SOX7與Wnt/β-catenin通路在腫瘤中的研究進展*

張清秀 王 鵬

(1.泰山醫(yī)學院，山東 泰安 271000，2. 泰山醫(yī)學院附屬泰山醫(yī)院胸外科，山東 泰安 271000)

SOX7是含高遷移率族蛋白(HMG)結構域的SOX基因家族SOXF亞族的成員之一。近年來的研究表明，SOX7在腫瘤的發(fā)生及抑制中發(fā)揮重要作用。經典的Wnt信號通路(Wnt/β-catenin通路)對細胞維持自我更新、抑制分化、增殖、遷徙、極性和凋亡起到重要作用，經典途徑與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關系密切。本文就SOX7與Wnt/β-catenin通路在腫瘤中的具體作用及相關機制的研究進展做一綜述。

1 SOX7基因和SOX基因家族概述

1.1 SOX基因家族

Sinclair 等[1]于1990年克隆出人體Y染色體性別決定基因(SRY)，定位于Yp11.3。 SOX(SRY-related high-mobility-group box)基因是在HMG-box區(qū)域其氨基酸序列具有高度的保守性，且編碼的蛋白質與SRY產物在該基序保守區(qū)具有60%以上相似氨基酸序列基因構成的基因家族。根據(jù)HMG-box同源程度的差異，SOX基因家族可分為10個亞家族：A、B、C、D、E、F、G、H、I、J亞家族，有33個家族成員。SOX基因家族編碼與生物發(fā)育有關的轉錄因子，其編碼的轉錄因子在細胞內外信號傳導過程中，可以上調或下調信號傳導通路的活性大小，在性別決定、性別分化、早期的胚胎分化、神經系統(tǒng)的發(fā)育、晶體的發(fā)育、軟骨的形成和造血功能的產生等生物生長發(fā)育行為中起著重要作用。

SOX家族基因一般具有以下特點[2,3]：(1)產物具有一個HMG-box基序，與SRY有60%以上的相似氨基酸序列。(2)能特異性識別DNA序列，與5”-(A/T)(A/T)CAA(A/T)G-3”序列結合，使靶DNA發(fā)生彎曲。(3)編碼的產物作為一類重要的轉錄調控因子發(fā)揮作用，SOX蛋白與其他轉錄調控因子或配體蛋白相結合形成復合體調控靶基因的表達。(4)參與早期胚胎的發(fā)育調控過程，決定細胞的命運，其表達具有時間和空間特異性，并能與其他調控基因相互作用，從而構成一個多層次、多環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡控系統(tǒng)。(5)SOX家族成員具有功能特異性和組織特異性，同一SOX基因在同一細胞中對不同的啟動子或不同細胞中影響不同；部分家族基因之間在功能上相互交叉且可替代。(6)在進化上高度保守，且不成簇的存在，分散存在于整個基因組中。

1.2 SOX7基因及其生物學作用

Shiozawa M[4]于1996年首先在非洲爪蟾和小鼠中克隆出SOX7基因，鼠SOX7多膚能夠與DNA序列AACAAT結合，調控一系列靶基因的表達，包括發(fā)育基因Gata-4和Gata-6，隨后發(fā)現(xiàn)SOX7在內胚層的分化中發(fā)揮重要作用。SOX7位于人類染色體8p23.1[5]，編碼377個氨基酸，是SOX基因F亞族成員之一，人類SOX7mRNA在成人肺、氣管、前列腺、淋巴結、胎盤、心臟中高表達。研究表明，SOX7與SOX18對于非洲爪蟾心臟發(fā)育是必不可少的，SOX7能抑制β-catenin誘導的Siamois，并且SOX7的C末端在這一作用中是必須的，SOX7、SOX17、SOX18在爪蟾心臟發(fā)育過程中能激活Nodal編碼相關蛋白Xnrs，且他們之間在功能上存在功能冗余性[6]。SOX7和SOX17能增強鼠層粘連蛋白α1的表達而調節(jié)鼠內胚層分化[7]。在斑馬魚血管生成過程中，SOX7與SOX18在維持動脈血管平衡過程中存在功能冗余性，共敲除SOX7和SOX18造成血管生成缺陷[8]。在胚胎干細胞分化的過程中，利用全基因表達譜的方法鑒定了SOX7作為潛在的候選基因，參與了中胚層形成血液譜系的調控。SOX7在中胚層前體中瞬時表達，體外敲除SOX7大大減少了原始紅細胞造血祖細胞和內皮祖細胞的形成，SOX7在最初定型的血液前體中的分子調控中作為一個新的重要的調節(jié)子，SOX7的持續(xù)表達完全改變了血細胞生成中增殖和分化的平衡[9]。Savage J等發(fā)現(xiàn)，SOX7和SOX15能夠誘導早期階段的肌肉生成，但是只有SOX7具有形成完全分化的骨骼肌的功能。

