FoxM1在泌尿系肿瘤中的研究进展

毛家峰，曹友汉

(南华大学附属第一医院泌尿外科，湖南 衡阳 421001)

FoxM1在泌尿系肿瘤中的研究进展

毛家峰，曹友汉

(南华大学附属第一医院泌尿外科，湖南 衡阳 421001)

叉头框蛋白M1(FoxM1)是Fox转录因子家族中的一员，在细胞增殖及细胞周期的进展中扮演着重要角色。FoxM1特异性高表达于增殖期细胞和多数恶性肿瘤细胞中，但在细胞静止、分化末期表达消失。近年来研究发现，FoxM1在泌尿系肿瘤中呈高表达，且与肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移密切相关，抑制其表达可显著减慢肿瘤的发生、进展。因此，FoxM1有望成为治疗泌尿系肿瘤的新靶点。

FoxM1；转录因子；膀胱癌；肾癌；前列腺癌

叉头框蛋白M1(Forkhead box protein M1，FoxM1)是进化上高度保守的Fox转录因子家族中的一员，且是一种增殖相关的转录因子。研究人员发现FoxM1不仅具有调控细胞周期和维持基因组稳定的作用，还可通过调节上皮间质转化、基质金属蛋白酶(MMP)和血管内皮生成因子(VEGF)的表达影响肿瘤细胞的侵袭、转移和血管形成[1-3]，对肿瘤的进展起到重要作用。此外，最新研究显示在泌尿系恶性肿瘤中FoxM1呈异常高表达，且与肿瘤的侵袭、转移密切相关。另一方面，特异性FoxM1抑制剂肿瘤治疗方面的研究也提示：FoxM1很有希望成为抗癌的新靶点。因此，进一步研究FoxM1在泌尿系肿瘤中的分子作用机制具有重要意义，本文将对FoxM1的生物学功能以及其在泌尿系恶性肿瘤的研究进展予以综述。

1 FoxM1的分子生物学结构

FoxM1是Forkhead家族中的一员，在前期的研究中曾被称作Trident、HFH-11、Win、MPP-2和HNF-3[4-5]。人的FoxM1基因位于染色体12p13-3末端着丝粒区域，全长约25 kb，包含10个外显子，根据外显子Va及VIIa选择连接方式的不同，将人FoxM1基因分成3种亚型，即FoxM1a、FoxMlb、FoxM1c[4-5]。FoxM1a转录活化区域因存在额外的外显子Va和VIIa而失去转录活性，反之FoxM1b(缺乏其中一种外显子)和FoxM1c(只包含Va)具有转录活性[4-5]，近年来国内外的研究主要是FoxM1b。FoxM1蛋白的全长由3部分构成：中间的螺旋翼结构域，N端的自主抑制区及C端的转录激活区。螺旋翼结构域介导与靶基因启动子“TAAACA”串联重复序列的特异性识别，但与其他亚家族成员相比，FoxM1的螺旋翼结构域与其仅有毫摩尔分子的亲和力。为研究其机制，Littler等[6]研究发现，FoxM1的螺旋翼结构域具有复杂独特的DNA结构，而DNA与“Wings”螺旋翼折叠结合元件的丢失或迁移到FoxM1蛋白全长的远处片段有关。此外，螺旋翼结构域的上、下游区，可能直接或间接调节螺旋结构域与靶基因启动子的亲和力[6]。

2 FoxM1转录因子的生物学作用

2.1 FoxMI在细胞中的表达 FoxMl的表达和转录活性依赖于细胞周期的进展[7]。FoxM1mRNA和蛋白表达水平在细胞静止期减少，但都在细胞G1末期表达上调，并持续于G2/M期[7]。此外，FoxM1表达与细胞的增殖密切相关。在胚胎发育期间，FoxM1广泛表达于胚胎组织中[8]，尤其是在上皮或间质组织来源的增殖细胞中，成年人仅在胸腺和睾丸组织中呈高表达，而在肺及肠组织中呈中等水平表达[9]。然而，FoxM1在成人细胞中的表达是通过促有丝分裂的刺激、组织损伤或氧化应激[7]。FoxM1已被证明是致癌基因，在多种人类恶性肿瘤组织及细胞中呈高表达[10]。研究人员通过RNAi干扰抑制FoxM1的表达，癌细胞增殖、转移、侵袭、血管生成能力减弱，间接表明FoxM1表达的升高与肿瘤进展、增殖、不良预后等密切相关[3，11]。

