轉(zhuǎn)錄因子叉頭框O 促進(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

周靜，王靜萱

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，哈爾濱 150000

轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄速率來影響特定蛋白質(zhì)的表達(dá)，甚至決定細(xì)胞的命運(yùn)，其突變、刪除或擴(kuò)增與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，因此，轉(zhuǎn)錄因子被認(rèn)為是腫瘤治療的有效靶點[1-2]。叉頭框（forkhead box，F(xiàn)OX）蛋白家族由19個轉(zhuǎn)錄因子組成，分為FOXA、FOXC、FOXO、FOXP和FOXM5個亞群，其中，F(xiàn)OXO亞群在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用尤為重要 ，F(xiàn)OXO 包 含 FOXO1（FKHR）、FOXO3（FKHRL1）、FOXO4（AFX）和 FOXO6[3-4]。轉(zhuǎn)錄因子FOXO在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要的調(diào)節(jié)作用，基于FOXO的抗增殖和促凋亡功能，其被認(rèn)為是腫瘤抑制因子。FOXO與致癌信號通路相互調(diào)節(jié)，尤其是磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。該通路的激活可以抑制FOXO的活性，同時，當(dāng)FOXO被激活時可通過生長因子負(fù)反饋環(huán)激活該通路的活性。此外，F(xiàn)OXO的活化誘導(dǎo)了腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和治療耐藥，與腫瘤的進(jìn)展和不良預(yù)后密切相關(guān)。本文主要闡述了FOXO對腫瘤促進(jìn)作用的研究進(jìn)展。

1 FOXO與腫瘤

轉(zhuǎn)錄因子FOXO在腫瘤細(xì)胞中參與許多重要的生物學(xué)活動，包括細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、DNA修復(fù)和細(xì)胞代謝等，其活性還受翻譯后修飾的調(diào)控，包括磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化等[5-6]。

1.1 FOXO 與生長因子信號

FOXO通過在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間的穿梭實現(xiàn)對細(xì)胞活動的調(diào)控。在細(xì)胞核中，F(xiàn)OXO介導(dǎo)多種靶基因的轉(zhuǎn)錄，而細(xì)胞質(zhì)中的FOXO處于無活性狀態(tài)。當(dāng)腫瘤細(xì)胞中的受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）突變而激活時，PI3K被活化并在細(xì)胞膜上生成PIP3，PIP3作為PDPK1和PKB/AKT的對接位點，促使PDPK1激活A(yù)KT，AKT通過磷酸化一系列靶蛋白，促進(jìn)葡萄糖的攝取、細(xì)胞的增殖和細(xì)胞的存活[7]。被激活的AKT可以在3個保守的RxRxxS/T殘基上磷酸化細(xì)胞核中的FOXO，誘導(dǎo)其與14-3-3蛋白結(jié)合并從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中，同時阻礙其重新回到細(xì)胞核[8-10]，細(xì)胞質(zhì)中的FOXO失去了生物學(xué)活性，隨后被蛋白酶體泛素化降解。

生長因子信號的傳導(dǎo)是一個動態(tài)平衡的過程，當(dāng)生長因子信號缺失時，細(xì)胞可以誘導(dǎo)RTK的轉(zhuǎn)錄并使其表達(dá)于細(xì)胞膜上，刺激致癌相關(guān)通路的活性[11]。轉(zhuǎn)錄因子FOXO作為PI3K/AKT通路下游的調(diào)控因子，當(dāng)FOXO的活性受突變或致癌激酶抑制劑的影響被激活時，PI3K/AKT通路受反饋信號的激活，傳導(dǎo)更強(qiáng)的增殖信號。此外，當(dāng)生長因子信號傳導(dǎo)效率低下時，致癌激酶對FOXO的磷酸化作用減弱，細(xì)胞核內(nèi)FOXO的蓄積可以誘導(dǎo)信號傳導(dǎo)所需基因的轉(zhuǎn)錄[12]，致癌信號通路得以重新激活甚至異常增強(qiáng)。

