叉头转录因子家族在肝细胞癌中的作用机制及其作为治疗靶点的前景

李恬雨， 闫会敏,2

1 河北医科大学 公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室， 石家庄 050017；2 石家庄市第五医院研究所， 石家庄 050021

肝细胞癌(HCC)是全球第三大最常见的癌症死亡原因，尽管治疗手段越来越多，但疗效仍不理想。因此，迫切需要更好地阐明肝癌的分子机制及新的关键靶点。叉头框(forkhead box,FOX)转录因子家族是一组结构高度保守的转录因子，在控制细胞周期、上皮分化和代谢，以及调节免疫系统等许多生物学过程中发挥重要作用。FOX家族包括19个亚族(FOXA～FOXS)约50个成员，具有翼状螺旋DNA结合结构域或称叉头结构域，这种结构域具有转录激活和抑制作用，使FOX具有肿瘤抑制和潜在致癌的双重作用。本文对目前研究较多的FOXA、FOXC、FOXM1、FOXO和FOXP作一综述，探讨FOX在HCC中的作用机制，以期为HCC的预防与治疗提供帮助。

1 FOX家族在HCC发生发展中的作用

1.1 FOXA FOXA又称肝细胞核因子3(hepatocyte nuclear factor 3,HNF3)，由FOXA1、2、3亚型组成。FOXA1在肝癌中起着致癌基因的作用，在HCC细胞中高表达，可促进HCC细胞增殖与转移；临床研究[1]表明，FOXA1在肝癌中表达增高预示着患者预后不良。FOXA1表达失调的机制尚不清楚，近年在非编码RNA对转录因子的调控作用方面备受关注。Wang等[2]发现长链非编码RNA(lncRNA)MCM3AP-AS1可通过直接与miR-194-5p结合并使其充当竞争性内源RNA，调控FOXA1在HCC细胞中的表达。Yuan等[1]发现FOXA1是miR-212-3p的靶点，在HCC细胞中上调miR-212-3p表达，可引起FOXA1表达下降，反之则引起FOXA1表达升高，荧光素酶报告实验进一步证实二者能够相互作用。上述研究提示，鉴定靶向FOXA1的非编码RNA，验证研究二者的调控关系及其在HCC中的作用，将为HCC的防治提供新思路。

与FOXA1相反，FOXA2被认为是抑癌基因。在HCC组织中，FOXA2表达明显低于癌旁组织，在HCC中敲减FOXA2表达则会促进细胞增殖[3]。动物实验[4]显示，增高FOXA2表达会降低小鼠肿瘤数量和肿瘤负荷。已有几项研究探讨了FOXA2抑制HCC的机制，Liu等[3]发现FOXA1可与人沉默调节蛋白6协同作用，通过抑制转录因子锌指蛋白2而降低HCC细胞的上皮-间质转化(EMT)过程。Liang等[5]揭示了FOXA2与lncRNA-NEF间的正反馈调节回路，发现lncRNA-NEF被FOXA2激活后，与β-catenin相互作用，通过促进β-catenin与糖原合成酶激酶-3β结合而引起β-catenin的抑制性磷酸化, 这些反应又进一步使FOXA2表达上调，如此形成一个正反馈环，在抑制HCC细胞迁移和EMT中发挥作用。HCC的性二态现象表现可能与FOXA及其靶标有关，FOXA1/2依赖性雌激素受体α介导的雌激素信号传导抑制HCC的生长，而雄激素受体介导的雄激素信号传导促进了HCC的生长[6]。

目前关于FOXA3的研究较少。两项研究[7-8]报道了FOXA3与HNF1A、HNF4A的联合作用，发现将这3个因子联合转染至HCC细胞，不仅能够更稳定地抑制HCC细胞增殖和肿瘤形成，还可使HCC细胞丧失恶性特征，向类肝细胞发生转化，这些类肝细胞能够行使肝细胞功能，重新构建肝板和肝小叶，这一结果为HCC治疗提供了新思路。

