HOXB7基因在肝細(xì)胞癌中的研究進(jìn)展

伊佳虹，王書敏綜述，仇海樂，賈軍梅審校

0 引 言

HOXB7基因?yàn)橥春谢?homeobox genes，HOX)基因家族的成員，是可以調(diào)節(jié)胚胎細(xì)胞發(fā)育和分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。多項(xiàng)研究表明HOXB 7可通過TGF-β、RAS/Rho、血管內(nèi)皮生長因子以及Wnt /β-Catenin 信號通路等多種信號通路促進(jìn)多種腫瘤的進(jìn)展[1-4]。因此在惡性腫瘤中HOXB7基因的表達(dá)水平的變化可作為預(yù)測患者預(yù)后的重要標(biāo)志物，認(rèn)為其可能成為治療腫瘤的潛在治療靶點(diǎn)。HCC作為原發(fā)性肝癌的主要組織學(xué)亞型，具有高度的侵襲性及轉(zhuǎn)移潛能，因此了解HCC的發(fā)病機(jī)制以尋求新的治療靶點(diǎn)具有十分重要的意義。本文旨在對HOXB7在HCC中的作用及其潛在的機(jī)制作一綜述，以期為HCC診治及發(fā)病機(jī)制的研究提供新的方向。

1 HOXB7基因結(jié)構(gòu)與功能

同源盒基因(homeobox genes，HOX)是一種最早在果蠅中發(fā)現(xiàn)的在動物包括人類的胚胎發(fā)育和細(xì)胞分化起關(guān)鍵作用的基因[5]。HOX家族由39個(gè)成員組成，這些成員可分為四個(gè)簇，即HOXA、HOXB、HOXC和HOXD，它們分別位于4個(gè)不同的染色體上[6]。其編碼的HOX蛋白通過與輔因子和其他轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用表現(xiàn)出較高的調(diào)節(jié)特異性以及與DNA結(jié)合的穩(wěn)定性[7]，這些輔因子包括PBX(PBX1、2、3和4)、Meis(Meis 1、2和3)以及PREP (PREP 1和2)，均屬于三氨酸環(huán)延伸家族(three amino acids loop extension,TALE) 的成員。HOX基因的表達(dá)失調(diào)可能導(dǎo)致多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[7-8]。

同源盒基因B7(homeobox7，HOXB 7)是位于17號染色體上屬于HOXB簇的編碼HOXB 7蛋白的基因。作為一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，HOXB7在 DNA合成與轉(zhuǎn)錄方面起著關(guān)鍵作用，其高表達(dá)可導(dǎo)致不同類型惡性腫瘤的發(fā)生[9]。隨著對HOXB7基因的不斷深入研究，HOXB7的一些表觀遺傳調(diào)控機(jī)制也相繼被發(fā)現(xiàn)，如基于miRNA的靶向和長鏈非編碼RNA調(diào)控甲基化狀態(tài)以及組蛋白翻譯后修飾的變化等[10]。多種研究表明HOXB7在不同腫瘤細(xì)胞內(nèi)異常表達(dá)，且與腫瘤的分級、分化以及預(yù)后密切相關(guān)，如HOXB7 過表達(dá)與口腔鱗癌、結(jié)腸癌的術(shù)后復(fù)發(fā)和預(yù)后不良有緊密聯(lián)系[11-12]，并且其可以促進(jìn)不同腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、血管生成能力以及導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂，如胃癌、肝癌、胰腺癌等[13-16]。這提示HOXB7基因可能為腫瘤治療的一個(gè)潛在分子靶標(biāo)，因此設(shè)計(jì)抑制HOXB7蛋白與上下游信號蛋白之間相互作用的藥物是一種很有前景與意義的治療腫瘤的方法。

2 HOXB7在HCC發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

HCC發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移是一個(gè)多因素參與的過程，其中涉及多種機(jī)制，目前已知的包括原癌基因激活、抑癌基因失活、信號通路的異常激活以及一些生長因子等的調(diào)控失常[17-24]。這些因素互相影響、錯(cuò)綜復(fù)雜，共同促進(jìn)HCC的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等惡性生物學(xué)過程。HOXB7基因在正常組織中低表達(dá)或不表達(dá)，而在HCC組織中呈高表達(dá)狀態(tài)[25]，HOXB7基因可能在HCC的發(fā)生、發(fā)展中起到一定的作用。隨著對HOXB7基因在HCC中認(rèn)識的不斷深入，目前研究顯示HOXB7在HCC侵襲轉(zhuǎn)移過程中的作用機(jī)制可能與以下幾個(gè)方面有關(guān)。

