转录因子SOX17在子宫内膜相关疾病中的作用

孟凡荣，孙文霞，苗聪秀，李全喜

(1.长治医学院，山西 长治 046000；2.长治医学院附属和平医院妇科，山西 长治 046000；3.长治医学院附属和平医院生殖遗传科，山西 长治 046000)

转录因子 SRY-box containing gene 17 ( SOX17)隶属于SOX 基因家族F亚族，定位于人8号染色体 q11.23，已知SOX17在胚胎发育过程中内胚层形成、干细胞分化、神经突胶质细胞发展及血管生成等方面起着十分重要的作用。大量证据表明SOX17作为一个新的抑癌基因与许多细胞的癌变过程密切有关，SOX17基因启动子序列的甲基化导致了SOX17基因表达含量的下降和WNT/β-catenin信号通路的持续激活，并进而诱导细胞周期因子和致癌基因的表达。最新研究发现SOX17在子宫内膜的表达与其生理功能有关，SOX17表达水平的减少不仅与女性的不孕有关，与许多常见的妇科相关疾病如宫颈上皮内瘤变、宫颈癌、子宫内膜癌、子宫内膜异位症、子宫腺肌病存在着密切的关系。阐明SOX17在子宫内膜中的表达调控机理和作用有可能为诊断、治疗内膜相关疾病提供新的诊断标志物与治疗靶点。

1 转录因子SOX17

1.1SOX17的发现:1990年Sinclair和Gubbay等人在Y染色体上寻找性别决定因子时发现了一组与性别相关的基因，统称为SOX基因家族[SRY-related HMG-box genes][1-2]。 SOX基因家族编码的产物均含有由79个氨基酸组成的HMG box DNA结合结构域，通过HMG-box结构域SOX蛋白参与了DNA或 蛋白质的结合和相互作用, 在胚胎发育的各个时期，譬如内胚层的形成、心血管系统的发育、原始生殖细胞的分化、造血干细胞的形成及和体干细胞的维持等方面起着及其重要的作用[3]。依据HMG-box序列的同源性SOX家族蛋白划分为 A、B、C、D、E、F、G、H、I、J共10个亚族， SOX 17 (Sry-related HMG box gene 17) 和SOX7， SOX18一起归属于F亚族。SOX17 作为转录激活因子最初发现于精子形成过程中，随后研究发现SOX17 在胚胎内胚层的分化过程中起着重要的作用，是大家公认的胚胎内胚层的标记物[4]。

1.2SOX17 和 WNT信号通路:在物种进化过程中高度保守的WNT蛋白及其所激活的信号通路参与了从胚胎的发育到成人组织干细胞的维系等许多重要的生物学过程，依据介导分子的区别，WNT通路可分为 β-catenin 介导的经典通路和JNK或钙离子介导的非经典通路。在经典信号通路中WNT蛋白与细胞膜受体结合后激活了细胞膜蛋白β-catenin，并导致β-catenin在细胞质内的积累，该蛋白与其他转录因子如TCF结合后转移至细胞核内调控目标基因的转录表达，如细胞周期因子CyclinD1 和致癌基因MYC等[5]。最近许多研究表明SOX17和WNT/β-catenin 信号通路有着密切的关系, SOX17可以在不同的层次上干扰β-catenin 信号通路的活性，比如 SOX17即可作为转录因子调控β-catenin基因的转录表达，也可结合于β-catenin蛋白直接干扰β-catenin/TCF在目标基因启动子上的转录活性[6]。最近，Mukherjee等人在内胚层细胞中发现SOX17可与TCF转录因子一起竞争结合于β-catenin，这些转录因子的复合体作用于靶基因的增强子序列，增强或抑制目标基因的转录活性[7]。也有研究发现在分化的胚胎干细胞中Tcf/β-catenin 转录因子的复合体可以结合于SOX17启动子的顺式调控元件，调控SOX17的转录表达，进一步表明SOX17和β-catenin 在相互调控上的复杂性[8]。

