FOXA家族在惡性腫瘤中的作用研究進(jìn)展

張偲昂，王明東，王 澤，陳文杰，金煜翔，趙學(xué)維，薛 磊

FOX家族被稱之為叉頭框(fork-head box)蛋白，其特征是具有一段長度為110個氨基酸，高度保守并且和果蠅叉頭基因相應(yīng)區(qū)域高度同源的DNA結(jié)合域。根據(jù)叉頭框的序列可進(jìn)一步分為FOXA～FOXS共19個亞族。FOXA家族最初從大鼠肝核細(xì)胞中提取，在2000年系統(tǒng)命名叉頭框家族之前被稱作肝核轉(zhuǎn)錄因子-3(hepatic nuclear factor-3，HNF-3)，包括FOXA1、FOXA2、FOXA3三個成員。FOXA家族的特征性叉頭框結(jié)構(gòu)由3個α螺旋及其兩側(cè)2個環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，又被稱為“旋翼區(qū)”(wing-helix domain，WHD)。值得注意的是，F(xiàn)OXA的C末端能與組蛋白H3、H4相互作用，且旋翼區(qū)在結(jié)構(gòu)上類似于組蛋白H1，該結(jié)構(gòu)有助于FOXA與致密的染色質(zhì)結(jié)合并使之松散。除FOXA本身的DNA結(jié)構(gòu)域與染色質(zhì)結(jié)合發(fā)揮作用外，其也可進(jìn)一步促進(jìn)染色質(zhì)與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合從而發(fā)揮下游作用。因此，F(xiàn)OXA也被稱為“先鋒因子”。FOXA家族成員是內(nèi)胚層形成以及相關(guān)器官如肝臟、胰腺、肺和前列腺等的正常發(fā)育所必須的，其還可以通過調(diào)節(jié)肝臟、胰腺和脂肪組織中的多個靶基因以調(diào)控能量代謝從而參與許多疾病的發(fā)生、發(fā)展過程[1]。此外，F(xiàn)OXA家族更是和惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移等各個環(huán)節(jié)息息相關(guān)。目前關(guān)于FOXA1和FOXA2的研究較多，而針對FOXA3的研究較少，且多集中于胚胎發(fā)育、血糖、脂肪的代謝及相關(guān)疾病等方面。值得注意的是，在不同的腫瘤疾病進(jìn)程中，F(xiàn)OXA家族各成員的表達(dá)及其作用并不相同，筆者就近年來FOXA家族與惡性腫瘤的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 FOXA在非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)中的作用

Wang等[2]系統(tǒng)地利用人肺腺癌A549細(xì)胞株的染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)(chromatin-immunoprecipitation, ChIP)結(jié)合二代測序即ChIP-Seq(ChIP-sequencing)數(shù)據(jù)，分析了多個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點，發(fā)現(xiàn)FOXA1作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子可能在肺癌轉(zhuǎn)移起始階段起重要作用，其可負(fù)性調(diào)節(jié)腫瘤的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)。該研究還發(fā)現(xiàn)在FOXA2啟動子區(qū)有一個強的FOXA1結(jié)合位點，提示在A549細(xì)胞中存在FOXA1對FOXA2的潛在調(diào)控。Li等[3]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXA1在高侵襲性的A549細(xì)胞中表達(dá)升高，且相對于腫瘤原發(fā)灶，其在轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中的表達(dá)更高。此外，在A549細(xì)胞系中干擾FOXA1可以抑制細(xì)胞的增殖并降低其侵襲、遷移能力。Deutsch等[4]研究發(fā)現(xiàn)在肺鱗狀細(xì)胞癌中FOXA1也同樣起致癌基因的作用，其在肺鱗狀細(xì)胞癌中的表達(dá)與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移以及較差的預(yù)后有關(guān)，并且相比于未匹配原發(fā)腫瘤的腫瘤樣本，在肺鱗癌患者腦轉(zhuǎn)移標(biāo)本中FOXA1的表達(dá)量較高。