2 SOX7基因與腫瘤

通過連鎖分析和體細胞缺失分析發(fā)現(xiàn)人類染色體 8p23.1上有一個1.4Mb長的包括抑癌基因的片段，SOX7也位于這一區(qū)域，因此推測SOX7可能是一個抑癌基因。SOX7的低表達與許多腫瘤的發(fā)生有關，在前列腺癌、結腸癌、原發(fā)性乳腺癌、原發(fā)性腎癌、原發(fā)性肺癌中SOX7mRNA表達水平明顯下調；在胃癌、食管癌、胰腺癌中高表達，在癌細胞系HL60、HeLa、S3、K562、MOLT-4、Raji、SW480、A549等中不表達或低表達[10]；這表明SOX7及SOX家族基因在多種組織的表達，在時間與空間上均具有差異性，同一SOX基因在不同的細胞或在同一細胞中對不同的組織具有不同的影響。

SOX7 mRNA表達水平在肝癌細胞系比正常肝組織表達下調，在肝癌組織比匹配的癌旁組織表達下調；SOX7 DNA啟動子區(qū)在肝癌細胞系Hep3B、SK-Hep-1、HepG2、Huh-1發(fā)生甲基化，而在SOX7 mRNA表達下調的肝癌組織中發(fā)現(xiàn)SOX7 DNA啟動子區(qū)甲基化現(xiàn)象并不明顯[11]。結腸癌組織與正常結腸組織相比，SOX7基因在結腸癌細胞及結腸癌組織中低表達；結腸癌細胞系SW480在DNA甲基轉移酶抑制劑五氮胞昔刺激下SOX7表達水平上升，甲基化特異性聚合酶鏈技術結果顯示SOX7在結腸癌中低表達受DNA 甲基化調控；在結腸癌細胞系SW480中過表達SOX7能促進生存素的表達[12]。ZHOU X等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在人類結直腸癌細胞SW480中SOX7參與了阿司匹林介導的抑制SW480細胞系生長，并通過AP1轉錄因子調節(jié)SOX7的表達。啟動子區(qū)的甲基化改變引起SOX7在前列腺癌中低表達，SOX7是前列腺細胞和結腸上皮細胞中β-catenin功能的一個獨立檢測標志，SOX7蛋白能和β-連環(huán)蛋白(β-catenin)相互作用從而抑制β-catenin的轉錄，異常表達的SOX7抑制細胞增殖并且抑制由于β-catenin突變引起的轉錄，SOX7的失活和結腸癌、前列腺癌的發(fā)生相關，推測SOX7是一個抑癌基因，并且在β-catenin的轉錄中起著關鍵作用[14]。在原發(fā)性肺腺癌中，SOX7低表達，且伴隨SOX7低表達的肺腺癌患者預后差[15]。在胰腺癌細胞株BXPC-3、CFPAC-1中SOX7基因的mRNA呈陽性表達，而在PANC-1和SW1990中SOX7基因表達沉默；與BXPC-3、CFPAC-1相比，PANC-1和SW1990中SOX7基因啟動子區(qū)甲基化率較高；經過去甲基化處理后，PANC-1與SW1990中SOX7啟動子區(qū)的甲基化率下降，基因重新表達，這表明胰腺癌細胞株PANC-1和SW1990中的SOX7基因表達與啟動子區(qū)甲基化狀態(tài)有關，啟動子區(qū)的高甲基化導致PANC-1、SW1990中SOX7基因的表達沉默[16]。通過RT-PCR和Western blot方法證實轉然后的胃癌MKN45細胞SOX7表達明顯上調，轉染組較對照組增殖和侵襲能力明顯下降，且Wnt/β-catenin信號通路下游關鍵因子間質金屬蛋白酶9(MMP-9)表達明顯下調，SOX7在體外可以有效抑制人胃癌MKN45細胞株的增殖和侵襲，其機制可能是通過負性調控Wnt/β-catenin信號通路下游引起的[18]。

