FoxM1在泌尿系腫瘤中的研究進展

毛家峰，曹友漢

(南華大學附屬第一醫院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

FoxM1在泌尿系腫瘤中的研究進展

毛家峰，曹友漢

(南華大學附屬第一醫院泌尿外科，湖南 衡陽 421001)

叉頭框蛋白M1(FoxM1)是Fox轉錄因子家族中的一員，在細胞增殖及細胞周期的進展中扮演著重要角色。FoxM1特異性高表達于增殖期細胞和多數惡性腫瘤細胞中，但在細胞靜止、分化末期表達消失。近年來研究發現，FoxM1在泌尿系腫瘤中呈高表達，且與腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移密切相關，抑制其表達可顯著減慢腫瘤的發生、進展。因此，FoxM1有望成為治療泌尿系腫瘤的新靶點。

FoxM1；轉錄因子；膀胱癌；腎癌；前列腺癌

叉頭框蛋白M1(Forkhead box protein M1，FoxM1)是進化上高度保守的Fox轉錄因子家族中的一員，且是一種增殖相關的轉錄因子。研究人員發現FoxM1不僅具有調控細胞周期和維持基因組穩定的作用，還可通過調節上皮間質轉化、基質金屬蛋白酶(MMP)和血管內皮生成因子(VEGF)的表達影響腫瘤細胞的侵襲、轉移和血管形成[1-3]，對腫瘤的進展起到重要作用。此外，最新研究顯示在泌尿系惡性腫瘤中FoxM1呈異常高表達，且與腫瘤的侵襲、轉移密切相關。另一方面，特異性FoxM1抑制劑腫瘤治療方面的研究也提示：FoxM1很有希望成為抗癌的新靶點。因此，進一步研究FoxM1在泌尿系腫瘤中的分子作用機制具有重要意義，本文將對FoxM1的生物學功能以及其在泌尿系惡性腫瘤的研究進展予以綜述。

1 FoxM1的分子生物學結構

FoxM1是Forkhead家族中的一員，在前期的研究中曾被稱作Trident、HFH-11、Win、MPP-2和HNF-3[4-5]。人的FoxM1基因位于染色體12p13-3末端著絲粒區域，全長約25 kb，包含10個外顯子，根據外顯子Va及VIIa選擇連接方式的不同，將人FoxM1基因分成3種亞型，即FoxM1a、FoxMlb、FoxM1c[4-5]。FoxM1a轉錄活化區域因存在額外的外顯子Va和VIIa而失去轉錄活性，反之FoxM1b(缺乏其中一種外顯子)和FoxM1c(只包含Va)具有轉錄活性[4-5]，近年來國內外的研究主要是FoxM1b。FoxM1蛋白的全長由3部分構成：中間的螺旋翼結構域，N端的自主抑制區及C端的轉錄激活區。螺旋翼結構域介導與靶基因啟動子“TAAACA”串聯重復序列的特異性識別，但與其他亞家族成員相比，FoxM1的螺旋翼結構域與其僅有毫摩爾分子的親和力。為研究其機制，Littler等[6]研究發現，FoxM1的螺旋翼結構域具有復雜獨特的DNA結構，而DNA與“Wings”螺旋翼折疊結合元件的丟失或遷移到FoxM1蛋白全長的遠處片段有關。此外，螺旋翼結構域的上、下游區，可能直接或間接調節螺旋結構域與靶基因啟動子的親和力[6]。

2 FoxM1轉錄因子的生物學作用

2.1 FoxMI在細胞中的表達 FoxMl的表達和轉錄活性依賴于細胞周期的進展[7]。FoxM1mRNA和蛋白表達水平在細胞靜止期減少，但都在細胞G1末期表達上調，并持續于G2/M期[7]。此外，FoxM1表達與細胞的增殖密切相關。在胚胎發育期間，FoxM1廣泛表達于胚胎組織中[8]，尤其是在上皮或間質組織來源的增殖細胞中，成年人僅在胸腺和睪丸組織中呈高表達，而在肺及腸組織中呈中等水平表達[9]。然而，FoxM1在成人細胞中的表達是通過促有絲分裂的刺激、組織損傷或氧化應激[7]。FoxM1已被證明是致癌基因，在多種人類惡性腫瘤組織及細胞中呈高表達[10]。研究人員通過RNAi干擾抑制FoxM1的表達，癌細胞增殖、轉移、侵襲、血管生成能力減弱，間接表明FoxM1表達的升高與腫瘤進展、增殖、不良預后等密切相關[3，11]。