2.2 FoxMI转录活性的调控 FoxM1的转录活性具有细胞周期特异性，且与磷酸化水平密切相关，转录活性在S期开始增加且在G2/M过渡期达到高峰，这是由多个蛋白激酶的磷酸化在特定细胞周期作用的结果[7，12-14]。FoxM1的磷酸化开始于细胞G1早期，通过多种蛋白激酶(包含Cdk-cyclin复合物、促有丝分裂激酶)介导了FoxMl的磷酸化，并持续至G2/M期[7，13-14]。FoxM1转录活性的抑制剂揭示了FoxM1一个独特的转录调控模式。研究表明FoxM1抑制剂不仅抑制FoxM1转录活性，他们也下调FoxM1mRNA和蛋白的表达。这些数据表明，FoxM1积极参与自身的调节循环，其中FoxM1可以诱导自己的转录[15]。然而，FoxM1在正常细胞周期进展中自我调节的功能意义仍未了解。

近来Ful等[12]认为在S末期及G2期cyclinB/Cdkl使得FoxM1的C末端被初步磷酸化，进而被G2/M期高表达的PIK-1激酶的C末端Polo-box结构域所识别，形成PIK-1/FoxM1复合物，后者进一步促进FoxM1磷酸化及转录活性的提高，从而提高包括PIK-l在内的下游靶基因cyclinB、AuroraB等的表达，形成促使G2/M转化的PIK1-FoxM1正反馈循环。此外，FoxM1的转录活性也受Raf/MEK/MAPK、Hedgehog等信号通路的调控，并具有一定的协同作用[2]。

2.3 FoxM1调节细胞周期的进展 FoxM1作为有丝分裂中关键的正调控蛋白之一，不仅特异性表达于增殖期细胞，也促进细胞的增殖，在细胞G1/S及G2/ M转变过程、有丝分裂进程和维持染色体稳定具有重要意义，与细胞的衰老、组织器官发育的缺陷等密切相关[16-17]。Cdk抑制剂p21Cip1和p27Kip1通过干扰Cdks的活性阻止细胞周期进展。FoxM1通过多个作用机制抑制p27Kip1蛋白的表达，例如激活Skp2和Cks1基因后，FoxM1促进p27Kip1蛋白的降解[17]。此外，生长因子直接刺激FoxM1后激活激酶结合蛋白(KIS)的转录，p27Kip1进一步磷酸化，从而促进其核转移和蛋白水解作用，推动细胞周期进展[18]。在鼠胚胎成纤维细胞中，FoxM1的表达缺失导致G2/M期促动蛋白cyclinB、PIK-1、Cdc25B磷酸酶、Aurora激酶的表达下调，并通过抑制SCF泛素连接酶复合物中Skp2、Cksl的表达而减少Cdk抑制分子p21Cip1、p27kipl的降解，阻止了G2/M的进展[17]。

2.4 FoxM1参与DNA损伤修复 研究显示，Chk2催化FoxM1蛋白的第361位丝氨酸残基磷酸化介导其稳定表达，进而诱导基因XRCC1、BRCA2的转录，参与DNA损伤修复过程。在FoxM1基因敲除的鼠胚胎成纤维细胞及骨肉瘤细胞U2OS中发现DNA断裂的增加及p53基因转录活性的上调，XRCC1、BRCA2的表达下降，支持了上述结论[19]。这些研究结果证明了FoxM1在DNA损伤修复的过程中具有重要意义。

3 FoxM1转录因子在泌尿系肿瘤中的表达

3.1 FoxM1与膀胱癌 在我国膀胱癌是泌尿系系统最常见的恶性肿瘤，且随着工业化、城镇化、老龄化的加速及吸烟人口的增加，我国膀胱癌的发病率呈逐年上升趋势[20]。Liu等[21]研究表明，FoxM1异常高表达于膀胱癌，与TNM分期、组织学分级、转移和复发密切相关，应用Western blot及RT-PCR对30例正常对照组和100例膀胱癌手术标本进行检测，显示FoxM1的mRNA和蛋白表达水平在膀胱癌组织中明显高于膀胱正常组织，且随组织分化程度而表达增高。免疫组化分析也证实，肿瘤组织具有丰富的FoxM1蛋白表达，与正常组织中FoxM1表达缺失或降低有关。Inoguch等[22]研究发现miRNA-124通过靶向下调膀胱癌细胞FoxM1的表达抑制细胞的增殖和诱导细胞的凋亡，间接证明了FoxM1具有促进肿瘤细胞增殖的作用。最新研究显示，通过基因探针(例如Twist、Vimen-tin、Snail、E-cadherin等)检测尿液中的特异性标记物，根据特异性标记物的结果(数值、比值)，可能成为膀胱癌的普查及预后检测指标，而FoxM1在膀胱癌中的特异性高表达使其可能成为今后膀胱癌检测指标之一。综上所述，在不久的将来，FoxM1很有潜能成为膀胱癌预防和治疗的一个重要靶点。

