叉头框蛋白O1对胃癌作用的研究进展

贾国战，刘林峰，乔庆

1.第四军医大学 唐都医院普通外科，陕西 西安 710038；

2.山西省稷山县妇幼保健与计划生育服务中心，山西 稷山 043200

胃癌是常见的消化道恶性肿瘤，在我国发病率较高，对人类生命健康威胁较大。以肿瘤细胞减灭术联合化疗为主的综合治疗是近年来胃癌治疗的主要手段，取得了一定治疗效果，但胃癌患者出现复发、转移等现象仍十分常见。因此，迫切需要寻找新的治疗方法，改善胃癌患者的预后。叉头框蛋白（forkhead box protein，FOX）O是一类作用广泛的转录因子，在人类生长、发育等生理过程及多种重大疾病中发挥重要作用[1]。近年来，FOXO家族的重要成员FOXO1在抑制胃癌进展方面的作用受到广泛关注。TCGA（The Can⁃cer Genome Atlas）数据库显示，FOXO1mRNA表达量与胃癌AJCC（American Joint Committee on Cancer）病理分期密切相关[2]。其他研究亦表明，FOXO1在人类胃癌发生、演进过程中扮演重要角色，有望成为胃癌治疗的新靶点。我们就FOXO1转录因子在胃癌中作用的研究进展做简要综述。

1 FOXO1的结构和生物学功能

哺乳动物细胞表达4种FOXO蛋白，即FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6，其编码基因定位于不同染色体上[3]。其中FOXO1/3/4基因序列具有高度同源性，而FOXO6与前三者差别较大。所有FOXO蛋白均具有相同的DNA结合结构域，由3个α螺旋和2个特征性大环结构组成[4]。目前已明确不同种类FOXO蛋白的生物学功能不尽相同。FOXO家族不仅在细胞生长、代谢等生理过程中扮演重要角色，而且对肿瘤、心血管疾病、糖尿病等多种疾病也具有明确的生物学作用[3,5-6]。

FOXO1的编码基因位于13号染色体长臂第1区第4条带第1亚带。FOXO1蛋白由566个氨基酸残基组成，其N端含有叉头区（即DNA结合结构域），C端包含丝/苏氨酸转录激活域，肽链中间部位含有核定位信号和核输出序列，可使FOXO1在细胞核与细胞质之间进行穿梭[4]。FOXO1在人体内分布广泛，多种组织器官（如胃肠道、血管内皮细胞、心肌、肝脏、骨骼肌、前列腺等）中均存在其表达[7]。在正常生理状态下，多种上游通路（PI3K-Akt、AMPK等）参与调节FOXO1活性[8]，FOXO1则通过调控其下游靶基因（CCND2、CD⁃KN1A、BIM、NOXA、SOD2等）[9]，参与调节细胞增殖、分化、代谢、凋亡等多种生物学功能。

2 FOXO1的调控

正常情况下，细胞质与细胞核内均存在FOXO1定位，但只有当FOXO1位于细胞核内时才能发挥转录功能，调节下游多种基因表达[6]。对FOXO1转录功能的调节分为对其转录活性的调节以及对其表达量的调节。对FOXO1转录活性的调节主要针对FOXO1特定位点进行磷酸化、乙酰化和泛素化修饰，通过影响其在细胞内的定位而实现。而对FOXO1表达量的调节则主要通过miRNA对FOXO1mRNA表达的调控而实现。

2.1 磷酸化修饰

磷酸化修饰是FOXO1蛋白最重要的一种化学修饰，现有研究证明多种上游信号通路可通过磷酸化FOXO1影响其活性，如PI3K-Akt、AMPK、JNK、ERK等[8]。磷酸化修饰主要通过调节FOXO1的核质穿梭来影响其转录活性，在此过程中，14-3-3蛋白发挥重要作用。14-3-3蛋白能够识别磷酸化的FOXO1并与其结合，促进其从核内向胞质转位，导致FOXO1转录能力下降[6]。除此之外，磷酸化修饰也会促进FOXO1蛋白通过蛋白酶体途径降解[6]，降低胞内FOXO1含量。

