FoxM1和SIRT1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

董歡 綜述 尹宜發(fā) 審校

1.三峽大學(xué)第二人民醫(yī)院放化療科，湖北 宜昌 443000；2.宜昌市第二人民醫(yī)院放化療科，湖北 宜昌 443000

叉頭框轉(zhuǎn)錄因子M1(forkhead box M1，F(xiàn)oxM1)是Forkhead家族蛋白中的一員，是具有一段特定“翼狀螺旋結(jié)構(gòu)”DNA 結(jié)合域的轉(zhuǎn)錄因子，目前在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)FoxM1上調(diào)，對(duì)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展起著重要作用，被認(rèn)為是預(yù)防和治療人類癌癥的潛在靶點(diǎn)，然而其具體作用機(jī)制及下游靶基因尚不明確。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)是哺乳動(dòng)物Sirtuins家族中的一員，是一種依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的去乙?；?，研究表明SIRT1在多種腫瘤組織中存在表達(dá)，且各腫瘤中的表達(dá)具有顯著差異，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展起著促進(jìn)或抑制的作用，而在部分腫瘤組織發(fā)現(xiàn)SIRT1與FoxM1存在一定的聯(lián)系。然而FoxM1、SIRT1在腫瘤中的表達(dá)，相互作用及其機(jī)制尚未完善?，F(xiàn)就FoxM1、SIRT1在各腫瘤中的表達(dá)和功能的研究進(jìn)展及相互作用做一綜述，并強(qiáng)調(diào)SIRT1可能是FoxM1的下游靶基因，為發(fā)現(xiàn)新的治療方案提供思路。

1 FoxM1

1.1 概述 FoxM1 的染色體位于12p13，包含10個(gè)外顯子，含110 個(gè)氨基酸。至今已鑒定出四種人類FoxM1亞型，F(xiàn)oxM1a同時(shí)包含外顯子Ⅴa和Ⅶa，并且缺乏反式激活活性，而其余三個(gè)外顯子FoxM1b (無(wú)Ⅴa 和Ⅶa)、FoxM1c(無(wú)Ⅶa)和FoxM1d(無(wú)Va)都具有轉(zhuǎn)錄活性，F(xiàn)oxM1蛋白具有三個(gè)定義明確的結(jié)構(gòu)域：N末端阻遏結(jié)構(gòu)域，C 末端反式激活結(jié)構(gòu)域和一個(gè)高度保守的DNA 結(jié)合域[1]。FoxM1 是生物學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的G1/S 和G2/M 過(guò)渡、維持有絲分裂紡錘體完整性、血管生成、轉(zhuǎn)移、凋亡、DNA損傷修復(fù)，F(xiàn)oxM1的異常表達(dá)使這些功能中任何一種的失調(diào)都有助于腫瘤發(fā)生[2]。因此FoxM1被認(rèn)為是預(yù)防和治療人類癌癥的潛在靶點(diǎn)。

1.2 FoxM1 與腫瘤 已在多種腫瘤細(xì)胞株及組織中發(fā)現(xiàn)FoxM1 存在高表達(dá)，且與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，包括非小細(xì)胞肺癌、肝癌、胃癌、膠質(zhì)瘤、皮膚癌[3]，腎癌、前列腺癌、膀胱癌[4]、宮頸癌[5]、乳腺癌[6]、卵巢癌[7]、胰腺癌[8]、結(jié)直腸癌[9]、尤文肉瘤[10]、骨肉瘤[11]。

1.2.1 FoxM1 與腦膜瘤 應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR 法對(duì)101 例腦膜瘤組織中FoxM1 的表達(dá)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示FoxM1 的mRNA 呈高表達(dá)，且隨著惡性程度的升高，其表達(dá)水平逐漸增加，另外，F(xiàn)oxM1過(guò)表達(dá)促進(jìn)了良性腦膜瘤細(xì)胞株增殖和侵襲性，基因敲除則抑制了惡性腦膜瘤細(xì)胞株的增殖和侵襲性，進(jìn)一步證實(shí)FoxM1 與腦膜瘤的進(jìn)展密切相關(guān)，在裸鼠模型中，移植了敲除FoxM1的惡性腦膜瘤細(xì)胞的小鼠產(chǎn)生明顯較小的腫瘤，而FoxM1抑制劑西霉素A可抑制腦膜瘤細(xì)胞增殖和體內(nèi)腫瘤增長(zhǎng)[12]。FoxM1與腦膜瘤的進(jìn)展密切相關(guān)，且可能是惡性腦膜瘤的治療靶點(diǎn)。

