翁小坤，孫菲，于靜萍

南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州第二人民醫(yī)院放療科，江蘇 常州 213003

近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率逐年上升，臨床現(xiàn)有的治療手段，如手術(shù)、放療、化療及免疫治療等均無法達到理想的治療效果。叉頭框蛋白O（forkhead box O，F(xiàn)OXO）可在多個方面對放療、化療、免疫治療等發(fā)揮增敏作用，對其進行深入研究，可為臨床惡性腫瘤的治療提供新思路，本文就近年來FOXO的研究進展進行綜述。

1 FOXO概述

叉頭框蛋白（forkhead box，F(xiàn)OX）家族屬于進化較為保守的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子家族，由3個α-螺旋和2個環(huán)或“翼”結(jié)構(gòu)域組成。FOXO蛋白家族是一種普遍表達的轉(zhuǎn)錄因子，在高等生物中發(fā)揮重要作用。FOXO1、FOXO3a、FOXO4和FOXO6主要在哺乳動物中發(fā)揮作用，但其在組織中表達情況并不相同，F(xiàn)OXO1、FOXO3a和FOXO4在心、腦、腎、肌肉、脂肪等組織中廣泛表達，但FOXO6目前僅表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。上述轉(zhuǎn)錄因子均有一個叉狀的DNA結(jié)合區(qū)域，受磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）-蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控，參與細胞的周期阻滯、DNA損傷修復(fù)及凋亡等過程。此外，有研究表明，F(xiàn)OXO基因家族通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的特異性激活來調(diào)控機體生長發(fā)育、能量代謝及腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。

2 FOXO的作用機制

FOXO是PI3K/AKT信號通路的下游靶點，并通過生長因子/PI3K/AKT通路對FOXO進行負調(diào)控。生長因子與受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）結(jié)合可使RTK通過自身磷酸化而活化?；罨腞TK可通過RTK或銜接蛋白細胞尾部的磷酸酪氨酸位點募集PI3K并使其激活，從而進一步活化磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3）。活化的PIP3可導(dǎo)致AKT活化，而活化AKT又可導(dǎo)致FOXO的磷酸化。14-3-3蛋白可以與磷酸化的FOXO結(jié)合，并將其從細胞核轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)，從而抑制其轉(zhuǎn)錄功能。相反，c-Jun氨基末端激酶（c-jun N-terminal kinase，JNK）及蛋白激酶（mammalian Ste20-like kinase，MST）活化可導(dǎo)致FOXO3a或14-3-3蛋白的磷酸化，使FOXO3a與14-3-3蛋白在細胞質(zhì)中解離，從而導(dǎo)致FOXO3a重新向細胞核移位。此外，AMP依賴的蛋白激酶[Adenosine 5'-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK]可介導(dǎo)FOXO的磷酸化，并增強其轉(zhuǎn)錄活性，但卻不改變 FOXO的細胞定位。IκB激酶（IκB-kinase，IKK）可不依賴AKT而直接與FOXO3a相互作用使其磷酸化，并導(dǎo)致FOXO3a的降解。激活的FOXO通過下游的細胞死亡調(diào)解因子（Bim）、脂肪酸合成酶配體（fatty acid synthase-ligand，F(xiàn)AS-L）、腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）等調(diào)控細胞的凋亡過程。FOXO3a激活后可移位至細胞核靶基因，激活FAS-L以誘導(dǎo)細胞凋亡。此外，F(xiàn)OXO3a激活后可與Bim啟動子結(jié)合上調(diào)Bim的表達，與B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）家族結(jié)合進一步激活胱天蛋白酶（caspase）和凋亡效應(yīng)蛋白[Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2-associated X protein，BAX）、Bak]，以引起細胞凋亡。FOXO還可通過TRAIL，激活TRAIL受體1（TRAIL receptor 1，TRAILR1，又稱DR4）和TRAILR2（又稱DR5）以促進細胞凋亡。此外，TRAIL與DR4、DR5結(jié)合并募集死亡結(jié)構(gòu)域銜接分子（fas-associated protein with death domain，F(xiàn)ADD）與caspase 8形成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物，導(dǎo)致caspase 8的自催化活化，經(jīng)caspase 3觸發(fā)caspase級聯(lián)反應(yīng)以誘導(dǎo)凋亡性細胞凋亡。