2.2 乙酰化修饰

乙酰化修饰是FOXO1蛋白另一种重要的化学修饰，主要通过p300的乙酰化作用、沉默信息调节因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的去乙酰化作用来实现[10]。主流观点认为，乙酰化水平升高可以促进FOXO1定位于细胞核。Sewastianik等研究发现，p300介导的FOXO1乙酰化可以促进FOXO1核转位，增强FOXO1的转录活性[10]。抑制SIRT1活性导致FOXO1乙酰化水平增高，可使其定位于细胞核[11]；相反，下调FOXO1的乙酰化修饰水平（Lys423位点），则导致FOXO1定位于细胞质内[11]。然而，目前对于乙酰化修饰是否能促进FOXO1转录活性仍然存在争议，Mori等研究发现，FOXO1被SIRT1去乙酰化可以提高其转录活性，促进相关靶基因的表达[12]。因此，乙酰化修饰对FOXO1活性的调节是比较复杂的，可能与不同的细胞种类以及不同的乙酰化位点相关，具体机制仍需进一步实验进行探究。

2.3 泛素化修饰

泛素化是蛋白质降解的主要途径之一，可以影响多种蛋白质的半衰期长短以及亚细胞定位。Huang等研究发现，F-box蛋白的S期激酶相关蛋白2可介导FOXO1泛素化修饰[13]，Lys位点发生单一泛素化修饰可以促进FOXO1向细胞核转位[14]，但是泛素化修饰同样也可以促进FOXO1蛋白的降解[13]，降低FOXO1蛋白含量，可能也会影响其转录功能的发挥。

2.4 miRNA调节

miRNA是一类内源性、长度为20～24个核苷酸的小RNA，主要通过结合靶基因mRNA的3'非翻译区，抑制其翻译进行，从而调节靶基因蛋白的表达[15]。值得注意的是，miRNA对FOXO家族蛋白的表达具有重要的调节作用[8]，已发现多种miRNA可以抑制FOXO1蛋白的生成[16-19]。张安平等研究发现，在胃癌组织中，miR-107的含量较周围正常组织中升高，并且在胃癌细胞系中提高miR-107含量可促进胃癌细胞增殖，该效应可能与miR-107下调FOXO1mRNA表达相关[18]。类似地，其他研究发现miR-370含量升高也可以通过下调FOXO1表达促进胃癌细胞增殖[17]。

综上，多种化学修饰（磷酸化、乙酰化和泛素化修饰等）可通过调节FOXO1蛋白的细胞定位，影响其转录功能的发挥；miRNA则可通过影响FOXO1mRNA的翻译而影响FOXO1蛋白表达水平，进而影响其转录功能的强弱。

3 FOXO1在胃癌研究中的作用

现有研究认为，FOXO1对大多数肿瘤具有明确的抑制作用，其表达下调与多种肿瘤的发生及演进密切相关。目前已在人类多种肿瘤中发现FOXO1表达下调，如胃癌、结肠癌、甲状腺癌、乳腺癌、肺癌等[3,20]。其中，FOXO1在胃癌中的作用近年来备受关注，多项研究表明FOXO1可以抑制胃癌细胞增殖、侵袭、迁移，以及抗胃癌组织内血管生成，并对胃癌耐药现象有调控作用，从而抑制胃癌发生发展[18,20-22]。

3.1 FOXO1抑制胃癌细胞的增殖

过度增殖是胃癌细胞的显著特性，抑制胃癌细胞增殖也是治疗胃癌的重要方式。Kim等对272例胃癌组织标本进行免疫组织化学染色，发现多数病例中磷酸化状态的FOXO1（即失活状态的FOXO1）表达增加，且失活态FOXO1表达量与胃癌细胞增殖能力呈正相关[20]。除此之外，多种抑癌物质（如金雀异黄素、4-氨基-2-三氟甲基苯基维甲酸酯等）能够通过激活或上调FOXO1抑制胃癌细胞的增殖[18,21-22]。进一步机制研究发现，FOXO1可通过调控细胞周期蛋白D1、E以及细胞周期蛋白依赖激酶抑制物p21、p27抑制胃癌细胞增殖[17,21,23]。此外，近期Choi等研究证实，FOXO1对胃癌干细胞球形成能力具有显著影响，敲除或过表达FOXO1可分别促进或抑制胃癌干细胞球形成过程，表明FOXO1可抑制胃癌细胞的干细胞特性，降低其增殖能力[2]。