3 Wnt信號通路與腫瘤

3.1 Wnt信號通路概述

自1982年Roel Nusse發(fā)現(xiàn)Wnt基因后，Wnt信號通路的相關蛋白及各分子間的相互作用機制逐漸被闡明。Wnt是一種脂肪酸修飾的分泌蛋白，其家族總共包括19種家族蛋白，通過自分泌和旁分泌與細胞膜上的Frizzled受體即7次跨膜卷曲蛋白相結合，可激活3條細胞內的信號途徑：Wnt/PCP通路、Wnt/Ca2+通路和Wnt/β-catenin通路，前兩條通路是非β-catenin依賴性的，第三條是β-catenin依賴性的，即經典的Wnt信號通路。經典的Wnt信號通路對細胞維持自我更新、抑制分化、增殖、遷徙、極性和凋亡起到重要作用[17]，研究發(fā)現(xiàn)經典途徑與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關系密切。

Wnt/β-catenin信號通路：通常在成熟的正常細胞中無Wnt/β-catenin信號通路，胞質內絕大多數(shù)的β-catenin與細胞膜上的胞內鈣粘蛋白(E-cadherin)胞內的肽段結合，形成粘附復合體，參與細胞間的粘附作用，少數(shù)與結直腸腺瘤息肉蛋白(APC)、酪蛋白激酶(CK1)、糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)及軸蛋白(Axin)在細胞質內結合形成“Axin-APC-GSK3β復合體”。CK1首先將β-catenin第45位的色氨酸磷酸化，GSK-3β再將β-catenin的33位色氨酸、37位色氨酸、41位色氨酸磷酸化，β-catenin被磷酸化后變成泛素介導的由蛋白酶體降解的靶物質被降解，導致β-catenin被蛋白酶體迅速降解而保持低水平，因此細胞胞質內僅有極少量的游離的β-catenin，不能進入并在細胞核內調控基因的的表達。GSK-3β和CK1對β-catenin的磷酸化在Axin和APC的作用下得到促進。在Wnt信號刺激下，Wnt蛋白通過與輔助低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(LRP5/6)和卷曲Frizzled蛋白跨膜受體結合后，胞質中的Dsh被募集至包膜下，Dsh能將GSK-3β磷酸化，使其從Axin上脫落，拮抗β-catenin降解復合物“Axin-APC-GSK3β復合體”的形成，進而阻斷β-catenin磷酸化、泛素華降解，導致大量游離的β-catenin在胞漿聚集并進入細胞核[19]。LEF(lymphoid enhancement factor)/TCF(T cell factor)是一類具有雙向調節(jié)功能的轉錄因子，是Wnt/β-catenin的下游分子。當核內缺乏β-catenin時，LEF/TCF與轉錄因子Groucho和組蛋白乙?；敢种茝秃衔?，從而阻斷Wnt靶基因的轉錄。當β-catenin進入細胞核后，它直接取代Groucho與LEF/TCF結合，并與細胞內的其他因子共同作用解除LEF/TCF被抑制狀態(tài)，特異的啟動激活下游靶基因(如c-myc、cyclinD1[20]、FGF20、DKK1和MMP等)的轉錄和表達，而這些基因在腫瘤的發(fā)生和轉移中起重要作用[19]。

