FOXO3a 轉(zhuǎn)錄因子在腫瘤臨床診療中的應(yīng)用

劉庚綜述，孫晉津?qū)徯?/p>

（天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院肝膽胰外科，天津300211）

叉頭框（forkhead box，F(xiàn)OX）蛋白在進(jìn)化上屬于保守的轉(zhuǎn)錄因子家族，由FOXM，F(xiàn)OXK，F(xiàn)OXA 和FOXO 等4 個(gè)亞族組成[1]。其中FOXO（forkhead box class O）亞族是研究最多的亞族之一，是細(xì)胞凋亡、增殖、新陳代謝狀態(tài)、細(xì)胞周期阻滯、DNA 損傷和壽命等的關(guān)鍵調(diào)控因子[2-3]。FOXO 功能的失調(diào)將導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控以及DNA 損傷的累積，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O 亞型3a（forkhead box class O3a，F(xiàn)OXO3a） 又名叉頭橫紋肌肉瘤1（forkheadhabdomyosarcoma-like 1，F(xiàn)KHR-L1），是FOXO 亞族最重要的成員之一，其轉(zhuǎn)錄活性和亞細(xì)胞定位受包括磷酸化、乙?；⒓谆头核鼗趦?nèi)的嚴(yán)格調(diào)控[2,4-5]。作為腫瘤抑制因子在多種腫瘤中可以檢測到其表達(dá)的失調(diào)，更被證明是乳腺癌、胃癌、結(jié)直腸癌和其他腫瘤預(yù)后的標(biāo)志物[6-8]。筆者就FOXO3a 在腫瘤診治及預(yù)后等研究進(jìn)展做一系統(tǒng)闡述。

1 FOXO3a 活性及功能的調(diào)節(jié)機(jī)制

FOXO3a 位于6 號染色體長臂21 區(qū)（6q21）[9]，由1 個(gè)高度保守的DNA 結(jié)合域即“叉頭區(qū)”（FKH）、2 個(gè)核定位信號（NLS）、轉(zhuǎn)錄激活區(qū)（TAD）及核輸出信號（NES）共5 個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。FOXO3a 的活性及功能的調(diào)節(jié)受多種信號通路的影響，并參與生物體細(xì)胞中多個(gè)病理和生理過程的調(diào)節(jié)。

1.1 轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)（Post-transcriptional regulation）FOXO3a 是許多MicroRNA（miRNA）的作用靶點(diǎn)，F(xiàn)OXO3a 蛋白的表達(dá)直接或間接的受到多種miRNA 調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)研究表明，在乳腺癌[10]、腎缺血再灌注損傷[11]中，miR-155 的過表達(dá)下調(diào)FOXO3a 的表達(dá)，并且在神經(jīng)膠質(zhì)瘤[12]中miR-155 通過直接靶向FOXO3a 的3′端非翻譯區(qū)（3′-UTR）來下調(diào)其表達(dá)。同時(shí)在阿爾茨海默病[13]、炎癥性腸病[14]、人類乳腺癌[15]和特發(fā)性肺纖維化等疾病中，分別通過miR-132 及miR-212、miR-132 及miR-223、miR-96 靶向FOXO3a 的3′端非翻譯區(qū)（3′-UTR），從而下調(diào)FOXO3a 的表達(dá)。此外，miR-205、miR-1307、miR-182、miR-592 等均可以直接或間接的調(diào)節(jié)FOXO3a的表達(dá)[16-19]。因此，通過抑制與FOXO3a 表達(dá)相關(guān)的miRNA 上調(diào)FOXO3a 的表達(dá)量，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡可以作為抗腫瘤治療的又一新策略。

1.2 翻譯后修飾（Post-translational modifications，PTMs） 翻譯后修飾是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的基本過程，通過多種官能團(tuán)的加入引起蛋白質(zhì)亞細(xì)胞位置、分子半衰期、DNA 結(jié)合親和力以及蛋白質(zhì)分子與其他細(xì)胞相互作用的改變。FOXO3a 活性可以由多種類型的翻譯后修飾所調(diào)節(jié)，涉及多種酶及信號分子的改變[20-21]。