FOXA2在肺癌中被認(rèn)為是抑癌基因，過表達(dá)FOXA2可抑制肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，促進(jìn)其凋亡。Basseres等[5]利用免疫組化方法檢測了173例原發(fā)NSCLC組織中的FOXA2表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)42例(24.2%)中FOXA2表達(dá)缺失，54例(31.2%)中低表達(dá)。Halmos等[6]發(fā)現(xiàn)FOXA2是抑癌基因C/EBPα的下游靶基因，且FOXA2在正常肺中表達(dá)強烈，但在所有肺癌細(xì)胞系中半數(shù)以上(15/25)表達(dá)消失。在人非小細(xì)胞肺癌NCI-H358細(xì)胞株中過表達(dá)FOXA2后，細(xì)胞增殖停滯，增殖克隆能力喪失，同時促進(jìn)細(xì)胞凋亡。鋅指轉(zhuǎn)錄因子Slug，又稱為snail2，主要通過調(diào)控增加E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達(dá)從而使細(xì)胞維持正常上皮的特征以參與EMT。Tang等[7]研究發(fā)現(xiàn)FOXA2能夠與Slug啟動子結(jié)合后通過自身的轉(zhuǎn)錄激活域Ⅱ抑制Slug的轉(zhuǎn)錄，下調(diào)人肺癌細(xì)胞中FOXA2可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，反之FOXA2過表達(dá)則可以抑制EMT，進(jìn)一步影響肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。此外，有研究通過對各公共數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為FOXA1和FOXA3在肺癌組織及細(xì)胞株中高表達(dá)，而FOXA2表達(dá)較低，并且三者均與較差的預(yù)后相關(guān)[8]。

2 FOXA在乳腺癌中的作用

乳腺癌是一類高度異質(zhì)性的腫瘤，其分子分型包括Luminal A型、Luminal B型、人表皮生長因子受體(human epidermal growth factor receptor，HER)-2過表達(dá)型、基底細(xì)胞樣型(三陰型乳腺癌屬于此型)。FOXA1在乳腺癌細(xì)胞株中普遍高表達(dá)，這在雌激素受體(estrogen receptor，ER)陽性(Luminal A/B型)的乳腺癌患者中通常意味著更好的預(yù)后。一項研究分析了4 444例乳腺癌患者樣本后發(fā)現(xiàn)FOXA1還與一些腫瘤臨床預(yù)后較差的指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，如腫瘤大小、分級，Ki67蛋白和HER-2蛋白的表達(dá)，基底細(xì)胞樣亞型等，提示FOXA1是估計乳腺癌預(yù)后的獨立危險因素[9]。究其原因，F(xiàn)OXA1是影響ER與染色質(zhì)相互作用的決定性因素。Hurtado等[10]利用ChIP-Seq手段發(fā)現(xiàn)在同一種乳腺癌細(xì)胞系中，ER結(jié)合位點與FOXA1結(jié)合位點之間的重疊區(qū)域可達(dá)52%～58%。FOXA1作為基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的先鋒因子，可以結(jié)合并松解位于重疊區(qū)域的致密核小體，進(jìn)而利于ER與配體的結(jié)合。在接下來的乳腺癌MCF-7細(xì)胞株研究中發(fā)現(xiàn)，人為沉默F(xiàn)OXA1基因后，與對照組相比超過90%的ER結(jié)合位點信號強度至少降低了50%。研究還發(fā)現(xiàn)在雌激素敏感的乳腺癌細(xì)胞中，F(xiàn)OXA1的存在為他莫昔芬-ER結(jié)合所必須(他莫昔芬為抗雌激素藥物，結(jié)構(gòu)類似雌激素，能與雌二醇競爭ER并與之形成穩(wěn)定的復(fù)合物)；而在他莫昔芬耐藥細(xì)胞中，ER結(jié)合與配體無關(guān)，但同樣依賴于FOXA1的存在。

