FOXQ1在肿瘤发生发展中的作用及其调节机制

林奉康，张卓冉，彭李嘉，何 涛，冉 兵 综述 蔺 艳 审校

西南医科大学基础医学院：1.肿瘤研究所；2.生理教研室；3.基础医学专业（泸州 646000）

叉头盒子（Forkhead box，FOX）转录因子是一种与转录调控有关的核蛋白。在黑腹果蝇体内被首次发现后，被证实广泛存在于从酵母菌到人的各种生物体内。FOX 以具有保守的翼状螺旋DNA 结合域为特征。自从第一个FOX 基因被发现以来，已有超过100 种FOX基因被报道，这些基因被分成了19 种亚族，分别记为FOXA-S。FOX 蛋白通过影响细胞周期、增殖和分化、DNA 损伤修复、代谢、血管生成、细胞命运和衰老来参与神经系统、肾脏、肺、毛发和免疫系统的发育等多种生物学进程。FOX蛋白的失调与癌症的起始、侵袭、进展和耐药性有关。该家族的一些成员，如FOXA1 和FOXP1，可能是致癌的，也可能是抑癌的，这取决于它们如何与组织特异性癌症的不同转录网络相互作用。FOXQ1是FOX家族中较新的成员，很多文献报道指出FOXQ1 在肿瘤进展中起关键作用。本文将对FOXQ1在肿瘤发生发展中的作用，参与的信号通路，调节机制以及FOXQ1与肿瘤防治的研究进展进行综述，以期为肿瘤精准治疗提供更多的理论依据。

1 FOXQ1的结构和功能

1.1 FOXQ1的结构

FOXQ1转录因子又称HNF-3/FKH Homolog-1（HfH-1），是新近发现的叉头盒子基因家族成员，定位于人类染色体6p25.3，由2661个碱基对组成，编码403个氨基酸。FOXQ1 蛋白是一种DNA 结合蛋白[1]，分为三个结构域：丙氨酸/甘氨酸富集区、叉头盒结构域（FHD）和脯氨酸富集区，见图1。FHD，又被称为叉头或翼螺旋结构域，由110个氨基酸组成，是FOXQ1的DNA结合域，而另外两个结构域与转录激活因子、转录阻遏因子或DNA修复复合物相关[2]。

图1 FOXQ1蛋白一级结构示意图Figure 1 Primary structure diagram of FOXQ1 protein

1.2 FOXQ1在组织中的表达及功能

FOXQ1 蛋白在不同组织中的表达水平差异较大。在胃、气管、膀胱和唾液腺中FOXQ1高表达，在十二指肠、前列腺和胚胎肝脏中等表达[3]，而在脑源性组织、肾、肺、胎盘和甲状腺中表达水平较低[4]。FOXQ1在人体生长发育过程中有重要的生理功能，参与胚胎发育、细胞周期调控、组织特异性基因表达、细胞信号传导，激活T细胞和自身免疫、促进上皮细胞分化、抑制平滑肌分化、调节毛囊的发育与分化、控制胃表面黏液细胞黏液蛋白基因表达和颗粒含量、诱导胃表面上皮出现种属特异性细胞分化等重要的生理过程。近年XIANG等[5]发现FOXQ1可以通过与ANXA2结合，激活Wnt/βcatenin 信号传导促进骨间充质干细胞的成骨分化。BAGATI等发现FOXQ1至少部分通过直接转录激活黑素细胞谱系的特异性分化调控因子基因诱导黑素细胞分化[2]。

2 FOXQ1与肿瘤

肿瘤的发生发展是一个复杂的生物学过程，包括躲避生长抑制、免疫逃避、肿瘤炎症、转移和侵袭、抵抗细胞死亡、生成血管和下调细胞能量代谢等[6]。多项研究证实，FOXQ1 通过调节其下游靶基因参与肿瘤发生的多个环节。

