FOXO蛋白相關(guān)信號通路在卵巢癌發(fā)生發(fā)展中的作用研究進展

陶貴珠，鄭洪

(遵義醫(yī)學院附屬醫(yī)院，貴州遵義563000)

由于缺乏早期有效的篩查診斷手段，超過70%的卵巢癌確診時即為晚期(Ⅲ期或Ⅳ期)，病情進展迅速[1,2]。2017年美國癌癥協(xié)會《臨床實踐指南》指出，在美國每年約有22 440例新確診的卵巢癌患者，其中約14 080例死亡[3]。探索有效的卵巢癌診斷性生物標志物及有效治療靶點是必要的。FOXO屬于叉頭框(forkhead box，F(xiàn)OX)轉(zhuǎn)錄因子A-S共19個亞家族中的“O”亞家族，其主要成員包括FOXO1 (FKHR)、FOXO3(FKHRL1)、FOXO4(AFX)、FOXO6。作為抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡的腫瘤抑制因子，F(xiàn)OXO蛋白活性的變化可以影響卵巢癌細胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移及卵巢癌耐藥和預后，從而影響卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展。調(diào)控FOXO的主要上游信號途徑有磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB或Akt)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、絲氨酸/蘇氨酸激酶(Minibrain-relatedkinase/Dualspecificitytyrosine-phosphorylation-regulated kinase1B，Mirk/Dyrk1B)、I-κB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK)、c-Jun激活域結(jié)合蛋白1(c-Jun activation domainbinding protein 1,Jabl)、硫氧化還原蛋白1(thioredoxin,Trx1)等信號途徑。FOXO蛋白的活性主要通過上游信號途徑使其發(fā)生磷酸化而改變，磷酸化的FOXO與14-3-3蛋白結(jié)合，使其由細胞核易位至細胞質(zhì)，轉(zhuǎn)錄活性下調(diào)而轉(zhuǎn)錄功能受抑制[4]。現(xiàn)將上述信號通路通過調(diào)控FOXO蛋白活性在卵巢癌發(fā)生發(fā)展中的作用研究進展情況綜述如下。

1 PI3K/Akt信號通路的作用

與正常卵巢組織相比，卵巢癌組織中PI3K/Akt信號通路存在異?；罨Ｂ殉舶┙M織中PI3K突變率上升，Akt表達明顯增加，PI3K/Akt信號通路被認為是卵巢癌進展中涉及的主要信號通路之一[5,6]。PI3K/Akt信號通路調(diào)節(jié)的下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一為FOXO蛋白。受生長因子刺激后，PI3K/Akt信號通路被激活，活化的Akt使FOXO蛋白的三個殘基(FOXO1的Thr24、Ser256和Ser319，F(xiàn)OXO3a的Thr32、Ser253和Ser315)磷酸化而失活。PI3K/Akt信號通路主要負向調(diào)節(jié)FOXO1、FOXO3a和FOXO4蛋白的轉(zhuǎn)錄活性，F(xiàn)OXO6蛋白的活性調(diào)節(jié)對經(jīng)典PI3K/Akt信號通路的依賴性較小。

戈舍瑞林是一種促性腺激素釋放激素激動劑，對卵巢癌細胞有促凋亡作用，戈舍瑞林可降低Akt活性，敲除FOXO1則消除了戈舍瑞林誘導的細胞凋亡作用[7]。上調(diào)FOXO1依賴于PI3K/Akt信號通路，所以戈舍瑞林可能通過PI3K/Akt信號通路上調(diào)FOXO1蛋白的表達來促進卵巢癌細胞凋亡，PI3K/Akt/FOXO1途徑可能是卵巢癌中一個非常有意義的治療靶點。給予姜黃素可引起卵巢癌細胞株SKOV3中的miR-9的表達增加，導致磷酸化的Akt和FOXO1蛋白表達顯著下降,同時阻礙了SKOV3細胞增殖并刺激其凋亡[8]。Jang等[9]發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著降低順鉑介導的10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源物(Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN)磷酸化，PTEN是休眠卵泡激活的關(guān)鍵負調(diào)節(jié)因子，它還可阻止順鉑誘導的Akt、GSK3β及FOXO3a的磷酸化，而這些蛋白都可激活卵泡，表明褪黑激素通過阻止PTEN/Akt/FOXO3a途徑的磷酸化來減弱順鉑誘導的卵泡喪失，是女性癌癥患者在化療過程中保護卵巢和保留生育能力的潛在治療劑[10]。卵巢癌組織中 Akt過度活化可促進磷酸化的FOXO蛋白的增加并促進癌細胞增殖，恢復FOXO蛋白的活性則被認為是一種有力的抗癌手段。

