FoxA家族在腫瘤發生中作用的研究進展△

鄭璐 湯銅 錢波

安徽醫科大學第二附屬醫院甲乳外科，合肥 230000

FoxA家族在腫瘤發生中作用的研究進展△

鄭璐 湯銅 錢波#

安徽醫科大學第二附屬醫院甲乳外科，合肥 230000

應用PubMed、Nature Press Group、Biosis Previews及CNKI期刊全文數據庫系統檢索，以“FoxA、疾病、腫瘤”為關鍵詞檢索有關文獻。總結國內外“先鋒因子”——FoxA家族在腫瘤發生發展方面研究的最新進展。大量文獻顯示FoxA家族與白血病、肺癌、分化型甲狀腺癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌等腫瘤的發生發展密切相關。通過對FoxA家族研究的進一步深入，有望從分子生物學水平揭示其在腫瘤發生中的作用，為腫瘤治療提供新的靶點。

FoxA;疾病;腫瘤

自1989年發現果蠅叉頭基因以來，許多Fox家族基因在各種不同的種屬中得以識別，目前根據DNA結合區域(DNA binding domain，DBD)的同源性，已在不同種屬中證實了100多個Fox家族成員，分屬于19個亞族，包括FoxA～FoxS，以擁有進化保守性的110個氨基酸的DBD為特征［1］。Fox家族特征結構是叉頭框(fork-head box)，位于蛋白質的中心，該結構由2個蝶翼狀環形結構和3個α螺旋組成，形似蝴蝶樣的外觀，所以Fox區域也被稱為翼狀螺旋域(wing-helix domain，WHD)。FoxA家族包括FoxA1、FoxA2、FoxA3三個亞群，因其最早從小鼠肝細胞中克隆出來，故又稱肝核心因子HNF-3。以FoxA1為代表，FoxA1位于人類14q21.1染色體上，其結構包括N-端為FoxA1的核心區域，結構(H1-S1-H2-H3-S2-L1-S3-L2)主要包括3個α-螺旋H、β-折疊S和2個循環形成一個螺旋狀翼，參與雙鏈的結合過程;C-端為組蛋白結合區域，主要與H3/H4組蛋白結合［2］。FoxA2位于染色體20p11.21，目前研究表明其在機體中與FoxA1有互補作用，在FoxA1缺乏的情況下可以彌補其功能［2-3］。FoxA3位于染色體19q13.32，目前對其功能研究較少。

叉頭框是DNA結合核心區域，其占據15～17個核苷酸，其中7個為保守的核心序列，周圍的核苷酸序列被認為是決定Fox與不同細胞結合的特異性核苷酸。C-端為組蛋白結合區域，參與H3、H4組蛋白結合。FoxA在DNA上的結合域結構上類似于組蛋白H，且它的C末端與組蛋白H3和H4相互作用，FoxA通過與結構緊密的染色質結合，能夠取代組蛋白H1，使染色質結構松散，同時參與H3第四個賴氨酸的單二甲基化和DNA去甲基化過程［4］。這些結構特征使FoxA與緊密的染色質結合成為可能，并且即使在其他染色質修飾酶缺乏的情況下也能夠打開局部結合區域的核小體，這樣FoxA能增強染色質對其轉錄因子的招募，通過轉錄因子聯合ATP依賴酶進一步打開染色質，正因為如此，FoxA被授予“先鋒因子”的稱號［5］。

1 參與機體正常生長發育

研究顯示Fox基因在植物中未見表達，從原始的無脊椎到脊椎動物中則均可見Fox基因表達，FoxA家族參與了胚胎生長的各個環節［6］。FoxA2在胚胎形成的過程中最先出現，在對小鼠胚胎形成的研究中發現，FoxA2在小鼠原腸胚形成時出現，在中胚層始基處表達，隨著脊索的生長，大約在胚胎形成第6天，FoxA2開始全面表達［7］。缺乏FoxA2表達，將會導致內腸胚胎和脊索無法形成，神經元會出現不對稱和不成形。FoxA1在隨后的中線內胚層原線及節點形成時表達，隨后表達于腹側的各個底板、脊索及臟器中。FoxA3出現時間最晚，主要參與后腸的形成過程［8］。在成年小鼠中FoxA1和FoxA2廣泛表達于各個外、中、內胚層形成的組織中，而FoxA3則在心臟、卵巢、脂肪、睪丸以及內胚層參與形成的肝臟胃腸組織中表達。胚胎形成過程中FoxA2缺乏將導致小鼠難以成活［9］，缺乏FoxA1的小鼠即使成活，出生后將會出現致命的低血糖和脫水癥狀，FoxA3缺乏的小鼠和正常小鼠形態學改變不大，但出生后雌鼠將會出現不孕等癥狀［10］。