2.1 FOXQ1在肿瘤增殖中的作用

有研究表明耗竭FOXQ1 可使Hep2 细胞在S 期和G2/M 期的比例降低，G0/G1 期的比例增大[7]，提示FOXQ1 可以通过影响细胞周期而调控喉癌细胞的增殖。SUN等[8]发现，FOXQ1可以通过调节NRXN3（一种在细胞粘附和识别中发挥重要作用的多态的神经元特异性细胞表面蛋白）的活性而促进胶质瘤细胞增殖。LV 等[9]的研究显示FOXQ1 可靶向结合SIRT1，通过SIRT1/NRF2 信号通路促进上皮样卵巢癌的增殖。ZHANG等[10]的研究证实前列腺癌中，抑制FOXQ1可通过调控BCL11A/MDM2轴，上调凋亡相关蛋白MDM2表达，从而诱导前列腺癌细胞凋亡并抑制其增殖。所有这些研究结果共同表明FOXQ1 通过调控细胞周期相关蛋白或抑制凋亡相关蛋白而具有促进肿瘤增殖的作用。这为我们进一步理解肿瘤为何具有“持续的生长信号”，“无限的复制潜能”这样的生物学特征提供了线索。

2.2 FOXQ1在血管生成中的作用

持续的血管生成是癌症发展的关键步骤，是肿瘤持续生长和转移扩散所必需的条件。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成中最关键的因子，控制触发血管生成级联活化的早期步骤，促进内皮细胞迁移和增殖[11]。VEGF可通过与VEGF 受体2（VEGFR2）结合而发挥作用。VEGF/VEGFR2信号转导是调节血管生成和血管通透性的关键过程[12]。研究表明，FOXQ1 也是一种促进肿瘤血管生成的蛋白质，在多种肿瘤的进展中发挥作用。CHRISTENSEN 等[13]观察到下调的FOXQ1 通过抑制VEGF 而抑制结直肠癌细胞SW480 的血管生成能力。TANG 等[14]发现在结肠癌中抑制FOXQ1 表达，导致VEGF在内的几种血管生成因子分泌明显减少，而内源性血管生成抑制剂ANGPT1分泌明显增加。这一结果进一步肯定了FOXQ1 通过VEGFA 调控肿瘤的血管生成。KIM等[15]用乳腺癌细胞进行的一项染色质免疫共沉淀分析更是直接证实IL-1α，IL-8和VEGF是FOXQ1的直接靶基因。此外，TANG 等[14]还发现过表达FOXQ1可以通过促进EGF/PDGF通路中肿瘤细胞产生的血管生成因子的分泌，促进肿瘤血管生成，从而促进肿瘤的进展。

2.3 FOXQ1在肿瘤微环境及炎症中的作用

癌症相关成纤维细胞（cancer associated fibroblasts，CAF）是一种众所周知的促进肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）发展的微环境。LUO等[16]发现在肿瘤细胞中CAFs和FOXQ1/NDRG1轴之间存在一个正反馈循环以促进HCC的启动。CAFs通过诱导FOXQ1表达反式激活N-myc 下游调控基因1（NDRG1），以增强HCC 的启动。同时，FOXQ1/NDRG1 轴可诱导pSTAT6/c 基序趋化因子配体26（CCL26）信号转导，进而招募肝星状细胞（CAFs 主要的细胞来源）进入肿瘤微环境，加剧肝细胞癌的恶化。

肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）是肿瘤微环境的重要组成部分。大量研究表明，在膀胱癌、乳腺癌、肾癌、前列腺癌和胃癌等几种实体癌中[17-19]，TAMs的定位和密度往往预示着较差的临床结果。WEI 等[20]的研究表明，FOXQ1 通过JAK2/STAT3/miR-506-3p/FOXQ1 调节轴，介导TAM 诱导的EMT 进程，促进结直肠癌的迁移，侵袭和循环中的肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）的转移。TANG 等[14]发现结肠癌中FOXQ1 通过Twist1/CCL2 轴促进结肠癌中巨噬细胞的浸润，促进肿瘤的生长。