2.2 FoxMI轉錄活性的調控 FoxM1的轉錄活性具有細胞周期特異性，且與磷酸化水平密切相關，轉錄活性在S期開始增加且在G2/M過渡期達到高峰，這是由多個蛋白激酶的磷酸化在特定細胞周期作用的結果[7，12-14]。FoxM1的磷酸化開始于細胞G1早期，通過多種蛋白激酶(包含Cdk-cyclin復合物、促有絲分裂激酶)介導了FoxMl的磷酸化，并持續至G2/M期[7，13-14]。FoxM1轉錄活性的抑制劑揭示了FoxM1一個獨特的轉錄調控模式。研究表明FoxM1抑制劑不僅抑制FoxM1轉錄活性，他們也下調FoxM1mRNA和蛋白的表達。這些數據表明，FoxM1積極參與自身的調節循環，其中FoxM1可以誘導自己的轉錄[15]。然而，FoxM1在正常細胞周期進展中自我調節的功能意義仍未了解。

近來Ful等[12]認為在S末期及G2期cyclinB/Cdkl使得FoxM1的C末端被初步磷酸化，進而被G2/M期高表達的PIK-1激酶的C末端Polo-box結構域所識別，形成PIK-1/FoxM1復合物，后者進一步促進FoxM1磷酸化及轉錄活性的提高，從而提高包括PIK-l在內的下游靶基因cyclinB、AuroraB等的表達，形成促使G2/M轉化的PIK1-FoxM1正反饋循環。此外，FoxM1的轉錄活性也受Raf/MEK/MAPK、Hedgehog等信號通路的調控，并具有一定的協同作用[2]。

2.3 FoxM1調節細胞周期的進展 FoxM1作為有絲分裂中關鍵的正調控蛋白之一，不僅特異性表達于增殖期細胞，也促進細胞的增殖，在細胞G1/S及G2/ M轉變過程、有絲分裂進程和維持染色體穩定具有重要意義，與細胞的衰老、組織器官發育的缺陷等密切相關[16-17]。Cdk抑制劑p21Cip1和p27Kip1通過干擾Cdks的活性阻止細胞周期進展。FoxM1通過多個作用機制抑制p27Kip1蛋白的表達，例如激活Skp2和Cks1基因后，FoxM1促進p27Kip1蛋白的降解[17]。此外，生長因子直接刺激FoxM1后激活激酶結合蛋白(KIS)的轉錄，p27Kip1進一步磷酸化，從而促進其核轉移和蛋白水解作用，推動細胞周期進展[18]。在鼠胚胎成纖維細胞中，FoxM1的表達缺失導致G2/M期促動蛋白cyclinB、PIK-1、Cdc25B磷酸酶、Aurora激酶的表達下調，并通過抑制SCF泛素連接酶復合物中Skp2、Cksl的表達而減少Cdk抑制分子p21Cip1、p27kipl的降解，阻止了G2/M的進展[17]。

2.4 FoxM1參與DNA損傷修復 研究顯示，Chk2催化FoxM1蛋白的第361位絲氨酸殘基磷酸化介導其穩定表達，進而誘導基因XRCC1、BRCA2的轉錄，參與DNA損傷修復過程。在FoxM1基因敲除的鼠胚胎成纖維細胞及骨肉瘤細胞U2OS中發現DNA斷裂的增加及p53基因轉錄活性的上調，XRCC1、BRCA2的表達下降，支持了上述結論[19]。這些研究結果證明了FoxM1在DNA損傷修復的過程中具有重要意義。

3 FoxM1轉錄因子在泌尿系腫瘤中的表達

3.1 FoxM1與膀胱癌 在我國膀胱癌是泌尿系系統最常見的惡性腫瘤，且隨著工業化、城鎮化、老齡化的加速及吸煙人口的增加，我國膀胱癌的發病率呈逐年上升趨勢[20]。Liu等[21]研究表明，FoxM1異常高表達于膀胱癌，與TNM分期、組織學分級、轉移和復發密切相關，應用Western blot及RT-PCR對30例正常對照組和100例膀胱癌手術標本進行檢測，顯示FoxM1的mRNA和蛋白表達水平在膀胱癌組織中明顯高于膀胱正常組織，且隨組織分化程度而表達增高。免疫組化分析也證實，腫瘤組織具有豐富的FoxM1蛋白表達，與正常組織中FoxM1表達缺失或降低有關。Inoguch等[22]研究發現miRNA-124通過靶向下調膀胱癌細胞FoxM1的表達抑制細胞的增殖和誘導細胞的凋亡，間接證明了FoxM1具有促進腫瘤細胞增殖的作用。最新研究顯示，通過基因探針(例如Twist、Vimen-tin、Snail、E-cadherin等)檢測尿液中的特異性標記物，根據特異性標記物的結果(數值、比值)，可能成為膀胱癌的普查及預后檢測指標，而FoxM1在膀胱癌中的特異性高表達使其可能成為今后膀胱癌檢測指標之一。綜上所述，在不久的將來，FoxM1很有潛能成為膀胱癌預防和治療的一個重要靶點。

