叉頭框蛋白M1在腦膠質(zhì)瘤中作用的研究進(jìn)展

侯欣然，厚靜雅，張亞茹，李海麗

山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)臨床與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所)，山東 濟(jì)南 250000

膠質(zhì)瘤(glioma)具有高度侵襲性和破壞性,是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的原發(fā)性腦腫瘤。膠質(zhì)瘤患者的生存期短,預(yù)后差,且很難從手術(shù)和放、化療等傳統(tǒng)治療中獲益。因此臨床迫切需探索新的治療靶點(diǎn)和診療方法。

1 FOXM1的概述

FOXM1(forkhead box protein M1)是FOX(forkhead box)轉(zhuǎn)錄因子家族的重要成員。人類FOXM1基因含有10個(gè)外顯子,外顯子Va(A1)和VIIa(A2)的交替拼接可產(chǎn)生4個(gè)不同的異構(gòu)體:FOXM1a、FOXM1b、FOXM1c和FOXM1d。在細(xì)胞核中,具有轉(zhuǎn)錄活性的FOXM1b和FOXM1c能以特異性的方式直接調(diào)控靶基因的表達(dá)[1]。目前在臨床膠質(zhì)瘤樣本中僅發(fā)現(xiàn)FOXM1b的表達(dá)上調(diào)[2]。

2 FOXM1調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程

DREAM(DP,RB-like,E2F4 and MuvB)復(fù)合物是由MuvB核心復(fù)合體(MuvB core complex)、E2F4-5/DP和p107(RBL1基因編碼)或p130(RBL2基因編碼)蛋白組成的轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合體,主要功能是維持細(xì)胞周期靜息期(G0)及G1/S期的穩(wěn)定。對(duì)160例腦瘤的分子表達(dá)譜進(jìn)行預(yù)測(cè)的研究顯示,缺失DREAM復(fù)合物調(diào)控的腦瘤更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移,同時(shí)檢測(cè)到DREAM復(fù)合物下游分子FOXM1和Myb相關(guān)蛋白b(B-Myb/Mybl2)的高表達(dá)[3]。因此,FOXM1的表達(dá)高低常作為臨床上腦瘤預(yù)后不良的分子標(biāo)志物。作為DREAM復(fù)合物下游的靶分子,FOXM1可以激活與細(xì)胞周期相關(guān)的因子,促進(jìn)細(xì)胞周期G1/S期和G2/M期的轉(zhuǎn)換。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,FOXM1可與MuvB復(fù)合體相互結(jié)合,促進(jìn)含有RING結(jié)構(gòu)的E3泛素蛋白連接酶RNF26的表達(dá)。RNF26是一個(gè)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的跨膜蛋白,其上調(diào)可降解G1期細(xì)胞周期停滯的細(xì)胞周期依賴性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)抑制劑p57的表達(dá),促進(jìn)了細(xì)胞周期從G1期到S期的過(guò)程[4]。p21/FOXM1/cyclin B1軸的激活也是有絲分裂調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分。在膠質(zhì)瘤中,抑制p21/FOXM1/cyclin B1信號(hào)軸的激活導(dǎo)致膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87和U251發(fā)生細(xì)胞周期G2/M的停滯,進(jìn)而誘導(dǎo)線粒體依賴的凋亡發(fā)生。因此,通過(guò)干預(yù)FOXM1參與的細(xì)胞周期相關(guān)通路可以為臨床膠質(zhì)瘤的治療提供新的科學(xué)思路。FOXM1除通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期蛋白參與腫瘤的增殖過(guò)程外,還可通過(guò)多種方式參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移及腫瘤干細(xì)胞的激活過(guò)程。Ki-67是一個(gè)突出的癌標(biāo)志物,可作為判定膠質(zhì)瘤的良惡性的主要靶標(biāo)。FOXM1可通過(guò)與MuvB核心復(fù)合物結(jié)合,參與調(diào)節(jié)編碼Ki-67的MKI67基因的表達(dá)。FOXM1與MKI67/Ki-67的CHR元件結(jié)合,促使復(fù)合體LIN54/MuvB調(diào)控MKI67/Ki-67的轉(zhuǎn)錄激活,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生G2/M的迅速啟動(dòng),最終加快腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移過(guò)程[5]。異黏蛋白(metadherin,MTDH)基因,也稱星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)基因-1(astrocyte elevated gene-1,AEG-1)。通過(guò)siRNA技術(shù)敲低MTDH的表達(dá),可有效抑制FOXM1和Mybl2的表達(dá),最終影響神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖過(guò)程[6]。特定RNA或相關(guān)蛋白質(zhì)分子還可以通過(guò)激活FOXM1的轉(zhuǎn)錄功能影響膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展。LncRNA MYCNOS可以通過(guò)內(nèi)源性海綿吸附機(jī)制調(diào)控miR-216b/FOXM1信號(hào)軸的激活,進(jìn)而導(dǎo)致FOXM1在多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)的高表達(dá),最終促進(jìn)GBM細(xì)胞的惡性增殖[7]。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(glioma stem cells,GSCs)中,核基質(zhì)相關(guān)蛋白SATB2可通過(guò)與FOXM1基因位點(diǎn)的DNA的附著區(qū)(matrix attachment regions,MARs)序列結(jié)合,并將組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP募集到MAR中激活FOXM1表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)GSC的增殖[8]。因此,FOXM1可直接或間接調(diào)控細(xì)胞周期之間的轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)其自身的轉(zhuǎn)錄功能,最終調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等過(guò)程。

