林 靜 王 彥 綜述 張錫流* 審校

(1 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，桂林市 541001；2 桂林市人民醫(yī)院耳鼻咽喉科，桂林市 541001)

·綜 述·

FoxM1 與惡性腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展▲

林 靜1王 彥2綜述 張錫流1*審校

(1 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，桂林市 541001；2 桂林市人民醫(yī)院耳鼻咽喉科，桂林市 541001)

FoxM1是Fox基因家族中的一員，是一種與細(xì)胞增殖相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。近年來大量的研究證實(shí)FoxM1在人類多種惡性腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，并且與腫瘤的分期相關(guān)。此外，F(xiàn)oxM1能通過對(duì)下游腫瘤相關(guān)基因調(diào)控來影響腫瘤的侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，在腫瘤藥物的耐藥性方面也起到十分重要的作用，預(yù)示著FoxM1能夠?yàn)槟[瘤的診斷、評(píng)估和預(yù)后提供重要指標(biāo)，并有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。

FoxM1；腫瘤；轉(zhuǎn)錄因子；MMPs；VEGF

FoxM1是Fox基因家族中的一員，是一種與細(xì)胞增殖相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。近年來大量的研究證實(shí)，在人類多種惡性腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)FoxM1的過表達(dá)，且與腫瘤的分期明顯相關(guān)。最新的研究也發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxM1在腫瘤藥物的耐藥性方面也起到十分重要的作用。作為近年來惡性腫瘤研究的熱點(diǎn)分子，人們對(duì)FoxM1的關(guān)注日益增加。本文就FoxM1與腫瘤的的相關(guān)研究做一綜述。

1 FoxM1的結(jié)構(gòu)

Forkhead Box M1(FoxM1)是轉(zhuǎn)錄因子叉頭框超家族的一員[1，2]。 FoxM1蛋白由三個(gè)功能區(qū)域組成：一個(gè)是N端的自主抑制區(qū)(NRD)；一個(gè)是DNA結(jié)合區(qū)，稱為“叉頭框”(Forkhead)或翼狀螺旋結(jié)構(gòu)(Winged-helix domain)(FKH)；還有一個(gè)是C端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(TAD)。NRD位于N端內(nèi)部，TAD位于C端，這兩者都有活躍的轉(zhuǎn)錄活性。他們被一個(gè)高度保守的叉頭框DNA結(jié)合域(FHD)所分隔開。NRD折疊后能抑制TAD的轉(zhuǎn)錄活性。人類的FoxM1基因由10個(gè)外顯子組成，其中外顯子Va和VIIa互相拼接或不拼接可以形成三個(gè)常見的亞型——FoxM1a、FoxM1b和FoxM1c[1，2]。FoxM1a因?yàn)樵谄滢D(zhuǎn)錄域中包含兩個(gè)額外的外顯子Va和VIIa，所以缺乏轉(zhuǎn)錄活性，而FoxM1b(缺少兩個(gè)外顯子)和FoxM1c(只有外顯子Va)則有轉(zhuǎn)錄活性[1，2]。有研究表明[3]，在人類主要惡性腫瘤的細(xì)胞中，F(xiàn)oxM1b比FoxM1c的表達(dá)水平更高，并有著更大的轉(zhuǎn)變潛力。

2 FoxM1的生物學(xué)功能

研究表明，F(xiàn)oxM1是一個(gè)非常關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，在胚胎的發(fā)展、成熟組織的內(nèi)穩(wěn)態(tài)和惡性腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展中起著重要的作用[4]。其調(diào)控著許多重要的生理功能，包括促進(jìn)DNA損傷的修復(fù)；調(diào)控細(xì)胞周期G1/S期、G2/S期轉(zhuǎn)換和M期進(jìn)程來確保細(xì)胞有絲分裂的進(jìn)行；通過抑制p21、p27等細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制劑來影響某些細(xì)胞周期素(如cyclin A1、cyclin B1和cyclin D1)，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖；促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及新生血管的生成等。這些功能都是通過FoxM1轉(zhuǎn)錄激活下游效應(yīng)分子的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。

3 FoxM1與腫瘤

3.1 FoxM1與腫瘤診斷 在許多惡性腫瘤中都能發(fā)現(xiàn)FoxM1的表達(dá)上調(diào)，包括肝臟、前列腺、腦部、乳腺、肺臟、結(jié)腸、子宮、卵巢、皮膚、口腔、血液和神經(jīng)系統(tǒng)的惡性腫瘤[5～8]。對(duì)腫瘤中表達(dá)的基因進(jìn)行全基因組分析研究也已經(jīng)證實(shí)，F(xiàn)oxM1是人類惡性腫瘤中表達(dá)上調(diào)最頻繁的基因之一[9，10]。Dai等[11]發(fā)現(xiàn)在實(shí)體惡性腫瘤中(包括乳腺癌、胃癌、胰腺癌、非小細(xì)胞肺癌)FoxM1表達(dá)明顯升高，并且與這些腫瘤的不良預(yù)后相關(guān)。Wen等[12]報(bào)道在卵巢癌中FoxM1過度表達(dá)，并且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，引起不良預(yù)后。這些研究提示FoxM1可以作為一個(gè)新的腫瘤標(biāo)志物來幫助診斷腫瘤的發(fā)生。

