叉頭轉(zhuǎn)錄因子家族在肝細(xì)胞癌中的作用機(jī)制及其作為治療靶點(diǎn)的前景

李恬雨， 閆會(huì)敏,2

1 河北醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室， 石家莊 050017；2 石家莊市第五醫(yī)院研究所， 石家莊 050021

肝細(xì)胞癌(HCC)是全球第三大最常見的癌癥死亡原因，盡管治療手段越來越多，但療效仍不理想。因此，迫切需要更好地闡明肝癌的分子機(jī)制及新的關(guān)鍵靶點(diǎn)。叉頭框(forkhead box,FOX)轉(zhuǎn)錄因子家族是一組結(jié)構(gòu)高度保守的轉(zhuǎn)錄因子，在控制細(xì)胞周期、上皮分化和代謝，以及調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等許多生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。FOX家族包括19個(gè)亞族(FOXA～FOXS)約50個(gè)成員，具有翼狀螺旋DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域或稱叉頭結(jié)構(gòu)域，這種結(jié)構(gòu)域具有轉(zhuǎn)錄激活和抑制作用，使FOX具有腫瘤抑制和潛在致癌的雙重作用。本文對(duì)目前研究較多的FOXA、FOXC、FOXM1、FOXO和FOXP作一綜述，探討FOX在HCC中的作用機(jī)制，以期為HCC的預(yù)防與治療提供幫助。

1 FOX家族在HCC發(fā)生發(fā)展中的作用

1.1 FOXA FOXA又稱肝細(xì)胞核因子3(hepatocyte nuclear factor 3,HNF3)，由FOXA1、2、3亞型組成。FOXA1在肝癌中起著致癌基因的作用，在HCC細(xì)胞中高表達(dá)，可促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖與轉(zhuǎn)移；臨床研究[1]表明，F(xiàn)OXA1在肝癌中表達(dá)增高預(yù)示著患者預(yù)后不良。FOXA1表達(dá)失調(diào)的機(jī)制尚不清楚，近年在非編碼RNA對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控作用方面?zhèn)涫荜P(guān)注。Wang等[2]發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA(lncRNA)MCM3AP-AS1可通過直接與miR-194-5p結(jié)合并使其充當(dāng)競爭性內(nèi)源RNA，調(diào)控FOXA1在HCC細(xì)胞中的表達(dá)。Yuan等[1]發(fā)現(xiàn)FOXA1是miR-212-3p的靶點(diǎn)，在HCC細(xì)胞中上調(diào)miR-212-3p表達(dá)，可引起FOXA1表達(dá)下降，反之則引起FOXA1表達(dá)升高，熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)二者能夠相互作用。上述研究提示，鑒定靶向FOXA1的非編碼RNA，驗(yàn)證研究二者的調(diào)控關(guān)系及其在HCC中的作用，將為HCC的防治提供新思路。

與FOXA1相反，F(xiàn)OXA2被認(rèn)為是抑癌基因。在HCC組織中，F(xiàn)OXA2表達(dá)明顯低于癌旁組織，在HCC中敲減FOXA2表達(dá)則會(huì)促進(jìn)細(xì)胞增殖[3]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[4]顯示，增高FOXA2表達(dá)會(huì)降低小鼠腫瘤數(shù)量和腫瘤負(fù)荷。已有幾項(xiàng)研究探討了FOXA2抑制HCC的機(jī)制，Liu等[3]發(fā)現(xiàn)FOXA1可與人沉默調(diào)節(jié)蛋白6協(xié)同作用，通過抑制轉(zhuǎn)錄因子鋅指蛋白2而降低HCC細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過程。Liang等[5]揭示了FOXA2與lncRNA-NEF間的正反饋調(diào)節(jié)回路，發(fā)現(xiàn)lncRNA-NEF被FOXA2激活后，與β-catenin相互作用，通過促進(jìn)β-catenin與糖原合成酶激酶-3β結(jié)合而引起β-catenin的抑制性磷酸化, 這些反應(yīng)又進(jìn)一步使FOXA2表達(dá)上調(diào)，如此形成一個(gè)正反饋環(huán)，在抑制HCC細(xì)胞遷移和EMT中發(fā)揮作用。HCC的性二態(tài)現(xiàn)象表現(xiàn)可能與FOXA及其靶標(biāo)有關(guān)，F(xiàn)OXA1/2依賴性雌激素受體α介導(dǎo)的雌激素信號(hào)傳導(dǎo)抑制HCC的生長，而雄激素受體介導(dǎo)的雄激素信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)了HCC的生長[6]。

