FOXO轉(zhuǎn)錄因子參與銀屑病表皮增殖失調(diào)

苗朝陽(yáng)，張 淼，張曉艷

銀屑病是一種慢性、復(fù)發(fā)性、免疫介導(dǎo)的炎癥性皮膚疾病。以角質(zhì)形成細(xì)胞過(guò)度增殖、分化異常以及炎性細(xì)胞浸潤(rùn)為主要特征性改變。其病因及發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，遺傳、免疫因素、環(huán)境因素等在疾病形成中發(fā)揮重要作用。叉頭框（forkhead box，F(xiàn)ox）基因家族是以果蠅中發(fā)現(xiàn)的叉頭基因來(lái)命名，廣泛存在于從酵母到哺乳類(lèi)的真核生物中，其編碼的蛋白家族包括19個(gè)亞家族轉(zhuǎn)錄因子成員[1]，該家族具有一個(gè)共同的特征，即包含一長(zhǎng)約110個(gè)氨基酸的高度保守的DNA結(jié)合域。FOXOs（FOXO transcription factors）屬于其中一個(gè)亞家族，主要包括4個(gè)家族成員 ：FOXO1（FKHR）、FOXO3（FKHRL1）、FOXO（AFX）和FOXO6。前3種廣泛表達(dá)，不同的組織內(nèi)表達(dá)水平不同，而FOXO6只在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)。FOXOs轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)及活性受到轉(zhuǎn)錄后修飾的調(diào)節(jié)（包括磷酸化、甲基化、乙?；?、泛素化、miRNAs等）。它被認(rèn)為是一種腫瘤抑制因子，可以活化或抑制下游靶基因的表達(dá)，參與細(xì)胞增殖、凋亡、分化及應(yīng)激抵抗等多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程。既往有文獻(xiàn)提出FOXOs轉(zhuǎn)錄因子可能參與銀屑病的發(fā)病，但確切的作用機(jī)制尚不清楚。本文將對(duì)轉(zhuǎn)錄因子FOXOs參與銀屑病表皮過(guò)度增生可能的機(jī)制、途徑進(jìn)行綜述。

1 信號(hào)通路

1.1 PI3K/AKT

3-磷 酸 肌 醇 激 酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是肌醇與磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol,PI）的重要激酶，其活化而產(chǎn)生的類(lèi)脂質(zhì)產(chǎn)物包括3,4-二磷酸磷脂酰肌醇，3,5-二磷酸磷脂酰肌醇以及3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol-3-phosphate，PIP3）。PIP3作為細(xì)胞的第二信使，活化蛋白激酶B （protein kinase B，PKB/AKT），將信號(hào)傳遞給下游底物，包括哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、FOXOs轉(zhuǎn)錄蛋白等，該信號(hào)通路參與代謝、蛋白合成、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞周期及凋亡等重要生理功能過(guò)程?；罨腁KT可以磷酸化FOXOs蛋白，磷酸化的FOXOs蛋白與14-3-3蛋白結(jié)合后移出細(xì)胞核，從而降低細(xì)胞核內(nèi)FOXOs蛋白水平及轉(zhuǎn)錄活性，抑制其調(diào)控細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡的作用[2]。另有研究表明其與炎癥性疾病相關(guān)，其中包括銀屑病[3]。PI3K/AKT信號(hào)通路對(duì)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用與銀屑病免疫病理過(guò)程相關(guān)。Chamcheu等[4]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，銀屑病皮損中的PI3K/AKT及mTOR激酶的表達(dá)和活性上調(diào)，在咪喹莫特誘導(dǎo)的銀屑病小鼠模型的皮損中，上述激酶過(guò)度表達(dá)；磷酸化的AKT在銀屑病皮損中和體外活化的銀屑病樣角質(zhì)形成細(xì)胞中高表達(dá)[5]；銀屑病皮損中mTOR及其下游信號(hào)分子如核糖S6激酶被活化[6]；提示PI3K/AKT信號(hào)通路在銀屑病的皮損形成中發(fā)揮重要作用。