2.1 HCC中HOXB7的表達(dá)受let-7c的調(diào)控 let-7家族普遍被視為腫瘤抑制因子，在惡性腫瘤中l(wèi)et-7家族成員表達(dá)會下調(diào)，其中l(wèi)et-7c在HCC的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用[26]。有報(bào)道稱在體外let-7c可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡并抑制其增殖[27]。Zhu等[28]研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)let-7c可抑制肝癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡以及導(dǎo)致G1期阻滯，提示let-7c作為一種抑癌因子主要通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期來抑制肝癌細(xì)胞的生長。在Cai等[29]的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞株及HCC組織樣本中HOXB7與let-7c的表達(dá)水平均呈負(fù)相關(guān)，且過表達(dá)let-7能夠抑制HOXB7表達(dá)，而沉默let-7c則促進(jìn)HOXB7表達(dá)。同時(shí)分別采用熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)、RIP實(shí)驗(yàn)以及RNA EMSA法證明了let-7c通過直接抑制HOXB7表達(dá)來抑制肝癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，證實(shí)let-7c可以通過調(diào)節(jié)HOXB7的表達(dá)促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步探討了let-7c和HOXB7之間的功能相互作用對HCC發(fā)生發(fā)展的作用。let-7c通過靶向HOXB7來抑制HCC細(xì)胞的腫瘤生長作為HOXB7在促進(jìn)HCC增殖侵襲過程中發(fā)揮重要作用的上游調(diào)節(jié)機(jī)制之一，為HCC發(fā)生發(fā)展過程中的機(jī)制提供了新見解，是一種很有前途的肝癌治療的新策略。

2.2 HOXB7通過誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT) EMT是一種促進(jìn)上皮細(xì)胞向間充質(zhì)樣或間充質(zhì)表型轉(zhuǎn)化的可逆性去分化的生物學(xué)過程，其在腫瘤進(jìn)展的早期起著至關(guān)重要的作用，上皮細(xì)胞主要由于E-鈣黏蛋白表達(dá)減少而失去細(xì)胞極性以及與基底膜的聯(lián)系，獲得侵襲、轉(zhuǎn)移能力擴(kuò)散到周圍或遠(yuǎn)處組織[30]。EMT在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要作用，并與腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)以及致癌細(xì)胞密切相關(guān)[31-32]。在HCC中EMT也普遍存在，并且與肝癌細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移以及化療藥物耐藥相關(guān)[33]。HOXB7在乳腺癌細(xì)胞中可以通過促進(jìn)堿性成纖維細(xì)胞生長因子等生長因子的分泌介導(dǎo) EMT 的發(fā)生,同時(shí)通過裸鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) HOXB7 可以促進(jìn)腫瘤局部侵襲能力，這可能與 HCC 肝內(nèi)轉(zhuǎn)移有關(guān)[34]。Huan等[35]研究表明肝癌細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)可隨著HOXB7的敲除/過表達(dá)而下調(diào)/上調(diào)，HOXB7通過促進(jìn)EMT來調(diào)節(jié)肝癌的惡性進(jìn)展。然后通過篩選相關(guān)信號通路，敲除HOXB7可以抑制AKT的磷酸化，ERK、SMAD3、p38信號通路也略有抑制。且在HOXB7過表達(dá)后c-Myc和Slug顯著上調(diào)，但阻斷AKT可以抑制這一作用，AKT途徑是參與HOXB7調(diào)控c-Myc和Slug的主要途徑。證實(shí)了HOXB 7可以通過激活A(yù)KT信號通路上調(diào)c-myc和Slug的表達(dá)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞獲得干細(xì)胞樣特性以及EMT進(jìn)而加速肝癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。AKT即蛋白激酶B(Protein Kinases B，PKB)可以通過多種相互關(guān)聯(lián)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制中發(fā)揮細(xì)胞代謝、生長和分裂、細(xì)胞凋亡抑制和血管生成的關(guān)鍵作用[36]。

