FOXA1的作用機(jī)制及作為乳腺癌預(yù)后生物標(biāo)志的研究進(jìn)展

盧 微 劉雅文 程 熠 (吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院心血管疾病診治中心，吉林 長春 30000)

乳腺癌的發(fā)病具有明顯的家族遺傳傾向，而且與自身的雌激素水平密切相關(guān)。雌激素作用于雌激素受體(ER)從而調(diào)控的基因表達(dá)，是乳腺癌研究的重點(diǎn)。老年人由于雌激素分泌水平的改變以及其他機(jī)體功能的減退，是乳腺癌的高發(fā)人群。在發(fā)達(dá)國家，50%以上的乳腺癌患者是65歲以上的老年婦女〔1〕。叉頭盒蛋白A1(FOXA1)是叉頭盒蛋白家族成員之一，既有ERα輔助激活因子的功能，又有輔助阻遏因子的功能〔2～4〕，在乳腺、肝臟、胰腺、膀胱、前列腺、結(jié)腸和肺中均有表達(dá)，與包括乳腺癌在內(nèi)的許多癌癥的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)〔5～8〕。本文綜述了FOXA1的作用機(jī)制及其作為乳腺癌預(yù)后生物標(biāo)志的研究進(jìn)展。

1 FOXA1的基因表達(dá)、結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制

1.1 FOXA1的基因結(jié)構(gòu)與表達(dá) 人FOXA1是一個(gè)472個(gè)氨基酸殘基組成的轉(zhuǎn)錄輔助因子，可與含A(A/T)TRTT(G/T)RYTY序列的蛋白結(jié)合。FOXA1編碼基因位于14q21.1，其轉(zhuǎn)錄區(qū)域橫跨5 400個(gè)堿基，包括兩個(gè)外顯子和一個(gè)內(nèi)含子。在乳腺癌組織中，F(xiàn)OXA1編碼基因擴(kuò)增，但未發(fā)現(xiàn)該基因存在轉(zhuǎn)位和缺失。

激素是FOXA1轉(zhuǎn)錄的調(diào)控因素。在乳腺癌細(xì)胞中，胰島素可以抑制FOXA1的表達(dá)，而雌激素能夠誘導(dǎo)其表達(dá)。此外，F(xiàn)OXA1表達(dá)也受到其他轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)，Oct-4(octamer-binding transcription factor 4)和SOX4(SRY-related HMG-box transcription factor 4)對FOXA1表達(dá)起阻遏作用，而SOX17(SRY-related HMG-box transcription factor 17)和GATA-3(Transacting T-cell-specific transcription factor)增強(qiáng) FOXA1 的表達(dá)〔4〕。此外，PPARγ(Peroxisome proliferator activated receptor gamma)可以上調(diào)FOXA1的表達(dá)。

1.2 FOXA1的蛋白結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)位調(diào)控 FOXA1蛋白序列從N端至C端分為反式激活結(jié)構(gòu)域(1～93)，未知功能區(qū)(94～167)，叉頭盒結(jié)構(gòu)域(169～268)，未知功能區(qū)(269～416)和反式激活結(jié)構(gòu)域(417～472)。核定位信號肽位于叉頭盒結(jié)構(gòu)域的N端。FOXA1反式激活結(jié)構(gòu)域(位于第1-93個(gè)氨基酸殘基)的N端有一個(gè)酪蛋白激酶1的磷酸化位點(diǎn)〔9，10〕。