目前關(guān)于FOXA3的研究較少。兩項(xiàng)研究[7-8]報(bào)道了FOXA3與HNF1A、HNF4A的聯(lián)合作用，發(fā)現(xiàn)將這3個(gè)因子聯(lián)合轉(zhuǎn)染至HCC細(xì)胞，不僅能夠更穩(wěn)定地抑制HCC細(xì)胞增殖和腫瘤形成，還可使HCC細(xì)胞喪失惡性特征，向類肝細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，這些類肝細(xì)胞能夠行使肝細(xì)胞功能，重新構(gòu)建肝板和肝小葉，這一結(jié)果為HCC治療提供了新思路。

1.2 FOXC FOXC亞家族包括FOXC1和FOXC2兩個(gè)成員，二者在血管形成中發(fā)揮著重要作用，提示可能參與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。Xia等[9]分析了406例HCC患者腫瘤組織和癌旁組織中FOXC1的表達(dá)，證實(shí)其表達(dá)水平在癌組織明顯高于癌旁組織、轉(zhuǎn)移病灶明顯高于原發(fā)病灶，且FOXC1表達(dá)越高，患者生存時(shí)間越短。在HCC細(xì)胞中上調(diào)FOXC1表達(dá)，可促進(jìn)EMT過程和微血管侵犯。同時(shí)，也有研究[10]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXC能夠通過誘導(dǎo)趨化因子(C-X-C基序)受體2和趨化因子(C-C基序)配體2反式激活，促進(jìn)HCC的侵襲和轉(zhuǎn)移。FOXC1表達(dá)受多個(gè)因子的調(diào)控，Huang等[10]發(fā)現(xiàn)IL-8刺激HCC細(xì)胞后，可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/HIF-α炎癥信號(hào)通路促進(jìn)FOXC1表達(dá)；相反，轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α可通過直接結(jié)合至FOXC1啟動(dòng)子而下調(diào)其表達(dá)。與FOXC1相似， FOXC2在HCC組織中高表達(dá)，且與腫瘤分化程度、AFP水平和不良預(yù)后等有關(guān)，進(jìn)一步分析FOXC2表達(dá)與EMT相關(guān)標(biāo)志物的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其與鈣黏蛋白和波形蛋白表達(dá)呈正相關(guān)[11]。基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)和MMP-9為腫瘤血管生長和轉(zhuǎn)移的重要參與者，推測FOXC2發(fā)揮促HCC作用與Akt介導(dǎo)的MMP-2和MMP-9激活密切相關(guān)。

1.3 FOXM1 FOXM1為致癌因子，其異常高表達(dá)密切聯(lián)系著腫瘤進(jìn)展。一項(xiàng)包含了14項(xiàng)研究、2036例HCC患者的Meta分析[12]發(fā)現(xiàn)， FOXM1表達(dá)水平與HCC發(fā)生率、腫瘤大小、血管浸潤、分化和TNM分期相關(guān)，且FOXM1高表達(dá)患者總生存率和無復(fù)發(fā)生存率明顯降低。在HCC小鼠模型中，F(xiàn)OXM1缺失可使小鼠腫瘤結(jié)節(jié)數(shù)量明顯減少，腫瘤細(xì)胞增殖能力下降、凋亡增加；另外，F(xiàn)OXM1可以激活CD44表達(dá)，維持HCC細(xì)胞的干細(xì)胞特征，因此抑制FOXM1有望消除具有干細(xì)胞特征的癌細(xì)胞[13]。FOXM1可能是慢性肝炎發(fā)展為HCC過程中的重要驅(qū)動(dòng)子，慢性肝炎患者肝組織中FOXM1表達(dá)水平高于正常肝組織，通過參與癌癥前的肝損傷和炎癥過程，促進(jìn)HCC的發(fā)生[14]，因此，靶向FOXM1可能有助于減輕肝臟炎癥，促進(jìn)肝損傷恢復(fù)，從而阻斷肝炎向HCC發(fā)展。