3.2 FoxM1與腎癌 Wu等[23]通過免疫組化檢測腎透明細胞癌和正常腎組織的FoxM1蛋白表達水平，發現腎透明細胞癌中FoxM1蛋白呈高表達，且與腫瘤分期、腫瘤復發相關，與患者的年齡、性別、腫瘤的分級、大小無顯著相關性。此外，腎透明細胞癌患者中FoxM1異常高表達者的RFS(無復發生存率)明顯較FoxM1低表達患者縮短[(53.5±3.6)vs(67.8±1.5)]，OS (總生存率)也較FoxM1低表達患者降低[(52.7±3.5)vs (64.9±2.1)]，進一步提示FoxM1的表達在腎透明細胞癌患者中是唯一的獨立預后因素。Kocarslan等[24]通過檢測多種病理類型腎細胞癌的FoxM1表達，也揭示腎細胞癌FoxM1的表達與腫瘤的大小相關，與患者年齡、性別、淋巴轉移無顯著相關。Xue等[25]研究人員利用siRNA下調腎透明細胞癌FoxM1的表達，減少cyclinB1、cyclinD1和Cdk2的表達和增加p21和p27的表達，從而抑制細胞的增殖和阻斷腫瘤的進程。此外，抑制腎透明細胞癌FoxM1的表達，具有降低MMP-2、MMP-9和VEGF的活性進而抑制腫瘤細胞的侵襲、遷移和血管形成的作用。

3.3 FoxM1與前列腺癌 王建等[26]應用免疫組化檢測118例前列腺癌和22例前列腺良性增生組織中FoxM1蛋白的表達，前列腺癌組織的FoxM1蛋白表達率(63.6%)顯著高于良性前列腺增生組織(27.3%) (P＜0.05)，且與腫瘤的TNM分期、Gleason評分顯著相關，表明FoxM1的高表達與前列腺癌的發生及進展顯著相關。在動物研究中，Kalin等[27]發現FoxM1在TRAMP或LADY轉基因小鼠這兩種模型中高表達，并且加速了前列腺癌的進展。FoxM1基因敲除的小鼠模型中，研究人員發現，前列腺癌細胞的增殖及血管生成能力減弱，同時Cdc25b、Cyclin B1、Lox的表達減少，而它們在腫瘤細胞的增殖及轉移中扮演著重要角色[28]，這進一步說明FoxM1在前列腺癌的發生發展中扮演著重要角色，但其誘發腫瘤發生及促進腫瘤進展的分子機制尚未完全闡明。Aytes等[29]研究表明，FoxM1與CENPF具有協同功能，通過靶基因的表達和激活與前列腺癌的惡性程度相關的關鍵信號通路的調節協調促進腫瘤生長，其可能成為前列腺癌預后的重要檢測指標。

4 以FoxM1為靶點的泌尿系惡性腫瘤的基因治療

FoxM1在泌尿系腫瘤組織中異常高表達，其通過調節細胞周期及上皮間質轉化、維持細胞的間質形態，從而促進腫瘤細胞增殖、轉移、侵襲，因此FoxM1極有希望成為抗腫瘤治療的新靶點[30-32]。趙濤等[33]研究發現，轉染FoxM1 siRNA的PC3和DU145細胞中FoxM1蛋白水平較對照組降低，且細胞增殖和侵襲能力較對照組明顯降低(P＜0.01)，提示miRNA-149通過靶向FoxM1基因抑制前列腺癌細胞的生長和侵襲，具有抑癌基因的作用，可成為前列腺癌分子治療的有效靶點。此外，膀胱癌基因治療的研究中，miRNA-124通過靶向抑制FoxM1表達也可阻礙腫瘤的發生進展。另研究報道，FoxM1信號通路與多種致癌信號通路存在串擾，例如PI3K/Akt、EGFR、NF-κB信號通路等，因此研究FoxM1與各信號通路之間的協同作用，對腫瘤基因治療具有重要意義。Aytes等[29]研究人員利用癌癥研究超級計算機分析出FoxM1和CENPF是人類侵襲性前列腺癌的一個成對協同驅動因子，共同控制了兩個物種中最顯著的腫瘤標志相關的一些遺傳程序，兩種基因共同起作用時，嚴重破壞癌細胞，將其轉變為強侵襲性的腫瘤，研究人員在4種前列腺癌細胞系中逐個及共同沉默基因的表達，發現單獨沉默一種基因都只會對腫瘤細胞的形成影響較小，而同時沉默兩種基因則終止腫瘤細胞的生長，說明FoxM1與CENPT具有協同作用，增加前列腺癌的侵襲轉移能力，可能為前列腺癌的基因治療提供一種新思路。

