FOXA1基因介导AR在前列腺癌去势抵抗转化中的研究进展

李 坤，胡 汪(综述)，李志坚，陈 捷 (审校)

(1.南昌大学附属九江市第一人民医院泌尿外科，江西 九江 332000;2.南昌大学附属江西省人民医院泌尿外科,江西 南昌 330000)

前列腺癌作为一种雄激素依赖性恶性肿瘤，其发病率呈逐年上升趋势。在欧美国家中其发病率位居男性恶性肿瘤首位，病死率也仅次于肺癌、结直肠癌[1]。2019年美国癌症统计报告估计，前列腺癌新增例数达到174 650人，占男性恶性肿瘤20%，死亡例数达到31 620人，占男性恶性肿瘤10%[2]。随着前列腺特异性抗原(prostate specific antigen,PSA)筛查技术的日益成熟以及人口老龄化，近年来我国前列腺癌发病率以年平均12%的速度持续上涨，严重威胁着男性健康。在中国癌症统计报告中，2015年我国前列腺癌新增发病人数约60 300例，占男性恶性肿瘤2.4%，死亡例数约26 600人，占男性恶性肿瘤1.5%[3-4]。FOXA1基因又称肝细胞核因子3α，作为FOXA家族基因中的一种转录因子，不仅能调控胰腺、乳腺、前列腺等多个器官发育，而且能与多个基因的启动子相结合，共同调节细胞信号和细胞周期，参与前列腺癌、胰腺癌等肿瘤的发生发展。FOXA1基因在前列腺组织的导管生成、上皮分化和成熟、前列腺癌的发生以及去势抵抗进展过程中具有重要作用，并且可通过参与雄激素受体介导的信号通路调控去势抵抗进展，这对于难治性前列腺癌有效治疗方法的探索提供了新的思路。笔者对目前有关进展进行简要概述。

1 FOXA1基因的结构与生物功能

叉头盒(FoX)转录因子是蛋白质的超家族，在人类中可分为18个亚家族，其中研究较多的是FOXA亚族。FOXA是一组内胚层相关的发育因子，包含三个成员FOXA1、FOXA2、FOXA3[5]。研究表明，FOXA1含有“翼状螺旋”DNA结合结构域(叉头结构域)，由三个α-螺旋，三个β-折叠和两个环或“翅膀”区域组成，“翅膀”区域位于第3个β-折叠的侧翼[6]。FOXA1可以不依赖于SWI/SNF染色质重塑所需的ATP酶，通过与组蛋白H3和H4结合打开压缩的染色质，使结合区域结构疏松，促使其他转录因子与靶基因相结合，因此FOXA1又被称为“先驱”转录因子[7-8]。

大量研究表明，由于FOXA1特殊的生物结构，其功能呈多样化，与胰腺癌、胃癌、乳腺癌等多种恶性肿瘤的发生发展密切相关[9]。Lin等[10]通过动物实验显示FOXA1可能在胃癌中起到抑癌基因的作用。研究显示裸鼠中FOXA1过表达可以增加E-钙黏蛋白水平并降低波形蛋白水平，从而抑制胃正常细胞发生上皮间充质转化。此外，FOXA1过表达还可以诱导人胃腺癌细胞凋亡，起到抑制胃癌形成和肿瘤细胞增殖的作用。在乳腺癌中，FOXA1可以通过抑制转化生长因子β诱导的雌激素受体阳性乳腺癌细胞凋亡，间接促进乳腺癌的进展[11]。FOXA1在胰腺癌的发生发展中也发挥重要作用。Roe等[12]研究证明，FOXA1表达增加可以诱导与转移相关的增强子重编程，从而促使胰腺导管腺癌细胞更具侵袭性。

