FOXQ1在腫瘤發生發展中的作用及其調節機制

林奉康，張卓冉，彭李嘉，何 濤，冉 兵 綜述 藺 艷 審校

西南醫科大學基礎醫學院：1.腫瘤研究所；2.生理教研室；3.基礎醫學專業（瀘州 646000）

叉頭盒子（Forkhead box，FOX）轉錄因子是一種與轉錄調控有關的核蛋白。在黑腹果蠅體內被首次發現后，被證實廣泛存在于從酵母菌到人的各種生物體內。FOX 以具有保守的翼狀螺旋DNA 結合域為特征。自從第一個FOX 基因被發現以來，已有超過100 種FOX基因被報道，這些基因被分成了19 種亞族，分別記為FOXA-S。FOX 蛋白通過影響細胞周期、增殖和分化、DNA 損傷修復、代謝、血管生成、細胞命運和衰老來參與神經系統、腎臟、肺、毛發和免疫系統的發育等多種生物學進程。FOX蛋白的失調與癌癥的起始、侵襲、進展和耐藥性有關。該家族的一些成員，如FOXA1 和FOXP1，可能是致癌的，也可能是抑癌的，這取決于它們如何與組織特異性癌癥的不同轉錄網絡相互作用。FOXQ1是FOX家族中較新的成員，很多文獻報道指出FOXQ1 在腫瘤進展中起關鍵作用。本文將對FOXQ1在腫瘤發生發展中的作用，參與的信號通路，調節機制以及FOXQ1與腫瘤防治的研究進展進行綜述，以期為腫瘤精準治療提供更多的理論依據。

1 FOXQ1的結構和功能

1.1 FOXQ1的結構

FOXQ1轉錄因子又稱HNF-3/FKH Homolog-1（HfH-1），是新近發現的叉頭盒子基因家族成員，定位于人類染色體6p25.3，由2661個堿基對組成，編碼403個氨基酸。FOXQ1 蛋白是一種DNA 結合蛋白[1]，分為三個結構域：丙氨酸/甘氨酸富集區、叉頭盒結構域（FHD）和脯氨酸富集區，見圖1。FHD，又被稱為叉頭或翼螺旋結構域，由110個氨基酸組成，是FOXQ1的DNA結合域，而另外兩個結構域與轉錄激活因子、轉錄阻遏因子或DNA修復復合物相關[2]。

圖1 FOXQ1蛋白一級結構示意圖Figure 1 Primary structure diagram of FOXQ1 protein

1.2 FOXQ1在組織中的表達及功能

FOXQ1 蛋白在不同組織中的表達水平差異較大。在胃、氣管、膀胱和唾液腺中FOXQ1高表達，在十二指腸、前列腺和胚胎肝臟中等表達[3]，而在腦源性組織、腎、肺、胎盤和甲狀腺中表達水平較低[4]。FOXQ1在人體生長發育過程中有重要的生理功能，參與胚胎發育、細胞周期調控、組織特異性基因表達、細胞信號傳導，激活T細胞和自身免疫、促進上皮細胞分化、抑制平滑肌分化、調節毛囊的發育與分化、控制胃表面黏液細胞黏液蛋白基因表達和顆粒含量、誘導胃表面上皮出現種屬特異性細胞分化等重要的生理過程。近年XIANG等[5]發現FOXQ1可以通過與ANXA2結合，激活Wnt/βcatenin 信號傳導促進骨間充質干細胞的成骨分化。BAGATI等發現FOXQ1至少部分通過直接轉錄激活黑素細胞譜系的特異性分化調控因子基因誘導黑素細胞分化[2]。

2 FOXQ1與腫瘤

腫瘤的發生發展是一個復雜的生物學過程，包括躲避生長抑制、免疫逃避、腫瘤炎癥、轉移和侵襲、抵抗細胞死亡、生成血管和下調細胞能量代謝等[6]。多項研究證實，FOXQ1 通過調節其下游靶基因參與腫瘤發生的多個環節。

