叉头框蛋白M1在脑胶质瘤中作用的研究进展

侯欣然，厚静雅，张亚茹，李海丽

山东第一医科大学(山东省医学科学院)临床与基础医学院(基础医学研究所)，山东 济南 250000

胶质瘤(glioma)具有高度侵袭性和破坏性,是成人中枢神经系统中最常见的原发性脑肿瘤。胶质瘤患者的生存期短,预后差,且很难从手术和放、化疗等传统治疗中获益。因此临床迫切需探索新的治疗靶点和诊疗方法。

1 FOXM1的概述

FOXM1(forkhead box protein M1)是FOX(forkhead box)转录因子家族的重要成员。人类FOXM1基因含有10个外显子,外显子Va(A1)和VIIa(A2)的交替拼接可产生4个不同的异构体:FOXM1a、FOXM1b、FOXM1c和FOXM1d。在细胞核中,具有转录活性的FOXM1b和FOXM1c能以特异性的方式直接调控靶基因的表达[1]。目前在临床胶质瘤样本中仅发现FOXM1b的表达上调[2]。

2 FOXM1调控细胞周期的进程

DREAM(DP,RB-like,E2F4 and MuvB)复合物是由MuvB核心复合体(MuvB core complex)、E2F4-5/DP和p107(RBL1基因编码)或p130(RBL2基因编码)蛋白组成的转录抑制复合体,主要功能是维持细胞周期静息期(G0)及G1/S期的稳定。对160例脑瘤的分子表达谱进行预测的研究显示,缺失DREAM复合物调控的脑瘤更容易发生转移,同时检测到DREAM复合物下游分子FOXM1和Myb相关蛋白b(B-Myb/Mybl2)的高表达[3]。因此,FOXM1的表达高低常作为临床上脑瘤预后不良的分子标志物。作为DREAM复合物下游的靶分子,FOXM1可以激活与细胞周期相关的因子,促进细胞周期G1/S期和G2/M期的转换。根据文献报道,FOXM1可与MuvB复合体相互结合,促进含有RING结构的E3泛素蛋白连接酶RNF26的表达。RNF26是一个位于内质网的跨膜蛋白,其上调可降解G1期细胞周期停滞的细胞周期依赖性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)抑制剂p57的表达,促进了细胞周期从G1期到S期的过程[4]。p21/FOXM1/cyclin B1轴的激活也是有丝分裂调控网络的一个重要组成部分。在胶质瘤中,抑制p21/FOXM1/cyclin B1信号轴的激活导致胶质瘤细胞U87和U251发生细胞周期G2/M的停滞,进而诱导线粒体依赖的凋亡发生。因此,通过干预FOXM1参与的细胞周期相关通路可以为临床胶质瘤的治疗提供新的科学思路。FOXM1除通过调控细胞周期蛋白参与肿瘤的增殖过程外,还可通过多种方式参与调控肿瘤细胞侵袭转移及肿瘤干细胞的激活过程。Ki-67是一个突出的癌标志物,可作为判定胶质瘤的良恶性的主要靶标。FOXM1可通过与MuvB核心复合物结合,参与调节编码Ki-67的MKI67基因的表达。FOXM1与MKI67/Ki-67的CHR元件结合,促使复合体LIN54/MuvB调控MKI67/Ki-67的转录激活,导致肿瘤细胞发生G2/M的迅速启动,最终加快肿瘤细胞的侵袭转移过程[5]。异黏蛋白(metadherin,MTDH)基因,也称星形胶质细胞上调基因-1(astrocyte elevated gene-1,AEG-1)。通过siRNA技术敲低MTDH的表达,可有效抑制FOXM1和Mybl2的表达,最终影响神经胶质瘤细胞的增殖过程[6]。特定RNA或相关蛋白质分子还可以通过激活FOXM1的转录功能影响胶质瘤的发生发展。LncRNA MYCNOS可以通过内源性海绵吸附机制调控miR-216b/FOXM1信号轴的激活,进而导致FOXM1在多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)的高表达,最终促进GBM细胞的恶性增殖[7]。在神经胶质瘤干细胞(glioma stem cells,GSCs)中,核基质相关蛋白SATB2可通过与FOXM1基因位点的DNA的附着区(matrix attachment regions,MARs)序列结合,并将组蛋白乙酰转移酶CBP募集到MAR中激活FOXM1表达,进而促进GSC的增殖[8]。因此,FOXM1可直接或间接调控细胞周期之间的转换并启动其自身的转录功能,最终调控肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移等过程。

