叉頭框蛋白O1對胃癌作用的研究進展

賈國戰，劉林峰，喬慶

1.第四軍醫大學 唐都醫院普通外科，陜西 西安 710038；

2.山西省稷山縣婦幼保健與計劃生育服務中心，山西 稷山 043200

胃癌是常見的消化道惡性腫瘤，在我國發病率較高，對人類生命健康威脅較大。以腫瘤細胞減滅術聯合化療為主的綜合治療是近年來胃癌治療的主要手段，取得了一定治療效果，但胃癌患者出現復發、轉移等現象仍十分常見。因此，迫切需要尋找新的治療方法，改善胃癌患者的預后。叉頭框蛋白（forkhead box protein，FOX）O是一類作用廣泛的轉錄因子，在人類生長、發育等生理過程及多種重大疾病中發揮重要作用[1]。近年來，FOXO家族的重要成員FOXO1在抑制胃癌進展方面的作用受到廣泛關注。TCGA（The Can?cer Genome Atlas）數據庫顯示，FOXO1mRNA表達量與胃癌AJCC（American Joint Committee on Cancer）病理分期密切相關[2]。其他研究亦表明，FOXO1在人類胃癌發生、演進過程中扮演重要角色，有望成為胃癌治療的新靶點。我們就FOXO1轉錄因子在胃癌中作用的研究進展做簡要綜述。

1 FOXO1的結構和生物學功能

哺乳動物細胞表達4種FOXO蛋白，即FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6，其編碼基因定位于不同染色體上[3]。其中FOXO1/3/4基因序列具有高度同源性，而FOXO6與前三者差別較大。所有FOXO蛋白均具有相同的DNA結合結構域，由3個α螺旋和2個特征性大環結構組成[4]。目前已明確不同種類FOXO蛋白的生物學功能不盡相同。FOXO家族不僅在細胞生長、代謝等生理過程中扮演重要角色，而且對腫瘤、心血管疾病、糖尿病等多種疾病也具有明確的生物學作用[3,5-6]。

FOXO1的編碼基因位于13號染色體長臂第1區第4條帶第1亞帶。FOXO1蛋白由566個氨基酸殘基組成，其N端含有叉頭區（即DNA結合結構域），C端包含絲/蘇氨酸轉錄激活域，肽鏈中間部位含有核定位信號和核輸出序列，可使FOXO1在細胞核與細胞質之間進行穿梭[4]。FOXO1在人體內分布廣泛，多種組織器官（如胃腸道、血管內皮細胞、心肌、肝臟、骨骼肌、前列腺等）中均存在其表達[7]。在正常生理狀態下，多種上游通路（PI3K-Akt、AMPK等）參與調節FOXO1活性[8]，FOXO1則通過調控其下游靶基因（CCND2、CD?KN1A、BIM、NOXA、SOD2等）[9]，參與調節細胞增殖、分化、代謝、凋亡等多種生物學功能。

2 FOXO1的調控

正常情況下，細胞質與細胞核內均存在FOXO1定位，但只有當FOXO1位于細胞核內時才能發揮轉錄功能，調節下游多種基因表達[6]。對FOXO1轉錄功能的調節分為對其轉錄活性的調節以及對其表達量的調節。對FOXO1轉錄活性的調節主要針對FOXO1特定位點進行磷酸化、乙?；头核鼗揎棧ㄟ^影響其在細胞內的定位而實現。而對FOXO1表達量的調節則主要通過miRNA對FOXO1mRNA表達的調控而實現。

2.1 磷酸化修飾

磷酸化修飾是FOXO1蛋白最重要的一種化學修飾，現有研究證明多種上游信號通路可通過磷酸化FOXO1影響其活性，如PI3K-Akt、AMPK、JNK、ERK等[8]。磷酸化修飾主要通過調節FOXO1的核質穿梭來影響其轉錄活性，在此過程中，14-3-3蛋白發揮重要作用。14-3-3蛋白能夠識別磷酸化的FOXO1并與其結合，促進其從核內向胞質轉位，導致FOXO1轉錄能力下降[6]。除此之外，磷酸化修飾也會促進FOXO1蛋白通過蛋白酶體途徑降解[6]，降低胞內FOXO1含量。