2.4 FOXQ1 在上皮间质转化及肿瘤侵袭和转移中的作用

上皮间质转化（epithelial mesenchymal transformation，EMT）是上皮细胞迁移和侵袭性增强的基础，这通常与不良预后和转移的高风险有关[21-22]。从机制上讲，EMT的特征是钙粘蛋白的转换，其中连接型粘附蛋白（E-cadherin/CDH1）被神经亚型粘附蛋白（Ncadherin/CDH2）取代[23]。这种转变是由EMT 转录因子网络协调的，包括SAIL、ZEB、TWIST 和FOX 家族的成员[21，24]。FOXQ1 已被证明通过调节E-cadherin 和vimentin 的表达促进乳腺癌细胞[25]和非小细胞肺癌细胞[26]的上皮间质转化（EMT）。ZHANG 等[27]发 现FOXQ1通过抑制E-cadherin，上调波形蛋白的表达，体外促进胃癌细胞侵袭。Snail 信号通路可能参与了FOXQ1在胃癌中诱导EMT的过程。XIA等[28]的研究则显示FOXQ1 通过激活ZEB2 和VersicanV1 的表达诱导EMT，增强肝癌细胞的侵袭能力。而在结直肠癌细胞中，FOXQ1 过表达则分别调控p21 和TWIST1[29]以促进肿瘤生长和转移。这些事实表明FOXQ1 在多种癌症的EMT、侵袭转移中发挥着重要作用。

此外，Sirtuin-1（SIRT1）是一种Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶，与基因调控、基因组稳定性维持、细胞凋亡、自噬、增殖、衰老和肿瘤发生密切相关[30]。Nuclear factor（erythroid-derived-2）-like 2（NRF2）是抵抗外源性或内源性氧化损伤的最有效的细胞保护抗变剂之一，与多种癌症的化疗耐药性有关[31]。LV等[9]发现FOXQ1能够通过与SIRT1 启动子结合，降低NRF2 的乙酰化程度，维持NRF2 的稳定性，促进上皮性卵巢癌的增殖和转移。

FOXQ1高表达还可促进肿瘤复发。肿瘤复发是恶性肿瘤的一个显著特征。LAMA4编码的层粘连蛋白α4，是细胞外基质的主要成分，与癌症病理生理学有关。之前的一项研究发现，FOXQ1可正向调节LAMA4的表达，从而促进乳腺癌的微转移和肿瘤复发[32]。

2.5 FOXQ1的表达与肿瘤的预后

近年来，越来越多的研究报道，FOXQ1在多种肿瘤中高表达，且与肿瘤的进展与预后相关，比如胃癌[33-34]、肺癌[26，35]、结肠癌[29，36-37]、肝癌[38]、宫颈癌[39]、卵巢癌[40]、乳腺癌[15]、鼻咽癌[41]等。LI 等[35]通过免疫组织化学（IHC）、生存分析等方法研究了238例非小细胞肺癌肿瘤病例，发现，FOXQ1在肿瘤组织中的表达水平较癌旁组织增高。且FOXQ1 的过表达与非小细胞肺癌患者的晚期肿瘤特征以及不良的生存状况相关。LI等[42]采用类似的方法研究了136 例甲状腺乳头状癌和47 例结节性甲状腺肿大病例，发现在结节性甲状腺肿和乳头状增生的标本中，FOXQ1 表达上调，且FOXQ1过表达与经典变异体、高变异体、远处转移、AJCC分期和复发相关。张中超等[43]研究114例配对甲状腺乳头状癌样本也发现FOXQ1过表达促进了淋巴结转移、包膜侵犯、和不良预后相关。WANG 等人研究了173 例上皮性卵巢癌样本后发现，肿瘤组织中FOXQ1蛋白和mRNA 水平均升高，且FOXQ1 的高表达与患者的肿瘤增大、FIGO 分期升高和总体生存率恶化相关[44]。这些研究结果均提示FOXQ1可能是一个肿瘤诊断、判断预后乃至靶向治疗的潜在靶点。