1.3SOX17与肿瘤:β-catenin 在细胞内的积累可以促进细胞的增殖活性和减弱细胞的凋亡过程， 基于此，β-catenin的表达含量和其信号通路的异常与肿瘤发生和发展的关系引起了广泛的关注。最初Delgiorno 和 Yang等发现SOX17可以促进胰腺肿瘤和胶质母细胞瘤的形成和血管的生成[9-10]，随之大量研究表明SOX17基因表达水平的异常与多种肿瘤的发生和恶变有着紧密的关系。譬如人们发现与正常组织相比SOX17基因的表达水平在食道癌、肝癌、乳腺癌、胆管癌、少突胶质细胞瘤、内膜癌、大肠癌及宫颈癌等癌变组织中均有所下降[11]。翼建波等人在胃癌中的研究发现相较于癌旁组织，SOX17在胃癌组织中的阳性表达率明显下降[12]。 杨泽宇等也发现在正常人的尿路上皮组织中SOX17表达水平较高，在非肌层侵入性膀胱癌组织中表达含量下降，在肌层浸润性膀胱癌组织中SOX17的表达量最低[13]，表明SOX17的表达水平与膀胱癌的发展程度呈负相关。 也有研究结果显示在乳腺癌、内膜癌和宫颈癌细胞中将SOX17的表达恢复正常后这些肿瘤细胞的增殖和侵袭以及肿瘤的形成能力得到显著性的抑制[14-16]。证实SOX17作为抑癌基因而广泛表达于许多正常组织中，而SOX17的表达调控的异常在细胞癌变的发生过程中起了极为重要的作用。由于SOX17具有负向调节β-catenin 表达及分子稳定性的功能，很显然SOX17的表达水平的降低激活WNT/β-catenin经典信号通路，增强了细胞的增殖和侵袭能力，从而促进肿瘤的发生和发展。

2 SOX17基因的表达调控

2.1SOX17启动子的甲基化:SOX17 在胚胎的发育以及肿瘤的发生过程中起着至关重要的作用，然而调控SOX17 基因表达的机理知之甚少。序列分析发现SOX17的启动中含有很多转录因子的结合位点，已知在血管内皮细胞中转录因子 HIFα可以通过作用于SOX17的启动子调控SOX17基因的转录表达[17]，在子宫内膜上皮中SOX17作为孕激素受体的靶基因而受到孕激素的调控[18]。近年来，由于SOX17 与Wnt/β-catenin信号通路的紧密关系，SOX17在肿瘤细胞中的表达调控得到了广泛研究，大多数的研究团队把目标集中在SOX17的表观遗传学调控上，发现SOX17启动子的甲基化是导致SOX17在肿瘤细胞中表达水平的下降和Wnt/β-catenin信号通路的异常激活的主要原因。 DNA甲基化是表观遗传学上在不改变基因序列的情况下调控目标基因转录表达的主要方式之一，甲基化发生在基因组DNA 中CpG二核苷酸的胞嘧啶5′碳位上，由DNA甲基化转移酶共价结合一个甲基基团，哺乳动物基因组 中CpG 的甲基化普遍存在，约占70%～80%，通常发生在组织特异性基因的启动子区域中[19]，由于启动子的甲基化阻碍了其他转录因子(如RNA聚合酶)与启动子的结合，DNA的甲基化水平的提高往往导致目标基因的转录水平的下降[19]。 目前已知Sox17启动子的DNA序列在许多肿瘤组织细胞都发生了高度甲基化， 譬如食道癌、肝癌、乳腺癌、胆管癌、少突胶质细胞瘤、内膜癌、大肠癌及宫颈癌等[20]，抑制DNA的甲基化不仅恢复了SOX17的表达，而且显著性地阻断了细胞的增殖和肿瘤的形成。这些相关报道证明肿瘤细胞中SOX17启动子的甲基化是导致SOX17基因表达水平消失的主要原因之一，SOX17启动子的甲基化极有可能作为一个潜在的肿瘤诊断标志物在临床上得到广泛应用[21]。