FOXM1可通過調(diào)節(jié)多種蛋白促進(jìn)HCC發(fā)生發(fā)展，目前已證實(shí)的FOXM1靶基因包括FOXA2、蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶1A(MAT1A)、驅(qū)動(dòng)蛋白4A (KIF4A)、蝸牛同源物1(果蠅)樣1蛋白和耐酒石酸酸性磷酸酶5等。FOXM1能夠抑制G1期FOXA2的表達(dá)，F(xiàn)OXM1/FOXA2的水平?jīng)Q定HCC細(xì)胞的分化狀態(tài)，進(jìn)而影響HCC進(jìn)展。Li等[15]發(fā)現(xiàn) FOXM1正向調(diào)節(jié)核因子-κB，但負(fù)向調(diào)節(jié)MAT1A，三者形成的前饋環(huán)路引起HCC加速發(fā)生，因此，上調(diào)MAT1A表達(dá)可通過抑制FOXM1/核因子-κB通路而治療HCC。另外，生物信息學(xué)分析均提示FOXM1和KIF4A為與HCC發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵基因，二者表達(dá)水平呈正相關(guān)，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)FOXM1可結(jié)合于KIF4A啟動(dòng)子BS3位點(diǎn)直接促進(jìn)其基因表達(dá)，在HCC細(xì)胞中過表達(dá)FOXM1可增加KIF4A基因和蛋白水平，提示了FOXM1-KIF4A信號(hào)軸在HCC發(fā)生發(fā)展中的重要作用[16]。非洲爪蟾驅(qū)動(dòng)蛋白樣蛋白2靶蛋白(TPX2)充當(dāng)Hedgehog(Hh)信號(hào)通路的新型下游靶標(biāo)和效應(yīng)物，Hh信號(hào)通過激活FOXM1誘導(dǎo)TPX2轉(zhuǎn)錄上調(diào)，促進(jìn)G2/M期進(jìn)展和HCC細(xì)胞增殖[17]。

lncRNA在包括HCC在內(nèi)的許多癌癥中失調(diào)，并且在癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和代謝中起重要作用。最新研究[18]顯示，lncRNA SLC2A1-AS1與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3的競爭性結(jié)合抑制FOXM1的轉(zhuǎn)錄活性，從而使HCC細(xì)胞中的FOXM1/葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 軸失活，進(jìn)而抑制HCC中的糖酵解和進(jìn)展。FOXM1作為miR-125a-3p的靶標(biāo)，lncRNA MALAT1通過miR-125a-3p上調(diào) FOXM1來調(diào)節(jié)HCC細(xì)胞的遷移和侵襲[19]。Wei等[20]研究表明，lncRNA MFI2-AS在HCC中通過充當(dāng)miR-134的內(nèi)源性RNA，從而上調(diào)FOXM1的表達(dá)，促進(jìn)HCC增殖和轉(zhuǎn)移，這些研究為靶向FOXM1在HCC中的直接診斷和治療提供了新的思路。

1.4 FOXO FOXO家族包括FOXO1、3、4、6四個(gè)成員。FOXO家族可通過促進(jìn)細(xì)胞周期阻滯、活性氧的解毒、受損DNA的修復(fù)和凋亡等作用抑制腫瘤細(xì)胞增殖；另外，F(xiàn)OXO家族也可誘導(dǎo)死亡受體配體和腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)等多種促凋亡調(diào)節(jié)因子的表達(dá)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，因此，F(xiàn)OXO一直以來被認(rèn)為是抑癌基因。然而，F(xiàn)OXO家族成員的單基因敲除并不能促進(jìn)腫瘤發(fā)生，只有敲除2個(gè)以上基因才能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生增加，反映了FOXO家族作為腫瘤抑制子的冗余調(diào)控方式。許多分子通過調(diào)控FOXO家族活性影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為。Shi等[21]發(fā)現(xiàn)，HBV蛋白結(jié)合蛋白能夠通過激活PI3K/Akt通路和上調(diào)miR-135a表達(dá)來下調(diào)FOXO1活性，進(jìn)而促進(jìn)HCC的進(jìn)展。Jiang等[22]研究證實(shí)，F(xiàn)OXO1是NK3同源盒1(NKX3.1)的直接靶標(biāo)，NKX3.1通過調(diào)節(jié)FOXO1的表達(dá)并誘導(dǎo)G1/S期細(xì)胞周期停滯來抑制HCC細(xì)胞增殖。miRNA對(duì)FOXO家族具有重要調(diào)節(jié)作用，miR-5188可通過抑制FOXO1表達(dá)，激活Wnt/β-catenin通路，促進(jìn)HCC細(xì)胞的腫瘤干細(xì)胞特性、轉(zhuǎn)移和耐藥性[23]。