1.2 MAPK/ERK

絲裂原活化蛋白酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是細(xì)胞內(nèi)的一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，MAPK信號(hào)通路可以將細(xì)胞外的刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞增殖、分化以及凋亡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。胞外信號(hào)調(diào)控激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）屬于絲裂原活化蛋白激酶，活化后的ERK可以轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，磷酸化核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子，參與細(xì)胞增殖、分化的調(diào)控。不同于PI3K/AKT信號(hào)通路，MAPK/ERK也可以磷酸化FOXO1和FOXO3特定的磷酸化位點(diǎn)[7]。Roy等[8]研究提示抑制PI3K/AKT和MAPK/ERK信號(hào)通路，可以活化轉(zhuǎn)錄因子FOXOs，增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而抑制細(xì)胞周期和促進(jìn)細(xì)胞凋亡。小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，ERK可以磷酸化FOXOs蛋白，促進(jìn)其細(xì)胞核外轉(zhuǎn)移，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄活性[9]。該信號(hào)通路也參與銀屑病的發(fā)病過(guò)程，研究表明p38MAPK、ERK在銀屑病形成過(guò)程中起作用[10,11]。磷酸化的p38MAPK廣泛分布于銀屑病皮損的表皮中，定位于細(xì)胞核內(nèi)，誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)；人的角質(zhì)形成細(xì)胞中有p38MAPK依賴(lài)的蛋白表達(dá)，如抗菌肽、β防御素-2、S100A7、S100A8等[12]。

1.3 IKK/NF-κB

核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear transcription factor, NF）是一類(lèi)可以和某些基因啟動(dòng)子序列結(jié)合而發(fā)揮啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄功能的蛋白質(zhì)。核轉(zhuǎn)錄因子Kappa B（NF-κB）的主要功能是抗凋亡，它的活性依賴(lài)于IκB激酶（inhibiting kappa B kinase，IKK）的磷酸化作用?；罨腁KT可以調(diào)節(jié)IκB激酶的活性，進(jìn)而磷酸化NF-κB，促使抑制細(xì)胞凋亡的基因Bcl-2表達(dá)增強(qiáng)，抑制細(xì)胞凋亡。IKK作用于靶蛋白FOXO3，使Ser644位點(diǎn)磷酸化，磷酸化后的FOXO3移出細(xì)胞核，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活[13]。既往報(bào)道有關(guān)FOXOs與NF-κB之間的關(guān)系不一致，有文獻(xiàn)表明FOXOs可以抑制NF-κB的活性[14]。然而，在一些關(guān)于腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXOs可以增強(qiáng)NF-κB的活性[15]。銀屑病皮損角質(zhì)形成細(xì)胞細(xì)胞核內(nèi)NF-κB 的水平高于正常對(duì)照[16]；藥物可以通過(guò)抑制NF-κB活化，抑制角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮銀屑病的治療作用[17]；因此，NF-κB可能參與銀屑病的發(fā)病過(guò)程。

2 磷酸酶和張力蛋白同源基因

第10號(hào)染色體上缺失的磷酸酶和張力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）位于10q23.3，是一種抑癌基因，其編碼具有脂質(zhì)磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的雙重磷酸酶，可以負(fù)性調(diào)控PI3K/AKT等信號(hào)通路，參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)及分裂周期。PTEN是PI3K/AKT通路重要的負(fù)性調(diào)控器，通過(guò)去磷酸化作用使得PIP3轉(zhuǎn)化為PIP2，抑制AKT的活化[18]，從而抑制PI3K-AKTFOXO通路，抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖；PTEN也是轉(zhuǎn)錄因子FOXOs的靶基因，F(xiàn)OXOs可以增強(qiáng)PTEN基因的轉(zhuǎn)錄，正性調(diào)節(jié)PTEN的生物學(xué)功能。胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor 1，IGF-1）/PTEN/AKT/FOXOs信號(hào)通路在許多細(xì)胞和組織中發(fā)揮重要作用。在腫瘤的形成過(guò)程中，PTEN基因常常發(fā)生突變和缺失，從而導(dǎo)致PTEN的功能失活或降低。另外，PTEN在銀屑病的形成過(guò)程中的異常表達(dá)，可能導(dǎo)致角質(zhì)形成細(xì)胞的過(guò)度增殖。Li 等[19]研究表明，與正常皮膚組織相比，銀屑病皮損中PTEN的表達(dá)顯著降低，可能誘導(dǎo)PI3K/AKT信號(hào)通路活化，導(dǎo)致角質(zhì)形成細(xì)胞的過(guò)度增殖和凋亡異常。PTEN表達(dá)或功能降低，對(duì)PI3K/AKT信號(hào)通路負(fù)性調(diào)節(jié)作用減弱，增強(qiáng)FOXOs磷酸化水平，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄活性降低，抑制細(xì)胞凋亡相關(guān)基因表達(dá)，可能是銀屑病表皮角質(zhì)形成細(xì)胞過(guò)度增殖的機(jī)制之一。

