裴艷宏 劉坤祥

(遵義醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，貴州 遵義 563003)

叉頭框蛋白(forkhead box protein,FOX)家族是于2000年發(fā)現(xiàn)的一個新蛋白質(zhì)家族，它在大腸桿菌及人類中均有表達，對細胞增殖、分化、機體生長發(fā)育、細胞周期、凋亡等具有重要作用。該家族包括很多亞族，其中研究最深的是O亞家族，即叉頭框蛋白O(forkhead box protein O, FOXO)。目前已知FOXO家族有4個成員：FOXO1(FKHR)、FOXO3a(FKHRL1)、FOXO4(AFx)、FOXO6。它們在進化中屬于高度保守的家族，位于不同染色體上的這4個成員受不同的基因編碼[1-2]。其中FOXO3a是該家族的核心，并參與調(diào)節(jié)其它成員的基因表達。

1 FOXO3a結(jié)構(gòu)特點

FOXO3a位于第6號染色體上，其cDNA全長2.8 kb，有2個內(nèi)含子，3個外顯子，一共編碼673個氨基酸。FOXO3a結(jié)構(gòu)域中ɑ螺旋是識別DNA特異序列的位置，以及作為核定位信號的c末端，對 FOXO3a蛋白和DNA結(jié)合成復(fù)合物的穩(wěn)定性具有重要作用[3]。

2 FOXO3a活性調(diào)節(jié)

主要包括上游調(diào)節(jié)和下游調(diào)節(jié)兩種類型。

2.1 FOXO3a上游調(diào)節(jié)

2.1.1FOXO3a的乙?；揎?/p>

乙?；?去乙酰化作為十分重要的共價修飾，可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性及參與細胞凋亡過程。位于胞核內(nèi)FOXO3a的乙?；揎椫饕莗300，而去乙酰化修飾主要是SIRT1。另外FOXO3a是去乙酰化酶SIRT1的下游靶蛋白。研究表明，當(dāng)機體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時，p300乙?；疐OXO3a，從而加速細胞凋亡[4]；相反，SIRT1則直接或間接的去乙?；疐OXO3a，進而抑制細胞凋亡，促進細胞存活[5]。

2.1.2FOXO3a的磷酸化修飾

PI3K-Akt通路下游重要的轉(zhuǎn)錄因子是FOXO3a。具體過程是磷酸化的PI3K激活A(yù)kt，Akt進而激活磷酸化的FOXO3a，使其與胞核內(nèi)結(jié)構(gòu)蛋白14-3-3特異性結(jié)合，從胞核轉(zhuǎn)移到胞漿，經(jīng)過泛素化降解，喪失正常的轉(zhuǎn)錄活性，從而降低細胞凋亡；然而當(dāng)抑制Akt途徑時，去磷酸化的FOXO3a大部分進入胞核，最終加速細胞凋亡[6]。Jover-Mengual[7]通過建立大鼠腦缺血模型，檢測FOXO3a表達情況及海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞凋亡情況證實了FOXO3a轉(zhuǎn)錄后的磷酸化確實受PI3K-Akt通路調(diào)節(jié)。

2.2 FOXO3a的下游調(diào)節(jié)

去磷酸化的FOXO3a主要是通過三個方面誘導(dǎo)細胞凋亡的發(fā)生：與RUNX3結(jié)合；上調(diào)非特異性周期依賴性激酶抑制因子p21Kipl；上調(diào)Gadd45ɑ。具體過程是在胞核內(nèi)單獨的FOXO3a或RUNX3均不能激活Bim，只有FOXO3a與RUNX3共同與Bim基因結(jié)合，才能激活Bim，從而誘導(dǎo)細胞凋亡[8]；以及FOXO3a可上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，從而使細胞生長周期停滯在G0/G1和G2-M期。

3 FOXO3a對神經(jīng)的作用

3.1 FOXO3a對神經(jīng)的保護作用

Jeong[9]在建立的應(yīng)激大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，抑制FOXO3a可使海馬神經(jīng)細胞中羥基特異性抗氧化酶Ⅲ(peroxiredoxin Ⅲ,prxⅢ)低表達，而使線粒體超氧化物歧化酶(mitochondrial superoxide dismutase,Mn-SOD)代償性增加，這說明FOXO3a可以保護神經(jīng)細胞不受氧化應(yīng)激的損傷。另外，Dick和Bading[10]通過siRNA沉默去磷酸化的FOXO3a發(fā)現(xiàn)，隨著FOXO3a在核內(nèi)表達的減少，海馬神經(jīng)元耐受氧化應(yīng)激損傷的能力逐漸增強。