生理狀態(tài)下，通過上述通路，可使FOXO在磷酸化與去磷酸化間維持平衡，在細胞核與細胞質(zhì)間穿梭維持正常水平，在促進細胞凋亡與促進細胞增殖間保持平衡。但在病理狀態(tài)下，F(xiàn)OXO上的AKT、ERK、IKK等激酶異常激活，導(dǎo)致FOXO的大量磷酸化，使大量FOXO從細胞核排出，并通過泛素/蛋白酶體途徑降解，而這種磷酸化失調(diào)引起的FOXO降解可導(dǎo)致細胞的代謝水平失調(diào)。

3 FOXO與惡性腫瘤的關(guān)系

3.1 抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展

細胞在氧化應(yīng)激和缺氧等應(yīng)激條件下?？砂l(fā)生癌變，最終形成腫瘤，哺乳動物FOXO基因表達的蛋白是一種多效轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)節(jié)對細胞存活至關(guān)重要的廣泛通路。研究表明，敲除FOXO3a會增加胸腺淋巴瘤及血管瘤的發(fā)生率，這多與FOXO3a的異常轉(zhuǎn)錄后修飾相關(guān)，而這多與上游PI3K/AKT等激酶異常激活導(dǎo)致FOXO的磷酸化失調(diào)有關(guān)。大量上游激酶過度激活后，引起大量FOXO的磷酸化，使其從細胞核排出至細胞質(zhì)中被降解，抑制細胞凋亡等途徑，從而促進細胞的增殖和癌變。

FOXO也被證明抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的作用，這可能是因為其上游通路激活減少，導(dǎo)致FOXO磷酸化水平減少，細胞核中發(fā)揮功能的FOXO含量增加。FOXO表達與前列腺癌的轉(zhuǎn)移呈反比，敲低FOXO4可促進前列腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移與PIP、鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ抑制性蛋白1（calmodulin dependent protein kinase Ⅱ inhibitor 1，CAMK2N1）、脂肪特異性磷脂酶A2（adipose-specific phospholipase A2，PLA2G16）和胃泌素（progastricsin，PGC）等基因相關(guān)，敲低上述基因可以減少FOXO4低表達引起的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。FOXO1及FOXO4的表達可以通過負調(diào)控RUNX2的轉(zhuǎn)錄活性而抑制前列腺癌細胞遷移和侵襲。FOXO1還可以直接與RUNX2結(jié)合，抑制與RUNX2結(jié)合的轉(zhuǎn)移基因如白細胞介素-8（interleukin 8，IL-8）、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和基質(zhì)金屬肽酶13（matrix metallopeptidase 13，MMP13）的啟動子，來減少腫瘤細胞轉(zhuǎn)移。FOXO4還可增強膜聯(lián)蛋白A8（annexin 8，ANXA8）的表達，從而抑制膽管癌中生長因子介導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移。此外，F(xiàn)OXO1也可以通過抑制上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程達到抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的目的。持續(xù)的腫瘤血管生成是腫瘤侵襲獲取營養(yǎng)的關(guān)鍵，而FOXO1和FOXO3可通過限制內(nèi)皮細胞遷移和管腔形成導(dǎo)致血管生成受阻，進一步抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。由此可見，F(xiàn)OXO基因的表達可以有效抑制腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過程。

3.2 促進腫瘤的發(fā)生

越來越多研究表明，F(xiàn)OXO可促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，但其具體機制尚未完全明確，可能與其上游激酶的異常調(diào)節(jié)相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO6在乳腺癌、膀胱癌、胃癌及腦腫瘤組織中表達上調(diào)。FOXO還對慢性和急性髓性白血病中的腫瘤細胞生長和維持有支持作用，其主要通過與轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的相互作用介導(dǎo)。FOXO因子和TGF-β/BMP可以在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)真核細胞生長正調(diào)節(jié)因子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mammalian target of rapamycin complex 1，MTORC1）水平，從而導(dǎo)致干細胞過度增殖，最終促進腫瘤的生長。