1.2.2 FoxM1 與鼻咽癌 FoxM1 在鼻咽癌組織中高表達(dá)，采用免疫組化法對(duì)113 例鼻咽癌組織和29例非癌性鼻咽組織中FoxM1蛋白的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，與非腫瘤組織相比，F(xiàn)oxM1 在鼻咽癌組織中顯著上調(diào)，且與組織學(xué)分型、臨床分期、腫瘤復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)；FoxM1可促進(jìn)細(xì)胞增殖，應(yīng)用慢病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)使鼻咽癌細(xì)胞中的FoxM1過(guò)表達(dá)，可見(jiàn)腫瘤細(xì)胞增殖明顯增加，用siRNA沉默鼻咽癌細(xì)胞中的FoxM1，細(xì)胞增殖則明顯受抑，對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行研究，F(xiàn)oxM1過(guò)表達(dá)加速了鼻咽癌細(xì)胞從G0/G1期進(jìn)入S 期；進(jìn)一步研究FoxM1與干細(xì)胞特征的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)FoxM1在鼻咽癌細(xì)胞中增強(qiáng)了干細(xì)胞相關(guān)基因Nanog、ABCG2、SOX2和OCT4的表達(dá)，并誘導(dǎo)干細(xì)胞自我更新的能力，而在裸鼠模型中，F(xiàn)oxM1的過(guò)表達(dá)具有更高的致瘤性，且移植瘤中干細(xì)胞相關(guān)基因也被上調(diào)[13]。FoxM1可促進(jìn)鼻咽癌的進(jìn)展及腫瘤干細(xì)胞的特性。

1.2.3 FoxM1 與口腔鱗癌 利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR 和蛋白免疫印跡法對(duì)口腔鱗癌細(xì)胞中FoxM1 的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)FoxM1的mRNA和蛋白水平明顯過(guò)表達(dá)，應(yīng)用慢病毒RNA干擾技術(shù)沉默口腔鱗癌細(xì)胞中FoxM1 的表達(dá)，抑制了細(xì)胞增殖，降低了S 期細(xì)胞比例、集落形成、細(xì)胞遷移和侵襲性，進(jìn)一步對(duì)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白研究，結(jié)果顯示周期蛋白B1、D1和金屬蛋白酶2 表達(dá)水平明顯降低，而p27 和p21 表達(dá)增加[14]。FoxM1是口腔鱗癌發(fā)生發(fā)展的重要因素，可能是治療口腔鱗癌的新靶點(diǎn)。

1.2.4 FoxM1與食管鱗癌 SONG等[15]應(yīng)用免疫組化等方法分別對(duì)78 例食管鱗癌組織及癌旁組織中FoxM1的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示FoxM1在食管鱗癌組織中的表達(dá)明顯高于癌旁組織，用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)到食管鱗癌細(xì)胞中也存在FoxM1的表達(dá)，利用RNA干擾技術(shù)沉默食管鱗癌細(xì)胞中FoxM1的表達(dá)，可明顯抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移和侵襲能力。蓋領(lǐng)等[16]的研究也證實(shí)了FoxM1 在食管鱗癌組織中高表達(dá)，結(jié)合臨床病理資料，與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、臨床分期、浸潤(rùn)深度和預(yù)后有關(guān)，而與性別、年齡和分化程度無(wú)關(guān)。可見(jiàn)FoxM1與食管鱗癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且可能是食管癌治療的潛在靶點(diǎn)。

1.2.5 FoxM1 與黑色素瘤 對(duì)60 例黑色素瘤組織標(biāo)本行免疫組化，發(fā)現(xiàn)FoxM1 蛋白呈高表達(dá)，且與腫瘤厚度、潰瘍形成及預(yù)后不良密切相關(guān)，而與年齡、性別、組織類型和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移無(wú)關(guān)。利用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)及FoxM1抑制劑硫鏈霉素沉默黑色素瘤細(xì)胞中FoxM1的表達(dá)，均顯著抑制了黑色素瘤細(xì)胞增殖，通過(guò)敲除FoxM1，黑色素瘤細(xì)胞的遷移和侵襲性明顯降低，同時(shí)也提高了對(duì)達(dá)卡巴嗪的化療敏感性[17]。FoxM1與黑色素瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后和化療敏感性密切相關(guān)，F(xiàn)oxM1抑制劑可能成為黑色素瘤新的治療選擇。