對于ER陰性的乳腺癌，Ni等[11]利用了乳腺分子大汗腺型腫瘤(molecular apocrine tumours)的MDA-MB-453細(xì)胞系作為模型進(jìn)行研究，這類細(xì)胞系的分子表型為ER(-)/雄激素受體(androgen receptor，AR)(+)/HER-2(+/-)，其信號調(diào)節(jié)和雄激素依賴性與前列腺癌細(xì)胞系類似。結(jié)果發(fā)現(xiàn)AR可以通過上調(diào)WNT7B分子的表達(dá)激活Wnt/β-catenin信號通路，隨后誘導(dǎo)HER-3上調(diào)。HER-3與HER-2均為HER家族成員，它們可以形成異源二聚體并磷酸化觸發(fā)信號級聯(lián)從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長。Robinson等[12]研究發(fā)現(xiàn)AR發(fā)揮功能是依賴于FOXA1的，因為沉默F(xiàn)OXA1的表達(dá)后可以抑制AR的結(jié)合。此外，F(xiàn)OXA1還可以通過調(diào)控細(xì)胞周期對細(xì)胞生長產(chǎn)生抑制作用。一項研究通過對乳腺癌細(xì)胞株MCF-7和ZR-75-30運用ChIP技術(shù)證實FOXA1能結(jié)合到p21、p27基因啟動子序列上，再通過克隆p21、p27的啟動子，構(gòu)建p21、p27啟動子重組質(zhì)粒進(jìn)行共轉(zhuǎn)染實驗，結(jié)果提示FOXA1能促進(jìn)p21、p27基因的轉(zhuǎn)錄[13]。Wolf等[14]也同樣發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXA1可以通過調(diào)控p27的轉(zhuǎn)錄來實現(xiàn)對乳腺癌細(xì)胞增殖的調(diào)控。除了被廣泛研究的FOXA1，F(xiàn)OXA2在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展中也同樣發(fā)揮著重要作用。Zhang[15]研究發(fā)現(xiàn)FOXA2可以通過促進(jìn)E-鈣黏蛋白并抑制E盒結(jié)合鋅指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox 2, ZEB2)表達(dá)的方式，抑制乳腺癌EMT的發(fā)生從而產(chǎn)生抑癌作用。Cao等[16]經(jīng)研究認(rèn)為，過氧化物酶體-γ共激活因子-1β(peroxisome gamma coactivator-1β, PGC-1β)的下調(diào)與FOXA2的過度表達(dá)可以通過調(diào)節(jié)PI3K-AKT-mTOR途徑共同抑制乳腺癌細(xì)胞的功能。但也有研究卻發(fā)現(xiàn)FOXA2可以促進(jìn)基底細(xì)胞樣型乳腺癌的發(fā)生，并增加復(fù)發(fā)率[17]。

3 FOXA在前列腺癌中的作用

FOXA1也可以通過調(diào)控AR所介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄過程從而在前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。與乳腺癌不同的是，盡管同樣是激素依賴性的腫瘤，F(xiàn)OXA1高表達(dá)卻往往表示腫瘤預(yù)后不佳。Jain[18]通過對80例原發(fā)性和28例轉(zhuǎn)移性前列腺癌組織研究(包括15對配對樣本)，發(fā)現(xiàn)89%的轉(zhuǎn)移性前列腺癌標(biāo)本FOXA1高表達(dá)，相比之下原發(fā)灶僅有19%FOXA1高表達(dá)，并且FOXA1高表達(dá)與腫瘤大小、前列腺外浸潤及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移程度呈正相關(guān)。馮偉等[19]運用免疫組化的方法檢測了35例前列腺癌以及21例良性前列腺增生的組織標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)前列腺癌組織中FOXA1的表達(dá)顯著高于良性前列腺增生組織，并且FOXA1與前列腺癌患者的TNM(tumor node metastasis)分期、Gleason評分正相關(guān)，也說明FOXA1在前列腺癌中扮演著促癌基因的角色。此外，F(xiàn)OXA1/A2還可以促進(jìn)AGR2蛋白(anterior gradient protein 2)的表達(dá)，而AGR2可以增加前列腺癌細(xì)胞的侵襲性。ErbB3結(jié)合蛋白1(ErbB3-binding protein 1, EBP1)可以拮抗FOXA1/A2的誘導(dǎo)，抑制AGR2的表達(dá)，從而減弱腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的能力。