2.1 FOXQ1在腫瘤增殖中的作用

有研究表明耗竭FOXQ1 可使Hep2 細胞在S 期和G2/M 期的比例降低，G0/G1 期的比例增大[7]，提示FOXQ1 可以通過影響細胞周期而調控喉癌細胞的增殖。SUN等[8]發現，FOXQ1可以通過調節NRXN3（一種在細胞粘附和識別中發揮重要作用的多態的神經元特異性細胞表面蛋白）的活性而促進膠質瘤細胞增殖。LV 等[9]的研究顯示FOXQ1 可靶向結合SIRT1，通過SIRT1/NRF2 信號通路促進上皮樣卵巢癌的增殖。ZHANG等[10]的研究證實前列腺癌中，抑制FOXQ1可通過調控BCL11A/MDM2軸，上調凋亡相關蛋白MDM2表達，從而誘導前列腺癌細胞凋亡并抑制其增殖。所有這些研究結果共同表明FOXQ1 通過調控細胞周期相關蛋白或抑制凋亡相關蛋白而具有促進腫瘤增殖的作用。這為我們進一步理解腫瘤為何具有“持續的生長信號”，“無限的復制潛能”這樣的生物學特征提供了線索。

2.2 FOXQ1在血管生成中的作用

持續的血管生成是癌癥發展的關鍵步驟，是腫瘤持續生長和轉移擴散所必需的條件。血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成中最關鍵的因子，控制觸發血管生成級聯活化的早期步驟，促進內皮細胞遷移和增殖[11]。VEGF可通過與VEGF 受體2（VEGFR2）結合而發揮作用。VEGF/VEGFR2信號轉導是調節血管生成和血管通透性的關鍵過程[12]。研究表明，FOXQ1 也是一種促進腫瘤血管生成的蛋白質，在多種腫瘤的進展中發揮作用。CHRISTENSEN 等[13]觀察到下調的FOXQ1 通過抑制VEGF 而抑制結直腸癌細胞SW480 的血管生成能力。TANG 等[14]發現在結腸癌中抑制FOXQ1 表達，導致VEGF在內的幾種血管生成因子分泌明顯減少，而內源性血管生成抑制劑ANGPT1分泌明顯增加。這一結果進一步肯定了FOXQ1 通過VEGFA 調控腫瘤的血管生成。KIM等[15]用乳腺癌細胞進行的一項染色質免疫共沉淀分析更是直接證實IL-1α，IL-8和VEGF是FOXQ1的直接靶基因。此外，TANG 等[14]還發現過表達FOXQ1可以通過促進EGF/PDGF通路中腫瘤細胞產生的血管生成因子的分泌，促進腫瘤血管生成，從而促進腫瘤的進展。

2.3 FOXQ1在腫瘤微環境及炎癥中的作用

癌癥相關成纖維細胞（cancer associated fibroblasts，CAF）是一種眾所周知的促進肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）發展的微環境。LUO等[16]發現在腫瘤細胞中CAFs和FOXQ1/NDRG1軸之間存在一個正反饋循環以促進HCC的啟動。CAFs通過誘導FOXQ1表達反式激活N-myc 下游調控基因1（NDRG1），以增強HCC 的啟動。同時，FOXQ1/NDRG1 軸可誘導pSTAT6/c 基序趨化因子配體26（CCL26）信號轉導，進而招募肝星狀細胞（CAFs 主要的細胞來源）進入腫瘤微環境，加劇肝細胞癌的惡化。

腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophages，TAMs）是腫瘤微環境的重要組成部分。大量研究表明，在膀胱癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌和胃癌等幾種實體癌中[17-19]，TAMs的定位和密度往往預示著較差的臨床結果。WEI 等[20]的研究表明，FOXQ1 通過JAK2/STAT3/miR-506-3p/FOXQ1 調節軸，介導TAM 誘導的EMT 進程，促進結直腸癌的遷移，侵襲和循環中的腫瘤細胞（circulating tumor cell，CTC）的轉移。TANG 等[14]發現結腸癌中FOXQ1 通過Twist1/CCL2 軸促進結腸癌中巨噬細胞的浸潤，促進腫瘤的生長。