FOXA1的叉頭盒結(jié)構(gòu)域(FHD)由110個(gè)氨基酸殘基組成，序列高度保守，F(xiàn)OXA1通過FHD與DNA結(jié)合。FHD呈現(xiàn)出具有側(cè)翼的螺旋-環(huán)-螺旋構(gòu)象。FHD包括三個(gè)主要的α螺旋和三個(gè)反向平行的β折疊，其中第三個(gè)α螺旋與DNA主要的大溝相結(jié)合，是主要的DNA識別結(jié)構(gòu)域。三個(gè)依次排列的α螺旋通過β折疊形成兩個(gè)可以環(huán)繞DNA分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定蛋白和DNA的相互作用。FOXA1可被p300乙?；?，通過計(jì)算機(jī)模擬分析發(fā)現(xiàn):FHD有11個(gè)乙?；稽c(diǎn)，分別位于第6、160、163、237、240、264、267、270、385、410、414 個(gè)氨基酸殘基〔11〕。FOXA1主要位于細(xì)胞核。轉(zhuǎn)化生長因子 β1(TGF-β1)處理會導(dǎo)致FOXA1轉(zhuǎn)位至胞漿，這一過程可能需要蛋白激酶C(PKC)的參與。

1.3 FOXA1與染色質(zhì)的相互作用 FOXA1解開壓縮的染色質(zhì)需要組蛋白H3/H4的參與，染色質(zhì)構(gòu)象張開有助于其他轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合〔12～14〕。構(gòu)成FoxA1 FHD的一個(gè)螺旋與組蛋白H1和H5的側(cè)翼螺旋結(jié)構(gòu)域相似，該螺旋可能通過占領(lǐng)組蛋白H1和H5的DNA結(jié)合位點(diǎn)，起到與DNA和組蛋白核心結(jié)合的連接子作用〔9，15，16〕。

基因組中低甲基化的DNA區(qū)域易與FOXA1結(jié)合。DNA的去甲基化是FOXA1表達(dá)及其隨后被募集到靶基因增強(qiáng)子的基礎(chǔ)，而FOXA1的募集又進(jìn)一步誘導(dǎo)在這些增強(qiáng)子區(qū)域的組蛋白H3的第4個(gè)賴氨酸殘基的甲基化〔8〕。這些表觀遺傳的改變穩(wěn)定FOXA1的結(jié)合，并隨后促進(jìn)其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(SRC-3，USF2，TLE3，COUP-TFII，SHP，SMAD3 和 HDAC7)的 募集〔8，17，18〕。

2 FOXA1在乳腺癌細(xì)胞中的作用機(jī)制

FOXA1對乳腺腫瘤表型起重要作用。全基因表達(dá)的研究結(jié)果表明，在ER-α表達(dá)陽性和陰性的乳腺癌細(xì)胞中，F(xiàn)OXA1表達(dá)水平較高〔19，20〕。乳腺中的FOXA1缺失可造成導(dǎo)管形態(tài)學(xué)損傷，影響在ER陽性腺腔型上皮細(xì)胞雌激素受體的數(shù)量。FOXA1與ER-α、GATA3等輔助因子的相互作用，以及FOXA1對細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)作用，是目前研究得相對清晰的FoxA1作用機(jī)制。

2.1 FOXA1與ER-α的相互作用機(jī)制 在乳腺癌腫瘤及細(xì)胞系中，F(xiàn)OXA1的表達(dá)與ER相互關(guān)聯(lián)。FOXA1是影響ER與染色質(zhì)相互作用的決定性因素。

在人類21和22號染色體上的ER結(jié)合位點(diǎn)約有57個(gè)，這些位點(diǎn)大多含有叉頭模體和ERE序列或半ERE序列。ER和FOXA1的募集區(qū)域高度統(tǒng)一，約有48%的雌激素結(jié)合位點(diǎn)有FOXA1的相互作用。此外，有些不含叉頭模體的ER結(jié)合位點(diǎn)也募集 FOXA1，這種機(jī)制尚不清楚〔20～22〕。