FOXO還可以通過調(diào)控雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物（mammalian target of rapamycin complex，MTORC）1和MTORC2的活性從而激活A(yù)KT[13]，過表達(dá)的FOXO1可以誘導(dǎo)雷帕霉素不敏感的雷帕霉素靶蛋白伴侶（rapamycin insensitive companion of mammalian target of rapamycin，RICTOR）轉(zhuǎn)錄從而上調(diào)MTORC2的表達(dá)，MTORC2通過磷酸化Ser473增強(qiáng)AKT的活性[14]。同時，F(xiàn)OXO1還可以通過刺激SESN3的表達(dá)抑制GTPase RHEB的活性，使MTORC1失活，減少M(fèi)TORC1對AKT的抑制作用[15]。

FOXO不僅參與了PI3K的信號反饋，還可與含IQ模序的鳥苷三磷酸酶活化蛋白1（IQ motifcontaining GTPase-activating protein 1，IQGAP1）結(jié)合抑制胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）的表達(dá)來影響RAS-MEK-ERK通路的活性。當(dāng)FOXO被PI3K抑制劑激活時，F(xiàn)OXO從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，避免了與細(xì)胞質(zhì)中的IQGAP1結(jié)合，RAS-MEK-ERK通路也因此被激活[16]。

1.2 FOXO 與細(xì)胞氧化應(yīng)激

FOXO參與了腫瘤細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，當(dāng)細(xì)胞中活性氧類（reactive oxygen species，ROS）水平升高、營養(yǎng)缺乏或DNA損傷時，F(xiàn)OXO將以兩種不同的方式回到細(xì)胞核，恢復(fù)其活性以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[17]。首先，細(xì)胞應(yīng)激刺激了c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）的活性，被激活的JNK通過磷酸化胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）蛋白1/2拮抗RTK信號，避免了生長因子信號通路引起的FOXO的失活。JNK還可以直接磷酸化FOXO，阻止其與14-3-3蛋白結(jié)合，刺激FOXO轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核[18-19]。其次，當(dāng)細(xì)胞受外界影響發(fā)生氧化反應(yīng)時，F(xiàn)OXO可與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（recombinant transportin 1，TNPO1）、IPO7、IPO8之間形成二硫鍵，隨之共同轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，介導(dǎo)CAT、超氧化物歧化酶 2（superoxide dismutase 2，SOD2）、谷胱甘肽過氧化物酶 1（glutathione peroxidase 1，GPX1）、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶M1（glutathione S-transferase M1，GSTM1）等抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[20-22]。

1.3 FOXO 與細(xì)胞代謝

在腫瘤組織中，細(xì)胞的高代謝狀態(tài)造成了葡萄糖的相對缺乏，由于細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）水平的不足，刺激了5'-腺苷一磷酸激活的蛋白激酶（5'-adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）的活化。AMPK可以在Ser413、Ser588和Ser626三個殘基上磷酸化FOXO，導(dǎo)致FOXO核轉(zhuǎn)移進(jìn)而刺激參與代謝的靶基因的轉(zhuǎn)錄[23]。

2 FOXO 促進(jìn)腫瘤進(jìn)展

FOXO因子通過多種方式促進(jìn)腫瘤發(fā)展，包括維持腫瘤干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)、增強(qiáng)細(xì)胞的侵襲性及誘導(dǎo)治療耐藥等，并被證實其與患者的不良預(yù)后存在確切的聯(lián)系。