2.4 FOXQ1 在上皮間質轉化及腫瘤侵襲和轉移中的作用

上皮間質轉化（epithelial mesenchymal transformation，EMT）是上皮細胞遷移和侵襲性增強的基礎，這通常與不良預后和轉移的高風險有關[21-22]。從機制上講，EMT的特征是鈣粘蛋白的轉換，其中連接型粘附蛋白（E-cadherin/CDH1）被神經亞型粘附蛋白（Ncadherin/CDH2）取代[23]。這種轉變是由EMT 轉錄因子網絡協調的，包括SAIL、ZEB、TWIST 和FOX 家族的成員[21，24]。FOXQ1 已被證明通過調節E-cadherin 和vimentin 的表達促進乳腺癌細胞[25]和非小細胞肺癌細胞[26]的上皮間質轉化（EMT）。ZHANG 等[27]發 現FOXQ1通過抑制E-cadherin，上調波形蛋白的表達，體外促進胃癌細胞侵襲。Snail 信號通路可能參與了FOXQ1在胃癌中誘導EMT的過程。XIA等[28]的研究則顯示FOXQ1 通過激活ZEB2 和VersicanV1 的表達誘導EMT，增強肝癌細胞的侵襲能力。而在結直腸癌細胞中，FOXQ1 過表達則分別調控p21 和TWIST1[29]以促進腫瘤生長和轉移。這些事實表明FOXQ1 在多種癌癥的EMT、侵襲轉移中發揮著重要作用。

此外，Sirtuin-1（SIRT1）是一種Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶，與基因調控、基因組穩定性維持、細胞凋亡、自噬、增殖、衰老和腫瘤發生密切相關[30]。Nuclear factor（erythroid-derived-2）-like 2（NRF2）是抵抗外源性或內源性氧化損傷的最有效的細胞保護抗變劑之一，與多種癌癥的化療耐藥性有關[31]。LV等[9]發現FOXQ1能夠通過與SIRT1 啟動子結合，降低NRF2 的乙酰化程度，維持NRF2 的穩定性，促進上皮性卵巢癌的增殖和轉移。

FOXQ1高表達還可促進腫瘤復發。腫瘤復發是惡性腫瘤的一個顯著特征。LAMA4編碼的層粘連蛋白α4，是細胞外基質的主要成分，與癌癥病理生理學有關。之前的一項研究發現，FOXQ1可正向調節LAMA4的表達，從而促進乳腺癌的微轉移和腫瘤復發[32]。

2.5 FOXQ1的表達與腫瘤的預后

近年來，越來越多的研究報道，FOXQ1在多種腫瘤中高表達，且與腫瘤的進展與預后相關，比如胃癌[33-34]、肺癌[26，35]、結腸癌[29，36-37]、肝癌[38]、宮頸癌[39]、卵巢癌[40]、乳腺癌[15]、鼻咽癌[41]等。LI 等[35]通過免疫組織化學（IHC）、生存分析等方法研究了238例非小細胞肺癌腫瘤病例，發現，FOXQ1在腫瘤組織中的表達水平較癌旁組織增高。且FOXQ1 的過表達與非小細胞肺癌患者的晚期腫瘤特征以及不良的生存狀況相關。LI等[42]采用類似的方法研究了136 例甲狀腺乳頭狀癌和47 例結節性甲狀腺腫大病例，發現在結節性甲狀腺腫和乳頭狀增生的標本中，FOXQ1 表達上調，且FOXQ1過表達與經典變異體、高變異體、遠處轉移、AJCC分期和復發相關。張中超等[43]研究114例配對甲狀腺乳頭狀癌樣本也發現FOXQ1過表達促進了淋巴結轉移、包膜侵犯、和不良預后相關。WANG 等人研究了173 例上皮性卵巢癌樣本后發現，腫瘤組織中FOXQ1蛋白和mRNA 水平均升高，且FOXQ1 的高表達與患者的腫瘤增大、FIGO 分期升高和總體生存率惡化相關[44]。這些研究結果均提示FOXQ1可能是一個腫瘤診斷、判斷預后乃至靶向治療的潛在靶點。