3 FOXM1调控Wnt/β-catenin通路的激活

Wnt/β-catenin通路可以调节神经干/祖细胞的自我更新和分化,因此该信号通路的激活在胶质瘤的发生过程中具有重要作用[9]。FOXM1是Wnt/β-catenin信号通路的下游因子。在胶质瘤中,FOXM1可直接与β-catenin结合增强β-catenin的核定位和转录活性,最终激活Wnt/β-catenin信号通路的促瘤作用[10]。Mybl2与FOXM1相互作用也可激活Wnt/β-catenin信号通路,加速肿瘤的增殖和转移[11]。泛素化修饰在维持FOXM1稳定调控Wnt/β-catenin通路的过程中具有关键作用。在肿瘤细胞中,FOXM1会结合多种E3泛素连接酶促进自身的泛素化和降解。然而,FOXM1的上游调控因子或其自身如何调控去泛素化途径进而稳定表达尚不清楚。去泛素化酶USP28可通过调控FOXM1的去泛素化,稳定其在肿瘤细胞中的表达,同时增加β-catenin的核转运,进而促进FOXM1与β-catenin结合增强及β-catenin核定位和下游靶基因表达[12]。目前在胶质瘤中USP28是否也具有类似的功能尚未研究报道。因此FOXM1/Wnt/β-catenin 信号通路的激活是神经胶质瘤形成的必要条件,但FOXM1的稳定表达机制仍需要更多的证据证实。

4 Akt-FOXM1通路对胶质瘤的调控作用

蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路可调控胶质瘤的血管生成、迁移和侵袭等多种生物学功能[13]。有研究证实,Wnt通路的负调节因子dickkopf相关蛋白1(dickkopf-related protein 1,DKK1)通过与Ⅱ型跨膜蛋白细胞骨架关联蛋白4(cytoskeleton-associated protein 4,CKAP4)结合激活Akt-FOXM1信号通路,促进GBM的血管生成[14]。FOXM1还可以通过与DKK1基因的5’- 翻译区域结合调控DKK1的表达。因此,FOXM1诱导DKK1表达独立于Wnt信号通路,即DKK1和FOXM1通过Akt通路的正反馈激活促进癌细胞的增殖[15]。叉头框蛋白O(forkhead box protein O,FOXO)是FOXM1的负调节因子,磷酸化的Akt会通过抑制FOXO的表达调控FOXM1的表达[16]。FOXM1和Mybl2在GBM细胞中保持着一致的表达趋势。Akt的抑制剂不仅会抑制Akt的磷酸化,还能降低FOXM1和Mybl2的表达。因此,Mybl2是Akt-FOXM1通路的下游分子。Mybl2通过调控cyclin B和cyclin D影响胶质瘤细胞周期的进展和上皮-间充质转化过程[17]。

5 FOXM1的稳定依赖于p53通路

肿瘤抑制基因产物p53是一个非常重要的转录因子,具有调控细胞周期、促进肿瘤干细胞分化、激活DNA损伤修复和抑制癌基因激活等功能[18]。对大量肿瘤患者的病理分析发现,约半数的肿瘤样本都会发生p53的缺失或突变,其中包括脑胶质瘤[19]。在肿瘤中FOXM1受到p53的负调控。研究表明,FOXM1是p53通路调控G2/M阶段的重要因子,当DNA发生损伤时,p53通过抑制FOXM1的表达维持G2/M期的阻滞[20]。当p53信号通路的失活时,会促进FOXM1/miR-335-3p/Fmr1信号轴的激活,导致神经干细胞的自我更新[21]。然而突变p53会影响野生型p53通路对FOXM1的转录和翻译后修饰功能。叉头盒蛋白的“O”亚家族成员FOXO3对FOXM1的负调节作用就依赖于p53突变获得的新功能[22]。非编码RNA LINC00857可以结合到FOXM1的去泛素化酶卵巢肿瘤相关蛋白B1(ovarian tumor-related ubiquitin aldehyde binding 1,OTUB1)的序列上,作为蛋白质支架增强FOXM1和OTUB1之间的相互作用,通过泛素-蛋白酶体途径抑制FOXM1的降解[23]。最新的研究表明,在突变p53的驱使下,野生型p53可通过降低对E2F的抑制作用,间接的释放其对FOXM1的抑制[24]。

6 问题与展望

胶质瘤具有高度侵袭性,是最具破坏力和致命的肿瘤之一。由于FOXM1的异常表达与胶质瘤的高发病率息息相关,故FOXM1与胶质瘤发生发展之间的关系非常密切。在胶质瘤中,Mybl2一直伴随FOXM1参与多条信号网络的调控[6]。虽然FOXM1已被证实促进多种肿瘤的增殖和侵袭(如子宫内膜癌[25]),但对其协同分子(如Mybl2)共同介导的肿瘤发生发展过程的相关研究还很欠缺,其具体作用机制还需进一步阐明,以期为胶质瘤的个性化治疗提供全面的理论评估。