另外FOXO3a在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中也具有重要作用。Wang等[11]在失神經(jīng)骨骼肌萎縮中發(fā)現(xiàn)，在施旺細胞中FOXO3a的低表達最為顯著，并且將FOXO3a siRNA轉(zhuǎn)染到施旺細胞中之后顯示，通過PI3/Akt通路，F(xiàn)OXO3a可促進施旺細胞分化，進而促進損傷神經(jīng)的自我修復(fù)。

3.2 FOXO3a對神經(jīng)的損傷作用

Cui[12]通過建立腦損傷模型發(fā)現(xiàn)，隨著腦損傷的加重，TNF-ɑ和IL-1β表達逐漸增多，TNF-ɑ和IL-1β可激活A(yù)kt-FOXO3a通路，使FOXO3a失去生物活性，阻斷上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，進而促進星形膠質(zhì)細胞增生，不利于損傷神經(jīng)的自我修復(fù)。

4 FOXO3a與腫瘤

4.1 FOXO3a的抑癌作用

4.1.1抑制膠質(zhì)瘤干細胞

導(dǎo)致惡性膠質(zhì)瘤惡性度高及高復(fù)發(fā)率的原因是癌干細胞樣細胞(cancer stem-like cell,CSLC)。阻斷PI3K-Akt和MEK/ERK這兩種信號通路，均能高強度促進CSLC的分化及降低致瘤性，而這兩種通路磷酸化的對象則是FOXO3a。研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合阻斷通路所引起的FOXO3a在胞核的集聚和激活要強于單獨阻斷通路，從而更好的促進CSLC分化及降低致瘤性[13]。

4.1.2促進腫瘤細胞凋亡

在乳腺癌中，剔除FLOT1，Akt的磷酸化被抑制，F(xiàn)OXO3a高表達，從而通過上調(diào)周期素依賴激酶抑制劑P21、P25，下調(diào)CDK調(diào)節(jié)劑——周期素D1，抑制腫瘤細胞的增殖。在直腸癌和胃癌中，上調(diào)FOXO3a，進而上調(diào)p21Kipl和Gadd45ɑ，從而使腫瘤細胞生長周期停滯在G0/G1和G2-M期，促進腫瘤細胞凋亡[14]。

4.1.3增強抗癌藥物療效

許多抗癌藥物也是通過增強FOXO3a的表達，來降低藥物耐藥性及增強藥物的臨床療效。具體過程主要是通過下調(diào)Akt磷酸化，使FOXO3a高表達于胞核中，從而促進腫瘤細胞凋亡[15]；另外活化的FOXO3a也可上調(diào)凋亡前基因Bim和PUMA的表達，從而加速耐藥細胞的存活[16]。

4.2 FOXO3a的促癌作用

例如慢性粒細胞性白血病(chronic myeloid leukemia,CML)，通常認為Bcr-Abl融合基因(Bcr-Abl fusion gene)變異是導(dǎo)致CML的原因。臨床中很多藥物可以殺滅白血病細胞，但不能清除白血病起始細胞(leukemia-initiating cell,LIC)，而由TGF-β介導(dǎo)的FOXO3a信號通路則具有維持LIC的重要作用。有實驗表明，聯(lián)合TGF-β抑制劑和伊馬替尼治療FOXO3a缺失的小鼠中可以徹底去除包括LIC在內(nèi)的白血病細胞。這說明FOXO3a對腫瘤細胞的作用遠比人們想像的還要復(fù)雜。

5 FOXO3a與長壽的關(guān)系

FOXO3a一直被認為是“長壽基因”，具有抗衰老、延長壽命的功能。FOXO3a編碼胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)信號通路中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在百歲男性中常見到其三個變異體，并且研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3a的延壽作用與兩性均相關(guān)，與德國、日本等長壽國家中的長壽因素相同[17]。