1.2.6 FoxM1 與軟組織肉瘤 采用免疫組化法對(duì)92例橫紋肌肉瘤組織中FoxM1蛋白進(jìn)行檢測(cè)，顯示FoxM1 在橫紋肌肉瘤中呈高表達(dá)，且與預(yù)后密切相關(guān)，另外，F(xiàn)oxM1 可調(diào)控橫紋肌肉瘤細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá)，采用RNA 干擾技術(shù)沉默F(xiàn)oxM1，降低了VEGF的表達(dá)，且顯著抑制了橫紋肌肉瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲性，F(xiàn)oxM1 可能是橫紋肌肉瘤的重要預(yù)后因素和治療靶點(diǎn)[18]。對(duì)106例滑膜肉瘤組織中FoxM1的表達(dá)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示FoxM1的陽(yáng)性率與不良預(yù)后密切相關(guān)，利用siRNA敲除滑膜肉瘤細(xì)胞中FoxM1，減少了細(xì)胞增殖，且增加了對(duì)阿霉素的敏感性，而阿霉素和FoxM1抑制劑硫鏈霉素聯(lián)合處理則進(jìn)一步抑制了細(xì)胞增殖[19]。FoxM1與軟組織肉瘤的預(yù)后及治療密切相關(guān)。

2 SIRT1

2.1 概述 哺乳動(dòng)物Sirtuins 家族包括SIRT1 到SIRT7 七個(gè)成員，它們與沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator 2，Sir2)共享一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域，其中SIRT1與Sir2的同源性最高[20]。人類SIRT1 編碼基因定位于染色體10q21.3，長(zhǎng)約33 660 bp，包括9 個(gè)外顯子，具有高度保守性[21]，蛋白由N 末端結(jié)構(gòu)域、共同催化結(jié)構(gòu)域和C末端ESA多肽組成[22]。SIRT1主要定位于細(xì)胞核，參與糖、脂肪代謝、應(yīng)激耐受、神經(jīng)保護(hù)、細(xì)胞生存、細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)[20]。SIRT1 在多種腫瘤組織中存在表達(dá)，且各腫瘤中的表達(dá)具有顯著差異，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展起著促進(jìn)或抑制作用。

2.2 SIRT1與腫瘤 SIRT1在大量腫瘤中發(fā)現(xiàn)了異常表達(dá)，然而，SIRT1在腫瘤中的作用是復(fù)雜且具有爭(zhēng)議的，在多數(shù)惡性腫瘤中都觀察到SIRT1 的過(guò)度表達(dá)，包括肺癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、宮頸癌、前列腺癌、皮膚癌、白血病、腦膠質(zhì)瘤、軟組織肉瘤和甲狀腺癌，在口腔鱗狀細(xì)胞癌和頭頸部癌中SIRT1 水平降低，而SIRT1 在乳腺癌和結(jié)腸癌中表達(dá)情況仍具有爭(zhēng)議[23]。

2.2.1 SIRT1 與腎癌 對(duì)101 例腎癌及癌旁正常組織中SIRT1 的表達(dá)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)SIRT1 在腎癌組織中的表達(dá)明顯低于癌旁組織，且SIRT1 的高表達(dá)有利于患者的預(yù)后，用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)過(guò)表達(dá)腎癌細(xì)胞中的SIRT1基因，抑制了細(xì)胞增殖，SIRT1的敲除則促進(jìn)了細(xì)胞增殖，將SIRT1過(guò)表達(dá)的腎癌細(xì)胞注入小鼠，形成了明顯較小的腫瘤，且提高了小鼠生存率，SIRT1通過(guò)抑制纖維蛋白原β(FGB)的表達(dá)抑制腎癌增殖，F(xiàn)GB 在腎癌組織中的表達(dá)上調(diào)，而SIRT1 過(guò)表達(dá)降低了FGB 的表達(dá)水平，此外，F(xiàn)GB 的過(guò)表達(dá)挽救了SIRT1 對(duì)細(xì)胞增殖的抑制作用，進(jìn)一步對(duì)機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)FGB是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的靶基因，SIRT1通過(guò)去乙?；筍TAT3失穩(wěn)和降解，從而抑制FGB的表達(dá)[24]。SIRT1表達(dá)下調(diào)與腎癌的發(fā)生密切相關(guān)，且這種新的SIRT1-STAT3-FGB軸為腎癌治療提供了潛在的靶點(diǎn)。