3 FOXQ1的調節

盡管已有大量的證據顯示FOXQ1 在腫瘤的發生發展中起促癌作用，但BAGATI 等[45]的研究卻發現FOXQ1 表達水平在黑色素瘤進展過程中下降，并且FOXQ1抑制黑色素瘤細胞的上皮-間質轉化、侵襲和轉移。ELIAN等[46]發現FOXQ1 mRNA水平在乳腺癌患者的不同亞型間存在表達差異，在三陰性乳腺癌中的表達較高，而在lumina 亞型和HER2+乳腺癌樣本中的表達降低，且FOXQ1 低表達的患者其總體生存率更差。為什么FOXQ1 在不同腫瘤中或者在同一類腫瘤的不同亞型中的作用會完全不同，目前尚未有明確的解釋。這可能和FOXQ1參與多條信號通路的轉導有關，也取決于它在不同癌癥的特異性環境中的可變調控。

3.1 Wnt/β-catenin信號通路對FOXQ1的調節

Wnt/β-catenin 信號通路由NUSSE 等于1982 年首次提出[47]，后來發現該通路在人類腫瘤的發生、發展及轉移過程中起到重要作用。CHRISTENSEN 等[13]的研究發現乳腺癌、肺癌、胃癌和胰腺癌以及結直腸癌[12]中，Wnt/β-catenin通路的激活促使FOXQ1基因的表達上調，進而促進腫瘤細胞的上皮間質轉化（epithelial mesenchymal transformation，EMT）。但和其他腫瘤不同的是，FOXQ1在黑色素瘤中高表達，卻抑制黑色素瘤的EMT。BAGATI[45]認為FOXQ1 在黑色素瘤中發揮抑癌的作用，很大程度上取決于FOXQ1其獨立于譜系特異性小眼癥相關轉錄因子（lineage-specific microphthalmiaassociated transcription factor，MITF）對N-鈣粘蛋白基因（CDH2）轉錄抑制的能力，從而抑制黑色素瘤的EMT。MITF 是黑素細胞分化和發育的主要調控因子，也被認為是EMT 樣過程和侵襲的主要抑制因子。BAGATI等[45]通過染色質免疫共沉淀等一系列實驗，證實FOXQ1 與核β-catenin 和TLE 蛋白相互作用。βcatenin 不影響FOXQ1 的DNA 結合，但可能通過破壞FOXQ1/TLE相互作用。從而降低TLE的DNA結合，并最終導致CDH2轉錄抑制的緩解。他們認為FOXQ1的家族特異性功能在很大程度上取決于其在癌癥中激活或抑制CDH2轉錄的能力。黑色素以外的多種腫瘤細胞中β-catenin/TLE 比值高，所以總體是促進CDH2 轉錄，促進EMT[45]。

3.2 轉化生長因子-β對FOXQ1的調節

轉化生長因子-β（transforming growth factor，TGFβ）是一類進化上保守的分泌型多肽因子家族，在生理胚胎發生和成人組織動態平衡等多個方面起著重要的調節作用[47]。PENG 等[12]發現TGF-β 處理人結腸癌細胞SW480可誘導FOXQ1mRNA和蛋白水平升高，并誘導SW480 的遷移和侵襲。干擾FOXQ1可以抑制SW480細胞的血管生成，侵襲，EMT和藥物抵抗。進一步研究發現，沉默FOXQ1可以干擾β-catenin 的核轉運，從而降低Wnt 信號的活性。所以FOXQ1可能是Wnt 和TGF-β 信號通路之間交匯點，但是其潛在機制仍需進一步研究。

3.3 伏隔核相關蛋白1對FOXQ1的調節

伏隔核相關蛋白1（nucleus accumbens-associated protein 1，NAC1），是一種轉錄協同調節因子，屬于BTB家族蛋白[48]。NAC1 在癌癥的發病和進展中具有多方面的作用，包括耐藥性的發展、促進細胞分裂和“干細胞樣”表型的維持。近期GAO等[49-50]的研究發現NAC1可通過其c端BEN結構域與BCL6相互作用，形成一個復合物，再結合到靶基因FOXQ1的啟動子區域，激活FOXQ1基因的轉錄促進卵巢癌的發生發展。

3.4 非編碼RNA對FOXQ1的調節

近年來非編碼RNA 在基因表達中的調控作用越來越多地受到研究者們的關注，一些微小RNA（microRNA）、環狀RNA（circRNAs）和長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）對FOXQ1的調節也開始被研究報道。