5 展 望

FoxM1作為一種增殖特異性轉錄因子，在癌癥的發病與發展中扮演著重要角色。FoxM1選擇性地高表達于泌尿系腫瘤，且與腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移等密切相關，使其可能成為一個有前景的腫瘤基因治療的靶點，發展以FoxM1為靶點的抑制劑可能對泌尿系腫瘤的治療具有顯著影響，而這需要進一步深入研究FoxM1調控腫瘤發生與進展的分子機制。在不久的將來，FoxM1可能成為泌尿系腫瘤靶向治療的關鍵。

[1]Hanahan D,Weinberg RA.Hallmarks of cancer:the next generation [J].Cell,2011,144(5):646-674.

[2]Wang Z,Ahmad A,Banerriees S,et al.Forkhead box M1 transcription factor:a novel target for cancer therapy[J].Cancer Treat Rev, 2010,36(2):151-156.

[3]Li Q,Zhang N,Jia Z,et al.Critical role and regulation of transcription factor FoxM1 in human gastric cancer angiogenesis and progression[J].Cancer Res,2009,69(8):3501-3509.

[4]Koo CY,Muir KW,Lam EW.FOXM1:from cancer initiation to progression and treatment[J].Biochim Biophys Acta,2012,1819(1): 28-37.

[5]Lam EW,Brosens JJ,Gomes AR,et al.Forkhead box proteins:tuning forks for transcriptional harmony[J].Nature reviews Cancer,2013, 13(7):482-495.

[6] Littler DR,Alvarez-Fernandez M,Stein A,et al.Structure of the FoxM1 DNA-recognition domain bound to a promoter sequence[J]. NuclAcids Res,2010,38(13):4527-4538.

[7]Laoukili J,Stahl M,Medema RH.FoxM1:at the crossroads of ageing and cancer[J].Biochim BiophysActa,2007,1775(1):92-102.

[8]Kalin TV,Ustiyan V,Kalinichenko,VV.Multiple faces of FoxM1 transcription factor:lessons from transgenic mouse models[J].Cell Cycle,2011,10(3):396-405.

[9]Wierstra I,Alves J.FOXM1,a trpical proliferation-associated transcription factor[J].Biol Chem,2007,388(12):1257-1274.

[10]Wierstra I.FOXM1(Forkhead box M1)in tumorigenesis:overexpression in human cancer,implication in tumorigenesis,oncogenic functions,tumor-suppressive properties,and target of anticancer therapy [J].Adv Cancer Res,2013,119:191-419.

[11]Zhang Y,Zhang N,Dai B,et al.FoxM1B transcriptionally regulates vascular endothelial growth factor expression and promotes the angiogenesis and growth of glioma cells[J].Cancer Res,2008,68(21): 8733-8742.

[12]Fu Z,Malureanu L,Huang J,et al.Plk1-dependent phosphorylation of FoxM1 regulates a transcriptional programme required for mitotic progression[J].Nat Cell Biol,2008,10(9):1076-1082.

[13]Chen YJ,Dominguez-Brauer C,Wang Z,et al.A conserved phosphorylation site within the forkhead domain of FoxM1B is required for its activation by cyclin-CDK1 [J].J Biol Chem,2009,284(44): 30695-30707.

[14]Anders L,Ke N,Hydbring P,et al.A systematic screen for CDK4/6 substrates links FOXM1 phosphorylation to senescence suppression in cancer cells[J].Cancer Cell,2011,20(5):620-634.

[15]Halasi M,Gartel AL.A novel mode of FoxM1 regulation:positive autoregulatory loop[J].Cell Cycle,2009,8(12):1966-1967.

[16]Laoukili J,Kooistra MR,Bras A,et al.FoxM1 is required for execution of the mitotic programme and chromosome stability[J].Nat Cell Biol,2005,7(2):126-136.

[17]Wang IC,Chen YJ,Hughes D,et al.Forkhead box M1 regulates the transcriptional network of genes essentialfor mitotic progression and genes encoding the SCF(Skp2-Cks1)ubiquitin ligase[J].Mol Cell Biol,2005,25(24):10875-10894.