3.2 FoxM1與腫瘤細(xì)胞的侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移 一些關(guān)于腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)、遷移和新生血管生成的研究已經(jīng)證實(shí)，F(xiàn)oxM1在腫瘤的發(fā)展過程中增強(qiáng)腫瘤侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的能力。

3.2.1 MMPs MMPs是一系列降解細(xì)胞外基質(zhì)的酶的總稱，幾乎能降解細(xì)胞外基質(zhì)中各種蛋白成分，破壞腫瘤細(xì)胞侵襲的組織學(xué)屏障，其中MMP-9和MMP-2有降解Ⅳ型膠原蛋白這一基底膜的主要成分的作用，已經(jīng)證實(shí)這是促進(jìn)腫瘤侵襲的重要因素。在多種人類腫瘤中FoxM1能提高M(jìn)MPs特別是MMP-2和MMP-9的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。在食管鱗癌細(xì)胞中下調(diào)FoxM1的表達(dá)能引起MMP-2表達(dá)量的顯著下降[13]。Ahmad等[14]發(fā)現(xiàn)上調(diào)乳腺癌MDA-MB-231和SUM149細(xì)胞中FoxM1的表達(dá)，MMP-2和MMP-9的表達(dá)和活性明顯升高，腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移能力提高?？罪w飛等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在四種非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中，F(xiàn)oxM1高表達(dá)的H1299細(xì)胞中的MMP-2、MMP-9蛋白和mRNA的表達(dá)量明顯高于FoxM1低表達(dá)的H1650細(xì)胞，并且H1299細(xì)胞的遷移侵襲能力要強(qiáng)于H1650細(xì)胞。

3.2.2 VEGF VEGF是血管生成過程中的一個(gè)關(guān)鍵因子，它控制大部分血管生成的步驟，包括內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和內(nèi)皮細(xì)胞管道形成等。腫瘤細(xì)胞分泌VEGF能使得腫瘤新生血管生長(zhǎng)進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。許多研究結(jié)果也證實(shí)了VEGF的表達(dá)和腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移之間存在聯(lián)系。FoxM1能夠與VEGF的啟動(dòng)子結(jié)合，直接在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控VEGF的表達(dá)。Li等[16]報(bào)道稱在胃癌細(xì)胞中，F(xiàn)oxM1b的表達(dá)與VEGF的表達(dá)明顯相關(guān)；Zhang等[17]在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中也報(bào)道過類似的結(jié)果；榮曉云等[18]發(fā)現(xiàn)FoxM1和VEGF在宮頸癌前病變和宮頸癌中表達(dá)明顯升高，且兩者表達(dá)呈正相關(guān)性，F(xiàn)oxM1能通過增強(qiáng)VEGF的表達(dá)來促進(jìn)腫瘤血管生成，從而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。

3.3 FoxM1和腫瘤的治療 作為腫瘤研究的熱門因子，F(xiàn)oxM1在腫瘤治療方面的作用也引起人們的廣泛關(guān)注。腫瘤的治療方法通常包括放射治療或者能損傷DNA的藥物治療，例如鉑類化合物、蒽環(huán)類藥物、拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑和烷化劑等，是臨床治療腫瘤的主要藥物[19，20]。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的療效來看，大多數(shù)DNA損害藥物常常會(huì)產(chǎn)生耐藥，是腫瘤治療失敗的主要原因[21]。最新的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxM1在DNA損害藥物耐藥方面扮演關(guān)鍵角色，如果被異常激活或表達(dá)升高也許會(huì)促進(jìn)DNA損害藥物產(chǎn)生耐藥[22，23]。