3.3 抗腫瘤治療

FOXO轉(zhuǎn)錄因子在上游PI3K、AKT等的激酶調(diào)控下參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展的多個過程，因此，對FOXO深入研究有助于抗腫瘤治療。調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）在維持自身免疫耐受和預(yù)防自身免疫疾病方面有重要意義。Treg細胞在惡性腫瘤患者中表達上調(diào)，且可能會被募集到腫瘤組織中以促進細胞免疫耐受，從而促進腫瘤的生長。但對于AKT不敏感的FOXO1突變體來說，F(xiàn)OXO轉(zhuǎn)錄因子可阻斷Treg細胞歸巢至非淋巴器官，從而抑制腫瘤的生長。由此可見，研究FOXO1突變與Treg細胞的關(guān)系可能可通過免疫途徑進行腫瘤治療。

FOXO轉(zhuǎn)錄因子可通過Bim介導(dǎo)伊馬替尼對BCR/ABL基因融合突變白血病細胞凋亡的促進作用；其他抗腫瘤藥物，如曲妥珠單抗，也可激活FOXO介導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。上述抗腫瘤藥物主要作為PI3K/AKT通路抑制劑來促進FOXO的激活，但其在利用FOXO進行治療腫瘤時也會引起耐藥，主要耐藥機制包括以下兩個方面：①FOXO1可上調(diào)腫瘤細胞中多藥耐藥蛋白1（multidrug resistance protein 1，MDR1）的表達。②FOXO激活與PI3K的反饋回環(huán)，促進耐藥。研究發(fā)現(xiàn)，在PI3K/AKT通路過度激活的腫瘤細胞中，PI3K/AKT抑制劑在促進FOXO活化、抑制腫瘤生長的同時，F(xiàn)OXO蛋白的過表達可反饋性引起AKT的活化和磷酸化，從而導(dǎo)致FOXO失活，形成耐藥。此外，一些抗腫瘤藥物可通過促進腫瘤細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)而發(fā)揮細胞毒性作用，而FOXO可誘導(dǎo)抗氧化酶的表達保護使腫瘤細胞免受其細胞毒性作用來減弱藥物的抗腫瘤作用。

因放療可精確照射腫瘤病灶發(fā)揮重要的抗腫瘤作用，F(xiàn)OXO對于放療的敏感性極為重要，而DNA損傷修復(fù)是放療療效的決定性因素。電離輻射在照射腫瘤組織時，射線作用于細胞間水分子及其他分子，導(dǎo)致其電離產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和其他有害物質(zhì)。ROS和有害物質(zhì)可與脂質(zhì)、DNA及蛋白質(zhì)結(jié)合并對其造成損害，從而促進腫瘤細胞凋亡以達到抗腫瘤治療的目的。電離輻射還可直接照射在腫瘤細胞的DNA上，導(dǎo)致DNA單鏈或雙鏈斷裂引起腫瘤細胞凋亡來達到抗治療腫瘤的目的。DNA損傷后可通過阻滯細胞周期、影響細胞的自噬過程、改善組織細胞的乏氧狀態(tài)等，修復(fù)DNA引起的放療抵抗。DNA損傷時可激活共濟失調(diào)毛細血管擴張RAD3相關(guān)蛋白（ataxia telangiectasia and Rad 3-related protein，ATR），進一步激活細胞周期檢查點（checkpoint 1，CHK1），將細胞周期阻滯于S期及G/M期，進而促進DNA損傷修復(fù)。DNA雙鏈損傷時可以激活毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變基因（ataxia telangiectasiamutated gene，ATM）進一步上調(diào)P21的表達，并誘導(dǎo)細胞周期G期停滯；CHK2和乳腺癌易感基因1（breast cancer susceptibility gene l，BRCA1）可誘導(dǎo)細胞周期S期和G/M期停滯，為DNA損傷修復(fù)提供時間。ATM還可以通過非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）及同源重組（homologous recombination，HR）參與DNA的損傷修復(fù)過程。此外，DNA損傷時，DNA依賴性蛋白激酶催化亞基（DNA-dependent protein kinase,catalytic subunit，DNA-PKcs）與 Ku70/80 異二聚體形成結(jié)合DNA-PK全酶，然后通過與NHEJ介導(dǎo)斷裂的DNA末端直接相連，達到修復(fù)DNA的目的。多項研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXO3丟失可導(dǎo)致原始造血干細胞和祖細胞（hematopoietic stem and progenitor cell，HSPC）中DNA損傷的累積，特別是與修復(fù)氧化性DNA損傷的基因表達下調(diào)有關(guān)。FOXO3a過表達與哺乳動物的生存期延長有關(guān)，且這可能與FOXO3a參與DNA的損傷修復(fù)過程有關(guān)。DNA受射線照射損傷時，可以觸發(fā)FOXO3a在細胞周期中的兩個關(guān)鍵檢查點（G/S和G/M），有效將細胞周期阻滯于G、G期，從而延長細胞周期由G期向S期及G期向M期進展的時間。此外，F(xiàn)OXO因子還可以與DNA結(jié)合以誘導(dǎo)DNA的損傷修復(fù)，這可能與涉及的基因啟動子的位點有關(guān)。FOXO3a還可與ATM結(jié)合，并通過ATM的磷酸化來激活，從而進一步導(dǎo)致DNA的損傷修復(fù)過程。FOXO3a缺失的造血干細胞似乎更容易發(fā)生受損DNA的累積與染色體異常。這主要是因為FOXO3a缺失可導(dǎo)致堿基切除修復(fù)（base-excision repair，BER）相關(guān)的多種關(guān)鍵基因，如 DNA 聚合酶β（DNA polymerase β，POLB）、X 線修復(fù)交叉互補蛋白1（X-ray repair cross complementing 1，XRCC1）、DNA連接酶1（DNA ligase 1，LIG1）及核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER）的表達明顯下調(diào)，導(dǎo)致細胞DNA損傷修復(fù)功能受損，從而引起受損DNA的累積。由此可見，上游通路通過抑制FOXO的激活來減少DNA的損傷修復(fù)，以降低放療抵抗，從而增加放療療效。