2 MAPK信號通路的作用

MAPK包括ERK、p38、JNK和ERK5共4個亞族。當細胞發(fā)生氧化應(yīng)激時，JNK可直接磷酸化FOXO和14-3-3蛋白，通過阻止其與14-3-3蛋白結(jié)合來刺激FOXO的核易位；Akt和ERK5使FOXO蛋白磷酸化則分別引起其細胞質(zhì)保留或降解，導致腫瘤發(fā)生。卵巢癌組織中MAPK信號通路異?；罨?。FOXO蛋白相關(guān)的PI3K/Akt和MAPK信號通路并非單獨發(fā)揮作用，而是互相影響，導致最終的生物學效應(yīng)。Puma蛋白屬于Bcl-2家族成員，JNK途徑不僅促進Puma的表達，還可調(diào)節(jié)Akt-FOXO3a通路，JNK的雙重作用可以有效地觸發(fā)耐藥卵巢癌細胞中Puma的活化和細胞凋亡，這些研究為克服卵巢癌耐藥提供了相關(guān)的分子機制[11]。有趣的是，紫外線照射可激活JNK途徑，進而使ERK和Akt失活，結(jié)果導致FOXO3a核易位和其下游基因Bim表達[12]。在Akt介導FOXO1 Ser319磷酸化之后，F(xiàn)OXO1與IQ結(jié)構(gòu)域GTP酶活化蛋白1結(jié)合阻礙了ERK1/2磷酸化(p-ERK1/2)，而用PI3K抑制劑或紫杉烷治療導致乳腺癌細胞FOXO1定位至胞核中，則增加了其p-ERK1/2的表達以及耐藥性[13]。對HeLa細胞的研究發(fā)現(xiàn)，紫鉚因可增強順鉑對HeLa細胞的生長抑制和凋亡誘導作用，可能與其抑制AKT、ERK、p38 MAPK活性進而作用于它們的共同靶點FOXO蛋白有關(guān)[14]。這些研究表明，MAPK信號途徑可以通過調(diào)控FOXO蛋白的表達來影響卵巢癌細胞的增殖、凋亡。

3 Mirk/Dyrk1B信號通路的作用

FOXO1可被Mirk/Dyrk1B磷酸化，導致FOXO1從細胞核穿梭進入細胞質(zhì)，這可能是Mirk/Dyrk1B介導乳腺癌細胞存活的一個機制[15]。Gao等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在手術(shù)切除的卵巢癌組織中，75%的卵巢癌組織中Mirk/Dyrk1B呈異常激活狀態(tài)，同時發(fā)現(xiàn)在8種卵巢癌細胞系中有5種細胞中Mirk/Dyrk1B蛋白呈過表達狀態(tài)，且其與FOXO1、 FOXO3a的蛋白表達水平呈負相關(guān)。通過小干擾RNA沉默Mirk表達可促進FOXO1和FOXO3a的核易位，并伴隨著Bim、TRADD、Caspase-3和PARP蛋白表達的增加，進而導致細胞凋亡并增加卵巢癌細胞對順鉑的敏感性。此外，與單獨沉默Mirk相比，同時沉默Mirk與FOXO1、FOXO3a可導致極低水平的卵巢癌細胞凋亡并降低了卵巢癌細胞對順鉑的敏感性，表明FOXO參與Mirk介導的細胞存活和卵巢癌的化療敏感性。

此外，Hedgehog(Hh)信號通路在胚胎性腫瘤的形成中起著重要作用，除了刺激成熟的GLI家族(鋅指蛋白)轉(zhuǎn)錄因子之外，Hh配體還可以促進Akt/mTOR激酶磷酸化，進一步促進癌基因的異常激活，在致瘤過程中扮演著重要角色。Singh等[17]研究發(fā)現(xiàn)，Mirk/Dyrk1B可作為Hh與Akt/mTOR之間的信號傳導介質(zhì)來激活Akt/mTOR，抑制Mirk/Dyrk1B可使Akt的磷酸化和GLI的表達穩(wěn)定下調(diào)。在人類卵巢癌細胞中已證實，聯(lián)合使用Mirk/Dyrk1B拮抗劑與Akt/mTOR抑制劑可導致GLI的靶向抑制和細胞毒性。Mirk/Dyrk1B通過調(diào)節(jié)FOXO核易位在卵巢癌細胞存活中發(fā)揮著重要作用，這可能會成為卵巢癌的新型治療靶點。