2.3 HOXB7通過誘導(dǎo)MAPK/ERK通路激活 堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basicfibroblast growth factor，bFGF)是成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)家族中的一種分泌信號蛋白,幾乎在各種組織中都有表達(dá)[37]。在生理?xiàng)l件下參與細(xì)胞增殖、分化、細(xì)胞遷移以及血管生成等過程[38]。bFGF通過與細(xì)胞膜上的酪氨酸激酶成纖維細(xì)胞生長因子受體1-4(fibroblast growth factorreceptor 1-4，F(xiàn)GFR 1-4)結(jié)合而發(fā)揮作用[39]，二者結(jié)合可以導(dǎo)致RAS-MAPK、PI3K-aKT和STAT等信號通路的激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖和細(xì)胞存活[37]。復(fù)旦大學(xué)研究者通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR、Western blot方法和免疫熒光檢測等方法證明HOXB7促進(jìn)肝癌侵襲轉(zhuǎn)移作用的部分機(jī)制可能與bFGF的分泌和MMP2的表達(dá)有關(guān)，這初步提出HOXB7可能在肝癌細(xì)胞中發(fā)揮促使細(xì)胞分泌bFGF從而增強(qiáng)人肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移的能力，此項(xiàng)研究并沒有深入探索其中的具體機(jī)制[15]。Wang等[2]首先通過基于微陣列分析的基因表達(dá)譜得出HOXB 7通過MAPK/ERK途徑激活影響肝癌細(xì)胞的生物學(xué)功能，進(jìn)一步研究證實(shí)HOXB 7是bFGF分泌的一種強(qiáng)有力的誘導(dǎo)劑，HOXB7蛋白可以直接靶向并與HCCLM3細(xì)胞中bFGF的啟動子區(qū)相互作用，然后通過物理結(jié)合bFGF啟動子誘導(dǎo)bFGF分泌，bFGF可以激活MAPK/ERK啟動子進(jìn)而誘導(dǎo)MAPK通路的激活，進(jìn)一步使肝癌細(xì)胞MAPK/ERK信號通路激活導(dǎo)致肝癌細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移。此外，在黑色素瘤、乳腺癌的基礎(chǔ)研究中也發(fā)現(xiàn)HOXB7通過上調(diào)bFGF和激活MAPK通路驅(qū)動EMT的發(fā)展[40-41]。

2.4 HOXB7通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)/Smad3通路激活 TGF-β信號通路與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。TGF-β通路中信號失調(diào)在肝癌微環(huán)境中的炎癥、纖維化和免疫調(diào)節(jié)中起著核心作用[42]。研究認(rèn)為TGF-β在肝癌的發(fā)生過程中起著雙重作用，在癌變早期作為腫瘤抑制因子的調(diào)節(jié)因子起到誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，在腫瘤晚期它也會成為一種致癌因子[43]。此外TGF-β在HCC中表達(dá)上調(diào)并且可以通過EMT參與腫瘤的進(jìn)展[44]。Liu等[1]在乳腺癌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)HOXB7能夠使TGF-β/Smad3信號通路激活進(jìn)一步導(dǎo)致疾病進(jìn)展。也有研究認(rèn)為HOXB7可促進(jìn)HCC惡性進(jìn)展的過程可能與TGF-β信號通路中Smad3磷酸化水平有關(guān)[45]，此研究通過在肝癌細(xì)胞中敲除HOXB7基因后檢測TGF-β通路中下游蛋白的表達(dá)，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組p-Smad3的表達(dá)顯著下調(diào)，提示HOXB7可能通過Smad3磷酸化促進(jìn)肝癌細(xì)胞惡性進(jìn)展。但是由于缺少熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)、Rescue實(shí)驗(yàn)以及動物研究等，此項(xiàng)研究初步提出在HCC發(fā)生發(fā)展過程中HOXB7與TGF-β/Smad3通路可能存在一定聯(lián)系，然而其中具體作用機(jī)制以及上下游信號作用關(guān)系尚需更多實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步明確。