3.2 FOXO1抑制胃癌细胞的侵袭和迁移

胃癌细胞的高度侵袭和迁移特性是胃癌恶性表型及预后不良的主要因素，研究发现FOXO1对此过程具有重要调节作用。miR-215是一种在人类胃癌组织中表达较高的miRNA，能够提高胃癌细胞的侵袭和迁移能力。Zang等对胃癌组织标本及胃癌细胞系的研究表明，miR-215可直接结合于FOXO1mRNA的3'非翻译区，抑制FOXO1表达，从而促进胃癌细胞的侵袭和迁移[19]。此外，其他研究表明FOXO1敲除还可以诱导人表皮生长因子受体2的表达，促进胃癌细胞系向间充质表型转化，获得较高的侵袭和迁移能力[24]。

3.3 FOXO1抑制胃癌血管生成

新生血管对胃癌组织摄取营养物质及排出代谢废物至关重要，同时也可作为胃癌细胞的转移扩散通道，因此，对胃癌组织新生血管的干预已成为抑制胃癌进展的重要手段[25]。低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）1是调节肿瘤血管生成的重要转录因子，由HIF-1α和HIF-1β亚基构成，其中HIF-1α为调节亚基，活性受氧含量水平调节。HIF-1活性升高可以上调血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达，后者可调控肿瘤血管发生[26-27]。多项研究表明FOXO1与HIF-1-VEGF轴之间存在明确的相互作用，对干细胞活性[28]、骨骼肌缺血损伤[29]、肿瘤转移[30]等病理生理进程具有显著影响。对临床胃癌标本的分析发现，85%的病例FOXO1活性降低（磷酸化修饰增多），且失活状态的FOXO1含量与HIF-1α、VEGF表达水平呈正相关；对胃癌细胞系的研究也表明，FOXO1下调可以促进HIF-1α mRNA和蛋白的表达[31-32]。除此之外，对胃癌细胞异种移植瘤的研究也发现，FOXO1下调能够提高肿瘤中HIF-1α、VEGF表达水平及微血管密度，从而促进肿瘤进展[32]。

3.4 FOXO1对胃癌耐药的影响

化疗是胃癌治疗的主要手段之一，但耐药现象已逐渐成为制约胃癌药物治疗的瓶颈，患者在化疗过程中出现的原发性及继发性耐药，是临床化疗失败的重要原因[33]。对胃癌耐药机制的探索已成为近年来的研究热点，FOXO1在其中的作用也受到越来越多的关注[34]。Park等发现拉帕替尼耐药的胃癌细胞系（SNU-216、LR2-8）中 FOXO1表达显著下调，而当人为上调其FOXO1表达时，耐药细胞系对拉帕替尼和顺铂治疗的敏感性提高[35]。然而，该研究团队在另外2种胃癌细胞系（MKN45、SNU-601）的实验结果与上述结果相悖：顺铂处理能够上调FOXO1表达，而FOXO1表达量的升高却促进了顺铂耐药现象的产生[36]。上述相悖的研究结果提示，FOXO1在胃癌耐药现象中的作用可能受到其他因素（如实验条件、细胞系类型等）的调控，其具体机制须进一步研究阐明。

综上，FOXO1作为一种关键性的抑癌分子，其表达量及活性水平变化在胃癌发生发展过程中起重要作用。FOXO1对胃癌细胞增殖、侵袭及迁移具有明确的抑制作用，并且能够抑制癌组织内新生血管形成，从而抑制胃癌发生发展。但是FOXO1对胃癌耐药现象的影响及其具体机制尚不清楚，阻碍了以FOXO1为靶点的药物研发。

4 结语

作为进化中高度保守的转录因子，FOXO1在细胞增殖、凋亡、转化等方面有关键性作用。本文介绍了FOXO1在抑制胃癌发生发展中的诸多作用，显示了FOXO1是治疗胃癌的潜在重要靶点，但已有研究提供的依据仍不够充分。值得注意的是，FOXO1在肿瘤代谢、上皮间质转化、自噬、外泌体产生等细胞进程中有重要作用[3,37-38]，这些细胞进程也在胃癌发生发展过程中扮演重要角色[39-40]，而FOXO1是否通过调控上述进程抑制胃癌发生发展目前仍不清楚，亟须进一步研究阐明。此外，目前FOXO1调控胃癌的上下游分子机制仍未全部阐明，有待于深入研究。相信随着对FOXO1抗胃癌机制的日渐了解，以FOXO1为靶点的药物将成为人类治疗胃癌的新手段。

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