FOXA1作為先導(dǎo)因子促進(jìn)后續(xù)的連接反應(yīng)，這不僅促進(jìn)了其他蛋白質(zhì)與之聯(lián)系，還優(yōu)化了常染色質(zhì)的狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn):ER結(jié)合位點(diǎn)和FOXA1結(jié)合位點(diǎn)之間的重疊區(qū)在同一種乳腺癌細(xì)胞系中達(dá)到了52%～58%，這些重疊區(qū)域大多處在有完整核小體聚縮的染色質(zhì)部位，而二者的非重疊區(qū)域處在無核小體結(jié)構(gòu)的松弛染色質(zhì)區(qū)域。FOXA1的結(jié)合引起DNase I對結(jié)合位點(diǎn)切割活性的提高，與目的基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)關(guān)系密切。在缺少FOXA1的MCF-7乳腺癌細(xì)胞系中，雌激素依賴性基因轉(zhuǎn)錄相應(yīng)減弱〔23〕;FOXA1表達(dá)水平的降低可完全阻礙ER與TFF-1啟動子、XBP-1增強(qiáng)子1和NRIP-1增強(qiáng)子的結(jié)合能力。FOXA1的存在可確定染色質(zhì)上的特異性的位點(diǎn)，從而有利于ER轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的結(jié)合〔20〕。

此外，TLE1介導(dǎo)ER與染色質(zhì)作用也受到FOXA1的調(diào)控。FOXA1位于TLE1的上游，是TLE1表達(dá)的必要條件。FOXA1蛋白表達(dá)水平的降低可使TLE1表達(dá)水平下調(diào)，從而在非FOXA1結(jié)合的基因組區(qū)域，影響ER-染色質(zhì)的相互作用〔24〕。

除了調(diào)控ER的活性，研究發(fā)現(xiàn)FOXA1可直接結(jié)合在ESR1啟動子上，ESR1是ER mRNA在乳腺癌中表達(dá)所必需的。因此，F(xiàn)OXA1除了可對ER的活性進(jìn)行調(diào)控，也可對乳腺癌中ER的表達(dá)水平進(jìn)行調(diào)控。

2.2 FOXA1和GATA3在乳腺癌細(xì)胞中的相互作用 GATA3結(jié)合在編碼FOXA1的基因調(diào)控區(qū)，F(xiàn)OXA1在乳腺中的表達(dá)與GATA3高度相關(guān)〔25〕。在乳腺癌中，GATA3在腺腔上皮細(xì)胞的分化和分化上皮細(xì)胞的導(dǎo)管樹的形成中起重要作用。GATA3的表達(dá)與乳腺癌中ER的表達(dá)水平關(guān)系密切。研究證明:77% ～95%的ERα陽性細(xì)胞GATA3陽性，0% ～24%ERα陰性細(xì)胞表現(xiàn)GATA3陽性〔26〕。在ER陽性乳腺癌細(xì)胞中，GATA3高水平表達(dá)并和FOXA1共同募集在細(xì)胞型專一性增強(qiáng)子。GATA3在ER的上游區(qū)域發(fā)揮作用，與ERE的啟動子相互作用從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄，并參與ER和其他核因子如FOXA1的對話。

2.3 FOXA1與細(xì)胞周期的關(guān)系 FOXA1與許多參與細(xì)胞周期調(diào)控的關(guān)鍵因子關(guān)系密切，可直接或間接影響其表達(dá)，從而對細(xì)胞周期的進(jìn)行和抑制進(jìn)行調(diào)控。

FOXA1是GATA3下游效應(yīng)因子，可作為連接GATA3和ER信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的樞紐，控制并調(diào)節(jié)腺腔型乳腺癌的發(fā)展〔4〕。GATA3在維持分化細(xì)胞靜息狀態(tài)中起重要作用，GATA3表達(dá)的缺失可引起G1期停滯和細(xì)胞增殖降低〔3〕。