1.2 FOXC FOXC亚家族包括FOXC1和FOXC2两个成员，二者在血管形成中发挥着重要作用，提示可能参与肿瘤的发生和转移。Xia等[9]分析了406例HCC患者肿瘤组织和癌旁组织中FOXC1的表达，证实其表达水平在癌组织明显高于癌旁组织、转移病灶明显高于原发病灶，且FOXC1表达越高，患者生存时间越短。在HCC细胞中上调FOXC1表达，可促进EMT过程和微血管侵犯。同时，也有研究[10]发现，FOXC能够通过诱导趋化因子(C-X-C基序)受体2和趋化因子(C-C基序)配体2反式激活，促进HCC的侵袭和转移。FOXC1表达受多个因子的调控，Huang等[10]发现IL-8刺激HCC细胞后，可通过调节PI3K/Akt/HIF-α炎症信号通路促进FOXC1表达；相反，转录因子CCAAT增强子结合蛋白α可通过直接结合至FOXC1启动子而下调其表达。与FOXC1相似， FOXC2在HCC组织中高表达，且与肿瘤分化程度、AFP水平和不良预后等有关，进一步分析FOXC2表达与EMT相关标志物的关系，发现其与钙黏蛋白和波形蛋白表达呈正相关[11]。基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和MMP-9为肿瘤血管生长和转移的重要参与者，推测FOXC2发挥促HCC作用与Akt介导的MMP-2和MMP-9激活密切相关。

1.3 FOXM1 FOXM1为致癌因子，其异常高表达密切联系着肿瘤进展。一项包含了14项研究、2036例HCC患者的Meta分析[12]发现， FOXM1表达水平与HCC发生率、肿瘤大小、血管浸润、分化和TNM分期相关，且FOXM1高表达患者总生存率和无复发生存率明显降低。在HCC小鼠模型中，FOXM1缺失可使小鼠肿瘤结节数量明显减少，肿瘤细胞增殖能力下降、凋亡增加；另外，FOXM1可以激活CD44表达，维持HCC细胞的干细胞特征，因此抑制FOXM1有望消除具有干细胞特征的癌细胞[13]。FOXM1可能是慢性肝炎发展为HCC过程中的重要驱动子，慢性肝炎患者肝组织中FOXM1表达水平高于正常肝组织，通过参与癌症前的肝损伤和炎症过程，促进HCC的发生[14]，因此，靶向FOXM1可能有助于减轻肝脏炎症，促进肝损伤恢复，从而阻断肝炎向HCC发展。

FOXM1可通过调节多种蛋白促进HCC发生发展，目前已证实的FOXM1靶基因包括FOXA2、蛋氨酸腺苷转移酶1A(MAT1A)、驱动蛋白4A (KIF4A)、蜗牛同源物1(果蝇)样1蛋白和耐酒石酸酸性磷酸酶5等。FOXM1能够抑制G1期FOXA2的表达，FOXM1/FOXA2的水平决定HCC细胞的分化状态，进而影响HCC进展。Li等[15]发现 FOXM1正向调节核因子-κB，但负向调节MAT1A，三者形成的前馈环路引起HCC加速发生，因此，上调MAT1A表达可通过抑制FOXM1/核因子-κB通路而治疗HCC。另外，生物信息学分析均提示FOXM1和KIF4A为与HCC发生相关的关键基因，二者表达水平呈正相关，体外实验证实FOXM1可结合于KIF4A启动子BS3位点直接促进其基因表达，在HCC细胞中过表达FOXM1可增加KIF4A基因和蛋白水平，提示了FOXM1-KIF4A信号轴在HCC发生发展中的重要作用[16]。非洲爪蟾驱动蛋白样蛋白2靶蛋白(TPX2)充当Hedgehog(Hh)信号通路的新型下游靶标和效应物，Hh信号通过激活FOXM1诱导TPX2转录上调，促进G2/M期进展和HCC细胞增殖[17]。

lncRNA在包括HCC在内的许多癌症中失调，并且在癌细胞增殖、转移和代谢中起重要作用。最新研究[18]显示，lncRNA SLC2A1-AS1与信号转导及转录激活因子3的竞争性结合抑制FOXM1的转录活性，从而使HCC细胞中的FOXM1/葡萄糖转运蛋白1 轴失活，进而抑制HCC中的糖酵解和进展。FOXM1作为miR-125a-3p的靶标，lncRNA MALAT1通过miR-125a-3p上调 FOXM1来调节HCC细胞的迁移和侵袭[19]。Wei等[20]研究表明，lncRNA MFI2-AS在HCC中通过充当miR-134的内源性RNA，从而上调FOXM1的表达，促进HCC增殖和转移，这些研究为靶向FOXM1在HCC中的直接诊断和治疗提供了新的思路。