2.2.2 SIRT1 與膀胱癌 SIRT1 通過(guò)增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(GLUT1)的轉(zhuǎn)錄活性和表達(dá)，從而促進(jìn)膀胱癌的增殖和葡萄糖攝取，SIRT1和GLUT1在膀胱癌組織和細(xì)胞系中的表達(dá)均顯著上調(diào)，且在組織樣本中呈正相關(guān)，通過(guò)基因轉(zhuǎn)染技術(shù)使膀胱癌細(xì)胞中SIRT1過(guò)表達(dá)，促進(jìn)了細(xì)胞增殖和葡萄糖攝取，SIRT1抑制劑EX527可顯著降低GLUT1的表達(dá)，抑制膀胱癌的增殖和葡萄糖攝取，而通過(guò)GLUT1過(guò)表達(dá)則部分逆轉(zhuǎn)了EX527的作用，另外，SIRT1的過(guò)表達(dá)促進(jìn)了GLUT1的轉(zhuǎn)錄活性和表達(dá)[25]。SIRT1與膀胱癌的進(jìn)展密切相關(guān)。

3 FoxM1、SIRT1在腫瘤發(fā)生中的關(guān)系

應(yīng)用免疫組化法對(duì)包含688個(gè)乳腺癌標(biāo)本的組織微陣列塊中FoxM1、FOXO3a、SIRT1 和SIRT6 進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)FoxM1 的表達(dá)水平與FOXO3A、SIRT1 和SIRT6 的表達(dá)水平呈正相關(guān)[6]。FoxM1 是腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中SIRT1 的上游調(diào)節(jié)因子，F(xiàn)oxM1 在腦膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，應(yīng)用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)使腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中FoxM1過(guò)表達(dá)，顯著增加了腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中SIRT1的mRNA 和蛋白水平，利用siRNA 沉默F(xiàn)oxM1 的表達(dá)，降低了腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中SIRT1的表達(dá)。在轉(zhuǎn)錄水平上研究發(fā)現(xiàn)FoxM1可與腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中SIRT1基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，并以劑量依賴的方式激活SIRT1啟動(dòng)子活性，進(jìn)一步證實(shí)了膠質(zhì)瘤中FoxM1對(duì)SIRT1的調(diào)控[26]。用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)miRNA-320和FoxM1在膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞中的表達(dá)，與放射敏感性腫瘤相比，抗放射性膠質(zhì)瘤的miR-320表達(dá)水平降低，F(xiàn)oxM1表達(dá)水平提高，且miR-320與膠質(zhì)瘤患者FoxM1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。用熒光素酶報(bào)告和蛋白免疫印跡法進(jìn)一步驗(yàn)證了miR-320 通過(guò)直接靶向FoxM1 的3'UTR 區(qū)來(lái)抑制FoxM1的表達(dá)，同時(shí)miR-320過(guò)表達(dá)也顯著抑制了細(xì)胞中SIRT1 的水平，而FoxM1 的異位表達(dá)逆轉(zhuǎn)了miR-320 介 導(dǎo) 的SIRT1 低 表 達(dá) 。 此 外 ，F(xiàn)oxM1 和SIRT1的過(guò)表達(dá)顯著減弱了miR-320誘導(dǎo)的膠質(zhì)瘤細(xì)胞放射敏感性、凋亡和γH2AX 表達(dá)的增加，進(jìn)一步證實(shí)miR-320 通過(guò)靶向FoxM1 抑制SIRT1 的表達(dá)，從而增加膠質(zhì)瘤的放射敏感性[27]。在部分腫瘤中，F(xiàn)oxM1可調(diào)控SIRT1 基因的表達(dá)，從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，并可能與新的治療靶點(diǎn)、放射治療等密切相關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

FoxM1 和SIRT1 基因在多種腫瘤組織中異常表達(dá)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用，且與患者的預(yù)后密切相關(guān)。兩基因在部分腫瘤中存在一定的關(guān)系，在膠質(zhì)瘤中可通過(guò)下調(diào)FoxM1從而下調(diào)SIRT1的表達(dá)，增加膠質(zhì)瘤的放射敏感性。目前有關(guān)FoxM1和SIRT1 基因如何調(diào)控其他基因而影響腫瘤發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究，鑒于兩基因在部分腫瘤中存在密切聯(lián)系，F(xiàn)oxM1、SIRT1在其他腫瘤中的相互作用及分子機(jī)制將成為一個(gè)有前途的研究方向，隨著研究的深入，未來(lái)可為腫瘤的治療提供新的選擇。