3 FOXM1調(diào)控Wnt/β-catenin通路的激活

Wnt/β-catenin通路可以調(diào)節(jié)神經(jīng)干/祖細(xì)胞的自我更新和分化,因此該信號(hào)通路的激活在膠質(zhì)瘤的發(fā)生過(guò)程中具有重要作用[9]。FOXM1是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下游因子。在膠質(zhì)瘤中,FOXM1可直接與β-catenin結(jié)合增強(qiáng)β-catenin的核定位和轉(zhuǎn)錄活性,最終激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路的促瘤作用[10]。Mybl2與FOXM1相互作用也可激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路,加速腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移[11]。泛素化修飾在維持FOXM1穩(wěn)定調(diào)控Wnt/β-catenin通路的過(guò)程中具有關(guān)鍵作用。在腫瘤細(xì)胞中,FOXM1會(huì)結(jié)合多種E3泛素連接酶促進(jìn)自身的泛素化和降解。然而,FOXM1的上游調(diào)控因子或其自身如何調(diào)控去泛素化途徑進(jìn)而穩(wěn)定表達(dá)尚不清楚。去泛素化酶USP28可通過(guò)調(diào)控FOXM1的去泛素化,穩(wěn)定其在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá),同時(shí)增加β-catenin的核轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)而促進(jìn)FOXM1與β-catenin結(jié)合增強(qiáng)及β-catenin核定位和下游靶基因表達(dá)[12]。目前在膠質(zhì)瘤中USP28是否也具有類似的功能尚未研究報(bào)道。因此FOXM1/Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的激活是神經(jīng)膠質(zhì)瘤形成的必要條件,但FOXM1的穩(wěn)定表達(dá)機(jī)制仍需要更多的證據(jù)證實(shí)。