1.4 FOXO FOXO家族包括FOXO1、3、4、6四个成员。FOXO家族可通过促进细胞周期阻滞、活性氧的解毒、受损DNA的修复和凋亡等作用抑制肿瘤细胞增殖；另外，FOXO家族也可诱导死亡受体配体和肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TRAIL)等多种促凋亡调节因子的表达而促进肿瘤细胞凋亡，因此，FOXO一直以来被认为是抑癌基因。然而，FOXO家族成员的单基因敲除并不能促进肿瘤发生，只有敲除2个以上基因才能导致肿瘤发生增加，反映了FOXO家族作为肿瘤抑制子的冗余调控方式。许多分子通过调控FOXO家族活性影响肿瘤细胞的生物学行为。Shi等[21]发现，HBV蛋白结合蛋白能够通过激活PI3K/Akt通路和上调miR-135a表达来下调FOXO1活性，进而促进HCC的进展。Jiang等[22]研究证实，FOXO1是NK3同源盒1(NKX3.1)的直接靶标，NKX3.1通过调节FOXO1的表达并诱导G1/S期细胞周期停滞来抑制HCC细胞增殖。miRNA对FOXO家族具有重要调节作用，miR-5188可通过抑制FOXO1表达，激活Wnt/β-catenin通路，促进HCC细胞的肿瘤干细胞特性、转移和耐药性[23]。

近年来，FOXO在肿瘤促进中的作用越来越受到关注。Lu等[24]发现FOXO3在HCC患者肝组织中活性明显增强；动物实验显示，FOXO3高活性的小鼠出现大量的肝损伤和HCC相关因子表达升高；在二乙基亚硝胺诱导的HCC模型中，FOXO3高活性小鼠的肿瘤数量明显增多，提示FOXO3在肝毒素诱导的肿瘤发展中发挥着肿瘤启动子的作用。Wang等[25]研究发现，由HBx引起的卷曲螺旋结构域50蛋白表达增高，可通过激活Ras/FOXO信号途径促进HCC生长和转移。非染色体结构维护凝缩蛋白Ⅰ复合体G亚基参与细胞周期过程中染色体的凝集和分离，在HCC中被认为是癌基因，可通过激活PI3K/Akt/FOXO4途径促进HCC细胞增殖、抑制凋亡[26]。FOXO6在HCC细胞中高表达，敲低FOXO6可以通过抑制PI3K/Akt信号通路来抑制HCC细胞的糖酵解并降低其对化疗的耐药性，提示FOXO6可能是治疗HCC的新靶标[27]。

FOXO家族在癌症中既可以充当抑癌因子，又可以诱导肿瘤发生，其对HCC是否抑制或激活尚未有定论，对其进行深入研究将会在HCC防治中发挥重要作用。

1.5 FOXP FOXP家族包括FOXP1、2、3、4四个成员，分别调节B淋巴细胞、语言功能、调节性T淋巴细胞(Treg)和T淋巴细胞的发展。FOXP基因家族具有抑癌和促癌双重生物学作用，FOXP1在HCC中表达增高，下调FOXP1表达可以通过诱导G1/S期细胞周期停滞而抑制HCC细胞增殖[28]。相反，FOXP2在HCC组织中呈低表达，且其表达下调与肿瘤侵袭及总生存期短密切相关[29]。在FOXP家族中研究最充分的是FOXP3，作为调节Treg发育和功能的关键分子， FOXP3失调可导致机体免疫失衡。在肿瘤中，FOXP3+Treg通过抑制效应性T淋巴细胞而促进肿瘤细胞发生免疫逃逸[30]。但也有研究[31]提示FOXP3为肿瘤抑制因子。在HCC中，FOXP3可通过增强TGFβ受体Ⅰ的磷酸化和激活TGFβ/Smad2/3信号通路抑制HCC进展。FOXP4为肿瘤促进因子，可促进HCC细胞增殖，并可通过调节EMT相关转录因子Slug促进HCC细胞发生EMT[32]。