乳腺癌細(xì)胞中FOXA1的過量表達(dá)也可影響與細(xì)胞周期相關(guān)的抑制因子BRCA1和p27的表達(dá)，并且促進(jìn)E鈣黏著蛋白(E-cadherin)的表達(dá)〔4〕。實(shí)驗(yàn)證明:FOXA1在 luminal(MCF7 and SKBR3)型和basal(MDA-MB-231)型乳腺癌細(xì)胞系中可轉(zhuǎn)錄激活并強(qiáng)迫表達(dá)細(xì)胞周期抑制因子p27等，降低癌細(xì)胞的數(shù)量〔27〕。E-cadherin基因表達(dá)的缺失可導(dǎo)致細(xì)胞與細(xì)胞之間黏附功能障礙，引發(fā)癌細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移。人類E-cadherin調(diào)控基因上有4個(gè)FOXA1結(jié)合位點(diǎn)，在乳腺癌細(xì)胞中FOXA1通過激活E-cadherin啟動子，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)行〔2〕。研究發(fā)現(xiàn)，抑制FOXA1在MCF-7乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)可以阻礙ER與TFF1的啟動子的作用，阻礙雌激素對TFF1的誘導(dǎo)表達(dá)，從而阻止激素誘導(dǎo)下重新進(jìn)入細(xì)胞周期，而正常表達(dá)FOXA1蛋白的乳腺癌細(xì)胞會脫離靜止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)入細(xì)胞周期過程〔3〕。RPRM是一種細(xì)胞周期抑制子，RPRM的表達(dá)可明顯阻遏細(xì)胞周期的進(jìn)行。siRNA抑制RPRM的表達(dá)可導(dǎo)致進(jìn)入S期的細(xì)胞明顯增加。全基因測序結(jié)果表明:RPRM序列上存在多個(gè)ERE位點(diǎn)和FOX結(jié)合位點(diǎn)。RPRM的抑制作用受ER的介導(dǎo)，F(xiàn)OXA1可募集到RPRM啟動子上，導(dǎo)致RNA PolⅡ從RPRM啟動子上分離，從而使轉(zhuǎn)錄效率降低。在MCF7細(xì)胞中，抑制FoxA1的表達(dá)，可導(dǎo)致E2介導(dǎo)的RPRM的表達(dá)抑制缺失〔28〕。

3 FOXA1與乳腺癌預(yù)后的關(guān)系

FOXA1是介導(dǎo)ER行使其功能的輔因子。FOXA1的表達(dá)與ER陽性腺腔型乳腺癌的分型有潛在的關(guān)聯(lián)，以核著色的百分?jǐn)?shù)對FOXA1的表達(dá)進(jìn)行打分(3分以上是陽性)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)184例樣本中有139例為ER陽性〔5〕。全基因組表達(dá)研究也表明:FOXA1 mRNA的高表達(dá)與預(yù)后良好的ER陽性乳腺癌細(xì)胞相關(guān);在Luminal亞型中，A型預(yù)后好于B型。FOXA1可作為Luminal A 亞型的預(yù)后標(biāo)志物〔29～33〕。

ER、孕激素受體(PR)和HER2/neu是重要的診斷及預(yù)后標(biāo)志物，研究〔23〕發(fā)現(xiàn):對404個(gè)乳腺癌患者的乳腺癌組織進(jìn)行取樣分析，其中300個(gè)患者的FOXA1陽性表達(dá)，且FOXA1的表達(dá)與ER-α陽性、PR陽性、Luminal A亞型呈正相關(guān)，組織惡化的乳腺癌細(xì)胞中FOXA1表達(dá)降低;FOXA1在純粹的原位導(dǎo)管癌中的表達(dá)水平明顯高于在浸潤導(dǎo)管癌中的表達(dá)水平。通過對FOXA1表達(dá)水平有明顯差異的IDC樣本之間進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)FOXA1的表達(dá)與良好預(yù)后指標(biāo)如低腫瘤分級、淋巴血管浸潤率降低、ER表達(dá)呈正相關(guān)，而與EGFR、CK5/6，CK14 and CK17 呈負(fù)相關(guān)〔4、5、27〕。