FoxA1和FoxA2在參與胚胎生長發育及各個器官組織形成過程中的作用是互補的，在對激素依賴性的器官如乳腺、前列腺等的形成過程的研究發現，FoxA1起關鍵性作用。研究青春期乳腺的生長發育過程，原始的乳腺導管在受到青春期大量分泌的雌激素的作用后開始形成管道，并延伸和分叉，乳腺的始基中可大量檢測到FoxA1及雌激素受體α (estrogen receptor α，ER-α)，FoxA1的缺失將導致上皮ER-α的表達下降，從而使隨后形成的乳腺導管上皮具有不同的激素敏感性。同樣在對前列腺發育的研究中也證實，FoxA1的水平與雄激素受體(androgen receptor，AR)的表達密切相關，由此可見FoxA1在激素依賴性器官的生長發育中發揮至關重要的作用［11］。

2 參與疾病相關

FoxA家族對維持機體血糖的穩定起到了重要作用，FoxA1表達的缺失將會導致胰島α細胞的胰高血糖素原基因轉錄水平下降，同時上調胰島β細胞的線粒體解偶聯蛋白2(uncoupling protein-2，UCP2)的表達，使胰島素分泌增加，導致血糖水平下降。FoxA2與FoxA1具有協同作用，在FoxA1缺失的情況下，FoxA2將會彌補其功能參與血糖的調節［12］。FoxA3則是通過減少胰高血糖素的轉錄因子的表達來降低血糖的水平。有研究顯示FoxA家族表達的水平與糖尿病的發生存在密切關系，FoxA家族廣泛表達于肝臟、腎臟、胰腺等器官，參與機體糖代謝與運輸、胰島素分泌等過程，進而調節體內血糖穩態。FoxA表達異常與家族性糖尿病的發生有一定的關系，對中國年輕的成年糖尿病患者進行FoxA基因檢測發現，絕大多數患者中存在FoxA基因的突變。常見突變位點為FoxA1基因啟動子區域nt-128 T→G突變［13-14］。突變將會影響FoxA參與的肝細胞HepG2及胰島β細胞MIN6的轉錄活性，進而導致血糖調節的紊亂。

在肝臟疾病方面，正常情況下FoxA1/2與糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)一起參與上皮中白細胞介素6(IL-6)的表達調控，成年小鼠缺乏FoxA的表達將會導致膽管淤積癥，其機制是FoxA1/2缺失導致NF-κB調控的IL-6基因表達升高，進而導致膽管上皮增生誘發膽汁淤積［15］。

FoxA普遍表達于肺纖毛細胞及Ⅱ型肺泡上皮細胞中，胚胎時期FoxA缺失將會導致肺組織形成延遲，無法進入成熟的肺泡期，而停滯在發育不成熟的小腺管期并導致肺組織特異性蛋白的缺失，包括:Clara細胞分泌蛋白(Clara cell secretory protein，CCSP)、前表面活性蛋白B(pro-surfactant protein-B，proSP-B)和前表面活性蛋白C(pro-surfactant protein-C，proSP-C)［16］。胚胎發育晚期FoxA基因的缺失將導致肺組織的形態改變，管腔形態不規則。在急性肺損傷模型中，肺上皮中FoxA的表達上調，可以促進H2O2誘導的肺泡上皮細胞的凋亡［17］。

