HOXB7基因在肝细胞癌中的研究进展

伊佳虹，王书敏综述，仇海乐，贾军梅审校

0 引 言

HOXB7基因为同源盒基因(homeobox genes，HOX)基因家族的成员，是可以调节胚胎细胞发育和分化的转录调节因子。多项研究表明HOXB 7可通过TGF-β、RAS/Rho、血管内皮生长因子以及Wnt /β-Catenin 信号通路等多种信号通路促进多种肿瘤的进展[1-4]。因此在恶性肿瘤中HOXB7基因的表达水平的变化可作为预测患者预后的重要标志物，认为其可能成为治疗肿瘤的潜在治疗靶点。HCC作为原发性肝癌的主要组织学亚型，具有高度的侵袭性及转移潜能，因此了解HCC的发病机制以寻求新的治疗靶点具有十分重要的意义。本文旨在对HOXB7在HCC中的作用及其潜在的机制作一综述，以期为HCC诊治及发病机制的研究提供新的方向。

1 HOXB7基因结构与功能

同源盒基因(homeobox genes，HOX)是一种最早在果蝇中发现的在动物包括人类的胚胎发育和细胞分化起关键作用的基因[5]。HOX家族由39个成员组成，这些成员可分为四个簇，即HOXA、HOXB、HOXC和HOXD，它们分别位于4个不同的染色体上[6]。其编码的HOX蛋白通过与辅因子和其他转录因子的协同作用表现出较高的调节特异性以及与DNA结合的稳定性[7]，这些辅因子包括PBX(PBX1、2、3和4)、Meis(Meis 1、2和3)以及PREP (PREP 1和2)，均属于三氨酸环延伸家族(three amino acids loop extension,TALE) 的成员。HOX基因的表达失调可能导致多种恶性肿瘤的发生发展[7-8]。

同源盒基因B7(homeobox7，HOXB 7)是位于17号染色体上属于HOXB簇的编码HOXB 7蛋白的基因。作为一种转录调控因子，HOXB7在 DNA合成与转录方面起着关键作用，其高表达可导致不同类型恶性肿瘤的发生[9]。随着对HOXB7基因的不断深入研究，HOXB7的一些表观遗传调控机制也相继被发现，如基于miRNA的靶向和长链非编码RNA调控甲基化状态以及组蛋白翻译后修饰的变化等[10]。多种研究表明HOXB7在不同肿瘤细胞内异常表达，且与肿瘤的分级、分化以及预后密切相关，如HOXB7 过表达与口腔鳞癌、结肠癌的术后复发和预后不良有紧密联系[11-12]，并且其可以促进不同肿瘤细胞的增殖、侵袭、血管生成能力以及导致细胞周期紊乱，如胃癌、肝癌、胰腺癌等[13-16]。这提示HOXB7基因可能为肿瘤治疗的一个潜在分子靶标，因此设计抑制HOXB7蛋白与上下游信号蛋白之间相互作用的药物是一种很有前景与意义的治疗肿瘤的方法。

2 HOXB7在HCC发生发展中的作用机制

HCC发生发展、侵袭转移是一个多因素参与的过程，其中涉及多种机制，目前已知的包括原癌基因激活、抑癌基因失活、信号通路的异常激活以及一些生长因子等的调控失常[17-24]。这些因素互相影响、错综复杂，共同促进HCC的增殖、侵袭、转移等恶性生物学过程。HOXB7基因在正常组织中低表达或不表达，而在HCC组织中呈高表达状态[25]，HOXB7基因可能在HCC的发生、发展中起到一定的作用。随着对HOXB7基因在HCC中认识的不断深入，目前研究显示HOXB7在HCC侵袭转移过程中的作用机制可能与以下几个方面有关。

2.1 HCC中HOXB7的表达受let-7c的调控 let-7家族普遍被视为肿瘤抑制因子，在恶性肿瘤中let-7家族成员表达会下调，其中let-7c在HCC的发病机制中起着重要作用[26]。有报道称在体外let-7c可诱导肝癌细胞凋亡并抑制其增殖[27]。Zhu等[28]研究发现过表达let-7c可抑制肝癌细胞增殖、诱导细胞凋亡以及导致G1期阻滞，提示let-7c作为一种抑癌因子主要通过调节细胞周期来抑制肝癌细胞的生长。在Cai等[29]的一项研究中发现在肝癌细胞株及HCC组织样本中HOXB7与let-7c的表达水平均呈负相关，且过表达let-7能够抑制HOXB7表达，而沉默let-7c则促进HOXB7表达。同时分别采用荧光素酶报告实验、RIP实验以及RNA EMSA法证明了let-7c通过直接抑制HOXB7表达来抑制肝癌细胞的增殖和转移，证实let-7c可以通过调节HOXB7的表达促进肝癌细胞凋亡，进一步探讨了let-7c和HOXB7之间的功能相互作用对HCC发生发展的作用。let-7c通过靶向HOXB7来抑制HCC细胞的肿瘤生长作为HOXB7在促进HCC增殖侵袭过程中发挥重要作用的上游调节机制之一，为HCC发生发展过程中的机制提供了新见解，是一种很有前途的肝癌治疗的新策略。