3 微小RNAs

微小 RNAs（microRNA，miRNAs）是一類(lèi)非編碼小分子RNA，平均21～23個(gè)核苷酸序列[20]。miRNA與靶mRNA的3'端非翻譯區(qū)的互補(bǔ)序列結(jié)合，抑制其翻譯形成蛋白質(zhì)。目前人體內(nèi)被證實(shí)的miRNAs接近1 000種[21]，被認(rèn)為是人體重要的調(diào)節(jié)因子，參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及免疫應(yīng)答等生物學(xué)過(guò)程。miRNAs在FOXOs的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。Urbánek和Klotz[22]對(duì)既往有關(guān)miRNAs調(diào)節(jié)FOXOs活性的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，發(fā)現(xiàn)多種miRNAs參與FOXOs轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，其中包括miR-9、miR-21、miR-155、miR-182等；不同的miRNAs發(fā)揮作用的靶組織及參與的生物過(guò)程不同，并且不同microRNAs作用于FOXOs的不同亞型。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)miR-155可以作用于FOXO3，促進(jìn)胰腺癌的氧化應(yīng)激反應(yīng)。Babar等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌中，缺氧條件導(dǎo)致miR-155過(guò)度表達(dá)，同時(shí)會(huì)誘發(fā)miR-155的靶點(diǎn)- FOXO3a水平的下降，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)展，導(dǎo)致預(yù)后不良。在潰瘍性結(jié)腸炎的病變組織中發(fā)現(xiàn)miR-155表達(dá)上調(diào)，其調(diào)控的靶基因FOXO3a的表達(dá)水平明顯下降[25]。另一方面，銀屑病的皮損中miR-155的表達(dá)水平明顯高于正常皮膚組織；銀屑病皮損的角質(zhì)形成細(xì)胞中，抑制miR-155可以通過(guò)調(diào)節(jié)PTEN信號(hào)通路抑制細(xì)胞增殖、遷移以及促進(jìn)其凋亡[26]。Li 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在銀屑病皮損中miR-150的表達(dá)下調(diào)，低氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxiainducible factor 1α，HIF-1α）和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）表達(dá)上調(diào)，miR-150可能通過(guò)調(diào)節(jié)HIF-1α和VEGFA的表達(dá)來(lái)調(diào)控表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖。銀屑病患者皮損角質(zhì)形成細(xì)胞MiR-181b的表達(dá)水平低于健康對(duì)照和銀屑病患者非皮損，提示MiR-181可能負(fù)性調(diào)節(jié)銀屑病皮損角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖[28]。miRNAs參與FOXOs的轉(zhuǎn)錄后修飾，調(diào)控細(xì)胞的增殖和凋亡，可能在角質(zhì)形成細(xì)胞過(guò)度增殖中發(fā)揮作用。

4 細(xì)胞周期信號(hào)調(diào)控

細(xì)胞周期蛋白以及細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)的蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）是參與細(xì)胞周期調(diào)控的主要因子，其表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)節(jié)異常，甚至腫瘤的形成。細(xì)胞周期蛋白（cyclin）-細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)的蛋白激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）復(fù)合物磷酸化大量的細(xì)胞內(nèi)蛋白，促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期G1期，調(diào)節(jié)DNA的合成，觸發(fā)有絲分裂中染色體的分離，從而確保細(xì)胞周期有序進(jìn)行[29]。哺乳動(dòng)物的Cyclin家族成員超過(guò)20種，但是只有少部分Cyclin-CDK復(fù)合物被證實(shí)直接參與細(xì)胞分裂周期的調(diào)控，不同種類(lèi)的細(xì)胞周期蛋白在細(xì)胞周期的不同時(shí)期發(fā)揮作用。在細(xì)胞周期的G1期，Cyclin D與CDK4、CDK6相互作用，可以磷酸化視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（Rb）、p107、p130等，磷酸化的Rb蛋白從結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F解離，E2F起始轉(zhuǎn)錄、激活細(xì)胞周期相關(guān)的基因表達(dá)，從而推動(dòng)細(xì)胞周期由G1期進(jìn)入到S期；在G1期的后期，Cyclin E表達(dá)上調(diào)，活化CDK2，磷酸化更多的細(xì)胞周期相關(guān)蛋白；Cyclin A與CDK1、CDK2作用以及Cyclin B1-CDK1磷酸化細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和染色體功能，促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)程[30]。轉(zhuǎn)錄因子FOXOs參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)，F(xiàn)OXOs蛋白還可以直接結(jié)合Cyclin G2啟動(dòng)子，增加Cyclin G2的表達(dá)[31]，過(guò)表達(dá)的Cyclin G2可以誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯；Cyclin B是細(xì)胞有絲分裂的正性調(diào)節(jié)因子，在細(xì)胞分化增殖中發(fā)揮重要作用。Cyclin B表達(dá)缺失會(huì)影響細(xì)胞周期的末期，使細(xì)胞退出M期，F(xiàn)OXOs可以調(diào)控Cyclin B的合成和降解[32]。 FOXO3a可以上調(diào)細(xì)胞周期抑制因子P27Kip1和p21Cip1的表達(dá)，降低Cyclin D1和Cyclin E的表達(dá)水平，抑制細(xì)胞周期[33]。Sang等[34]研究發(fā)現(xiàn)FOXO3a通過(guò)上調(diào)P27Kip1，下調(diào)CDK2、Cyclin D1的表達(dá)，抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖。Cyclin D1還可以與 FOXOs形成復(fù)合物，抑制FOXOs與靶基因的結(jié)合，從而抑制其轉(zhuǎn)錄活性[35]。Abou 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照相比，銀屑病皮損中Cyclin D1表達(dá)明顯增加，p16表達(dá)明顯降低，Cyclin D1上調(diào)及p16下調(diào)可能在銀屑病的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮作用；經(jīng)過(guò)光療后Cyclin D1表達(dá)下調(diào)及p16表達(dá)上調(diào)。中藥方劑PSORI-CM01可以抑制咪喹莫特誘導(dǎo)的銀屑病小鼠模型的表皮過(guò)度增殖，降低表皮Cyclin B2的表達(dá)，可能通過(guò)下調(diào)Cyclin B2的表達(dá)發(fā)揮抑制角質(zhì)形細(xì)胞增殖的作用[37]。FOXOs表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性異常，導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)失調(diào)，從而可能引起銀屑病皮損角質(zhì)形成細(xì)胞的過(guò)度增殖。

