藥物FEC(5-氟尿嘧啶、表柔比星、環(huán)磷酰胺)耐藥，同時也對蒽環(huán)類輔助化療藥物產(chǎn)生耐藥[22]。在BLBC細(xì)胞系中，F(xiàn)OXC1過度表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞對抗Hedgehog(Hh)藥物GDC-0449敏感性降低[11]。另外，F(xiàn)OXC1亦可抑制GATA 3-ERα信號來增加腫瘤細(xì)胞對雌二醇和他莫昔芬的耐藥作用[23]。

4 小結(jié)

FOXC1不僅是胚胎發(fā)育的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)因子，而且還參與了多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展。FOXC1的表觀遺傳改變能有效抑制其表達(dá)，有助于腫瘤治療。因此，研究FOXC1在表觀遺傳學(xué)調(diào)控下的表達(dá)，闡明其表達(dá)機(jī)制勢在必行。此外，關(guān)于FOXC1在藥物應(yīng)答及耐藥中的機(jī)制研究也進(jìn)一步強(qiáng)化了其在惡性腫瘤治療中的作用?？傊?，F(xiàn)OXC1是多種腫瘤發(fā)生途徑的關(guān)鍵蛋白，闡明其在不同惡性腫瘤中關(guān)鍵通路的調(diào)控，可能為癌癥的治療提供新的靶點(diǎn)。