3 FOXQ1的调节

尽管已有大量的证据显示FOXQ1 在肿瘤的发生发展中起促癌作用，但BAGATI 等[45]的研究却发现FOXQ1 表达水平在黑色素瘤进展过程中下降，并且FOXQ1抑制黑色素瘤细胞的上皮-间质转化、侵袭和转移。ELIAN等[46]发现FOXQ1 mRNA水平在乳腺癌患者的不同亚型间存在表达差异，在三阴性乳腺癌中的表达较高，而在lumina 亚型和HER2+乳腺癌样本中的表达降低，且FOXQ1 低表达的患者其总体生存率更差。为什么FOXQ1 在不同肿瘤中或者在同一类肿瘤的不同亚型中的作用会完全不同，目前尚未有明确的解释。这可能和FOXQ1参与多条信号通路的转导有关，也取决于它在不同癌症的特异性环境中的可变调控。

3.1 Wnt/β-catenin信号通路对FOXQ1的调节

Wnt/β-catenin 信号通路由NUSSE 等于1982 年首次提出[47]，后来发现该通路在人类肿瘤的发生、发展及转移过程中起到重要作用。CHRISTENSEN 等[13]的研究发现乳腺癌、肺癌、胃癌和胰腺癌以及结直肠癌[12]中，Wnt/β-catenin通路的激活促使FOXQ1基因的表达上调，进而促进肿瘤细胞的上皮间质转化（epithelial mesenchymal transformation，EMT）。但和其他肿瘤不同的是，FOXQ1在黑色素瘤中高表达，却抑制黑色素瘤的EMT。BAGATI[45]认为FOXQ1 在黑色素瘤中发挥抑癌的作用，很大程度上取决于FOXQ1其独立于谱系特异性小眼症相关转录因子（lineage-specific microphthalmiaassociated transcription factor，MITF）对N-钙粘蛋白基因（CDH2）转录抑制的能力，从而抑制黑色素瘤的EMT。MITF 是黑素细胞分化和发育的主要调控因子，也被认为是EMT 样过程和侵袭的主要抑制因子。BAGATI等[45]通过染色质免疫共沉淀等一系列实验，证实FOXQ1 与核β-catenin 和TLE 蛋白相互作用。βcatenin 不影响FOXQ1 的DNA 结合，但可能通过破坏FOXQ1/TLE相互作用。从而降低TLE的DNA结合，并最终导致CDH2转录抑制的缓解。他们认为FOXQ1的家族特异性功能在很大程度上取决于其在癌症中激活或抑制CDH2转录的能力。黑色素以外的多种肿瘤细胞中β-catenin/TLE 比值高，所以总体是促进CDH2 转录，促进EMT[45]。

3.2 转化生长因子-β对FOXQ1的调节

转化生长因子-β（transforming growth factor，TGFβ）是一类进化上保守的分泌型多肽因子家族，在生理胚胎发生和成人组织动态平衡等多个方面起着重要的调节作用[47]。PENG 等[12]发现TGF-β 处理人结肠癌细胞SW480可诱导FOXQ1mRNA和蛋白水平升高，并诱导SW480 的迁移和侵袭。干扰FOXQ1可以抑制SW480细胞的血管生成，侵袭，EMT和药物抵抗。进一步研究发现，沉默FOXQ1可以干扰β-catenin 的核转运，从而降低Wnt 信号的活性。所以FOXQ1可能是Wnt 和TGF-β 信号通路之间交汇点，但是其潜在机制仍需进一步研究。

3.3 伏隔核相关蛋白1对FOXQ1的调节

伏隔核相关蛋白1（nucleus accumbens-associated protein 1，NAC1），是一种转录协同调节因子，属于BTB家族蛋白[48]。NAC1 在癌症的发病和进展中具有多方面的作用，包括耐药性的发展、促进细胞分裂和“干细胞样”表型的维持。近期GAO等[49-50]的研究发现NAC1可通过其c端BEN结构域与BCL6相互作用，形成一个复合物，再结合到靶基因FOXQ1的启动子区域，激活FOXQ1基因的转录促进卵巢癌的发生发展。

3.4 非编码RNA对FOXQ1的调节

近年来非编码RNA 在基因表达中的调控作用越来越多地受到研究者们的关注，一些微小RNA（microRNA）、环状RNA（circRNAs）和长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）对FOXQ1的调节也开始被研究报道。