2.2SOX17的miRNA调控:miRNA是一种较短的非编码RNA普遍存在于真核生物的细胞中，由于miRNA能够与靶基因3’端的非翻译区结合剪切目标基因的mRNA，miRNA在细胞中的表达通常导致其目标基因表达的沉默。Jia等在食管癌细胞中的研究发现miRNA-141可以有效的降低SOX17的mRNA表达含量，而在食管癌细胞中miRNA-141和启动子区甲基化协同下调sox17基因的表达[22]。 在内胚层细胞中，miR-124a 可以直接作用于SOX17 和Gata6 的3’非编码区，通过下调SOX17 和GATA6 的表达含量来抑制内胚层细胞的分化[23]，也有证据显示而在内膜癌细胞中MicroRNA-21-5p 通过影响SOX17基因的表达促进内膜细胞从上皮到基质的转化[24]。

3 SOX17与子宫内膜的生理功能和病理变化

3.1SOX17与子宫内膜中的生理功能:子宫内膜的周期性变化和其受孕的生理功能受到卵巢分泌的类固醇类激素的调节，其中雌激素可以促进子宫内膜的增生与修复，孕激素拮抗雌激素对内膜的增殖作用并促进子宫内膜由增殖期向分泌期转换，为胚胎的内膜着床做好准备，因此内膜中雌孕激素反应性的失调往往导致女性的不孕或生殖系统相关疾病[25]。在小鼠的子宫内膜中SOX17主要表达于内膜的管腔和腺上皮中，SOX17表达水平的消失导致了雌性小鼠不孕不育，究其原因主要是由于SOX17表达的缺陷导致内膜接受胚胎着床过程的失败。Demayo 研究团队发现SOX17接受孕激素的调控，SOX17在上皮细胞中表达的缺失减弱了LIF and (IHH) 两条对于胚胎着床极为关键的信号通路，同时上皮细胞获得持续增殖的能力，表明SOX17介导了孕激素拮抗雌激素对内膜细胞的刺激作用[18]。SOX17也同样表达于在人的子宫内膜中，早期研究发现SOX17在分泌期中的表达含量显著性的高于其增生期，Kinnear等2020年发现SOX17 在内膜上皮细胞中优先表达于胚胎在上皮组织的黏附点[26]，表明SOX17在胚胎着床的过程中起着关键的作用。

3.2SOX17与女性生殖系统相关疾病

3.2.1SOX17与子宫内膜癌:子宫内膜癌是中老年女性最常见的、来源于子宫内膜上皮的恶性肿瘤，近几年发病率有呈年轻化趋势。内膜癌患者的早期并无明显的临床症状，身体无明显不适, 常在体检或妇科检查中被意外地发现。中晚期患者常会出现阴道排液、阴道不规则出血、阵发性子宫腹部疼痛、腹部硬块、并发肾部慢性疾病等临床症状。Walker 等人发现SOX17基因在内膜癌组织中存在有两个频率较高的基因点突变，然而这种突变与SOX17表达及内膜癌并没有直接的关系。Zhang发现在子宫内膜癌组织的细胞中SOX17通过抑制MAML3启动子的转录活性促进β-catenin/TCF的转录活性以及肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移[27]。SOX17表达较高的患者无复发生存期较长，SOX17在子宫内膜癌化疗耐药患者中的表达含量明显低于化疗敏感的患者，所以SOX17表达水平的高低与患者的患病程度、治疗预后、复发几率有着密切的关系[28]。LIA等检测了35例子宫内膜癌标本发现80%以上的样本中SOX17基因的启动子发生了甲基化，其中12例为部分甲基化，23例为完全的甲基化[29]。而在检测的10例正常内膜组织中没有发现甲基化，表明子宫内膜癌中SOX17启动子的甲基化导致了SOX17基因表达水平的下降。因此，SOX17基因的表达水平和基因甲基化可用于预测子宫内膜癌患者化疗的疗效，改善子宫内膜患者的预后，甚至对子宫内膜癌的临床筛选和治疗都有一定的指导意义。