2.2 HOXB7通过诱导上皮-间充质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT) EMT是一种促进上皮细胞向间充质样或间充质表型转化的可逆性去分化的生物学过程，其在肿瘤进展的早期起着至关重要的作用，上皮细胞主要由于E-钙黏蛋白表达减少而失去细胞极性以及与基底膜的联系，获得侵袭、转移能力扩散到周围或远处组织[30]。EMT在肿瘤发生、发展过程中具有重要作用，并与肿瘤干细胞的生物学以及致癌细胞密切相关[31-32]。在HCC中EMT也普遍存在，并且与肝癌细胞侵袭、转移以及化疗药物耐药相关[33]。HOXB7在乳腺癌细胞中可以通过促进碱性成纤维细胞生长因子等生长因子的分泌介导 EMT 的发生,同时通过裸鼠体内实验发现 HOXB7 可以促进肿瘤局部侵袭能力，这可能与 HCC 肝内转移有关[34]。Huan等[35]研究表明肝癌细胞中肿瘤干细胞标志物的表达可随着HOXB7的敲除/过表达而下调/上调，HOXB7通过促进EMT来调节肝癌的恶性进展。然后通过筛选相关信号通路，敲除HOXB7可以抑制AKT的磷酸化，ERK、SMAD3、p38信号通路也略有抑制。且在HOXB7过表达后c-Myc和Slug显著上调，但阻断AKT可以抑制这一作用，AKT途径是参与HOXB7调控c-Myc和Slug的主要途径。证实了HOXB 7可以通过激活AKT信号通路上调c-myc和Slug的表达，促进肝癌细胞获得干细胞样特性以及EMT进而加速肝癌细胞的侵袭转移。AKT即蛋白激酶B(Protein Kinases B，PKB)可以通过多种相互关联的信号转导机制中发挥细胞代谢、生长和分裂、细胞凋亡抑制和血管生成的关键作用[36]。

2.3 HOXB7通过诱导MAPK/ERK通路激活 碱性成纤维细胞生长因子(basicfibroblast growth factor，bFGF)是成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)家族中的一种分泌信号蛋白,几乎在各种组织中都有表达[37]。在生理条件下参与细胞增殖、分化、细胞迁移以及血管生成等过程[38]。bFGF通过与细胞膜上的酪氨酸激酶成纤维细胞生长因子受体1-4(fibroblast growth factorreceptor 1-4，FGFR 1-4)结合而发挥作用[39]，二者结合可以导致RAS-MAPK、PI3K-aKT和STAT等信号通路的激活，从而导致细胞增殖和细胞存活[37]。复旦大学研究者通过实时荧光定量PCR、Western blot方法和免疫荧光检测等方法证明HOXB7促进肝癌侵袭转移作用的部分机制可能与bFGF的分泌和MMP2的表达有关，这初步提出HOXB7可能在肝癌细胞中发挥促使细胞分泌bFGF从而增强人肝癌细胞的增殖、侵袭与转移的能力，此项研究并没有深入探索其中的具体机制[15]。Wang等[2]首先通过基于微阵列分析的基因表达谱得出HOXB 7通过MAPK/ERK途径激活影响肝癌细胞的生物学功能，进一步研究证实HOXB 7是bFGF分泌的一种强有力的诱导剂，HOXB7蛋白可以直接靶向并与HCCLM3细胞中bFGF的启动子区相互作用，然后通过物理结合bFGF启动子诱导bFGF分泌，bFGF可以激活MAPK/ERK启动子进而诱导MAPK通路的激活，进一步使肝癌细胞MAPK/ERK信号通路激活导致肝癌细胞的侵袭与转移。此外，在黑色素瘤、乳腺癌的基础研究中也发现HOXB7通过上调bFGF和激活MAPK通路驱动EMT的发展[40-41]。