多巴胺是一種重要的神經遞質，其功能的缺失參與帕金森、神經分裂、注意力不集中等疾病的發生，研究表明FoxA1/2參與胚胎時期中腦內多巴胺能神經元的形成。Ferri等研究發現，FoxA1/2雙純合子突變體小鼠胚胎神經元中FoxA1/2的表達缺失，引起Ngn2基因表達下調，神經元分化受到抑制［18］。

FoxA1/2普遍表達于胃腸道的上皮細胞內，敲除小鼠該部分FoxA1/2基因后可觀察到生長緩慢、體重下降。進一步研究發現，雖然小鼠腸管形態正常，但杯狀細胞數量明顯下降，腸管內的神經內分泌激素含量降低，導致腸管吸收消化功能減弱［19］。

3 參與腫瘤發生發展、轉移機制

研究顯示FoxA1在白血病、肺癌、分化型甲狀腺癌［20］、胰腺癌、乳腺癌和轉移性前列腺癌組織中高表達。FoxA1高表達對腫瘤的發展和擴散的影響，各項研究結果不完全一致。在白血病、肺癌、分化型甲狀腺癌中，FoxA1表達升高可促進腫瘤的生長和轉移。在食管癌細胞中，FoxA1的高表達與淋巴結轉移正相關，減少FoxA1的表達可降低腫瘤細胞的侵襲能力。但在胰腺癌的研究中顯示，FoxA1高表達能抑制上皮-間質轉化(epithelialmesenchymal transition，EMT)，FoxA2會增加鈣黏素E(E-cadherin)的表達從而使細胞維持正常上皮的特征，其機制可能是通過使鈣黏素E基因的高甲基化水平下降來實現的，從而減少腫瘤細胞的擴散［28］。在肝癌細胞中，FoxA高表達對肝癌細胞生長也同樣表現為抑制作用［29］。在膀胱癌中，FoxA1高表達與腫瘤惡性度高、復發轉移成負相關，其機制可能是通過改變p53和PTEN以及改變鈣黏素E表達水平來實現的［21］。

乳腺癌細胞株普遍存在FoxA1高表達，ER陽性乳腺癌患者中FoxA1高表達往往預示較好的預后。目前研究FoxA1參與的乳腺癌發生發展機制可能涉及以下幾方面:①促進ER-α表達。Hurtado等［22］在對ER(+)的乳腺癌細胞系MCF7研究中發現，人為沉默FoxA1基因，與對照組相比，ER水平大約下降90%。②通過調節AR水平促ER (-)乳腺癌生長。在對ER(-)/AR(+)/Her-2 (+/-)的乳腺癌細胞系MDA-MB-453的研究中發現FoxA1對AR水平的調節起到了關鍵的作用，此種類型的乳腺癌細胞系的信號調節類似于激素依賴性前列腺癌細胞系，稱為頂泌細胞腫瘤。此類細胞系FoxA1高表達促進AR表達，抑制ER-α表達，并通過與ER-α類似的WNT7B/Her-3/AKT信號轉導途徑促進腫瘤生長。對于此類型的細胞系，可將AR作為靶點抑制腫瘤生長［11］。③有助于啟動轉錄。GATA3是DNA轉錄的啟動子序列，在對FoxA1 mRNA表達與GATA3表達情況進行統計的研究中顯示，FoxA1 mRNA表達與GATA3表達呈正相關，對基因序列進行分析:FoxA1是CATA1下游的靶點，由此推測FoxA1對某些基因表達起促進作用［23］。④調控細胞周期。P27作為細胞周期調控節點，對細胞生長起抑制作用，Wolf等［24］曾報道FoxA1可以通過調控P27表達來阻止乳腺癌細胞生長。⑤參與相關基因蛋白的甲基化。FoxA1結合區域相關組蛋白H3K4常常單/二甲基化，而H3K9的二甲基化則受到了抑制。進一步研究表明FoxA1也參與組蛋白甲基化的過程，Sérandour等［32］在對FoxA1表達較低的MDA-MB-231細胞系的研究中發現，上調FoxA1的表達，組蛋白H3K4出現了單/二甲基化現象。