3.4.1 Micro-RNA 对FOXQ1的调节Micro-RNA（miRNA）是由18～25 个核苷酸组成的具有调节功能的非编码核糖核酸，可以被组装进RNA 诱导的沉默复合物（RISC），再靶向结合目标mRNA 的3'-非翻译区（3'-UTR），降解或阻遏靶基因的翻译，进而影响细胞的增殖或者凋亡[51]。近年来越来越多的研究表明，microRNA 与人类癌症的进展及耐药有关，包括乳腺癌、结直肠癌和胰腺癌。例如：WANG 等[52]发现在膀胱癌中FOXQ1和miR-140-3p 的表达呈负相关。双荧光素酶报告实验显示，miR-140-3p 能够直接靶向FOXQ1的3'-UTR 区，下调FOXQ1 的表达。类似地，CUI 等[53]发现miRNA-342-3p 通过制鼻咽癌细胞的侵袭表型。WANG等[40]发现miRNA-342-3p通过靶向FOXQ1抑制卵巢癌细胞的迁移和侵袭。HAN 等[54]发现miR-4319可通过靶向FOXQ1抑制肝细胞癌的增殖、上皮-间充质转化，加速细胞凋亡，并降低肝癌细胞的干性。所有这些结果都证明miRNA 也是调控FOXQ1的一大类分子，通过阻遏FOXQ1的翻译而削弱FOXQ1的致癌作用。

3.4.2 环状RNA 对FOXQ1 的调节 环状RNA（circRNAs）是3'-端与5'-端共价结合生成的闭合环状RNA分子，在肿瘤中可作为原癌基因和抑癌基因，通过海绵吸附miRNA、结合RNA 结合蛋白、结合酶与相应底物、调控转录以及翻译多肽或蛋白等机制发挥重要的生物 作用[55]。HONG 等[56]的 研究表明：circRNA CRIM1 在高转移性的鼻咽癌组织中过表达，通过竞争性地与miR-422a 结合，阻止miR-422a 对其靶基因FOXQ1的抑制作用，最终导致鼻咽癌转移、EMT 和多西紫杉醇耐药。但cricRNA是否通过调节FOXQ1参与其他肿瘤的发生发展仍不清楚。

3.4.3 长链非编码RNA 对FOXQ1 的调节 长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是一种长度超过200 个核苷酸的RNAs，通常充当竞争性内源RNAs或RNA 海绵而参与各种生理及病理过程[57-58]。近年来发现多种LncRNA可通过调节FOXQ1调控疾病的进展。例如：MA 等[59]通过细胞实验发现LncRNA MALAT1 通过与MiR-125b 相互作用，调控PTGS2、CDK5和FOXQ1的表达，从而抑制神经元凋亡和神经炎症，刺激神经突生长。且该结果被ZHUANG 等[60]通过比较阿尔茨海默病，帕金森病及正常人的脑脊液和血液样本进一步证实。LncRNA MALAT1 还可靶向miR-124/FOXQ1促进膀胱移行细胞癌的生长和转移[61]。ZHANG等[62]报道LncRNA KCNQ1OT1通过调控miR-506-3p/FOXQ1促进肝癌细胞迁移、侵袭和EMT。LncRNA TUG1通过调控miR-320a/FOXQ1轴促进膀胱癌的恶性行为[63]。以上结果都证明LncRNA 也可参与FOXQ1对疾病发生发展的调控过程。

3.5 FOXQ1对血小板衍生生长因子受体的调节

血小板衍生生长因子受体（platelet-derived growth factor receptors，PDGFR）是一种细胞膜酪氨酸激酶，分为α和β两种亚型。PDGFR与血小板衍生生长因子结合后被激活，活化后能够促进细胞的趋化、分裂与增殖，在机体生长发育、创伤修复等生理过程中起积极作用。PDGFR 过度激活和异常表达可诱导肿瘤新生血管的形成，直接或间接地促进肿瘤细胞增殖与迁移。MENG等[64]发现FOXQ1与乳腺上皮细胞的干性特征和化疗抗性有关，并且这些功能依赖于FOXQ1/Twist1/PDGFRs 转录轴，人乳腺癌细胞中FOXQ1 既可靶向PDGFR-α和β的启动子区，直接调控PDGFR-α和β的表达，也可以通过FOXQ1/Twist1 轴间接调控调控PDGFR-α 和β 的表达进而促进乳腺癌的发生。并且通过功能丧失试验和药理学抑制，证明靶向PDGFRs可以逆转FOXQ1驱动的乳腺癌的肿瘤发生、干性特征和化疗耐药，是一种潜在的有效的治疗方法。

