FOXO蛋白相关信号通路在卵巢癌发生发展中的作用研究进展

陶贵珠，郑洪

(遵义医学院附属医院，贵州遵义563000)

由于缺乏早期有效的筛查诊断手段，超过70%的卵巢癌确诊时即为晚期(Ⅲ期或Ⅳ期)，病情进展迅速[1,2]。2017年美国癌症协会《临床实践指南》指出，在美国每年约有22 440例新确诊的卵巢癌患者，其中约14 080例死亡[3]。探索有效的卵巢癌诊断性生物标志物及有效治疗靶点是必要的。FOXO属于叉头框(forkhead box，FOX)转录因子A-S共19个亚家族中的“O”亚家族，其主要成员包括FOXO1 (FKHR)、FOXO3(FKHRL1)、FOXO4(AFX)、FOXO6。作为抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的肿瘤抑制因子，FOXO蛋白活性的变化可以影响卵巢癌细胞的增殖、凋亡、转移及卵巢癌耐药和预后，从而影响卵巢癌的发生、发展。调控FOXO的主要上游信号途径有磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB或Akt)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、丝氨酸/苏氨酸激酶(Minibrain-relatedkinase/Dualspecificitytyrosine-phosphorylation-regulated kinase1B，Mirk/Dyrk1B)、I-κB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK)、c-Jun激活域结合蛋白1(c-Jun activation domainbinding protein 1,Jabl)、硫氧化还原蛋白1(thioredoxin,Trx1)等信号途径。FOXO蛋白的活性主要通过上游信号途径使其发生磷酸化而改变，磷酸化的FOXO与14-3-3蛋白结合，使其由细胞核易位至细胞质，转录活性下调而转录功能受抑制[4]。现将上述信号通路通过调控FOXO蛋白活性在卵巢癌发生发展中的作用研究进展情况综述如下。

1 PI3K/Akt信号通路的作用

与正常卵巢组织相比，卵巢癌组织中PI3K/Akt信号通路存在异常活化。卵巢癌组织中PI3K突变率上升，Akt表达明显增加，PI3K/Akt信号通路被认为是卵巢癌进展中涉及的主要信号通路之一[5,6]。PI3K/Akt信号通路调节的下游关键转录因子之一为FOXO蛋白。受生长因子刺激后，PI3K/Akt信号通路被激活，活化的Akt使FOXO蛋白的三个残基(FOXO1的Thr24、Ser256和Ser319，FOXO3a的Thr32、Ser253和Ser315)磷酸化而失活。PI3K/Akt信号通路主要负向调节FOXO1、FOXO3a和FOXO4蛋白的转录活性，FOXO6蛋白的活性调节对经典PI3K/Akt信号通路的依赖性较小。

戈舍瑞林是一种促性腺激素释放激素激动剂，对卵巢癌细胞有促凋亡作用，戈舍瑞林可降低Akt活性，敲除FOXO1则消除了戈舍瑞林诱导的细胞凋亡作用[7]。上调FOXO1依赖于PI3K/Akt信号通路，所以戈舍瑞林可能通过PI3K/Akt信号通路上调FOXO1蛋白的表达来促进卵巢癌细胞凋亡，PI3K/Akt/FOXO1途径可能是卵巢癌中一个非常有意义的治疗靶点。给予姜黄素可引起卵巢癌细胞株SKOV3中的miR-9的表达增加，导致磷酸化的Akt和FOXO1蛋白表达显著下降,同时阻碍了SKOV3细胞增殖并刺激其凋亡[8]。Jang等[9]发现褪黑素显著降低顺铂介导的10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源物(Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN)磷酸化，PTEN是休眠卵泡激活的关键负调节因子，它还可阻止顺铂诱导的Akt、GSK3β及FOXO3a的磷酸化，而这些蛋白都可激活卵泡，表明褪黑激素通过阻止PTEN/Akt/FOXO3a途径的磷酸化来减弱顺铂诱导的卵泡丧失，是女性癌症患者在化疗过程中保护卵巢和保留生育能力的潜在治疗剂[10]。卵巢癌组织中 Akt过度活化可促进磷酸化的FOXO蛋白的增加并促进癌细胞增殖，恢复FOXO蛋白的活性则被认为是一种有力的抗癌手段。