FOXO1因子轉(zhuǎn)錄活性的增強不僅可上調(diào)自噬相關(guān)基因（autophagy-related gene，ATG）的表達，還可通過雌三醇（sestrin3，SESN3）基因的轉(zhuǎn)錄抑制雷帕霉素（mechanistic target of rapamycin，MTOR）機制性靶標(biāo)，誘導(dǎo)自噬的增強。研究顯示，通過抑制腫瘤細胞自噬可發(fā)揮良好的抗腫瘤治療效果，這是因為化療期間自噬可能作為保護機制誘發(fā)耐藥，最終導(dǎo)致多藥耐藥。自噬還可以通過清除X線照射產(chǎn)生的有毒物質(zhì)（如自由基、受損的蛋白質(zhì)或細胞器），從而達到保護細胞的作用，引起腫瘤細胞的放療抵抗。通過使用自噬抑制劑和自噬相關(guān)基因（如BECN1、ATG）的遺傳沉默或敲低，具有增加腫瘤細胞放射敏感性的潛力?？紤]到FOXO可以促進腫瘤細胞的自噬，或許可通過靶向FOXO調(diào)控腫瘤細胞的自噬過程，為抗腫瘤治療提供新方案。

4 小結(jié)與展望

近年來，腫瘤已經(jīng)是人類死亡的主要原因，而多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程與人體內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)失衡有關(guān)。盡管目前對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究有了較大的進展，并研制出了相應(yīng)藥物，但仍存在多種難以理解的耐藥機制。因此，明確細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，據(jù)此研制新型抗腫瘤藥物顯得格外重要，而PI3K、AKT、IKK等上游激酶代謝失調(diào)引起體內(nèi)FOXO代謝失衡是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要原因之一。因此，研究FOXO信號通路可以為減少腫瘤發(fā)生風(fēng)險及抗腫瘤治療提供一種新思路。

FOXO作為一種轉(zhuǎn)錄因子，其激活被可通過促進細胞凋亡、抑制增殖而達到抗腫瘤治療的目的，F(xiàn)OXO也可通過Treg的作用來增強免疫治療療效。且FOXO可以增強自噬而發(fā)揮放化療增敏作用，但抑制FOXO的活化又可減少DNA損傷修復(fù)而增強放療療效。此外，F(xiàn)OXO可促進腫瘤細胞發(fā)生轉(zhuǎn)移，表明其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中的作用較為復(fù)雜，但造成這種作用的原因尚不明確。FOXO可影響人體正常的代謝過程，其持續(xù)性激活會導(dǎo)致人體正常生理功能紊亂，導(dǎo)致人體無法耐受。

本文簡略討論了FOXO基因?qū)δ[瘤發(fā)生發(fā)展的影響，其失衡與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而干擾其上游通路可影響FOXO的活化狀態(tài)，因此，對這些通路的研究可能有助于開發(fā)抗腫瘤治療新型藥物。