2.1 FOXO 維持腫瘤干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)

FOXO在細(xì)胞代謝、DNA損傷和氧化應(yīng)激反應(yīng)等生理過程中起著重要作用，有助于維持干細(xì)胞的穩(wěn)定性和完整性[24-25]。在慢性髓細(xì)胞性白血病（chronic myelogenous leukemia，CML）中，白血病起始細(xì)胞（leukemia initiating cell，LIC）具有自我更新、誘導(dǎo)復(fù)發(fā)及抵抗治療的特征，F(xiàn)OXO被證實高表達(dá)于LIC中且維持了細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。Naka等[26]研究發(fā)現(xiàn)，LIC細(xì)胞核中FOXO3的表達(dá)水平并不受致癌融合基因BCR-ABL活化的抑制，而當(dāng)LIC中FOXO3的水平下調(diào)或缺失時，LIC趨向于凋亡。酪氨酸激酶抑制藥（tyrosine kinase inhibitor，TKI）如伊馬替尼是CML的一線治療藥物，其通過降低BCR-ABL的活性，阻斷PI3K/AKT信號通路來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖[27]。該療法改善了CML的長期緩解率，但LIC對TKI的治療并不敏感，患者仍存在復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。在CML小鼠模型中的研究將LIC中FOXO的活化歸因于轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）對 AKT 的抑制作用，F(xiàn)OXO3的缺失及TGF-β受體的失活均可改善伊馬替尼的療效。后續(xù)的研究提出TGF-β-FOXO3-B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-6（B cell lymphoma/leukemia-6，Bcl-6）通路在CML的LIC中起重要作用，LIC中高活性的FOXO上調(diào)了Bcl-6的表達(dá)，BCL-6可以抑制MYC、p53、細(xì)胞周期蛋白D2和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子2A（cyclin-dependent kinase inhibitor 2A，CDKN2A）的活性，增強(qiáng)CML的LIC的自我更新能力，有利于LIC的存活[28]。

FOXO在急性髓細(xì)胞性白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）的LIC中也發(fā)揮著類似的作用。在由MLL-AF9融合基因誘導(dǎo)的AML小鼠模型中，F(xiàn)OXO在LIC中處于高度活化狀態(tài)時，白血病細(xì)胞表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長和增殖能力，而當(dāng)FOXO缺失時，白血病細(xì)胞趨向成熟，細(xì)胞凋亡較前加快，在人AML細(xì)胞系中也可以觀察到此現(xiàn)象。此外，Sykes等[29]通過對436例AML樣本分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3的過度活化存在于40%的樣本中，且與AML患者的總體生存率呈負(fù)相關(guān)。

2.2 FOXO 誘導(dǎo)耐藥

FOXO轉(zhuǎn)錄因子參與了白血病、乳腺癌、卵巢癌等多種腫瘤耐藥的發(fā)生，是防治腫瘤耐藥的潛在靶點。PI3K/AKT通路在多種腫瘤中發(fā)揮作用，是改善療效的一個確切且具有吸引力的靶點，然而，F(xiàn)OXO轉(zhuǎn)錄因子受PI3K/AKT抑制劑的活化，誘導(dǎo)細(xì)胞補(bǔ)償性和適應(yīng)性機(jī)制的激活，導(dǎo)致耐藥性的產(chǎn)生和療效的降低。在PI3K/AKT通路過度活化的人表皮生長因子受體（human epidermal growth factor receptor，HER）2陽性腫瘤細(xì)胞系中，F(xiàn)OXO3的活性被AKT抑制劑激活后誘導(dǎo)了酪氨酸激酶受體的表達(dá)，如HER3、胰島素樣生長因子1受體（insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-1R）和胰島素受體，增強(qiáng)了細(xì)胞的侵襲性[30]。在腎細(xì)胞癌中，由于FOXO對MTORC2的成員RTOR的誘導(dǎo)刺激了AKT的活化，抑制FOXO1和FOXO3的活性被證實可以增強(qiáng)腎細(xì)胞癌細(xì)胞對PI3K和AKT抑制劑的敏感性[14]。曲妥珠單抗可通過誘導(dǎo)miRNA-542-3p表達(dá)從而減少乳腺癌細(xì)胞的增殖，PI3K抑制劑通過激活FOXO1下調(diào)miRNA-542-3p的表達(dá)，進(jìn)而降低曲妥珠單抗的療效[31]。PI3K抑制劑在臨床中的廣泛應(yīng)用更加凸顯了FOXO對預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥的重要性。