2 MAPK信号通路的作用

MAPK包括ERK、p38、JNK和ERK5共4个亚族。当细胞发生氧化应激时，JNK可直接磷酸化FOXO和14-3-3蛋白，通过阻止其与14-3-3蛋白结合来刺激FOXO的核易位；Akt和ERK5使FOXO蛋白磷酸化则分别引起其细胞质保留或降解，导致肿瘤发生。卵巢癌组织中MAPK信号通路异常活化。FOXO蛋白相关的PI3K/Akt和MAPK信号通路并非单独发挥作用，而是互相影响，导致最终的生物学效应。Puma蛋白属于Bcl-2家族成员，JNK途径不仅促进Puma的表达，还可调节Akt-FOXO3a通路，JNK的双重作用可以有效地触发耐药卵巢癌细胞中Puma的活化和细胞凋亡，这些研究为克服卵巢癌耐药提供了相关的分子机制[11]。有趣的是，紫外线照射可激活JNK途径，进而使ERK和Akt失活，结果导致FOXO3a核易位和其下游基因Bim表达[12]。在Akt介导FOXO1 Ser319磷酸化之后，FOXO1与IQ结构域GTP酶活化蛋白1结合阻碍了ERK1/2磷酸化(p-ERK1/2)，而用PI3K抑制剂或紫杉烷治疗导致乳腺癌细胞FOXO1定位至胞核中，则增加了其p-ERK1/2的表达以及耐药性[13]。对HeLa细胞的研究发现，紫铆因可增强顺铂对HeLa细胞的生长抑制和凋亡诱导作用，可能与其抑制AKT、ERK、p38 MAPK活性进而作用于它们的共同靶点FOXO蛋白有关[14]。这些研究表明，MAPK信号途径可以通过调控FOXO蛋白的表达来影响卵巢癌细胞的增殖、凋亡。

3 Mirk/Dyrk1B信号通路的作用

FOXO1可被Mirk/Dyrk1B磷酸化，导致FOXO1从细胞核穿梭进入细胞质，这可能是Mirk/Dyrk1B介导乳腺癌细胞存活的一个机制[15]。Gao等[16]研究发现，在手术切除的卵巢癌组织中，75%的卵巢癌组织中Mirk/Dyrk1B呈异常激活状态，同时发现在8种卵巢癌细胞系中有5种细胞中Mirk/Dyrk1B蛋白呈过表达状态，且其与FOXO1、 FOXO3a的蛋白表达水平呈负相关。通过小干扰RNA沉默Mirk表达可促进FOXO1和FOXO3a的核易位，并伴随着Bim、TRADD、Caspase-3和PARP蛋白表达的增加，进而导致细胞凋亡并增加卵巢癌细胞对顺铂的敏感性。此外，与单独沉默Mirk相比，同时沉默Mirk与FOXO1、FOXO3a可导致极低水平的卵巢癌细胞凋亡并降低了卵巢癌细胞对顺铂的敏感性，表明FOXO参与Mirk介导的细胞存活和卵巢癌的化疗敏感性。

此外，Hedgehog(Hh)信号通路在胚胎性肿瘤的形成中起着重要作用，除了刺激成熟的GLI家族(锌指蛋白)转录因子之外，Hh配体还可以促进Akt/mTOR激酶磷酸化，进一步促进癌基因的异常激活，在致瘤过程中扮演着重要角色。Singh等[17]研究发现，Mirk/Dyrk1B可作为Hh与Akt/mTOR之间的信号传导介质来激活Akt/mTOR，抑制Mirk/Dyrk1B可使Akt的磷酸化和GLI的表达稳定下调。在人类卵巢癌细胞中已证实，联合使用Mirk/Dyrk1B拮抗剂与Akt/mTOR抑制剂可导致GLI的靶向抑制和细胞毒性。Mirk/Dyrk1B通过调节FOXO核易位在卵巢癌细胞存活中发挥着重要作用，这可能会成为卵巢癌的新型治疗靶点。

4 IKK信号通路的作用

IKK是NF-κB信号转导的关键调控因子，与肿瘤发生相关的IKK包括IKKα、IKKβ、IKKγ、IKKε，IKK抑制剂IMD-0354可以抑制卵巢癌细胞的黏附和侵袭活性，同时抑制卵巢肿瘤内血管生成[18]。Hsu等[19]观察了120例份卵巢癌标本中IKKε的表达情况，发现其在原发灶胞质中的表达相对于转移性灶胞质中的表达明显升高，并且与卵巢癌临床预后不佳有关。金兰诺芬可降低卵巢癌细胞胞质中IKKβ蛋白和FOXO3a蛋白的表达水平，而核FOXO3a蛋白水平显著增加，金兰诺芬可能通过下调IKKβ表达，然后触发FOXO3a蛋白从细胞质转移到细胞核中，进一步诱导下游基因Bim、Bax的表达，从而显示其抗癌效果[20]。以上研究结果提示，IKK是调控卵巢癌侵袭和转移的一个关键分子，抑制IKK信号通路可成为卵巢癌治疗的策略之一。

5 Jab1信号通路的作用

Jab1是COP9信号体的第五个亚单位，是一种多功能蛋白质复合物，其参与调节细胞信号转导、基因转录和蛋白质稳定性。Jab1在各种类型的癌症中过表达。Wang等[21]对70例上皮性卵巢癌患者的瘤组织中的Jab1进行检测发现，84.3%(59/70)Jab1蛋白过表达，且Jab1表达与胞质的p27及磷酸化的p27(Ser10)表达呈正相关，Jab1、胞质p27和Ser10过表达与卵巢癌不良临床病理改变显著相关；转染Jab1至卵巢癌HO-8910细胞中导致其p27表达降低，并且这种p27表达降低对26S蛋白酶体抑制剂敏感，Jab1的过表达引起p27核输出并从Cdk2 /细胞周期蛋白复合物解离。Jab1是p27的负调控因子，推测其可能与上皮性卵巢肿瘤的进展和预后有关。Lu等[22]的研究发现，在卵巢癌中Jab1与FOXO3a的表达呈负相关，且FOXO3a低表达与卵巢癌分期和淋巴结受累显著相关。Jab1的激活可调节FOXO3a与核输出蛋白之间的关系来诱导FOXO3a的核易位，从而促进肿瘤的发生发展。因此，我们可开发新型治疗药物抑制Jab1的表达，用于卵巢癌的治疗。