3.4.1 Micro-RNA 對FOXQ1的調節Micro-RNA（miRNA）是由18～25 個核苷酸組成的具有調節功能的非編碼核糖核酸，可以被組裝進RNA 誘導的沉默復合物（RISC），再靶向結合目標mRNA 的3'-非翻譯區（3'-UTR），降解或阻遏靶基因的翻譯，進而影響細胞的增殖或者凋亡[51]。近年來越來越多的研究表明，microRNA 與人類癌癥的進展及耐藥有關，包括乳腺癌、結直腸癌和胰腺癌。例如：WANG 等[52]發現在膀胱癌中FOXQ1和miR-140-3p 的表達呈負相關。雙熒光素酶報告實驗顯示，miR-140-3p 能夠直接靶向FOXQ1的3'-UTR 區，下調FOXQ1 的表達。類似地，CUI 等[53]發現miRNA-342-3p 通過制鼻咽癌細胞的侵襲表型。WANG等[40]發現miRNA-342-3p通過靶向FOXQ1抑制卵巢癌細胞的遷移和侵襲。HAN 等[54]發現miR-4319可通過靶向FOXQ1抑制肝細胞癌的增殖、上皮-間充質轉化，加速細胞凋亡，并降低肝癌細胞的干性。所有這些結果都證明miRNA 也是調控FOXQ1的一大類分子，通過阻遏FOXQ1的翻譯而削弱FOXQ1的致癌作用。

3.4.2 環狀RNA 對FOXQ1 的調節 環狀RNA（circRNAs）是3'-端與5'-端共價結合生成的閉合環狀RNA分子，在腫瘤中可作為原癌基因和抑癌基因，通過海綿吸附miRNA、結合RNA 結合蛋白、結合酶與相應底物、調控轉錄以及翻譯多肽或蛋白等機制發揮重要的生物 作用[55]。HONG 等[56]的 研究表明：circRNA CRIM1 在高轉移性的鼻咽癌組織中過表達，通過競爭性地與miR-422a 結合，阻止miR-422a 對其靶基因FOXQ1的抑制作用，最終導致鼻咽癌轉移、EMT 和多西紫杉醇耐藥。但cricRNA是否通過調節FOXQ1參與其他腫瘤的發生發展仍不清楚。

3.4.3 長鏈非編碼RNA 對FOXQ1 的調節 長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是一種長度超過200 個核苷酸的RNAs，通常充當競爭性內源RNAs或RNA 海綿而參與各種生理及病理過程[57-58]。近年來發現多種LncRNA可通過調節FOXQ1調控疾病的進展。例如：MA 等[59]通過細胞實驗發現LncRNA MALAT1 通過與MiR-125b 相互作用，調控PTGS2、CDK5和FOXQ1的表達，從而抑制神經元凋亡和神經炎癥，刺激神經突生長。且該結果被ZHUANG 等[60]通過比較阿爾茨海默病，帕金森病及正常人的腦脊液和血液樣本進一步證實。LncRNA MALAT1 還可靶向miR-124/FOXQ1促進膀胱移行細胞癌的生長和轉移[61]。ZHANG等[62]報道LncRNA KCNQ1OT1通過調控miR-506-3p/FOXQ1促進肝癌細胞遷移、侵襲和EMT。LncRNA TUG1通過調控miR-320a/FOXQ1軸促進膀胱癌的惡性行為[63]。以上結果都證明LncRNA 也可參與FOXQ1對疾病發生發展的調控過程。

3.5 FOXQ1對血小板衍生生長因子受體的調節

血小板衍生生長因子受體（platelet-derived growth factor receptors，PDGFR）是一種細胞膜酪氨酸激酶，分為α和β兩種亞型。PDGFR與血小板衍生生長因子結合后被激活，活化后能夠促進細胞的趨化、分裂與增殖，在機體生長發育、創傷修復等生理過程中起積極作用。PDGFR 過度激活和異常表達可誘導腫瘤新生血管的形成，直接或間接地促進腫瘤細胞增殖與遷移。MENG等[64]發現FOXQ1與乳腺上皮細胞的干性特征和化療抗性有關，并且這些功能依賴于FOXQ1/Twist1/PDGFRs 轉錄軸，人乳腺癌細胞中FOXQ1 既可靶向PDGFR-α和β的啟動子區，直接調控PDGFR-α和β的表達，也可以通過FOXQ1/Twist1 軸間接調控調控PDGFR-α 和β 的表達進而促進乳腺癌的發生。并且通過功能喪失試驗和藥理學抑制，證明靶向PDGFRs可以逆轉FOXQ1驅動的乳腺癌的腫瘤發生、干性特征和化療耐藥，是一種潛在的有效的治療方法。