近年來，F(xiàn)OXO在腫瘤促進(jìn)中的作用越來越受到關(guān)注。Lu等[24]發(fā)現(xiàn)FOXO3在HCC患者肝組織中活性明顯增強(qiáng)；動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，F(xiàn)OXO3高活性的小鼠出現(xiàn)大量的肝損傷和HCC相關(guān)因子表達(dá)升高；在二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的HCC模型中，F(xiàn)OXO3高活性小鼠的腫瘤數(shù)量明顯增多，提示FOXO3在肝毒素誘導(dǎo)的腫瘤發(fā)展中發(fā)揮著腫瘤啟動(dòng)子的作用。Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，由HBx引起的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域50蛋白表達(dá)增高，可通過激活Ras/FOXO信號(hào)途徑促進(jìn)HCC生長和轉(zhuǎn)移。非染色體結(jié)構(gòu)維護(hù)凝縮蛋白Ⅰ復(fù)合體G亞基參與細(xì)胞周期過程中染色體的凝集和分離，在HCC中被認(rèn)為是癌基因，可通過激活PI3K/Akt/FOXO4途徑促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖、抑制凋亡[26]。FOXO6在HCC細(xì)胞中高表達(dá)，敲低FOXO6可以通過抑制PI3K/Akt信號(hào)通路來抑制HCC細(xì)胞的糖酵解并降低其對(duì)化療的耐藥性，提示FOXO6可能是治療HCC的新靶標(biāo)[27]。

FOXO家族在癌癥中既可以充當(dāng)抑癌因子，又可以誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生，其對(duì)HCC是否抑制或激活尚未有定論，對(duì)其進(jìn)行深入研究將會(huì)在HCC防治中發(fā)揮重要作用。

1.5 FOXP FOXP家族包括FOXP1、2、3、4四個(gè)成員，分別調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞、語言功能、調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(Treg)和T淋巴細(xì)胞的發(fā)展。FOXP基因家族具有抑癌和促癌雙重生物學(xué)作用，F(xiàn)OXP1在HCC中表達(dá)增高，下調(diào)FOXP1表達(dá)可以通過誘導(dǎo)G1/S期細(xì)胞周期停滯而抑制HCC細(xì)胞增殖[28]。相反，F(xiàn)OXP2在HCC組織中呈低表達(dá)，且其表達(dá)下調(diào)與腫瘤侵襲及總生存期短密切相關(guān)[29]。在FOXP家族中研究最充分的是FOXP3，作為調(diào)節(jié)Treg發(fā)育和功能的關(guān)鍵分子， FOXP3失調(diào)可導(dǎo)致機(jī)體免疫失衡。在腫瘤中，F(xiàn)OXP3+Treg通過抑制效應(yīng)性T淋巴細(xì)胞而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸[30]。但也有研究[31]提示FOXP3為腫瘤抑制因子。在HCC中，F(xiàn)OXP3可通過增強(qiáng)TGFβ受體Ⅰ的磷酸化和激活TGFβ/Smad2/3信號(hào)通路抑制HCC進(jìn)展。FOXP4為腫瘤促進(jìn)因子，可促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖，并可通過調(diào)節(jié)EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Slug促進(jìn)HCC細(xì)胞發(fā)生EMT[32]。