4 FOXA在肝細(xì)胞癌中的作用

女性的肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)明顯低于男性，諸多研究已經(jīng)證明雌激素對肝細(xì)胞具有保護(hù)作用，而雄激素相反可促進(jìn)肝細(xì)胞癌的發(fā)生。FOXA1/A2為建立前腸內(nèi)胚層和啟動肝臟發(fā)育所必須。Li等[20]利用二乙基亞硝胺誘發(fā)FOXA1/A2基因缺陷的小鼠肝癌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雌性FOXA1/A2缺陷型小鼠腫瘤較對照組明顯增大，而雄性FOXA1/A2缺陷型小鼠較對照組腫瘤較小，即失去了肝癌致病過程的兩性差異。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)FOXA1/A2和ER或AR對靶基因的共調(diào)控在正常雌性或雄性小鼠的肝癌發(fā)生過程中分別增加，但這種共調(diào)控在FOXA1/A2缺陷型小鼠中并不存在。因此，雌激素對HCC的抵抗作用和雄激素對HCC的促進(jìn)作用均取決于FOXA1/A2。有研究認(rèn)為，F(xiàn)OXA1作為腫瘤抑制因子可以直接抑制PIK3R1(phosphoinositide-3-kinase, regulatory subunit 1)基因的轉(zhuǎn)錄活性，PIK3R1基因負(fù)責(zé)編碼磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)的p85α亞基，F(xiàn)OXA1正是通過此種機制抑制PI3K/Akt信號傳導(dǎo)，從而對男性患者HCC的增殖、遷移和侵襲產(chǎn)生負(fù)面調(diào)節(jié)作用[21]。Wang等[22]發(fā)現(xiàn)FOXA2在肝癌組織中表達(dá)降低，進(jìn)一步體外、體內(nèi)的試驗均證實了FOXA2可以抑制HCC的侵襲和轉(zhuǎn)移。研究還發(fā)現(xiàn)FOXA2可下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloprotein 9, MMP-9)的表達(dá)，提示FOXA2可能是因此抑制肝癌轉(zhuǎn)移。MMP-9屬于基質(zhì)金屬蛋白酶家族一員，是一類結(jié)構(gòu)中含Zn2+和Ca2+的蛋白水解酶，被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的始動因素。Liu等[23]發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor, TNF-α)的一個重要的下游激酶IκB激酶的α亞基(IKKα)可以使FOXA2發(fā)生磷酸化而失活，導(dǎo)致NUMB蛋白表達(dá)降低并進(jìn)一步激活下游NOTCH通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)生。肝癌細(xì)胞中FOXA2，IKKα和活化的NOTCH1蛋白(NOTCH1是NOTCH基因編碼的一種跨膜蛋白受體，與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切)水平顯著高于正常肝組織，并且FOXA2分別與IKKα和活化的NOTCH1蛋白表達(dá)呈正相關(guān)，由此參與炎癥介導(dǎo)的肝細(xì)胞癌致病過程。此外，汪子力[24]發(fā)現(xiàn)FOXA2可以通過調(diào)節(jié)p53和p21的轉(zhuǎn)錄影響肝癌細(xì)胞增殖。李正平等[25]研究發(fā)現(xiàn)FOXA2可以調(diào)節(jié)E-鈣黏蛋白的表達(dá)并進(jìn)一步調(diào)節(jié)EMT從而發(fā)揮抑癌的作用。最新的研究還發(fā)現(xiàn)FOXA2抑制另一叉頭框蛋白FOXM1的表達(dá)進(jìn)而抑制其誘導(dǎo)的致瘤作用，還可抑制Ras基因誘導(dǎo)的涉及FOXM1的肝癌進(jìn)展[26]。FOXM1對HCC的發(fā)展至關(guān)重要，其過表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)。反之FOXM1也可以抑制FOXA2的表達(dá)，兩者在HCC的進(jìn)展中扮演相反的角色。

5 FOXA在胰腺癌中的作用

FOXA1和FOXA2，對于許多內(nèi)胚層衍生器官(包括胰腺)的上皮分化至關(guān)重要。Song等[27]研究發(fā)現(xiàn)在人胰腺導(dǎo)管癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDA)樣本中，F(xiàn)OXA1/A2在從正常到分化良好的所有癌細(xì)胞的上皮細(xì)胞中均表達(dá)，而在未分化癌細(xì)胞中表達(dá)丟失。在PDA細(xì)胞系中，不管抑制FOXA1或FOXA2，均可以誘導(dǎo)胰腺導(dǎo)管癌細(xì)胞發(fā)生EMT，而過表達(dá)FOXA2可以重新激活E-鈣黏蛋白從而維持正常上皮的表型。通過對胰腺未分化癌細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，這種作用實際上是通過去甲基化重新激活內(nèi)源性的FOXA2而實現(xiàn)的。因此，F(xiàn)OXA1/A2與胰腺癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