2.2 乙?；揎?/h3>

乙?；揎検荈OXO1蛋白另一種重要的化學修飾，主要通過p300的乙酰化作用、沉默信息調節因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的去乙?；饔脕韺崿F[10]。主流觀點認為，乙?；缴呖梢源龠MFOXO1定位于細胞核。Sewastianik等研究發現，p300介導的FOXO1乙?；梢源龠MFOXO1核轉位，增強FOXO1的轉錄活性[10]。抑制SIRT1活性導致FOXO1乙酰化水平增高，可使其定位于細胞核[11]；相反，下調FOXO1的乙?；揎椝剑↙ys423位點），則導致FOXO1定位于細胞質內[11]。然而，目前對于乙酰化修飾是否能促進FOXO1轉錄活性仍然存在爭議，Mori等研究發現，FOXO1被SIRT1去乙?；梢蕴岣咂滢D錄活性，促進相關靶基因的表達[12]。因此，乙?；揎棇OXO1活性的調節是比較復雜的，可能與不同的細胞種類以及不同的乙酰化位點相關，具體機制仍需進一步實驗進行探究。

2.3 泛素化修飾

泛素化是蛋白質降解的主要途徑之一，可以影響多種蛋白質的半衰期長短以及亞細胞定位。Huang等研究發現，F-box蛋白的S期激酶相關蛋白2可介導FOXO1泛素化修飾[13]，Lys位點發生單一泛素化修飾可以促進FOXO1向細胞核轉位[14]，但是泛素化修飾同樣也可以促進FOXO1蛋白的降解[13]，降低FOXO1蛋白含量，可能也會影響其轉錄功能的發揮。

2.4 miRNA調節

miRNA是一類內源性、長度為20～24個核苷酸的小RNA，主要通過結合靶基因mRNA的3'非翻譯區，抑制其翻譯進行，從而調節靶基因蛋白的表達[15]。值得注意的是，miRNA對FOXO家族蛋白的表達具有重要的調節作用[8]，已發現多種miRNA可以抑制FOXO1蛋白的生成[16-19]。張安平等研究發現，在胃癌組織中，miR-107的含量較周圍正常組織中升高，并且在胃癌細胞系中提高miR-107含量可促進胃癌細胞增殖，該效應可能與miR-107下調FOXO1mRNA表達相關[18]。類似地，其他研究發現miR-370含量升高也可以通過下調FOXO1表達促進胃癌細胞增殖[17]。

綜上，多種化學修飾（磷酸化、乙?；头核鼗揎椀龋┛赏ㄟ^調節FOXO1蛋白的細胞定位，影響其轉錄功能的發揮；miRNA則可通過影響FOXO1mRNA的翻譯而影響FOXO1蛋白表達水平，進而影響其轉錄功能的強弱。

3 FOXO1在胃癌研究中的作用

現有研究認為，FOXO1對大多數腫瘤具有明確的抑制作用，其表達下調與多種腫瘤的發生及演進密切相關。目前已在人類多種腫瘤中發現FOXO1表達下調，如胃癌、結腸癌、甲狀腺癌、乳腺癌、肺癌等[3,20]。其中，FOXO1在胃癌中的作用近年來備受關注，多項研究表明FOXO1可以抑制胃癌細胞增殖、侵襲、遷移，以及抗胃癌組織內血管生成，并對胃癌耐藥現象有調控作用，從而抑制胃癌發生發展[18,20-22]。

3.1 FOXO1抑制胃癌細胞的增殖

過度增殖是胃癌細胞的顯著特性，抑制胃癌細胞增殖也是治療胃癌的重要方式。Kim等對272例胃癌組織標本進行免疫組織化學染色，發現多數病例中磷酸化狀態的FOXO1（即失活狀態的FOXO1）表達增加，且失活態FOXO1表達量與胃癌細胞增殖能力呈正相關[20]。除此之外，多種抑癌物質（如金雀異黃素、4-氨基-2-三氟甲基苯基維甲酸酯等）能夠通過激活或上調FOXO1抑制胃癌細胞的增殖[18,21-22]。進一步機制研究發現，FOXO1可通過調控細胞周期蛋白D1、E以及細胞周期蛋白依賴激酶抑制物p21、p27抑制胃癌細胞增殖[17,21,23]。此外，近期Choi等研究證實，FOXO1對胃癌干細胞球形成能力具有顯著影響，敲除或過表達FOXO1可分別促進或抑制胃癌干細胞球形成過程，表明FOXO1可抑制胃癌細胞的干細胞特性，降低其增殖能力[2]。