3 HOXB7在HCC預(yù)后評估的價(jià)值

目前國內(nèi)外關(guān)于HOXB7基因用于肝癌術(shù)后患者的預(yù)后評估研究相對較多，且研究較為一致：均認(rèn)為HOXB7蛋白在HCC中高表達(dá)，且其高表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)。2013年張剛慶等[25]對24例HCC及癌旁正常組織進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)肝癌組織中HOXB7表達(dá)量明顯高于配對癌旁組織，此外采用免疫組化法對65例肝癌組織標(biāo)本進(jìn)行檢測，結(jié)果證實(shí)HOXB7 蛋白的強(qiáng)陽性率為52.3%(34/65)，且主要表達(dá)位置為細(xì)胞漿。同時(shí)用秩和檢驗(yàn)對HOXB7蛋白表達(dá)強(qiáng)度與臨床病理因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)前者與患者TNM分期及病理分級呈正相關(guān)，HOXB7表達(dá)水平可能與HCC患者術(shù)后轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)密切相關(guān)。分別在轉(zhuǎn)錄及翻譯水平證明了HOXB7基因是一個(gè)有價(jià)值的分子標(biāo)記物，此項(xiàng)研究由于樣本量較小尚需要更多的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)。2016年學(xué)者Komatsu等[46]分別檢測了103個(gè)HCC組織標(biāo)本和58個(gè)配對非癌性肝組織中HOXB7m RNA及其蛋白的表達(dá)情況。結(jié)果表明在肝癌組織中HOXB7的表達(dá)水平均高于對照組織，然后將103例HCC術(shù)后患者依據(jù)HOXB7在腫瘤組織中的表達(dá)水平按中位數(shù)分為兩組進(jìn)行長期隨訪，生存分析結(jié)果顯示HOXB7高表達(dá)患者的10年總生存期(overall survival，OS)以及5年無復(fù)發(fā)生存期顯著低于HOXB7低表達(dá)者，并且多因素分析證實(shí)HOXB7表達(dá)水平是影響患者10年OS的獨(dú)立預(yù)后因素，HOXB7可作為有效預(yù)測HCC術(shù)后患者長期預(yù)后的關(guān)鍵因子。此外研究者利用公共數(shù)據(jù)庫進(jìn)行基因集富集分析，發(fā)現(xiàn)HOXB 7的表達(dá)與增殖和侵襲性信號顯著相關(guān)，然而其在肝癌細(xì)胞增殖、侵襲的具體作用機(jī)制尚需進(jìn)一步探索。2019年Guo等[47]通過對80例HCC患者術(shù)后標(biāo)本進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)HOXB7蛋白高表達(dá)者占35.0%。通過對患者進(jìn)行定期隨訪觀察，單變量Cox回歸分析提示HOXB7高表達(dá)與OS顯著相關(guān) (HR=2.0; 95% CI=1.1～3.4)。Kaplan-Meier曲線顯示HOXB7高表達(dá)和低表達(dá)的中位生存時(shí)間(單位：月)分別為(12.5±3.7)和(32.5±4.7)，這表明OS與HOXB7表達(dá)情況有顯著關(guān)系。這與之前關(guān)于HOXB7在HCC臨床預(yù)后的研究相一致：HOXB7表達(dá)水平與HCC術(shù)后患者總生存期成明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，HOXB7表達(dá)水平為HCC患者死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。此外，Huan等[35]研究表明肝癌組織中HOXB7的高表達(dá)與腫瘤大小、分化程度、血管侵犯和TNM分期呈正相關(guān)。檢測HOXB7表達(dá)水平有望成為一種簡便可行的判斷風(fēng)險(xiǎn)高、預(yù)后差的HCC患者的方法。

4 結(jié)語與展望

隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，HCC的治療手段日趨多樣，包括手術(shù)、射頻消融、肝動脈化學(xué)栓塞術(shù)、全身化療、靶向治療和免疫治療等，患者的預(yù)后也得到改善，但目前肝癌治療仍是醫(yī)療領(lǐng)域的棘手問題[48]。HOXB7作為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，其在多種類型腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程具有重要的作用。然而，HOXB7在HCC中的研究大多處于對HCC患者臨床預(yù)后的分析以及其對肝癌細(xì)胞生物學(xué)功能的影響方面。有關(guān)HOXB7促進(jìn)HCC疾病進(jìn)展過程中具體的分子機(jī)制的研究較少且無統(tǒng)一定論，這些亟待解決的問題也為下一步關(guān)于HOXB7基因的研究方向拓展思路，并為肝癌的診斷和治療提供新的依據(jù)。