2 FOXA1与前列腺癌的关系

在正常前列腺上皮内FOXAl基因高表达，具有促进前列腺组织导管生成、上皮分化和成熟的作用，而在前列腺癌的发生进展过程中FOXA1同样发挥关键性作用。冯伟等[13]对35例前列腺癌以及21例前列腺增生患者前列腺组织病理切片中FOXA1和 Ki-67的表达情况进行分析，结果显示，前列腺癌患者前列腺组织中FOXA1阳性表达率明显高于前列腺增生患者(100%vs.71.4%，P<0.01)，而且FOXA1阳性表达率与Gleason评分(P=0.027)和肿瘤临床分期(P=0.002)显著相关，但是FOXA1在前列腺癌与去势抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer, CRPC)患者间阳性表达的差异无统计学意义(P=0.391)。国外有学者指出FOXA1在转移性前列腺癌和CRPC中表达水平更高，如Jain等[14]通过对80例原发性前列腺癌和28例转移性前列腺癌患者进行回顾性分析显示，分别在19%的原发性和89%的转移性肿瘤中观察到FOXA1呈高水平表达(P<0.001)，这些数据表明FOXA1高水平表达可能与前列腺癌发生转移相关。另外，Robinson等[15]发现与无FOXA1表达或低FOXA1表达的前列腺癌患者相比，高FOXA1表达前列腺癌患者的生化复发风险显著增高，特别是十年无生化复发生存率两者差异有统计学意义(94.1%vs.53.6%，P<0.05)。深入研究发现FOXA1基因还能通过与其他基因启动子相结合，共同调节细胞信号和细胞周期，参与前列腺癌的发生发展。近期，美国学者Sunkel等[16]研究表明FOXA1与cAMP 反应元件结合蛋白1(cAMP response element binding protein 1，CREB1)具有协同调控转录活性功能，CREB1/FoxA1信号传导有助于驱动雄激素依赖性前列腺癌和CRPC细胞中与疾病进展相关的转录程序，而且进一步研究证实CREB1/FOXA1协同信号转导是前列腺癌进展的靶向驱动者，可能成为前列腺癌复发的预测因子。ETS(E26 transformation-specific)基因突变作为早期前列腺癌病变可能的关键因素之一[17]，Tsourlakis等[18]对8 227例前列腺癌进行回顾性分析发现，高FOXA1表达与ETS相关基因(ETS relatedgene,ERG)阴性癌中高Gleason评分，高肿瘤分期和早期PSA复发显著相关，而这些关联在ERG阳性癌症中较弱或不存在。因此FOXA1的表达水平可能为预测ERG阴性前列腺癌患者前列腺癌根治术后早期生化复发提供重要参考价值。总而言之，FOXA1与前列腺癌的发生、发展以及预后有着密切的关系。

3 FOXA1介导雄激素受体(androgen receptor,AR)调控前列腺癌去势抵抗转化的机制

作为激素依赖性疾病，绝大多数前列腺癌患者AR都呈阳性表达，通过作用于AR途径的雄激素剥夺治疗初期效果显著。但是随着时间的推移，前列腺癌细胞最终适应低水平睾酮并进展为去势抵抗性前列腺癌。大量研究表明，AR再激活在前列腺癌的去势抵抗转化过程中发挥重要作用，而FOXA1可以通过调节AR来调控前列腺癌细胞的生物学行为，它是促进AR激活并促使前列腺癌发生去势抵抗转化的“先驱因子”，但在雄激素剥夺条件下已经发现了FOXA1也具有不依赖雄激素而抑制前列腺癌转移的功能[19-20]。有学者发现FOXA1可以通过与AR以及雄激素反应元件相互作用形成复合物，调控PSA基因的表达，进而促进前列腺癌细胞发生去势抵抗转化。在CRPC癌细胞中，FOXA1能够充当AR辅助因子，驱动G2-M期细胞周期进程并上调G2-M期基因表达，由此促进CRPC细胞增殖[21]。不同表达水平的FOXA1，其作用机制不尽相同。Sahu等[22]研究发现，在雄激素信号传导的过程中，FOXA1低表达不仅会引起雄激素依赖性前列腺癌细胞染色质上AR结合位点的广泛重新分布，而且还会对雄激素非依赖性前列腺癌细胞中的AR结合区域进行重新编程。低表达水平的FOXA1会激活重编程之后的AR通路，调控前列腺癌发生去势抵抗转化。而在雄激素非依赖性前列腺癌中，FOXA1耗竭会使AR的亲和力显著增高，加强与染色质结合，从而诱导靶基因PSA表达，促进前列腺癌细胞生长[23]。Yang等[24]指出，在FOXA1耗竭的细胞中，大约一半的AR调节基因会转变成雄激素非依赖性，但是这类细胞却又会合成在原代细胞中从未出现过的新的雄激素依赖性基因组，而且这组新的靶基因可以增强前列腺癌细胞的生长和代谢,从而影响前列腺癌的进展。然而，有学者却持有与以上相反的结论。Robinson等[15]认为，FOXA1过表达的癌细胞中AR结合位点会明显增加，这些增加的AR结合位点使得AR与染色质结合的概率显著升高，两者结合后激活靶基因，促进癌细胞生长，导致 前列腺癌进展。