4 IKK信號通路的作用

IKK是NF-κB信號轉(zhuǎn)導的關(guān)鍵調(diào)控因子，與腫瘤發(fā)生相關(guān)的IKK包括IKKα、IKKβ、IKKγ、IKKε，IKK抑制劑IMD-0354可以抑制卵巢癌細胞的黏附和侵襲活性，同時抑制卵巢腫瘤內(nèi)血管生成[18]。Hsu等[19]觀察了120例份卵巢癌標本中IKKε的表達情況，發(fā)現(xiàn)其在原發(fā)灶胞質(zhì)中的表達相對于轉(zhuǎn)移性灶胞質(zhì)中的表達明顯升高，并且與卵巢癌臨床預后不佳有關(guān)。金蘭諾芬可降低卵巢癌細胞胞質(zhì)中IKKβ蛋白和FOXO3a蛋白的表達水平，而核FOXO3a蛋白水平顯著增加，金蘭諾芬可能通過下調(diào)IKKβ表達，然后觸發(fā)FOXO3a蛋白從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核中，進一步誘導下游基因Bim、Bax的表達，從而顯示其抗癌效果[20]。以上研究結(jié)果提示，IKK是調(diào)控卵巢癌侵襲和轉(zhuǎn)移的一個關(guān)鍵分子，抑制IKK信號通路可成為卵巢癌治療的策略之一。

5 Jab1信號通路的作用

Jab1是COP9信號體的第五個亞單位，是一種多功能蛋白質(zhì)復合物，其參與調(diào)節(jié)細胞信號轉(zhuǎn)導、基因轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。Jab1在各種類型的癌癥中過表達。Wang等[21]對70例上皮性卵巢癌患者的瘤組織中的Jab1進行檢測發(fā)現(xiàn)，84.3%(59/70)Jab1蛋白過表達，且Jab1表達與胞質(zhì)的p27及磷酸化的p27(Ser10)表達呈正相關(guān)，Jab1、胞質(zhì)p27和Ser10過表達與卵巢癌不良臨床病理改變顯著相關(guān)；轉(zhuǎn)染Jab1至卵巢癌HO-8910細胞中導致其p27表達降低，并且這種p27表達降低對26S蛋白酶體抑制劑敏感，Jab1的過表達引起p27核輸出并從Cdk2 /細胞周期蛋白復合物解離。Jab1是p27的負調(diào)控因子，推測其可能與上皮性卵巢腫瘤的進展和預后有關(guān)。Lu等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌中Jab1與FOXO3a的表達呈負相關(guān)，且FOXO3a低表達與卵巢癌分期和淋巴結(jié)受累顯著相關(guān)。Jab1的激活可調(diào)節(jié)FOXO3a與核輸出蛋白之間的關(guān)系來誘導FOXO3a的核易位，從而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。因此，我們可開發(fā)新型治療藥物抑制Jab1的表達，用于卵巢癌的治療。

細胞周期相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子E2F是啟動細胞增殖和細胞死亡的蛋白質(zhì)家族，Jab1促進E2F1誘導細胞凋亡，促進E2F下游靶基因如Cyp26b1和AMPKα2促凋亡蛋白的表達，Jab1/E2F1復合物位于E2F1凋亡啟動子和G2/M啟動子上。PI3K激活通過干擾Jab1/E2F1復合物的形成來阻斷E2F1/Jab1誘導的凋亡靶基因的表達。有學者[23]檢測到卵巢癌、乳腺癌中Jab1水平升高與PI3K活性之間高度相關(guān)，提示在這些腫瘤中Jab1升高可能會避免觸發(fā)促進E2F1誘導細胞凋亡。