[18]Petrovic V,Costa RH,Lau LF,et al.FoxM1 regulates growth factor-induced expression of kinase-interacting stathmin(KIS)to promote cell cycle progression[J].J Biol Chem,2008,283(1):453-460.

[19]Tan Y,Raychaudhuri P,Costa RH.Chk2 mediates stabilization of the FoxM1 transcription factor to stimulate expression of DNA repair genes[J].Mol Cell Biol,2007,27(3):1007-1016.

[20]溫登瑰,張思維,鄭榮壽,等.中國2009年膀胱癌發病率和死亡率資料分析[J].中國腫瘤.2013,22(7):521-527.

[21]Liu D,Zhang Z,Kong CZ,et al.High FOXM1 expression was associated with bladder carcinogenesis[J].Tumour Biol,2013,34(2): 1131-1138.

[22]Inoguchi S,Seki N,Chiyomaru T,et al.Tumour-suppressive microRNA-24-1 in hibits cancer cell proliferation through targeting FOXM1 in bladder cancer[J].FEBS Lett,2014,588(17):3170-3179.

[23]Wu XR,Chen YH,Liu DM,et al.Increased expression of forkhead box M1 protein is associated with poor prognosis in clear cell renal cell carcinoma[J].Med Oncol,2013,30(1):346.

[24]Kocarslan S,Guldur ME,Ekinci T,et al.Comparison of clinicopathological parameters with FoxM1 expression in renal cell carcinoma [J].J Cancer Res Ther,2014,10(4):1076-1081.

[25]Xue YJ,Xiao RH,Long DZ,et al.Overexpression of FoxM1 is associated with tumor progression in patients with clear cell renal cell carcinoma[J].J Transl Med,2012,10:200.

[26]王建.FoxM1在前列腺癌中的表達及其中臨床意義[J].實用癌癥雜志,2013,28(2):125-126.

[27]Kalin TV,Wang IC,Ackerson TJ,et al.Increased levels of the FoxM1 transcription factor accelerate development and progression of prostate carcinomas in both TRAMP and LADY transgenic mice [J].Cancer Res,2006,66(3):1712-1720.

[28]Cai Y,Balli D,Ustiyan V,at al.Foxm1 expression in prostate epithelial cell is essential for prostate carcinogenesis[J].J Biol Chem,2013, 288(31):22527-22541.

[29]Aytes A,Mitrofanova A,Lefebvre C,et al.Cross-species regulatory network analysis identifies a synergistic interaction between FOXM1 and CENPF that drives prostate cancer malignancy[J].Cancer Cell, 2014,25(5):638-651.

[30]周磊,張萍海,徐欣,等.下調叉頭轉錄因子M1基因表達對非小細胞肺癌細胞生長與侵襲能力的影響[J].中華醫學雜志,2009,89 (34):2424-2428.

[31]Park HJ,Gusarova G,Wang Z et al.Deregulation of FoxM1b leads to tumour metastasis[J].EMBO Mol Med,2011,3(1):21-34.

[32]Huynh KM,Soh JW,Dash R,et al.FOXM1 expression mediates growth suppression during terminal differentiation of HO-1 human metastatic melanoma cells[J].J Cell Physiol,2011,226(1): 194-204.

[33]趙濤,劉家驥.miR-149通過靶向FOXM1基因抑制前列腺癌細胞的生長和侵襲[J].中國腫瘤臨床,2014(17):1080-1083.

Advances of FoxM1 transcription factor in urological cancer.

MAO Jia-feng,CAO You-han.Department of Urinary Surgery,the First Affiliated Hospital of University of South China,Hengyang 421001,Hunan,CHINA

Forkhead box protein M1(FoxM1)is a transcription factor of the Forkhead family and has a crucial role in cell proliferation and cell-cycle progression.Expression of FoxM1 is excluded in quiescent or differentiated cells, but its level is highly elevated in proliferating and most of the malignant cells.Recent studies discovered that the expression of FoxM1 increased in urological cancers,and there was a significant correlation between FoxM1 expression and the tumor proliferation,invasion and metastasis.Inhibiting the expression of FoxM1 can reduce the proliferation of tumor cells.Therefore,FoxM1 is expected to be a novel target for the treatment of urological cancers.

FoxM1;Transcription factor;Bladder cancer;Renal carcinoma;Prostate cancer

R737.1

A

1003—6350（2016）14—2328—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.14.031

2015-10-17)

曹友漢。Email：756055112@qq.com