5 細(xì)胞凋亡信號(hào)調(diào)控

細(xì)胞的凋亡受生物體自身的嚴(yán)格調(diào)控，當(dāng)正常的凋亡受到干擾，細(xì)胞出現(xiàn)異常，甚至發(fā)生癌變。FOXOs轉(zhuǎn)錄蛋白調(diào)節(jié)、誘導(dǎo)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。轉(zhuǎn)錄因子FOXOs被活化后，可以提高凋亡相關(guān)蛋白Bim的表達(dá)，作為促凋亡蛋白Bax的活化劑，最終導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能障礙、Caspase蛋白酶活化以及DNA碎裂，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[38]。在凋亡過(guò)程中，F(xiàn)OXOs參與線(xiàn)粒體依賴(lài)和線(xiàn)粒體非依賴(lài)途徑，誘導(dǎo)死亡受體配體Fasl、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡配體（TNF-related apoptosisinducing ligand，TRAIL）、Bim 等 表 達(dá)[39]。Hanna等[40]發(fā)現(xiàn)銀屑病患者血清可溶性Fas（sFas）水平顯著高于健康對(duì)照，經(jīng)治療后sFas水平升高；可溶性FasL（sFasL）水平兩組無(wú)顯著差異；銀屑病患者中sFas/sFasL比值顯著高于健康對(duì)照；數(shù)據(jù)提示銀屑病患者sFas/sFasL通路上調(diào)。銀屑病角質(zhì)形成細(xì)胞凋亡受抑制，在銀屑病皮損中促凋亡相關(guān)的Bcl-2家族表達(dá)下調(diào)[41]；既往文獻(xiàn)關(guān)于銀屑病皮損中p53和bcl-2的表達(dá)水平結(jié)果尚存爭(zhēng)議，但有實(shí)驗(yàn)表明p53的表達(dá)與銀屑病的角質(zhì)形成細(xì)胞增殖具有一定的相關(guān)性[42]，Bcl2、p53可能在銀屑病的發(fā)病過(guò)程中起作用。FOXOs可能通過(guò)調(diào)控下游凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，使角質(zhì)形成細(xì)胞的凋亡異常，參與銀屑病皮損的形成。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，轉(zhuǎn)錄因子FOXOs是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)周期及細(xì)胞凋亡的重要因子，其轉(zhuǎn)錄活性受到磷酸化為主的翻譯后修飾調(diào)節(jié)的作用，miRNAs也可參與FOXOs轉(zhuǎn)錄后活性的調(diào)節(jié)。FOXOs轉(zhuǎn)錄活性異常導(dǎo)致細(xì)胞周期和凋亡通路改變，細(xì)胞增殖失調(diào)，甚至發(fā)生腫瘤。既往研究表明PI3K/AKT和MAPK/ERK信號(hào)通路，miRNAs、細(xì)胞周期和凋亡通路與銀屑病表皮角質(zhì)形成細(xì)胞過(guò)度增殖相關(guān)。有文獻(xiàn)表明FOXOs轉(zhuǎn)錄活性異?？赡軐?dǎo)致銀屑病皮損角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖失調(diào)，參與銀屑病的發(fā)病，但具體機(jī)制尚不明確。研究FOXOs在銀屑病形成中的作用機(jī)制不僅有利于進(jìn)一步闡明銀屑病的發(fā)病機(jī)制，同時(shí)也為銀屑病治療提供新的靶點(diǎn)。