盡管FOXA1的高表達(dá)與更好的生存率相關(guān)，但多元分析顯示FOXA1并不是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素，單獨(dú)的FOXA1免疫組化評估結(jié)果并不可用于臨床上區(qū)分luminal有顯著差異的亞型〔4、5〕。GATA-3水平是一個(gè)臨床乳腺癌分析的高敏感預(yù)后指標(biāo)〔26〕，在FOXA1陽性表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中，83.1%為luminal A型，GATA-3陽性表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中，87.7%為luminal A型，二者存在高度的一致性。

4 結(jié)語

ER陽性的乳腺癌患者對內(nèi)分泌治療的反應(yīng)敏感。早期診斷及預(yù)后的判斷對老年乳腺癌患者具有重要意義。FOXA1介導(dǎo)ER調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其表達(dá)水平可標(biāo)志良好的預(yù)后效果。由此可知，F(xiàn)OXA1是一種與乳腺癌細(xì)胞生長與凋亡密切相關(guān)的蛋白因子。深入研究FOXA1在乳腺癌細(xì)胞中的分子調(diào)控機(jī)制，有助于老年乳腺癌的診斷和治療。

1 Muss HB.Adjuvant therapy for older women with breast cancer〔J〕.Breast Therapy，2003;12(6):550-7.

2 Williamson EA，Wolf I，O'Kelly J，et al.BRCA1 and FOXA1 proteins coregulate the expression of the cell cycle-dependent kinase inhibitor p27Kip1〔J〕.Oncogene，2006;25(9):1391-9.

3 Josèe Laganière，Geneviève Deblois，Cèline Lefebvre，et al.Location analysis of estrogen receptor α target promoters reveals that FOXA1 defines a domain of the estrogen response〔J〕.Biochemistry，2005;102(33):11651-6.

4 Berry DA.Estrogen-receptor status and outcomes of modern chemotherapy for patients with node-positive breast cancer〔J〕.JAMA，2006;295(14):1658-67.

5 Habashy HO，Powe DG，Rakha EA，et al.Forkhead-box A1(FOXA1)expression in breast cancer and its prognostic significance〔J〕.Eur J Cancer，2008;44(11):1541-51.

6 Lin L，Miller CT，Contreras JI，et al.The hepatocyte nuclear factor 3 alpha gene，HNF3 alpha(FOXA1)，on chromosome band 14q13 is amplified and overexpressed in esophageal and lung adenocarcinomas〔J〕.Cancer Res，2002;62(18):5273-9.

7 Nucera C，Eeckhoute J，F(xiàn)inn S，et al.FOXA1 is a potential oncogene in anaplastic thyroid carcinoma〔J〕.Clin Cancer Res，2009;15(11):3680-9.

8 Aurélien A ，Stéphane Avner，F(xiàn)rédéric Percevault，et al.Epigenetic switch involved in activation of pioneer factor FOXA1-dependent enhancers〔J〕.Genome Res，2011;21(4):555-65.

9 Friedman JR，Kaestner KH.The Foxa family of transcription factors in development and metabolism〔J〕.Cell Mol Life Sci，2006;63(19-20):2317-28.

10 Cirillo LA，Zaret KS.Specific interactions of the wing domains of FOXA1 transcription factor with DNA〔J〕.NIH Public Access，2007;366(3):720-4.

11 Kohler S，Cirillo LA.Stable chromatin binding prevents FoxA acetylation，preserving FoxA Chromatin Remodeling〔J〕.Biol Chem，2010;285(1):464-72.

12 Zhang L.Foxa2 integrates the transcriptional response of the hepatocyte to fasting〔J〕.Cell Metab，2005;2(2):141-8.

13 Gualdi R，Bossard P，Zheng MH，et al.Hepatic specification of the gut endoderm in vitro:cell signaling and transcriptional control〔J〕.Genes Dev，1996;10(13):1670-82.

14 Cirillo LA，Lin FR，Cuesta I，et al.Opening of compacted chromatin by early developmental transcription factors HNF3(FoxA)and GATA-4〔J〕.Mol Cell，2009;9(2):279-89.