6 展 望

FOXO3a轉(zhuǎn)錄因子作為在進化中屬于高度保守家族FOX的成員，在細胞增殖、分化、氧化應(yīng)激等生理或病理過程中都起著舉足輕重的作用。FOXO3a對神經(jīng)保護、損傷以及抗癌和促癌作用均顯示了其功能的復(fù)雜性和多樣性。但是，F(xiàn)OXO3a功能背后，具體通過怎樣的機制來彰顯其作用，目前還尚未研究透徹。相信隨著分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)發(fā)展，揭開FOXO3a的神秘面紗將不再是問題。

[1] Fang L,Wang H,Zhou L,et al.Akt-FOXO3a signaling axis dysregulation in human oral squamous cell carcinoma and potent efficacy of FOXO3a-targeted gene therapy[J].Oral Oncol,2011,47(1):16-21.

[2] Habashy HO,Rakha EA,Aleskandarany M,et al.FOXO3a nuclear localisation is associated with good prognosis in luminal-like breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat,2011,129(1):11-21.

[3] Senf SM,Sandesara PB,Reed SA,et al.p300 Acetyltransferase activity differentially regulates the localization and activity of the FOXO homologues in skeletal muscle[J].Am J Physiol Cell Physiol,2011,300(6):490-501.

[4] Shiota M,Yokomizo A,Kashiwagi E,et al.FOXO3a expression and acetylation regulate cancer cell growth and sensitivity to cisplatin[J].Cancer Sci,2010,101(5):1177-1185.

[5] Zheng T,Lu Y.Changes in SIRT1 expression and its downstream pathways in age-related cataract in humans[J].Curr Eye Res,2011,36(5):449-455.

[6] Peng K,Li Y,Long L,et al.Knockdown of FOXO3a induces increased neuronal apoptosis during embryonic development in zebrafish[J].Neurosci Lett,2010,484(2):98-103.

[7] Jover-Mengual T,Miyawaki T,Latuszek A,et al.Acute estradiol protects CAI neurons from ischemia-induced apoptotic cell death via the PI3K/Akt pathway[J].Brain Res,2010,1321:1-12.

[8] Vogiatzi P,De Falco G,Claudio PP,et al.How does the human RUNX3 gene induce apoptosis in gastric cancer Latest data,reflections and reactions[J].Cancer Biol Ther,2006,5(4):371-374.

[9] Jeong HJ,Jeong HW,Song SS,et al.Upregulation of peroxiredeoxin Ⅲ in the hipppocampus of acute immobilization stress model rats and the FOXO3a-dependent expression in pc12 cells[J].Cell Mol Neurobiol,2011,31(7):1041-1046.

[10] Dick O,Bading H.Synaptic activity and nuclear calcium signaling protect hippocampal neurons from death signal-associated nuclear translocation of FOXO3a induced by extrasynaptic N-methyl-D-aspartate receptors[J].J Biol Chem,2010,285(25):19354-19361.

[11] Wang Q,Wang Y,Zhou Z,et al.Expressions of forkhead class FOXO3a on crushed rat sciatic nerves and differentiated primary Schwann cells[J].Cell Mol Neurobiol,2011,31(4):509-518.

[12] Cui M,Huang Y,Tian C,et al.FOXO3a inhibits TNF-ɑ and IL-1β-induced astrocyte proliferation:Implication for reactive astrogliosis[J].Glia,2011,59(4):641-654.

[13] Sunayama J,Sato A,Matsuda K,et al.FOXO3a functions as a key integrator of cellular signals that control glioblastoma stem-like cell differentiation and tumorigenicity[J].Stem Cell,2011,29(9):1327-1337.

[14] Lin C,Wu Z,Lin X,et al.Knockdown of FLOT1 impairs cell proliferation and tumorigenicity in breast cancer through upregulation of FOXO3a[J].Clin Cancer Res,2011,17(10):3089-3099.

[15] Wang S,Wang H,Davis BC,et al.PAPP1 inhibitors attenuate AKT phosphorylation via the upregulation of PHLPP1[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,412(2):379-384.

[16] Thepot S,Lainey E,Cluzeau T,et al.Hypomethylating agents reactivate FOXO3a in acute myeloid leukemia[J].Cell Cycle,2011,10(14):2323-2330.

[17] Li Y,Wang WJ,Cao H,et al.Genetic association of FOXO1Aand FOXO3aA with longevity trait in Han Chinese populations[J].Hum Mol Genet,2009,18(24):4897-4904.