4 Akt-FOXM1通路對(duì)膠質(zhì)瘤的調(diào)控作用

蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號(hào)通路可調(diào)控膠質(zhì)瘤的血管生成、遷移和侵襲等多種生物學(xué)功能[13]。有研究證實(shí),Wnt通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子dickkopf相關(guān)蛋白1(dickkopf-related protein 1,DKK1)通過(guò)與Ⅱ型跨膜蛋白細(xì)胞骨架關(guān)聯(lián)蛋白4(cytoskeleton-associated protein 4,CKAP4)結(jié)合激活A(yù)kt-FOXM1信號(hào)通路,促進(jìn)GBM的血管生成[14]。FOXM1還可以通過(guò)與DKK1基因的5’- 翻譯區(qū)域結(jié)合調(diào)控DKK1的表達(dá)。因此,FOXM1誘導(dǎo)DKK1表達(dá)獨(dú)立于Wnt信號(hào)通路,即DKK1和FOXM1通過(guò)Akt通路的正反饋激活促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖[15]。叉頭框蛋白O(forkhead box protein O,FOXO)是FOXM1的負(fù)調(diào)節(jié)因子,磷酸化的Akt會(huì)通過(guò)抑制FOXO的表達(dá)調(diào)控FOXM1的表達(dá)[16]。FOXM1和Mybl2在GBM細(xì)胞中保持著一致的表達(dá)趨勢(shì)。Akt的抑制劑不僅會(huì)抑制Akt的磷酸化,還能降低FOXM1和Mybl2的表達(dá)。因此,Mybl2是Akt-FOXM1通路的下游分子。Mybl2通過(guò)調(diào)控cyclin B和cyclin D影響膠質(zhì)瘤細(xì)胞周期的進(jìn)展和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程[17]。

5 FOXM1的穩(wěn)定依賴于p53通路

腫瘤抑制基因產(chǎn)物p53是一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)錄因子,具有調(diào)控細(xì)胞周期、促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞分化、激活DNA損傷修復(fù)和抑制癌基因激活等功能[18]。對(duì)大量腫瘤患者的病理分析發(fā)現(xiàn),約半數(shù)的腫瘤樣本都會(huì)發(fā)生p53的缺失或突變,其中包括腦膠質(zhì)瘤[19]。在腫瘤中FOXM1受到p53的負(fù)調(diào)控。研究表明,FOXM1是p53通路調(diào)控G2/M階段的重要因子,當(dāng)DNA發(fā)生損傷時(shí),p53通過(guò)抑制FOXM1的表達(dá)維持G2/M期的阻滯[20]。當(dāng)p53信號(hào)通路的失活時(shí),會(huì)促進(jìn)FOXM1/miR-335-3p/Fmr1信號(hào)軸的激活,導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新[21]。然而突變p53會(huì)影響野生型p53通路對(duì)FOXM1的轉(zhuǎn)錄和翻譯后修飾功能。叉頭盒蛋白的“O”亞家族成員FOXO3對(duì)FOXM1的負(fù)調(diào)節(jié)作用就依賴于p53突變獲得的新功能[22]。非編碼RNA LINC00857可以結(jié)合到FOXM1的去泛素化酶卵巢腫瘤相關(guān)蛋白B1(ovarian tumor-related ubiquitin aldehyde binding 1,OTUB1)的序列上,作為蛋白質(zhì)支架增強(qiáng)FOXM1和OTUB1之間的相互作用,通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑抑制FOXM1的降解[23]。最新的研究表明,在突變p53的驅(qū)使下,野生型p53可通過(guò)降低對(duì)E2F的抑制作用,間接的釋放其對(duì)FOXM1的抑制[24]。

6 問(wèn)題與展望

膠質(zhì)瘤具有高度侵襲性,是最具破壞力和致命的腫瘤之一。由于FOXM1的異常表達(dá)與膠質(zhì)瘤的高發(fā)病率息息相關(guān),故FOXM1與膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系非常密切。在膠質(zhì)瘤中,Mybl2一直伴隨FOXM1參與多條信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控[6]。雖然FOXM1已被證實(shí)促進(jìn)多種腫瘤的增殖和侵襲(如子宮內(nèi)膜癌[25]),但對(duì)其協(xié)同分子(如Mybl2)共同介導(dǎo)的腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程的相關(guān)研究還很欠缺,其具體作用機(jī)制還需進(jìn)一步闡明,以期為膠質(zhì)瘤的個(gè)性化治療提供全面的理論評(píng)估。