3.2 Wnt/β-catenin信號通路與腫瘤

Wnt細胞信號轉導途徑是一條對控制胚胎發(fā)育有重要作用、進化上高度保守的信號轉導途徑[21]，在調控細胞生長、發(fā)育、分化和凋亡上起關鍵作用[22]。Wnt信號通路由許多信號蛋白構成，發(fā)生突變或任何一個成員蛋白異常的表達，均使Wnt信號通路激活，從而引起細胞異常增殖，導致細胞向惡性轉化及腫瘤的發(fā)生[23]。Wnt/β-catenin信號通路的失調在癌癥中很普遍，該途徑的過表達可導致轉基因屬發(fā)生腫瘤[24]，在人類許多腫瘤中發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號通路異常，在多數(shù)結直腸癌中含有Wnt信號通路的變異基因[25]，在前列腺癌中Wnt/β-catenin信號通路異常激活，促進前列腺癌的發(fā)生和快速發(fā)展為浸潤性癌[26]，在肝癌、原發(fā)性腎癌[27]、原發(fā)性肺癌[28,29]、惡性黑色素瘤[30]、乳腺癌、胃癌、髓母細胞瘤等腫瘤中發(fā)現(xiàn)該信號通路的異常激活。研究表明突變的Wnt信號通路與人類多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關[31]。

3.3 SOX7與Wnt信號通路

已有研究證實SOX7是Wnt/β-catenin/TCF信號通路的抑制子[14]，當聚集在細胞質中的β-catenin轉移到細胞核時，SOX7通過與TCF競爭結合β-catenin，或者促進癌細胞中β-catenin突變，使其能夠被“Axin-APC-GSK3β復合體”磷酸化，隨后泛素化被蛋白酶體降解，而抑制β-catenin/TCF介導的基因轉錄激活，發(fā)揮腫瘤抑制基因功能， SOX7通過抑制Wnt/β-catenin/TCF信號通路而發(fā)揮作用[5]。SOX7與Wnt信號通路的作用機制還可能有以下幾種[11]：(1)SOX7與TCF競爭結合目的基因啟動子區(qū)同一DNA結合位點，直接影響靶基因的表達；(2)SOX7可能穩(wěn)定TCF/Tle抑制因子復合體，通過SOX7和TCF的直接作用或者SOX7與T1e的結合而發(fā)揮抑制Wnt通路的作用；(3)SOX7可能招募協(xié)同抑制因子(如：HDAC)或者協(xié)同激活因子直接通過DNA結合位點與Wnt通路靶基因作用或者與β-catenin/TCF聯(lián)合發(fā)揮Wnt通路抑制作用；(4)在翻譯后水平，SOX7可能會招募一些酶與β-catenin或β-catenin/TCF的復合物結合，使β-catenin磷酸化或者泛素化從而影響蛋白的穩(wěn)定性；(5)SOX7和Wnt通路可能存在反饋調節(jié)機制。

4 結 語

SOX7蛋白與其他轉錄因子或配體蛋白形成復合體，并與其他調控基因相互作用，構成一個多環(huán)節(jié)、多層次的網(wǎng)絡調控系統(tǒng)，為腫瘤的發(fā)病機制提供理論依據(jù)，為腫瘤的預測、預防及治療提供新思路。SOX7基因在胚胎發(fā)育過程及癌癥的發(fā)生中起著重要作用，但目前對SOX7基因的研究還不夠深入，相信隨著研究的進展，將對于人們更好的認識癌癥的發(fā)生提供一系列有利線索。

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