1.6 其他FOX家族基因 FOXF1和FOXF2在HCC中低表達(dá)，過表達(dá)FOXF1可以顯著抑制HCC細(xì)胞的增值和侵襲能力，并通過降低肝癌細(xì)胞的干性和增殖、侵襲能力而在抑制腫瘤進(jìn)展中起關(guān)鍵作用[33]。FOXF2低表達(dá)誘導(dǎo)EMT而促進(jìn)HCC的發(fā)生，其表達(dá)水平與HCC患者的總生存期和無復(fù)發(fā)生存率密切相關(guān)[34]。而FOXG1為促癌因子，過表達(dá)FOXG1可增加HCC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力，直接結(jié)合并促進(jìn)β-catenin核易位，誘導(dǎo)淋巴增強(qiáng)因子/T淋巴細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄激活并上調(diào)許多Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下游基因，促進(jìn)HCC細(xì)胞的EMT[35]。FOXJ1在HCC中上調(diào)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)變，與組織學(xué)分級(jí)和預(yù)后不良有關(guān)[36]。FOXJ2破壞細(xì)胞核酸結(jié)合蛋白與磷酸葡萄糖突變酶1(PGM1)啟動(dòng)子的結(jié)合以增加PGM1表達(dá)，F(xiàn)OXJ2通過增加PGM1表達(dá)來抑制腫瘤細(xì)胞的糖酵解和增殖，從而調(diào)節(jié)糖酵解和糖原代謝之間的葡萄糖運(yùn)輸來抑制HCC的進(jìn)展[37]。FOXK1的表達(dá)在HCC中顯著上調(diào)，可促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，上調(diào)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物EpCAM和乙醛脫氫酶1表達(dá)從而增強(qiáng)癌細(xì)胞干性，與HCC進(jìn)展呈正相關(guān)[38]。FOXK2在HCC中起促癌基因的作用，可通過PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞遷移和增殖[39]。FOX基因家族的其他基因在HCC中的作用亟待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 FOX家族分子作為HCC潛在治療靶點(diǎn)

FOX家族分子作為轉(zhuǎn)錄因子可以通過調(diào)控靶基因，參與多種細(xì)胞生物學(xué)過程，在癌癥發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，因此，F(xiàn)OX家族分子可能是頗具潛力的HCC治療靶點(diǎn)。最近幾項(xiàng)研究已嘗試使用靶向FOX家族的藥物治療HCC。硫鏈絲菌素為包含噻唑結(jié)構(gòu)的抗生素，可特異性抑制FOXM1轉(zhuǎn)錄活性，誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞死亡，降低染色體不穩(wěn)定性基因CIN25和CIN70，因此利用硫鏈絲菌素定向干預(yù)FOXM1對(duì)患者可能具有治療價(jià)值[40]。鹽屋霉素A在多種癌癥中表現(xiàn)出抑制FOXM1表達(dá)，延緩腫瘤生長。FOXM1是具有干細(xì)胞樣特征的HCC細(xì)胞所必需的，利用鹽屋霉素A抑制FOXM1可有效抑制干細(xì)胞樣特征球狀集落的形成[41]。此外，蛋白酶體抑制劑如MG115、MG132或硼替佐米可以抑制FOXM1的轉(zhuǎn)錄活性和表達(dá)，對(duì)FOXM1的負(fù)調(diào)控可能有助于其抗癌特性[42]。蛋白酶抑制劑可以選擇性殺死癌細(xì)胞而不影響正常細(xì)胞，是有效的抗腫瘤藥物之一。

針對(duì)FOXO家族的腫瘤抑制作用，一些研究[43-44]探討能否通過激活FOXO家族HCC。紫花牡荊素和牡荊脂素化合物可通過抑制FOXO3a磷酸化而抑制HCC細(xì)胞增殖、促進(jìn)凋亡，發(fā)揮抗腫瘤作用。三氟拉嗪是用于抗精神類疾病的藥物，其在HCC中能夠促進(jìn)FOXO1易位至細(xì)胞核，上調(diào)Bax/Bcl-2表達(dá)，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[45]?；贔OXO家族的促腫瘤作用，抑制FOXO家族活性可能有助于HCC治療。AS1842856是一種針對(duì)FOXO1小分子抑制劑，可通過干擾FOXO1抑制多種腫瘤，但其在HCC中的作用尚未得到證實(shí)。

目前針對(duì)FOX家族靶點(diǎn)的藥物研究尚處于探索階段，將其應(yīng)用于臨床治療還需要大量研究支持。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，F(xiàn)OX家族作為轉(zhuǎn)錄因子通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在HCC發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，因此，這些分子有望成為HCC治療的潛在靶基因。但這些分子的調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明，F(xiàn)OX家族分子間是否存在相互作用，以及這種相互作用對(duì)HCC進(jìn)展有何種影響還不清楚，以FOX家族分子為藥物作用靶點(diǎn)的臨床研究還非常罕見。相信隨著研究的不斷深入，以這些分子作為新靶點(diǎn)的治療將會(huì)為HCC治療帶來新希望。

利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：李恬雨負(fù)責(zé)資料分析，撰寫及修改論文；閆會(huì)敏負(fù)責(zé)擬定寫作思路，修改論文并最后定稿。