3.2.2SOX17与宫颈病变:宫颈癌是妇科最常见的恶性肿瘤之一，其发病率及病死率均较高[30]，到目前为止宫颈癌的主要病因是高危型人乳头瘤病毒(human papillomavirus, HPV)持续性感染所造成。HPV感染局部宫颈组织后病毒的遗传物质整合到宿主细胞的基因组DNA，并引起细胞内多种基因表达发生改变，如原癌基因表达增多、抑癌基因表达缺失[30]。根据鳞状细胞分化能力及风险临床上将宫颈上皮内瘤变分为低级别鳞状上皮内病变 (LSIL)和高级别鳞状上皮内病变 (HSIL) 及原位癌 (AIS)，LSIL又名CINI，HSIL可进一步分为CINII,CINIII。已有相关研究证实，SOX17因子与宫颈上皮癌的进展程度有关，SOX17在CIN Ⅰ、CIN Ⅱ和CIN Ⅲ中的阳性表达率依次下降，分别为80.3%、53.3%和11.8%[31]，而且SOX17 基因的甲基化与宫颈癌分化程度以及淋巴结转移具有相关性。在人宫颈鳞癌中SOX17启动子甲基化发生率达 89%，而在宫颈腺癌中为 62%，提示SOX17的甲基化在宫颈鳞癌的发生发展过程中起着一定的作用[32]。

3.2.3SOX17与子宫内膜异位症:子宫内膜异位症是妇科较为常见的慢性疾病之一，其发病率占育龄女性的10%～15%，其发病的原因主要为月经期脱落的内膜组织细胞经输卵管逆行进入腹腔后黏附于脏器和腹膜的表面，并长成为包块病灶。根据发病部位不同其临床表现也有差异，主要表现为痛经、腹部疼痛和不孕等。据文献报道，不孕症患者中大约四分之一甚至一半的女性是由子宫内膜异位症引起[33]。同子宫内膜细胞一样，内膜细胞在异位的生长依赖于雌激素的刺激，孕激素类药物常被用来减轻患者的疼痛症状，然而临床发现许多患者对孕激素的治疗效果不佳。尽管分子机理尚不完全明确，研究发现患者的异位内膜和其子宫内膜对孕激素的反应性均有所下降，称之为孕激素抵抗[34]。已知有许多因子与内膜异位症的发生发展的过程有关，其中Wnt/beta-catenin信号通路的作用最为显著。早期研究发现与正常人子宫内膜相比异位症患者的子宫内膜中处于激活状态的β-catenin的含量及Tcf/β-catenin 调控的下游基因Cyclin D1 的表达水平均有着显著地增高[35-36]，抑制β-catenin 的活性则显著性地抑制患者子宫内膜上皮细胞和间质细胞的生长[37]，最近研究显示SOX17在异位症患者的子宫内膜中的表达有着明显的下降[18]。然而，SOX17 在子宫内膜中表达调控的分子机制，其表达水平的改变与β-catenin 的激活的内在关系，以及SOX17在异位症及其相关的不孕症发生的作用目前尚不清楚。进一步探讨SOX17在内膜中的表达调控和生理功能，以及调控异常所导致的病理变化对了解内膜异位症的发病机理，减轻患者的痛苦有着巨大的意义。