FOXO還可以通過其他機(jī)制誘導(dǎo)耐藥，多藥耐藥相關(guān)蛋白2（multidrug resistance-associated protein 2，MRP2）的啟動子區(qū)域包含4個FOXO結(jié)合位點，三苯氧胺及他莫昔芬耐藥乳腺癌細(xì)胞中MRP2的過表達(dá)與FOXO的轉(zhuǎn)錄調(diào)控密切相關(guān)[32]。多柔比星耐藥的乳腺癌細(xì)胞中的FOXO1通過激活多藥耐藥相關(guān)蛋白1（multidrug resistance-associated protein 1，MRP1）的表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞的治療抵抗，而多柔比星耐藥的白血病細(xì)胞K562中的FOXO3被證實是MRP1的重要調(diào)節(jié)因子[33-34]。一些抗腫瘤藥物通過提高腫瘤細(xì)胞的氧化應(yīng)激水平從而發(fā)揮細(xì)胞毒性作用，F(xiàn)OXO可以通過誘導(dǎo)抗氧化酶的表達(dá)從而維持細(xì)胞的穩(wěn)定。例如，F(xiàn)OXO1在紫杉醇耐藥的卵巢癌細(xì)胞中過表達(dá)，其可通過調(diào)控SOD2的表達(dá)保護(hù)卵巢癌細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡[35]。此外，在食管鱗狀細(xì)胞癌中，F(xiàn)OXO1的活化上調(diào)了腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer associated fibroblast，CAF）的表達(dá)，促進(jìn)了TGFβ-1的分泌，從而引起食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞對順鉑和紫杉醇耐藥[36]。上述研究表明FOXO是防治腫瘤耐藥的重要調(diào)節(jié)因子。然而，大多數(shù)的研究成果是在細(xì)胞系或小鼠模型中獲得的，為了明確FOXO在藥物反應(yīng)和腫瘤細(xì)胞耐藥性方面的作用，未來的研究還需要對原發(fā)性腫瘤細(xì)胞進(jìn)行機(jī)制方面的驗證。

2.3 FOXO 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

FOXO轉(zhuǎn)錄因子不僅誘導(dǎo)了治療耐藥，還參與了腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過程。在乳腺癌細(xì)胞中，F(xiàn)OXO3誘導(dǎo)細(xì)胞遷移和侵襲的作用與雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）狀態(tài)有關(guān)，在ERα陽性細(xì)胞中，F(xiàn)OXO3可與17b-雌二醇結(jié)合減弱細(xì)胞的侵襲力，而在ERα陰性細(xì)胞中，F(xiàn)OXO3傾向于增加細(xì)胞的侵襲性[37]。此外，F(xiàn)OXO通過上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metallopreteinase，MMP）的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞的遷移。MMP是腫瘤侵襲時蛋白水解和細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)的關(guān)鍵性成分，F(xiàn)OXO3可以刺激MMP9和MMP13活化[38]。在人乳腺癌細(xì)胞中，細(xì)胞侵襲性的增強(qiáng)可部分歸因于FOXO1對MMP1轉(zhuǎn)錄的激活，MMP1還可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂周期因子25A（cell division cycle 25A，CDC25A）的活性促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[39]。研究發(fā)現(xiàn)，在β-連環(huán)蛋白高表達(dá)的人結(jié)腸癌細(xì)胞DLD1中，F(xiàn)OXO3的活化能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)細(xì)胞的遷移。在人結(jié)腸癌樣本中，細(xì)胞核中高水平的FOXO3和β-連環(huán)蛋白與結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移、進(jìn)展及患者生存期的縮短有關(guān)[40]。在胰腺導(dǎo)管腺癌和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤異種移植物中，F(xiàn)OXO3的敲除降低了腫瘤的生長速率和細(xì)胞的侵襲性[41-42]。