3.2 FoxM1与肾癌 Wu等[23]通过免疫组化检测肾透明细胞癌和正常肾组织的FoxM1蛋白表达水平，发现肾透明细胞癌中FoxM1蛋白呈高表达，且与肿瘤分期、肿瘤复发相关，与患者的年龄、性别、肿瘤的分级、大小无显著相关性。此外，肾透明细胞癌患者中FoxM1异常高表达者的RFS(无复发生存率)明显较FoxM1低表达患者缩短[(53.5±3.6)vs(67.8±1.5)]，OS (总生存率)也较FoxM1低表达患者降低[(52.7±3.5)vs (64.9±2.1)]，进一步提示FoxM1的表达在肾透明细胞癌患者中是唯一的独立预后因素。Kocarslan等[24]通过检测多种病理类型肾细胞癌的FoxM1表达，也揭示肾细胞癌FoxM1的表达与肿瘤的大小相关，与患者年龄、性别、淋巴转移无显著相关。Xue等[25]研究人员利用siRNA下调肾透明细胞癌FoxM1的表达，减少cyclinB1、cyclinD1和Cdk2的表达和增加p21和p27的表达，从而抑制细胞的增殖和阻断肿瘤的进程。此外，抑制肾透明细胞癌FoxM1的表达，具有降低MMP-2、MMP-9和VEGF的活性进而抑制肿瘤细胞的侵袭、迁移和血管形成的作用。

3.3 FoxM1与前列腺癌 王建等[26]应用免疫组化检测118例前列腺癌和22例前列腺良性增生组织中FoxM1蛋白的表达，前列腺癌组织的FoxM1蛋白表达率(63.6%)显著高于良性前列腺增生组织(27.3%) (P＜0.05)，且与肿瘤的TNM分期、Gleason评分显著相关，表明FoxM1的高表达与前列腺癌的发生及进展显著相关。在动物研究中，Kalin等[27]发现FoxM1在TRAMP或LADY转基因小鼠这两种模型中高表达，并且加速了前列腺癌的进展。FoxM1基因敲除的小鼠模型中，研究人员发现，前列腺癌细胞的增殖及血管生成能力减弱，同时Cdc25b、Cyclin B1、Lox的表达减少，而它们在肿瘤细胞的增殖及转移中扮演着重要角色[28]，这进一步说明FoxM1在前列腺癌的发生发展中扮演着重要角色，但其诱发肿瘤发生及促进肿瘤进展的分子机制尚未完全阐明。Aytes等[29]研究表明，FoxM1与CENPF具有协同功能，通过靶基因的表达和激活与前列腺癌的恶性程度相关的关键信号通路的调节协调促进肿瘤生长，其可能成为前列腺癌预后的重要检测指标。

4 以FoxM1为靶点的泌尿系恶性肿瘤的基因治疗

FoxM1在泌尿系肿瘤组织中异常高表达，其通过调节细胞周期及上皮间质转化、维持细胞的间质形态，从而促进肿瘤细胞增殖、转移、侵袭，因此FoxM1极有希望成为抗肿瘤治疗的新靶点[30-32]。赵涛等[33]研究发现，转染FoxM1 siRNA的PC3和DU145细胞中FoxM1蛋白水平较对照组降低，且细胞增殖和侵袭能力较对照组明显降低(P＜0.01)，提示miRNA-149通过靶向FoxM1基因抑制前列腺癌细胞的生长和侵袭，具有抑癌基因的作用，可成为前列腺癌分子治疗的有效靶点。此外，膀胱癌基因治疗的研究中，miRNA-124通过靶向抑制FoxM1表达也可阻碍肿瘤的发生进展。另研究报道，FoxM1信号通路与多种致癌信号通路存在串扰，例如PI3K/Akt、EGFR、NF-κB信号通路等，因此研究FoxM1与各信号通路之间的协同作用，对肿瘤基因治疗具有重要意义。Aytes等[29]研究人员利用癌症研究超级计算机分析出FoxM1和CENPF是人类侵袭性前列腺癌的一个成对协同驱动因子，共同控制了两个物种中最显著的肿瘤标志相关的一些遗传程序，两种基因共同起作用时，严重破坏癌细胞，将其转变为强侵袭性的肿瘤，研究人员在4种前列腺癌细胞系中逐个及共同沉默基因的表达，发现单独沉默一种基因都只会对肿瘤细胞的形成影响较小，而同时沉默两种基因则终止肿瘤细胞的生长，说明FoxM1与CENPT具有协同作用，增加前列腺癌的侵袭转移能力，可能为前列腺癌的基因治疗提供一种新思路。

5 展 望

FoxM1作为一种增殖特异性转录因子，在癌症的发病与发展中扮演着重要角色。FoxM1选择性地高表达于泌尿系肿瘤，且与肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移等密切相关，使其可能成为一个有前景的肿瘤基因治疗的靶点，发展以FoxM1为靶点的抑制剂可能对泌尿系肿瘤的治疗具有显著影响，而这需要进一步深入研究FoxM1调控肿瘤发生与进展的分子机制。在不久的将来，FoxM1可能成为泌尿系肿瘤靶向治疗的关键。

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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)

曹友汉。Email：756055112@qq.com