15 Ramakrishnan V，F(xiàn)inch JT，Graziano V，et al.Crystal structure of globular domain of histone H5 and its implications for nucleosome binding〔J〕.Nature，1993;362(6417):219-23.

16 Clark KL，Halay ED，Eseng L，et al.Co-crystal structure of the HNF-3/fork head DNA-recognition motif resembles histone H5〔J〕.Nature，1993;364(6436):412-20.

17 Sekiya T，Zaret KS.Repression by Groucho/TLE/Grg proteins:genomic site recruitment generates compacted chromatin in vitro and impairs activator binding in vivo〔J〕.Mol Cell，2007;28(2):291-303.

18 Frasor J，Danes JM，F(xiàn)unk CC，et al.Estrogen down-regulation of the corepressor N-CoR:mechanism and implications for estrogen derepression of N-CoR-regulated genes〔J〕.Cell Biol，2005;102(37):13153-7.

19 Doane AS，Danso M，Lal P，et al.An estrogen receptor-negative breast cancer subset characterized by a hormonally regulated transcriptional program and response to androgen〔J〕.Oncogene，2006;25(28):3994-4008.

20 Carroll JS，Liu XS，Brodsky AS，et al.Chromosome-wide mapping of estrogen receptor binding reveals long-range regulation requiring the forkhead protein FoxA1〔J〕.Cell，2005;122(1):33-43.

21 Veer LF，Dai H，van de Vijver MJ，et al.Gene expression profiling predicts clinical outcome of breast cancer〔J〕.Nature，2002;415(31):530-6.

22 Lacroix M，Leclercq G.About GATA3，HNF3A，and XBP1，three genes co-expressed with the oestrogen receptor-α gene(ESR1)in breast cancer〔J〕.Mol Cell Endocrinol，2004;219(1-2):1-7.

23 Badve S，Turbin D，Thorat MA，et al.Luminal subtype A and survival correlation with FOXA1 expression in breast cancer〔J〕.Clin Cancer Res，2007;13(15):4415-21.

24 Palaparti A，Baratz A，Stifani S，et al.The Groucho/transducin-like encancer of split transcriptional repressors interact with the genetically defined amino-terminal silencing domain of histone H3〔J〕.J Biol Chem，1997;272(42):26604-10.

25 Kouros-Mehr H，Slorach EM，Sternlicht MD，et al.GATA-3 maintains the differentiation of the luminal cell fate in the mammary gland〔J〕.Cell，2006;127(5):1041-55.

26 Fang，SH，Chen Y.GATA-3 as a marker of hormone response in breast cancer〔J〕.J Surg Res，2009;157(2):290-5.

27 Wolf L，Bose S，Williamson EA，et al.FOXA1:growth inhibitor and a favorable prognostic factor in human breast cancer〔J〕.Cancer，2006;120(5):1013-22.

28 Malik S，Jiang S，Garee JP，et al.HDAC7 and FoxA1 in estrogen-mediated repression of RPRM〔J〕.Mol Cell Biol，2009;31(11):907-9.

29 Thorat MA，Morimiya A，Savage K，et al.Forkhead box A1 expression in breast cancer is associated with luminal subtype and good prognosis〔J〕.J Clin Pathol，2008;61(3):327-32.

30 Andre F，Pusztai L.Molecular classification of breast cancer:implications for selection of adjuvant chemotherapy〔J〕.Nature Clin Prac，2006;3(11):621-32.

31 Hurtado A，Holmes KA，Ross-Innes CS，et al.FOXA1 is a key determinant of estrogen receptor function and endocrine response〔J〕.Nature Genet，2011;43(1):27-33.

32 Avraham KB，Colin，David G，et al.Murine chromosomal location of eight members of the hepatocyte nuclear factor 3/fork head winged helix family of transcription factors〔J〕.Genomics，1995;25(2):388-93.

33 Hu XL，Stern HM，Ge L，et al.Genetic alterations and oncogenic pathways associated with breast cancer subtypes〔J〕.Mol Cancer Res，2009;7(4):511-22.