2.4 FOXO 與不良預(yù)后

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3的過表達(dá)與AML患者總生存期和無進(jìn)展生存期的縮短有關(guān)，與胰腺導(dǎo)管腺癌和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的進(jìn)展和預(yù)后不良有關(guān)[41-43]。針對FOXO3在乳腺癌和結(jié)直腸癌中定位的研究表明，F(xiàn)OXO3在細(xì)胞核中的高表達(dá)預(yù)示患者預(yù)后不良[40,44]。B細(xì)胞非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin lymphoma，NHL）中FOXO1突變與患者接受利妥昔單抗、環(huán)磷酰胺、多柔比星、長春新堿和強(qiáng)的松（RCHOP）方案治療后總生存期的縮短有關(guān)[45]。研究發(fā)現(xiàn)，磷酸化的FOXO1抑制了胃癌細(xì)胞的增殖和血管的生成，提高了患者的總生存率，降低了胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移率[46]。

3 靶向抑制FOXO的研究進(jìn)展

既往的研究將FOXO的激活作為腫瘤的治療方案，有研究證實FOXO在腫瘤的發(fā)生及生長因子信號反饋中起關(guān)鍵作用，抑制FOXO的活性似乎是一種更合理的治療策略。聯(lián)合使用FOXO和PI3K抑制劑有助于預(yù)防腫瘤藥物耐藥性的發(fā)生，該治療方案可能會干擾FOXO誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期的阻滯。但是，PI3K通路誘導(dǎo)的增殖信號不僅依賴于FOXO，還可以直接誘導(dǎo)多種細(xì)胞凋亡或誘導(dǎo)細(xì)胞周期因子發(fā)揮強(qiáng)大的抗凋亡和促增殖作用[47]。AS1842856是目前唯一可以阻止FOXO1易位至細(xì)胞核的靶向小分子抑制劑。AS1842856可阻斷MYC誘導(dǎo)的乳腺癌拉帕替尼耐藥[48]。除了小分子抑制劑外，研究者還研發(fā)出兩種具有FOXO抑制功能的多肽。FOXO1模擬肽可以如內(nèi)源性FOXO1一樣與IQGAP1結(jié)合，抑制ERK在FOXO1易位時發(fā)生的反饋性激活，改善前列腺癌細(xì)胞對PI3K抑制劑和紫杉醇的療效[16]。因此，抑制FOXO的活性并不會抵消PI3K抑制劑的治療效果，且有助于預(yù)防耐藥現(xiàn)象的發(fā)生。另一種FOXO4模擬肽能夠阻止FOXO4與p53結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，清除衰老細(xì)胞，但其在腫瘤中的作用尚不完全明確[49]。

4 小結(jié)與展望

FOXO轉(zhuǎn)錄因子是重要的腫瘤抑制因子。FOXO通過參與致癌信號傳導(dǎo)、氧化應(yīng)激及細(xì)胞代謝等細(xì)胞活動，調(diào)控多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。FOXO主要受PI3K/AKT通路的負(fù)調(diào)控，而FOXO受突變或PI3K抑制劑的影響被激活時，活化的FOXO通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制激活PI3K/AKT信號通路，誘導(dǎo)腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及耐藥，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，且高表達(dá)的FOXO與多種腫瘤的不良預(yù)后有關(guān)。此外，F(xiàn)OXO抑制劑與PI3K抑制劑聯(lián)合或單獨(dú)運(yùn)用被證實可以有效預(yù)防腫瘤治療耐藥的發(fā)生。FOXO有望成為阻止腫瘤生長、抑制腫瘤治療抵抗、改善患者預(yù)后的有效靶點，為腫瘤的治療提供新的思路。