FOXA1可以通过不同的机制来调节两种不同的致癌过程。一方面，FOXA1通过AR途径促进癌细胞生长。另一方面，FOXA1又通过AR-独立机制来抑制癌细胞运动和上皮-间充质转化[25-26]。有证据表明FOXA1基因突变可以有效驱动前列腺癌进展。最近Parolia等[27]对888例局部前列腺癌和658例mCRPC中FOXA1基因突变情况进行了分析，发现在局部前列腺癌中FOXA1基因突变率为8%～9%，而在mCRPC中高达34.6%。该研究认为可将FOXA1突变分为三种类别，每种类别突变体均通过不同的方式影响前列腺癌的发生及发展。1类突变体包括FOXA1叉头结构域C末端内的所有突变，它可以显著增高AR信号传导活性，激活肿瘤发生相关途径并促进肿瘤细胞增殖；2类突变体包括FOXA1叉头结构域C末端后的突变，突变体与AR靶基因结合亲和力比正常FOXA1基因高出5倍，使靶基因PSA的表达水平明显增高，促进CRPC的进展；3类突变体包含FOXA1基因座内的所有结构变体，它可以有效驱动癌基因的表达。总之，FOXA1基因突变后可以通过不同的途径调节AR，进而影响前列腺癌的发生和进展。

越来越多的证据表明AR剪接变体(androgen receptor splicing variant，AR-V)与前列腺癌的去势抵抗转化有明显的相关性[28-29]。AR-V缺乏常规的C端配体结合域，但是却保留了N端反式激活域和DNA结合域，所以在去势条件下仍能够驱使前列腺癌进展。Jones等[30]认为FOXA1通过AR基因下游抑制因子来调节前列腺癌细胞中AR-V的表达。当FOXA1水平降低时，由于FOXA1的负反馈效应减弱，AR-V水平明显升高，与染色质结合概率增高，诱导AR靶基因PSA大量表达，驱动前列腺癌进展。此外，FOXA1还可以驱动组成型活性AR变体共同调节CRPC癌细胞的增殖与生长。He等[31]研究显示，AR-V优先结合位点(ARV- preferential binding sites，ARV-PBS)上存在有开放的染色质，当AR-V与ARV-PBS上的染色质结合后会诱导靶基因PSA表达，而FOXA1可以影响AR-V与染色质的结合，从而调控癌细胞的生物学行为。有学者利用转基因小鼠模型研究了另一种常见AR变异体-ARV567es在前列腺癌进展中的作用，显示ARV567es不仅能够诱导前列腺癌的发生，而且有助于前列腺癌进展为CRPC[32]。

随着内分泌治疗的持续进行，有一部分CRPC患者最终会转变成CRPC的一种致命性亚型-神经内分泌前列腺癌(neuroendocrine prostate cancer，NEPC)，而这种CRPC亚型不依赖AR而促进癌细胞增殖与生长[33]。Kim等[34]发现，FOXA1缺失能够诱导前列腺癌细胞发生神经内分泌分化。在前列腺癌细胞中下调FOXA1基因可升高白细胞介素8(interleukin-8,IL-8)水平，IL-8水平升高会激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶途径，导致ERK发生磷酸化，同时促进NE标记物烯醇酶2表达，最终引起前列腺癌细胞神经内分泌分化。近期Chen等[33]提出建立一种神经内分泌前列腺癌的分子模型，该模型旨在从分子水平上了解NEPC发生发展的具体机制以及诱导前列腺癌细胞发生神经内分泌转化的因子之间的相互关系，这为今后研究FOXA1基因在前列腺癌神经内分泌转化中的更多分子机制提供了理论依据。总之，FOXA1基因介导AR通路是调控前列腺癌去势抵抗转化的一个重要机制，而其通过非AR依赖性途径对于促进前列腺癌进展也有重要价值。

4 结 语

FOXA1通过AR通路在前列腺癌的去势抵抗转化过程中发挥着重要作用。FOXA1基因既能促进癌细胞生长，又能抑制癌细胞运动和上皮-间充质转化，在前列腺癌发生、发展的不同阶段以及AR的不同状态和表达水平下，FOXA1的作用机制也有所不同。FOXA1基因很有可能成为前列腺癌分子靶向治疗的一个新的靶点，但是目前FOXA1在前列腺癌去势抵抗转化中的具体分子作用机制仍不十分清楚。仍需对FOXA1基因进行更加深入的研究和探索，揭示更多的作用机制。相信随着肿瘤分子机制研究的不断进展，FOXA1相关作用通路以及分子靶向治疗将会为前列腺癌患者带来福音。