6 Trx1信號通路的作用

耐藥性是卵巢癌化療失敗的常見原因，但是對耐藥性調(diào)節(jié)的分子機制并不清楚，F(xiàn)OXO蛋白在卵巢癌耐藥機制中的作用尚未闡明。Trx1是一種氧化還原蛋白，可以對多種轉(zhuǎn)錄因子包括FOXO進行氧化還原調(diào)節(jié)。Park等[24]發(fā)現(xiàn)卵巢癌患者血清中Trx1水平顯著高于正常人和非癌癥性炎性疾病患者，提出血清Trx1可與CA125聯(lián)合檢測用于卵巢癌的早期診斷。

FOXO1在紫杉醇耐藥的卵巢癌細胞系中的表達顯著上調(diào)，紫杉醇耐藥細胞系中的FOXO1沉默則降低其抗藥性，表明FOXO1與紫杉醇誘導的細胞毒性相關(guān)并且有助于增強卵巢癌的耐藥性[25]。Wang等[26]發(fā)現(xiàn)紫杉醇處理的卵巢癌A2780細胞可明顯增加Trx1和FOXO1的活性及蛋白表達水平，而紫杉醇處理A2780/PTX細胞后其Trx1和FOXO1的活性及蛋白表達水平變化不明顯，進一步研究發(fā)現(xiàn)Trx1和FOXO1共同參與了紫杉醇誘導的卵巢癌耐藥性，Trx1與FOXO1結(jié)合可增強FOXO1的轉(zhuǎn)錄活性，沉默 FOXO1消除了Trx1誘導的耐藥性。這些研究為開發(fā)針對卵巢癌耐藥性的控制方法提供了思路。

7 其他FOXO蛋白相關(guān)信號通路的作用

卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展，并非是單個信號通路單獨發(fā)揮作用，相關(guān)的信號通路往往是錯綜復雜的。輸出蛋白1(XPO1)參與了多種抑癌蛋白如p53和FOXO家族蛋白質(zhì)的核輸出，XPO1抑制劑Selinexor在多種卵巢癌細胞系中表現(xiàn)出顯著的抗增殖作用。Corno等[27]研究發(fā)現(xiàn)Selinexor誘導FOXO1核定位并改善順鉑在卵巢癌細胞系IGROV-1中的作用，而FOXO1可以增強Selinexor與順鉑之間的協(xié)同作用。卵巢癌中AMPK-FOXO信號通路雖無相關(guān)報導，但Kim等[28]指出在乳腺癌中紫杉醇誘導FOXO3a表達并以AMPK依賴性方式增加FOXO3a的磷酸化，紫杉醇的抗癌作用與激活AMPK/EF1α/FOXO3信號傳導途徑相關(guān)。Diep等[29]用R5020作用于卵巢癌細胞后，不僅調(diào)節(jié)FOXO1的表達，而且和FOXO1結(jié)合后可以激活促進細胞衰老的蛋白p15、p16、p21 及p27的表達。此外，F(xiàn)OXO與Wnt/β-catenin信號通路也有著密切關(guān)系，該信號通路可調(diào)節(jié)FOXO1在細胞中的定位，從而影響細胞的增殖及凋亡。全基因組測序發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO1在骨肉瘤中的表達常常是缺失的，激活FOXO1可以抑制骨肉瘤細胞的轉(zhuǎn)移，而這可能與抑制Wnt/β-catenin信號通路活性有關(guān)[30]。不過，卵巢癌中FOXO1是否通過Wnt信號通路的活性來影響卵巢癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移還未見報道。

綜上所述，無論是PI3K-Akt、ERK、JNK、Mirk/ Dyrk1B、IKK、AMPK、Wnt/β- catenin等信號通路使FOXO磷酸化，還是Trx1對FOXO進行氧化還原調(diào)節(jié)，或者Jab1、XPO1影響FOXO的核輸出等，都是通過調(diào)節(jié)FOXO轉(zhuǎn)錄活性或蛋白表達而影響卵巢癌細胞的增殖、凋亡、耐藥等。靶向增強FOXO活性可能在卵巢癌治療發(fā)揮作用，但卵巢癌的發(fā)生發(fā)展并非是單個信號通路單獨發(fā)揮作用，往往是多個信號通路相互影響、相互調(diào)節(jié)。深入了解FOXO及相關(guān)信號通路的交互作用、調(diào)節(jié)機制可能為卵巢癌的診斷及治療提供新的方向。