FOXO3a 活性及其靶基因調(diào)節(jié)主要機(jī)制是通過一系列激酶的磷酸化來實(shí)現(xiàn)的。蛋白激酶B（PKB/Akt）是最重要的可以直接磷酸化FOXO3a 的激酶，F(xiàn)OXO3a 被Akt 磷酸化后轉(zhuǎn)錄活性受到抑制，并與14-3-3 核輸出蛋白相互作用，通過隱藏FOXO3a 核定位信號阻止其再次進(jìn)入至胞核，激活的Akt 進(jìn)一步促進(jìn)磷酸化的FOXO3a 與泛素E3 連接酶結(jié)合，使FOXO3a 多聚泛素化后通過蛋白酶體途徑將其降解[22-23]。此外，血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶（SGK）、酪蛋白激酶1（CK1）、雙特異性酪氨酸磷酸化和調(diào)節(jié)激酶1A（DYRK1A）、janus N 末端激酶（JNK）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、哺乳動物不育系20 樣激酶1（MST1）和AMP 活化蛋白激酶（AMPK）均可以通過磷酸化多個(gè)殘基調(diào)節(jié)FOXO3a 和其他家族成員[24-27]。MDM2 癌基因可以介導(dǎo)FOXO3a 多聚泛素化，促進(jìn)其降解，單獨(dú)敲除或敲低MDM2 能夠增加FOXO3a 的穩(wěn)定性[28]。乙?；贔OXO3a 功能調(diào)節(jié)中也起著重要作用，氧化應(yīng)激引起FOXO3a 乙?；?去乙?；⒂绊慒OXO3a 的定位。在細(xì)胞核中，F(xiàn)OXO3a 可被p300 和CBP 乙?；?，而被SIRT1 和SIRT2 去乙酰化[29-30]。

與激酶不同，調(diào)節(jié)FOXO3a 的磷酸酶很少，蛋白磷酸酶-2A（protein phosphatase-2A，PP2A）是一種可以調(diào)節(jié)FOXO3a 功能的特殊的磷酸酶，在控制FOXO3a 亞細(xì)胞定位和功能中的作用尚不清楚。Singh 等[31]發(fā)現(xiàn)PP2A 和FOXO3a 之間相互作用非常密切，14-3-3 核輸出蛋白不影響PP2A 和FOXO3a 之間的相互作用，但能限制AKT 磷酸化位點(diǎn)Thr 32/Ser 253 的活性，由此認(rèn)為PP2A 介導(dǎo)的Thr32/Ser253 的去磷酸化是14-3-3 核輸出蛋白解離、FOXO3a 核-質(zhì)穿梭及轉(zhuǎn)錄激活所必需的。Richard等將成纖維細(xì)胞附著在PP2A 活性受到抑制的膠原蛋白涂層板上時(shí)，發(fā)現(xiàn)Akt 的活性增強(qiáng)使FOXO3a活性喪失從而促進(jìn)了成纖維細(xì)胞增殖，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，過度表達(dá)PP2A 可以逆轉(zhuǎn)FOXO3a 的失活并增加去磷酸化的FOXO3a 的比例，從而抑制成纖維細(xì)胞增殖[32]。

因此，細(xì)胞中激酶和磷酸酶等之間的不平衡通過調(diào)節(jié)FOXO3a 的表達(dá)可以極大地影響細(xì)胞的命運(yùn)，F(xiàn)OXO3a 翻譯后修飾可能與某些疾病包括腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展直接相關(guān)。

2 FOXO3a 與腫瘤的關(guān)系

2.1 FOXO3a 對腫瘤發(fā)生發(fā)展的調(diào)控作用 在大多數(shù)惡性腫瘤中細(xì)胞，F(xiàn)OXO3a 的失調(diào)主要是通過異常的翻譯后修飾。在乳腺癌中，海兔素（Aplysin）可以通過PI3K / AKT / FOXO3a 信號通路引起FOXO3a 的去磷酸化，通過抑制細(xì)胞的增殖并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡來抑制腫瘤的生長[33]。FOXO3a 與RUNX3 在Bim 啟動子上相互作用協(xié)同激活Bim 的轉(zhuǎn)錄，參與誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，提示FOXO3a 可能在胃癌的抑癌作用中發(fā)揮重要作用[34]。FOXO3a 通過優(yōu)先與DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶3B（DNMT3B）啟動子的結(jié)合元件FOXO3a-E（+166 至+173）相互作用而負(fù)向調(diào)節(jié)DNMT3B 啟動子活性從而促進(jìn)DNMT3B 過表達(dá)導(dǎo)致肺癌的進(jìn)一步發(fā)展[35]。在尿路上皮癌細(xì)胞系KK47 及表達(dá)Twist 1 的TCC-sup 細(xì)胞中，F(xiàn)OXO3a可負(fù)向調(diào)節(jié)Twist 1 和Y-box 結(jié)合蛋白1（YB-1），同時(shí)正向調(diào)節(jié)E-鈣粘蛋白的表達(dá)，從而抑制尿路上皮癌的侵襲及轉(zhuǎn)移[36]。這些研究表明，異常的翻譯后修飾可能導(dǎo)致FOXO3a 表達(dá)或功能失調(diào)從而引起腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