2.4 HOXB7通过诱导转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)/Smad3通路激活 TGF-β信号通路与恶性肿瘤发生发展有密切关系。TGF-β通路中信号失调在肝癌微环境中的炎症、纤维化和免疫调节中起着核心作用[42]。研究认为TGF-β在肝癌的发生过程中起着双重作用，在癌变早期作为肿瘤抑制因子的调节因子起到诱导细胞凋亡的作用，在肿瘤晚期它也会成为一种致癌因子[43]。此外TGF-β在HCC中表达上调并且可以通过EMT参与肿瘤的进展[44]。Liu等[1]在乳腺癌细胞的研究中发现HOXB7能够使TGF-β/Smad3信号通路激活进一步导致疾病进展。也有研究认为HOXB7可促进HCC恶性进展的过程可能与TGF-β信号通路中Smad3磷酸化水平有关[45]，此研究通过在肝癌细胞中敲除HOXB7基因后检测TGF-β通路中下游蛋白的表达，结果显示实验组p-Smad3的表达显著下调，提示HOXB7可能通过Smad3磷酸化促进肝癌细胞恶性进展。但是由于缺少荧光素酶报告实验、Rescue实验以及动物研究等，此项研究初步提出在HCC发生发展过程中HOXB7与TGF-β/Smad3通路可能存在一定联系，然而其中具体作用机制以及上下游信号作用关系尚需更多实验进一步明确。

3 HOXB7在HCC预后评估的价值

目前国内外关于HOXB7基因用于肝癌术后患者的预后评估研究相对较多，且研究较为一致：均认为HOXB7蛋白在HCC中高表达，且其高表达与预后不良有关。2013年张刚庆等[25]对24例HCC及癌旁正常组织进行检测，发现肝癌组织中HOXB7表达量明显高于配对癌旁组织，此外采用免疫组化法对65例肝癌组织标本进行检测，结果证实HOXB7 蛋白的强阳性率为52.3%(34/65)，且主要表达位置为细胞浆。同时用秩和检验对HOXB7蛋白表达强度与临床病理因素进行分析，发现前者与患者TNM分期及病理分级呈正相关，HOXB7表达水平可能与HCC患者术后转移、复发密切相关。分别在转录及翻译水平证明了HOXB7基因是一个有价值的分子标记物，此项研究由于样本量较小尚需要更多的临床数据进一步证实。2016年学者Komatsu等[46]分别检测了103个HCC组织标本和58个配对非癌性肝组织中HOXB7m RNA及其蛋白的表达情况。结果表明在肝癌组织中HOXB7的表达水平均高于对照组织，然后将103例HCC术后患者依据HOXB7在肿瘤组织中的表达水平按中位数分为两组进行长期随访，生存分析结果显示HOXB7高表达患者的10年总生存期(overall survival，OS)以及5年无复发生存期显著低于HOXB7低表达者，并且多因素分析证实HOXB7表达水平是影响患者10年OS的独立预后因素，HOXB7可作为有效预测HCC术后患者长期预后的关键因子。此外研究者利用公共数据库进行基因集富集分析，发现HOXB 7的表达与增殖和侵袭性信号显著相关，然而其在肝癌细胞增殖、侵袭的具体作用机制尚需进一步探索。2019年Guo等[47]通过对80例HCC患者术后标本进行检测发现HOXB7蛋白高表达者占35.0%。通过对患者进行定期随访观察，单变量Cox回归分析提示HOXB7高表达与OS显著相关 (HR=2.0; 95% CI=1.1～3.4)。Kaplan-Meier曲线显示HOXB7高表达和低表达的中位生存时间(单位：月)分别为(12.5±3.7)和(32.5±4.7)，这表明OS与HOXB7表达情况有显著关系。这与之前关于HOXB7在HCC临床预后的研究相一致：HOXB7表达水平与HCC术后患者总生存期成明显负相关关系，HOXB7表达水平为HCC患者死亡的独立危险因素。此外，Huan等[35]研究表明肝癌组织中HOXB7的高表达与肿瘤大小、分化程度、血管侵犯和TNM分期呈正相关。检测HOXB7表达水平有望成为一种简便可行的判断风险高、预后差的HCC患者的方法。

4 结语与展望

随着医学的发展，HCC的治疗手段日趋多样，包括手术、射频消融、肝动脉化学栓塞术、全身化疗、靶向治疗和免疫治疗等，患者的预后也得到改善，但目前肝癌治疗仍是医疗领域的棘手问题[48]。HOXB7作为一个潜在的治疗靶点，其在多种类型肿瘤发生、发展过程具有重要的作用。然而，HOXB7在HCC中的研究大多处于对HCC患者临床预后的分析以及其对肝癌细胞生物学功能的影响方面。有关HOXB7促进HCC疾病进展过程中具体的分子机制的研究较少且无统一定论，这些亟待解决的问题也为下一步关于HOXB7基因的研究方向拓展思路，并为肝癌的诊断和治疗提供新的依据。