1.6 其他FOX家族基因 FOXF1和FOXF2在HCC中低表达，过表达FOXF1可以显著抑制HCC细胞的增值和侵袭能力，并通过降低肝癌细胞的干性和增殖、侵袭能力而在抑制肿瘤进展中起关键作用[33]。FOXF2低表达诱导EMT而促进HCC的发生，其表达水平与HCC患者的总生存期和无复发生存率密切相关[34]。而FOXG1为促癌因子，过表达FOXG1可增加HCC细胞的侵袭和转移能力，直接结合并促进β-catenin核易位，诱导淋巴增强因子/T淋巴细胞因子的转录激活并上调许多Wnt/β-catenin信号通路的下游基因，促进HCC细胞的EMT[35]。FOXJ1在HCC中上调，促进肿瘤细胞的增殖和细胞周期的转变，与组织学分级和预后不良有关[36]。FOXJ2破坏细胞核酸结合蛋白与磷酸葡萄糖突变酶1(PGM1)启动子的结合以增加PGM1表达，FOXJ2通过增加PGM1表达来抑制肿瘤细胞的糖酵解和增殖，从而调节糖酵解和糖原代谢之间的葡萄糖运输来抑制HCC的进展[37]。FOXK1的表达在HCC中显著上调，可促进HCC细胞增殖、迁移和侵袭，上调肿瘤干细胞标志物EpCAM和乙醛脱氢酶1表达从而增强癌细胞干性，与HCC进展呈正相关[38]。FOXK2在HCC中起促癌基因的作用，可通过PI3K/Akt信号通路促进细胞迁移和增殖[39]。FOX基因家族的其他基因在HCC中的作用亟待进一步验证。

2 FOX家族分子作为HCC潜在治疗靶点

FOX家族分子作为转录因子可以通过调控靶基因，参与多种细胞生物学过程，在癌症发生发展中发挥重要作用，因此，FOX家族分子可能是颇具潜力的HCC治疗靶点。最近几项研究已尝试使用靶向FOX家族的药物治疗HCC。硫链丝菌素为包含噻唑结构的抗生素，可特异性抑制FOXM1转录活性，诱导HepG2细胞周期阻滞和细胞死亡，降低染色体不稳定性基因CIN25和CIN70，因此利用硫链丝菌素定向干预FOXM1对患者可能具有治疗价值[40]。盐屋霉素A在多种癌症中表现出抑制FOXM1表达，延缓肿瘤生长。FOXM1是具有干细胞样特征的HCC细胞所必需的，利用盐屋霉素A抑制FOXM1可有效抑制干细胞样特征球状集落的形成[41]。此外，蛋白酶体抑制剂如MG115、MG132或硼替佐米可以抑制FOXM1的转录活性和表达，对FOXM1的负调控可能有助于其抗癌特性[42]。蛋白酶抑制剂可以选择性杀死癌细胞而不影响正常细胞，是有效的抗肿瘤药物之一。

针对FOXO家族的肿瘤抑制作用，一些研究[43-44]探讨能否通过激活FOXO家族HCC。紫花牡荆素和牡荆脂素化合物可通过抑制FOXO3a磷酸化而抑制HCC细胞增殖、促进凋亡，发挥抗肿瘤作用。三氟拉嗪是用于抗精神类疾病的药物，其在HCC中能够促进FOXO1易位至细胞核，上调Bax/Bcl-2表达，从而发挥抗肿瘤作用[45]。基于FOXO家族的促肿瘤作用，抑制FOXO家族活性可能有助于HCC治疗。AS1842856是一种针对FOXO1小分子抑制剂，可通过干扰FOXO1抑制多种肿瘤，但其在HCC中的作用尚未得到证实。

目前针对FOX家族靶点的药物研究尚处于探索阶段，将其应用于临床治疗还需要大量研究支持。

3 总结与展望

综上所述，FOX家族作为转录因子通过转录调控和信号转导途径在HCC发生发展中起着重要作用，因此，这些分子有望成为HCC治疗的潜在靶基因。但这些分子的调控机制尚未完全阐明，FOX家族分子间是否存在相互作用，以及这种相互作用对HCC进展有何种影响还不清楚，以FOX家族分子为药物作用靶点的临床研究还非常罕见。相信随着研究的不断深入，以这些分子作为新靶点的治疗将会为HCC治疗带来新希望。

利益冲突声明:所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：李恬雨负责资料分析，撰写及修改论文；闫会敏负责拟定写作思路，修改论文并最后定稿。