4 FOXQ1与抗癌药物

乳腺上皮细胞和乳腺癌干细胞样细胞（breast cancer stem cell-like cells，BCSC）的快速分裂是导致乳腺癌进展的重要原因，消除这些细胞是最大限度地提高抗肿瘤反应的必要条件。Withaferin A（WA）是一种从南非醉茄的植物中提取的小分子，在各种临床前模型中均能有效降低体内乳腺癌负担和/或发病率。KIM等[65]发现用WA 处理MDA-MB-231 和SUM159 细胞后该细胞中FOXQ1转录活性受到抑制，其蛋白和mRNA水平显著下调。相反在SUM159和MCF-7细胞中过表达FOXQ1，许多的BCSC 相关的基因表达上调，WA 介导的BCSC 抑制可以被逆转。WA 处理可以抑制FOXQ1 与IL8 的启动子结合。WA 介导的细胞增殖或迁移抑制不受FOXQ1过表达的影响。但FOXQ1过表达部分抑制了WA介导的SUM159细胞G2/M期细胞周期。这些结果表明FOXQ1是WA 抑制BCSC 组分的靶点。

RNA 结合蛋白Hu 抗原R（HuR），在乳腺癌中表达上调。HuR 通过调节大量原癌基因、生长因子和细胞因子来促进肿瘤的发生，细胞质HuR 升高与乳腺癌高级别和临床预后不良相关。WU 等[66]发现了一种RNA结合蛋白HuR 的抑制剂KH-3，它可以破坏HuR 和靶RNA-FOXQ1之间的相互作用，抑制人类乳腺癌细胞在小鼠体内的生长和转移。此外，KH-3抑制乳腺癌实验性肺转移，提高小鼠存活率，并减少原位肿瘤生长，抑制乳腺癌侵袭。

以上研究为开发以FOXQ1为靶点的抗乳腺癌药物提供了非常有意义的实验基础。但目前还不十分清楚WA 与FOXQ1相互作用的机制。也不清楚HuR 的抑制剂破坏HuR与FOXQ1的结合后，具体是通过哪些途径与机制来抑制乳腺癌的生长、侵袭与转移，以及可能的副作用。所以这些抗肿瘤药物或者化合物要想被应用到临床的话，还需要研究者对它们相互间的作用机制进行更深入的探究。RNA干扰技术是一种靶向抑制FOXQ1基因表达的有效方法，但构建能在人体内长期稳定表达且安全有效的载体，仍比较困难。此外，现有的研究已经提示FOXQ1 与多个分子和信号通路发生在联系，在不同的癌症背景中，起作用的机制并不完全一致。所以未来针对FOXQ1的研究和治疗策略，可能应该更多的以特定的肿瘤内环境为背景，以FOXQ1的分子网络为基础结合各自的权重来探索癌症的治疗策略。

5 小结与启示

FOXQ1 与多种疾病及肿瘤的发生密切相关，如阿尔兹海默症、非小细胞肺癌、甲状腺癌和黑色素瘤、结直肠癌，乳腺癌等。FOXQ1 参与肿瘤发生发展的调控引起了广泛的研究关注，包括调控细胞增殖、侵袭和凋亡，以及作为典型信号通路之间的交叉对话点的功能。综述FOXQ1 在肿瘤病理生理学中的作用及调节机制将为深入了解癌症的发生发展提供有价值的见解。随着对FOXQ1在肿瘤发生发展中的机制研究愈加深入，可以预见，FOXQ1 很可能成为判断肿瘤预后的生物标志和肿瘤治疗的靶点。

（利益冲突：无）