6 FOXA在食管癌中的作用

研究發(fā)現(xiàn)FOXA1在食管癌中高表達(dá)并與廣泛的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)FOXA2在Barrett食管、食管異型增生以及食管腺癌中表達(dá)上調(diào)[28]。Watts[29]研究顯示，F(xiàn)OXA2可以通過調(diào)節(jié)X1因子(regulatory factor X1, RFX1)的表達(dá)水平從而在Barrett食管向食管腺癌發(fā)展的過程中起到一定作用。Chen等[30]對FOXA3在食管癌中的作用進(jìn)行了研究，結(jié)果提示FOXA3在食管癌及Barrett食管中高表達(dá)，下調(diào)FOXA3后腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移能力受到抑制。研究還發(fā)現(xiàn)FOXA1/A2的表達(dá)水平也隨之下降，而過表達(dá)FOXA1或FOXA2后，食管癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力也得到恢復(fù)。

7 FOXA在結(jié)直腸癌中的作用

Ma等[31]通過對90例結(jié)直腸癌組織標(biāo)本的研究，發(fā)現(xiàn)FOXA1的陽性表達(dá)與腫瘤體積、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及更晚的腫瘤分期有關(guān)，并且是預(yù)后不良的獨立危險因素。最近有一項對多達(dá)403例結(jié)直腸癌組織標(biāo)本的研究，也證實了FOXA1與腫瘤分化、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、更晚的腫瘤分期和低生存率相關(guān)，并且FOXA1陽性腫瘤的平均Ki-67指數(shù)值顯著高于FOXA1陰性腫瘤[32]。體外細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)敲除FOXA1后可以激活A(yù)DP-核糖聚合酶，上調(diào)p53基因，下調(diào)BH3和Mcl-1蛋白，從而抑制了腫瘤細(xì)胞侵襲，同時誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果表明在結(jié)直腸癌中FOXA1可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞生存數(shù)量以促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。此外，在結(jié)直腸癌中，F(xiàn)OXA與上皮標(biāo)記基因的增強子相關(guān)，在維持正常上皮結(jié)構(gòu)功能中發(fā)揮著重要作用[33]。Snail1(鋅指轉(zhuǎn)錄因子的成員之一)可以通過直接抑制FOXA1并觸發(fā)所有FOXA家族成員的下調(diào)，從而促進(jìn)EMT的發(fā)生。

8 FOXA在其他腫瘤中的作用

FOXA1在甲狀腺未分化癌中高表達(dá)并被認(rèn)為是潛在的致癌基因。有研究利用免疫組化技術(shù)檢測了67例甲狀腺髓樣癌(包括1例降鈣素陰性髓樣癌)標(biāo)本，結(jié)果所有67例標(biāo)本中FOXA1均是強陽性表達(dá)[34]。Kim等[35]研究顯示甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞中FOXA2的表達(dá)明顯下降。在腦膠質(zhì)瘤中，F(xiàn)OXA1的表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)并可促進(jìn)腫瘤的增殖及轉(zhuǎn)移[36]。相反，F(xiàn)OXA2則可以抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲性[37]。FOXA2還可以抑制卵巢癌和胃癌的增殖、遷移侵襲能力[38]。此外，研究發(fā)現(xiàn)FOXA2在子宮惡性腫瘤包括子宮肉瘤中存在頻繁突變，提示FOXA2可能也參與了子宮惡性腫瘤的致癌進(jìn)程[39]。

9 總結(jié)與展望

綜上所述，F(xiàn)OXA家族與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，且在不同的腫瘤中，F(xiàn)OXA家族基因的表達(dá)及其作用均不相同。FOXA因其與ER、AR密切的作用關(guān)系，在乳腺癌、前列腺癌以及肝癌這類激素相關(guān)性腫瘤的致病機制中扮演了核心的角色。從HNF-3到叉頭框蛋白A已經(jīng)有20年，期間研究者們進(jìn)行了不懈的努力，對其在各種惡性腫瘤中的作用及機制不斷探索，相信通過今后對FOXA家族研究的進(jìn)一步深入，能為腫瘤的診治帶來新的收獲。