2.2 FOXO3a 與腫瘤化療 與常規(guī)化療相比，靶向FOXO3a 的化療具有針對性，可特異性識別腫瘤組織，因此對正常組織的毒性作用較低?；熕幬锟赏ㄟ^PI3K-AKT、ERK、JNK、P38 MAPK 及IκB 激酶等信號通路將其信號與FOXO3a 整合，增強(qiáng)FOXO3a 的表達(dá)，介導(dǎo)FOXO3a 磷酸化并誘導(dǎo)其核-質(zhì)易位現(xiàn)象及降解從而發(fā)揮抗腫瘤作用。紫杉醇、多柔比星吉非替尼、伊馬替尼、順鉑和他莫昔芬等細(xì)胞生長或細(xì)胞毒性藥物的抗腫瘤效應(yīng)是通過FOXO3a 的活化反向抑制PI3K-AKT 信號軸所介導(dǎo)的[37-40]。目前，F(xiàn)OXO3a 的亞細(xì)胞定位被用于預(yù)測宮頸癌，乳腺癌和食道癌放、化療反應(yīng)[41-42]。

FOXO3a 作為PI3K-AKT 信號通路重要的下游靶分子，不僅是許多常規(guī)基因治療藥物和細(xì)胞毒性藥物的靶標(biāo)，同時(shí)也是新型內(nèi)分泌治療藥物、新型化療藥物和分子靶向藥物的細(xì)胞作用位點(diǎn)，通過對FOXO3a 基因及上下游分子的調(diào)控有望提高腫瘤化療的效果。

3 FOXO3a 在腫瘤治療中的應(yīng)用

3.1 FOXO3a 在腫瘤中的診療及預(yù)后意義 目前，F(xiàn)OXO3a 作為潛在的生物標(biāo)志物已被用于多種惡性腫瘤的診斷、治療和預(yù)后。在胃癌[43]、肝細(xì)胞肝癌[44]、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤[45]及急性髓系白血病[46]等腫瘤中均觀察到FOXO3a 的過表達(dá)與預(yù)后不良相關(guān)。然而，在鼻咽癌[47]、卵巢癌[6]、膠質(zhì)瘤[48]及尿路上皮癌[36]患者中，低表達(dá)FOXO3a 與預(yù)后不良相關(guān)。Akt、IKK 和ERK 這三種激酶介導(dǎo)的磷酸化刺激FOXO3a 的泛素化，導(dǎo)致其被蛋白酶體降解，從而減弱其對腫瘤的抑制作用[49]。因此，目前通過靶向FOXO3a 調(diào)節(jié)以上激酶治療腫瘤的相關(guān)研究正在進(jìn)行，如化療藥物（曲妥珠單抗，拉帕替尼，阿法替尼，西妥昔單抗，吉非替尼和奈拉替尼） 通過抑制PI3K-AKT 提高FOXO3a 的活性來抑制上皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR），為治療乳腺癌，結(jié)腸癌，前列腺癌，卵巢癌，肺癌和頭頸癌提供了一種新的有價(jià)值的治療策略[50]。

3.2 作為生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn) 由于FOXO3a在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵作用，F(xiàn)OXO3a 已成為化療藥物的潛在靶點(diǎn)。在霍奇金淋巴瘤（HL）中可以檢測到FOXO3a 的表達(dá)，而在非霍奇金淋巴瘤（NHL）中則未觀察到FOXO3a 的表達(dá)，F(xiàn)OXO3a 表達(dá)僅限于處于靜止?fàn)顟B(tài)的少量霍奇金細(xì)胞，而部分表達(dá)FOXO3a 的細(xì)胞被認(rèn)為具有類似腫瘤起始細(xì)胞（Cancer-initiating cells，CICs）的潛力，說明FOXO3a可以是部分HL 的CIC 的生物標(biāo)志物，但不是非HL的CIC 標(biāo)記[51]。三陰性乳腺癌中FOXO3a 的表達(dá)量與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和無病生存率相關(guān)，提示FOXO3a 可能在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和增殖中具有潛在作用，可以作為三陰性乳腺癌預(yù)后的生物標(biāo)志物和潛在治療靶標(biāo)[52]。由于FOXO3a 活性直接受多種miRNA 調(diào)節(jié)，篩選或合成靶向這些miRNA 的新型化療藥物也可能是治療腫瘤的有價(jià)值的策略。

4 展望

FOXO3a 功能的復(fù)雜性和多樣性表明其可能通過多種信號通路、多種方式發(fā)揮抗腫瘤作用。鑒于其在腫瘤中的關(guān)鍵作用，深入探討FOXO3a 生物學(xué)功能、調(diào)控機(jī)制及其在腫瘤中的作用和下游靶點(diǎn)，將有助于FOXO3a 發(fā)展成可靠的腫瘤診斷的標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。