在真核細(xì)胞中，各種DNA的損傷會(huì)啟動(dòng)一個(gè)稱為DNA損傷應(yīng)答(DNA damage response，DDR)的監(jiān)測(cè)和反應(yīng)機(jī)制，引起臨時(shí)的細(xì)胞周期抑制或延時(shí)，使得細(xì)胞有額外的時(shí)間來修復(fù)損傷的DNA，如果DNA損害不可逆或者不能及時(shí)修復(fù)，DDR損害監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)引發(fā)永久的細(xì)胞周期抑制，也就是細(xì)胞死亡或衰老[24，25]。治療腫瘤的基因毒性藥物正是基于這一原理，優(yōu)先在快速生長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞中引發(fā)不可逆的基因損傷，通過啟動(dòng)腫瘤細(xì)胞的DDR信號(hào)通路來引起其死亡或永久的細(xì)胞周期抑制，從而阻止腫瘤細(xì)胞進(jìn)一步分裂增殖[26]。廣泛的外源性或內(nèi)源性基因毒性藥物會(huì)引起各種DNA損傷，這些病變通過各種DNA損傷修復(fù)途徑被修復(fù)，包括核苷酸切除修復(fù)(NER)、堿基切除修復(fù)(BER)、錯(cuò)配修復(fù)(MMR)、同源重組(HR)等。Tan等[27]發(fā)現(xiàn)FoxM1能促進(jìn)DNA的修復(fù)，而在FoxM1不足的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)DNA突變會(huì)增加，強(qiáng)調(diào)了FoxM1在DNA修復(fù)中的核心作用。FoxM1控制大多數(shù)DNA損傷反應(yīng)所必須的基因的轉(zhuǎn)錄。例如NER的功能是移除和替換螺旋體的基礎(chǔ)病變，包括嘧啶二聚體[19，28，29]，F(xiàn)oxM1會(huì)轉(zhuǎn)錄激活DNA聚合酶、PolE2 和 RFC4，通過漏洞填補(bǔ)和再連接來修復(fù)DNA損傷。BER修復(fù)細(xì)胞周期中由氧化作用、烷基化、水解作用或脫氨基作用導(dǎo)致的單一堿基的損傷[19，30，31]。這些修復(fù)是由核酸酶(AP核酸內(nèi)切酶)、端粒加工酶(多核苷酸激酶-磷酸酶)、DNA聚合酶和連接酶完成。FoxM1是DNA連接酶Ⅲ的輔因子，與短片段BER有關(guān)。HR是用一段長(zhǎng)同源序列(完整的姐妹染色體或同源染色體)來指導(dǎo)修復(fù)[32]。在HR中，MRN復(fù)合體檢測(cè)到DNA雙鏈斷裂損傷從而引起DDR。有證據(jù)表明，F(xiàn)oxM1能通過在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)NBS1的表達(dá)間接增強(qiáng)MRN亞基(包括MRE11和RAD50)的穩(wěn)定性[33]。通過增強(qiáng)這些MRN亞基的穩(wěn)定性，能進(jìn)一步促進(jìn)DNA損傷修復(fù)應(yīng)答。FoxM1通過促進(jìn)DNA的修復(fù)來減低或停止DDR的進(jìn)程，導(dǎo)致解除對(duì)腫瘤細(xì)胞周期的抑制，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，從而引起DNA損害藥物的耐藥。Carr等[34]發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中FoxM1介導(dǎo)了對(duì)赫賽汀和紫杉醇的化療耐藥，Kwok等[35]也發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中FoxM1可以上調(diào)DNA損傷修復(fù)能力，從而誘導(dǎo)了對(duì)順鉑的化療抵抗。研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞瘤中發(fā)現(xiàn)FoxM1能通過調(diào)節(jié)Rad51這一個(gè)DNA損傷修復(fù)基因來抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)替莫唑胺的敏感性[36]。張明杰等[37]在實(shí)驗(yàn)中將正常膠質(zhì)瘤細(xì)胞株和對(duì)卡氮芥耐藥的U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞株進(jìn)行比較，檢測(cè)到非耐藥株對(duì)BCNU的敏感性是耐藥細(xì)胞株的13.4倍，耐藥細(xì)胞株中的FoxM1表達(dá)顯著高于非耐藥細(xì)胞株。提示FoxM1可能與膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)卡氮芥耐藥機(jī)制有關(guān)。進(jìn)一步通過RNA干擾技術(shù)下調(diào)FoxM1的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)沉默F(xiàn)oxM1的蛋白表達(dá)水平后可在一定程度上逆轉(zhuǎn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)卡氮芥的耐藥，說明 FoxM1參與了膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)卡氮芥耐藥機(jī)制的調(diào)控。

綜上所述，F(xiàn)oxM1與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及腫瘤治療密切相關(guān)，能通過調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程和影響細(xì)胞周期素作用來促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而促進(jìn)腫瘤形成。在腫瘤細(xì)胞中FoxM1能通過上調(diào)MMPs和VEGF的表達(dá)來增強(qiáng)腫瘤侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的能力，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。此外，F(xiàn)oxM1在腫瘤藥物的耐藥性方面也起到關(guān)鍵作用，它能通過促進(jìn)DNA的修復(fù)來減低或停止DDR的進(jìn)程，使得基因毒性藥物難以達(dá)到預(yù)期效果，引起機(jī)體對(duì)這類藥物的耐藥。對(duì)FoxM1的進(jìn)一步研究能幫助我們尋找到腫瘤治療的新靶點(diǎn)，進(jìn)而推動(dòng)新的抗腫瘤藥物的發(fā)展和應(yīng)用。

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廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)科研課題(編號(hào)：Z2015380)

林靜(1984～)，女，碩士，主治醫(yī)師，研究方向：腫瘤內(nèi)科。

R 730.23

A

1673-6575(2016)01-0072-04

10.11864/j.issn.1673.2016.01.25

2015-10-23

2015-12-21)

*通訊作者