4 FOXQ1與抗癌藥物

乳腺上皮細胞和乳腺癌干細胞樣細胞（breast cancer stem cell-like cells，BCSC）的快速分裂是導致乳腺癌進展的重要原因，消除這些細胞是最大限度地提高抗腫瘤反應的必要條件。Withaferin A（WA）是一種從南非醉茄的植物中提取的小分子，在各種臨床前模型中均能有效降低體內乳腺癌負擔和/或發病率。KIM等[65]發現用WA 處理MDA-MB-231 和SUM159 細胞后該細胞中FOXQ1轉錄活性受到抑制，其蛋白和mRNA水平顯著下調。相反在SUM159和MCF-7細胞中過表達FOXQ1，許多的BCSC 相關的基因表達上調，WA 介導的BCSC 抑制可以被逆轉。WA 處理可以抑制FOXQ1 與IL8 的啟動子結合。WA 介導的細胞增殖或遷移抑制不受FOXQ1過表達的影響。但FOXQ1過表達部分抑制了WA介導的SUM159細胞G2/M期細胞周期。這些結果表明FOXQ1是WA 抑制BCSC 組分的靶點。

RNA 結合蛋白Hu 抗原R（HuR），在乳腺癌中表達上調。HuR 通過調節大量原癌基因、生長因子和細胞因子來促進腫瘤的發生，細胞質HuR 升高與乳腺癌高級別和臨床預后不良相關。WU 等[66]發現了一種RNA結合蛋白HuR 的抑制劑KH-3，它可以破壞HuR 和靶RNA-FOXQ1之間的相互作用，抑制人類乳腺癌細胞在小鼠體內的生長和轉移。此外，KH-3抑制乳腺癌實驗性肺轉移，提高小鼠存活率，并減少原位腫瘤生長，抑制乳腺癌侵襲。

以上研究為開發以FOXQ1為靶點的抗乳腺癌藥物提供了非常有意義的實驗基礎。但目前還不十分清楚WA 與FOXQ1相互作用的機制。也不清楚HuR 的抑制劑破壞HuR與FOXQ1的結合后，具體是通過哪些途徑與機制來抑制乳腺癌的生長、侵襲與轉移，以及可能的副作用。所以這些抗腫瘤藥物或者化合物要想被應用到臨床的話，還需要研究者對它們相互間的作用機制進行更深入的探究。RNA干擾技術是一種靶向抑制FOXQ1基因表達的有效方法，但構建能在人體內長期穩定表達且安全有效的載體，仍比較困難。此外，現有的研究已經提示FOXQ1 與多個分子和信號通路發生在聯系，在不同的癌癥背景中，起作用的機制并不完全一致。所以未來針對FOXQ1的研究和治療策略，可能應該更多的以特定的腫瘤內環境為背景，以FOXQ1的分子網絡為基礎結合各自的權重來探索癌癥的治療策略。

5 小結與啟示

FOXQ1 與多種疾病及腫瘤的發生密切相關，如阿爾茲海默癥、非小細胞肺癌、甲狀腺癌和黑色素瘤、結直腸癌，乳腺癌等。FOXQ1 參與腫瘤發生發展的調控引起了廣泛的研究關注，包括調控細胞增殖、侵襲和凋亡，以及作為典型信號通路之間的交叉對話點的功能。綜述FOXQ1 在腫瘤病理生理學中的作用及調節機制將為深入了解癌癥的發生發展提供有價值的見解。隨著對FOXQ1在腫瘤發生發展中的機制研究愈加深入，可以預見，FOXQ1 很可能成為判斷腫瘤預后的生物標志和腫瘤治療的靶點。

（利益沖突：無）