3.2.4SOX17与子宫腺肌病:子宫腺肌病是另一较为常见的、对女性生活质量造成严重不良影响的妇科疾病，临床发病率约为20%～25% 生育期妇女(<40岁)，且呈年轻化趋势[38]，该疾病可导致女性经量增多、经期延长、进行性痛经, 性生活质量的下降等。关于子宫腺肌病的发病原因有以下两种假说，一种是子宫内膜受损后基底层细胞侵入到子宫肌层，另外一种是子宫内膜主动入侵子宫肌层导致病变，子宫腺肌病中内膜细胞的侵袭、粘连、易复发和血管生成等生物特性与许多肿瘤发生发展的过程极为相似[38]。与子宫内膜异位症一样，子宫腺肌病的内膜细胞也依赖于雌激素的刺激而生长。而孕激素受体表达水平的下降进一步造成雌激素活性的增强，促进子宫腺肌病的发生。 证据显示WNT/β-catenin信号通路在子宫腺肌病的发生过程中的作用显著，在子宫腺肌病的上皮细胞中β-catenin 在细胞核和胞质中含量较正常内膜上皮细胞中为高。在小鼠子宫内膜中将β-catenin人为激活后上皮细胞呈现持续的增殖，E-cadherin表达水平的降低和Vimentin表达水平的提高， 表明WNT/β-catenin信号通路的异常激活促进了上皮细胞到间质细胞的转变，从而有利于上皮细胞向肌层的侵袭[39]。 到目前为止，SOX17在腺肌病的发生过程中的作用尚不明确，考虑到SOX17在内膜上皮细胞中介导孕激素受体的调控作用,并负向调控WNT/β-catenin的信号通路，有理由相信SOX17在内膜细胞中表达的异常将影响到内膜细胞的生长和侵袭能力，并进而参与到子宫腺肌病的发生和发展的过程中。

3.2.5SOX17与女性不孕症:正常妊娠始于受精卵移向宫腔寻找适宜的位置着床，随之侵入子宫内膜，子宫内膜容受性状态和胚胎的侵入能力决定了胚胎是否能够成功着床。子宫内膜容受性是指子宫内膜在雌激素和孕激素的适宜调节下转化为可接受胚胎着床的特殊状态，这种状态维持的时间很短，称之为着床窗口[40]。改变内膜容受性的状态和窗口的时间都有可能导致胚胎着床过程的失败和女性的不孕[41]， 已知有许多基因的表达异常可影响到着床窗口的长短和胚胎着床的几率，譬如LIF，IHH， BMP2 和HAND2 等[25]。 2016年Hirate等人发现SOX17+/-杂合型雌性小鼠由于胚胎着床几率的减少显示生育能力的下降[42]。Demayo研究小组将SOX17在小鼠子宫内膜中选择性地敲除后发现SOX17通过改变内膜中上皮和间质细胞之间的相互作用来调控内膜上皮的容受状态和间质蜕膜化的过程[18]。在人子宫内膜中SOX17优先表达于上皮细胞和胚胎之间的黏着接触点上，使用CRISPR/Cas9技术选择性沉默SOX17表达或采用抑制剂抑制SOX F亚族蛋白的活性后发现胚泡(滋养外胚层)黏附子宫内膜上皮细胞的能力明显下降，表明SOX17可能在人子宫内膜容受性和胚胎着床的过程发挥了重要作用[26]。尽管SOX17与腺肌病和内膜异位症患者不孕的关系尚不完全清楚，SOX17 在内膜异位症患者的子宫内膜中表达含量的降低表明SOX17与患者子宫内膜的生理功能的改变有着直接的关系[18]。

4 小结与展望

子宫内膜中转录因子SOX17介导孕激素受体的作用，调控内膜对雌孕激素反应的敏感性，在怀孕早期子宫内膜的容受状态转化的过程中起到显著性的作用。因此，SOX17在子宫内膜中的表达异常直接影响到子宫内膜受孕的生理功能，并与多种雌激素相关的内膜疾病，如宫颈上皮内瘤变、宫颈癌、子宫内膜癌、子宫腺肌病、不孕等的发生与进展密切有关。进一步探索SOX17调控的分子机理，尤其是SOX17启动子甲基化对其转录表达的影响不仅可以帮助加深理解雌、孕激素在内膜中生理功能，对阐明内膜相关疾病发病的生物学基础也有很大的促进作用。因此，进一步探讨SOX17在内膜中调控的基因网络，以及SOX17基因的甲基化与内膜相关疾病的关系的研究不仅可以为疾病治疗提供新靶点和诊断的新标志，对妇科相关疾病的预防、治疗和预后也有着十分重要的意义。