细胞周期相关转录因子E2F是启动细胞增殖和细胞死亡的蛋白质家族，Jab1促进E2F1诱导细胞凋亡，促进E2F下游靶基因如Cyp26b1和AMPKα2促凋亡蛋白的表达，Jab1/E2F1复合物位于E2F1凋亡启动子和G2/M启动子上。PI3K激活通过干扰Jab1/E2F1复合物的形成来阻断E2F1/Jab1诱导的凋亡靶基因的表达。有学者[23]检测到卵巢癌、乳腺癌中Jab1水平升高与PI3K活性之间高度相关，提示在这些肿瘤中Jab1升高可能会避免触发促进E2F1诱导细胞凋亡。

6 Trx1信号通路的作用

耐药性是卵巢癌化疗失败的常见原因，但是对耐药性调节的分子机制并不清楚，FOXO蛋白在卵巢癌耐药机制中的作用尚未阐明。Trx1是一种氧化还原蛋白，可以对多种转录因子包括FOXO进行氧化还原调节。Park等[24]发现卵巢癌患者血清中Trx1水平显著高于正常人和非癌症性炎性疾病患者，提出血清Trx1可与CA125联合检测用于卵巢癌的早期诊断。

FOXO1在紫杉醇耐药的卵巢癌细胞系中的表达显著上调，紫杉醇耐药细胞系中的FOXO1沉默则降低其抗药性，表明FOXO1与紫杉醇诱导的细胞毒性相关并且有助于增强卵巢癌的耐药性[25]。Wang等[26]发现紫杉醇处理的卵巢癌A2780细胞可明显增加Trx1和FOXO1的活性及蛋白表达水平，而紫杉醇处理A2780/PTX细胞后其Trx1和FOXO1的活性及蛋白表达水平变化不明显，进一步研究发现Trx1和FOXO1共同参与了紫杉醇诱导的卵巢癌耐药性，Trx1与FOXO1结合可增强FOXO1的转录活性，沉默 FOXO1消除了Trx1诱导的耐药性。这些研究为开发针对卵巢癌耐药性的控制方法提供了思路。

7 其他FOXO蛋白相关信号通路的作用

卵巢癌的发生、发展，并非是单个信号通路单独发挥作用，相关的信号通路往往是错综复杂的。输出蛋白1(XPO1)参与了多种抑癌蛋白如p53和FOXO家族蛋白质的核输出，XPO1抑制剂Selinexor在多种卵巢癌细胞系中表现出显著的抗增殖作用。Corno等[27]研究发现Selinexor诱导FOXO1核定位并改善顺铂在卵巢癌细胞系IGROV-1中的作用，而FOXO1可以增强Selinexor与顺铂之间的协同作用。卵巢癌中AMPK-FOXO信号通路虽无相关报导，但Kim等[28]指出在乳腺癌中紫杉醇诱导FOXO3a表达并以AMPK依赖性方式增加FOXO3a的磷酸化，紫杉醇的抗癌作用与激活AMPK/EF1α/FOXO3信号传导途径相关。Diep等[29]用R5020作用于卵巢癌细胞后，不仅调节FOXO1的表达，而且和FOXO1结合后可以激活促进细胞衰老的蛋白p15、p16、p21 及p27的表达。此外，FOXO与Wnt/β-catenin信号通路也有着密切关系，该信号通路可调节FOXO1在细胞中的定位，从而影响细胞的增殖及凋亡。全基因组测序发现，FOXO1在骨肉瘤中的表达常常是缺失的，激活FOXO1可以抑制骨肉瘤细胞的转移，而这可能与抑制Wnt/β-catenin信号通路活性有关[30]。不过，卵巢癌中FOXO1是否通过Wnt信号通路的活性来影响卵巢癌细胞的侵袭转移还未见报道。

综上所述，无论是PI3K-Akt、ERK、JNK、Mirk/ Dyrk1B、IKK、AMPK、Wnt/β- catenin等信号通路使FOXO磷酸化，还是Trx1对FOXO进行氧化还原调节，或者Jab1、XPO1影响FOXO的核输出等，都是通过调节FOXO转录活性或蛋白表达而影响卵巢癌细胞的增殖、凋亡、耐药等。靶向增强FOXO活性可能在卵巢癌治疗发挥作用，但卵巢癌的发生发展并非是单个信号通路单独发挥作用，往往是多个信号通路相互影响、相互调节。深入了解FOXO及相关信号通路的交互作用、调节机制可能为卵巢癌的诊断及治疗提供新的方向。