3.2 FOXO1抑制胃癌細胞的侵襲和遷移

胃癌細胞的高度侵襲和遷移特性是胃癌惡性表型及預后不良的主要因素，研究發現FOXO1對此過程具有重要調節作用。miR-215是一種在人類胃癌組織中表達較高的miRNA，能夠提高胃癌細胞的侵襲和遷移能力。Zang等對胃癌組織標本及胃癌細胞系的研究表明，miR-215可直接結合于FOXO1mRNA的3'非翻譯區，抑制FOXO1表達，從而促進胃癌細胞的侵襲和遷移[19]。此外，其他研究表明FOXO1敲除還可以誘導人表皮生長因子受體2的表達，促進胃癌細胞系向間充質表型轉化，獲得較高的侵襲和遷移能力[24]。

3.3 FOXO1抑制胃癌血管生成

新生血管對胃癌組織攝取營養物質及排出代謝廢物至關重要，同時也可作為胃癌細胞的轉移擴散通道，因此，對胃癌組織新生血管的干預已成為抑制胃癌進展的重要手段[25]。低氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）1是調節腫瘤血管生成的重要轉錄因子，由HIF-1α和HIF-1β亞基構成，其中HIF-1α為調節亞基，活性受氧含量水平調節。HIF-1活性升高可以上調血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達，后者可調控腫瘤血管發生[26-27]。多項研究表明FOXO1與HIF-1-VEGF軸之間存在明確的相互作用，對干細胞活性[28]、骨骼肌缺血損傷[29]、腫瘤轉移[30]等病理生理進程具有顯著影響。對臨床胃癌標本的分析發現，85%的病例FOXO1活性降低（磷酸化修飾增多），且失活狀態的FOXO1含量與HIF-1α、VEGF表達水平呈正相關；對胃癌細胞系的研究也表明，FOXO1下調可以促進HIF-1α mRNA和蛋白的表達[31-32]。除此之外，對胃癌細胞異種移植瘤的研究也發現，FOXO1下調能夠提高腫瘤中HIF-1α、VEGF表達水平及微血管密度，從而促進腫瘤進展[32]。

3.4 FOXO1對胃癌耐藥的影響

化療是胃癌治療的主要手段之一，但耐藥現象已逐漸成為制約胃癌藥物治療的瓶頸，患者在化療過程中出現的原發性及繼發性耐藥，是臨床化療失敗的重要原因[33]。對胃癌耐藥機制的探索已成為近年來的研究熱點，FOXO1在其中的作用也受到越來越多的關注[34]。Park等發現拉帕替尼耐藥的胃癌細胞系（SNU-216、LR2-8）中 FOXO1表達顯著下調，而當人為上調其FOXO1表達時，耐藥細胞系對拉帕替尼和順鉑治療的敏感性提高[35]。然而，該研究團隊在另外2種胃癌細胞系（MKN45、SNU-601）的實驗結果與上述結果相悖：順鉑處理能夠上調FOXO1表達，而FOXO1表達量的升高卻促進了順鉑耐藥現象的產生[36]。上述相悖的研究結果提示，FOXO1在胃癌耐藥現象中的作用可能受到其他因素（如實驗條件、細胞系類型等）的調控，其具體機制須進一步研究闡明。

綜上，FOXO1作為一種關鍵性的抑癌分子，其表達量及活性水平變化在胃癌發生發展過程中起重要作用。FOXO1對胃癌細胞增殖、侵襲及遷移具有明確的抑制作用，并且能夠抑制癌組織內新生血管形成，從而抑制胃癌發生發展。但是FOXO1對胃癌耐藥現象的影響及其具體機制尚不清楚，阻礙了以FOXO1為靶點的藥物研發。

4 結語

作為進化中高度保守的轉錄因子，FOXO1在細胞增殖、凋亡、轉化等方面有關鍵性作用。本文介紹了FOXO1在抑制胃癌發生發展中的諸多作用，顯示了FOXO1是治療胃癌的潛在重要靶點，但已有研究提供的依據仍不夠充分。值得注意的是，FOXO1在腫瘤代謝、上皮間質轉化、自噬、外泌體產生等細胞進程中有重要作用[3,37-38]，這些細胞進程也在胃癌發生發展過程中扮演重要角色[39-40]，而FOXO1是否通過調控上述進程抑制胃癌發生發展目前仍不清楚，亟須進一步研究闡明。此外，目前FOXO1調控胃癌的上下游分子機制仍未全部闡明，有待于深入研究。相信隨著對FOXO1抗胃癌機制的日漸了解，以FOXO1為靶點的藥物將成為人類治療胃癌的新手段。

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