與乳腺癌細胞相反，對于同樣是激素依賴性腫瘤的前列腺癌進行的研究發現，FoxA1高表達能促進腫瘤細胞的生長，易發生侵襲轉移，往往預示腫瘤治療效果不佳。對于以上兩種截然不同的研究結果，有學者推測可能與FoxA1組織表達特異性，以及細胞生長不同階段表達差異有關［25］。在早期乳腺癌中，FoxA1表達升高不顯著，當腫瘤生長增殖后，FoxA1表達升高可以增加ER(+)細胞對激素藥物治療的敏感性，從而抑制腫瘤的增殖轉移。而FoxA1在前列腺癌細胞形成早期就出現了高表達，增加雄激素的合成，從而促進腫瘤細胞的生長增殖［26］。

在對胰腺癌的研究中發現FoxA1參與抑制EMT，EMT過程被認為是腫瘤形成早期的關鍵步驟，此過程會導致細胞間失去原先的聯系從而使細胞的運動增加，促進腫瘤細胞的轉移。已證實鈣粘素E的表達程度在EMT過程中起重要作用，研究顯示FoxA2會增加鈣粘素E的表達從而使細胞維持正常上皮的特征，其機制可能是通過使鈣粘素E基因的高甲基化水平下降來實現的。Lombaerts等對高度甲基化的MiaPaCa-2細胞株采用5′-Aza-dC治療后，鈣黏素E表達明顯升高，同時FoxA2的表達也增加［27-28］。

根據流行病學統計結果，肝癌的發生與性別有明顯相關性，女性患者肝癌的發病率明顯低于男性患者，行卵巢雙側切除的患者肝癌的發生率升高。檢測其激素水平發現，缺乏雄激素的男性患者其肝癌發生率下降而女性缺乏雌激素者其肝癌發生率則升高。研究發現雄激素會導致DNA的損傷并增加氧化應激反應。另對健康雌性小鼠及四組雌性肝癌小鼠的FoxA2和ER-α結合區域的相關基因進行分析，結果顯示患肝癌的小鼠結合區域的相關基因常出現缺失、突變、插入等單核苷酸多態性，主要包括:抗細胞增殖的B細胞異位基因-1BTG1，抑制炎癥反應的纖維蛋白原相關蛋白1(FGL1)、抑制腫瘤細胞多重耐藥的ATP結合區域及腫瘤抑制基因ABCC4，這些位點的基因多態性SNP可能與女性患者肝癌發生率升高有密切關系，這些位點的突變將導致FoxA及ER-α結合區域的活性發生改變，從而影響其功能［29］。

根據Watts［30］的研究結果，在Barrett食管及食管腺癌中，Rfx1基因的表達水平較正常食管上皮顯著下降，故Rfx1基因有望成為判斷食管異型性的早期標志物，對食管癌的發生起到早期預測作用。而FoxA家族作為轉錄因子，對其基因的表達水平高低有一定關系，但具體調節機制尚不是十分清楚。隨著對其調控機制的深入研究，有望從分子水平探究Barrett食管向食管癌進展過程，進而為早期食管癌的預防提供一個新的靶點。

4 研究展望

FoxA作為一種轉錄因子家族，參與多種信號轉導通路、胚胎發育、各種疾病的發生，特別是與腫瘤發生發展密切相關。表觀遺傳學(epigenetics)是近年來基因表達調控研究的熱點之一，DNA甲基化是目前已知的哺乳動物DNA唯一的自然化學修飾方式，是表觀遺傳的主要方式之一，其在調節基因表達及維持細胞正常分化中起著重要作用［31］。基因甲基化異常是已知腫瘤發生發展的重要機制之一，最新的報道指出，FoxA1能夠與甲基化的增強子結合，解開染色質的致密結構，使其他轉錄因子獲得與DNA結合的機會，促進多種基因的表達上調［32］。FoxA是否參與整個基因組甲基化信號轉導通路，能否通過調控FoxA表達來調控腫瘤相關癌基因及抑癌基因的甲基化狀態，進而干擾相關癌基因的表達是本課題組研究的方向。相信對FoxA家族的研究進一步深入，為進一步揭示腫瘤的發病機制和去甲基化治療提供理論依據。

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10.11877/j.issn.1672-1535.2014.12.01.07

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2013-06-03)