FOXA1的作用机制及作为乳腺癌预后生物标志的研究进展

卢 微 刘雅文 程 熠 (吉林大学白求恩第一医院心血管疾病诊治中心，吉林 长春 30000)

乳腺癌的发病具有明显的家族遗传倾向，而且与自身的雌激素水平密切相关。雌激素作用于雌激素受体(ER)从而调控的基因表达，是乳腺癌研究的重点。老年人由于雌激素分泌水平的改变以及其他机体功能的减退，是乳腺癌的高发人群。在发达国家，50%以上的乳腺癌患者是65岁以上的老年妇女〔1〕。叉头盒蛋白A1(FOXA1)是叉头盒蛋白家族成员之一，既有ERα辅助激活因子的功能，又有辅助阻遏因子的功能〔2～4〕，在乳腺、肝脏、胰腺、膀胱、前列腺、结肠和肺中均有表达，与包括乳腺癌在内的许多癌症的发病机制密切相关〔5～8〕。本文综述了FOXA1的作用机制及其作为乳腺癌预后生物标志的研究进展。

1 FOXA1的基因表达、结构和作用机制

1.1 FOXA1的基因结构与表达 人FOXA1是一个472个氨基酸残基组成的转录辅助因子，可与含A(A/T)TRTT(G/T)RYTY序列的蛋白结合。FOXA1编码基因位于14q21.1，其转录区域横跨5 400个碱基，包括两个外显子和一个内含子。在乳腺癌组织中，FOXA1编码基因扩增，但未发现该基因存在转位和缺失。

激素是FOXA1转录的调控因素。在乳腺癌细胞中，胰岛素可以抑制FOXA1的表达，而雌激素能够诱导其表达。此外，FOXA1表达也受到其他转录因子的调节，Oct-4(octamer-binding transcription factor 4)和SOX4(SRY-related HMG-box transcription factor 4)对FOXA1表达起阻遏作用，而SOX17(SRY-related HMG-box transcription factor 17)和GATA-3(Transacting T-cell-specific transcription factor)增强 FOXA1 的表达〔4〕。此外，PPARγ(Peroxisome proliferator activated receptor gamma)可以上调FOXA1的表达。

1.2 FOXA1的蛋白结构与转位调控 FOXA1蛋白序列从N端至C端分为反式激活结构域(1～93)，未知功能区(94～167)，叉头盒结构域(169～268)，未知功能区(269～416)和反式激活结构域(417～472)。核定位信号肽位于叉头盒结构域的N端。FOXA1反式激活结构域(位于第1-93个氨基酸残基)的N端有一个酪蛋白激酶1的磷酸化位点〔9，10〕。

FOXA1的叉头盒结构域(FHD)由110个氨基酸残基组成，序列高度保守，FOXA1通过FHD与DNA结合。FHD呈现出具有侧翼的螺旋-环-螺旋构象。FHD包括三个主要的α螺旋和三个反向平行的β折叠，其中第三个α螺旋与DNA主要的大沟相结合，是主要的DNA识别结构域。三个依次排列的α螺旋通过β折叠形成两个可以环绕DNA分子的环状结构，以稳定蛋白和DNA的相互作用。FOXA1可被p300乙酰化，通过计算机模拟分析发现:FHD有11个乙酰化位点，分别位于第6、160、163、237、240、264、267、270、385、410、414 个氨基酸残基〔11〕。FOXA1主要位于细胞核。转化生长因子 β1(TGF-β1)处理会导致FOXA1转位至胞浆，这一过程可能需要蛋白激酶C(PKC)的参与。

1.3 FOXA1与染色质的相互作用 FOXA1解开压缩的染色质需要组蛋白H3/H4的参与，染色质构象张开有助于其他转录因子的结合〔12～14〕。构成FoxA1 FHD的一个螺旋与组蛋白H1和H5的侧翼螺旋结构域相似，该螺旋可能通过占领组蛋白H1和H5的DNA结合位点，起到与DNA和组蛋白核心结合的连接子作用〔9，15，16〕。

基因组中低甲基化的DNA区域易与FOXA1结合。DNA的去甲基化是FOXA1表达及其随后被募集到靶基因增强子的基础，而FOXA1的募集又进一步诱导在这些增强子区域的组蛋白H3的第4个赖氨酸残基的甲基化〔8〕。这些表观遗传的改变稳定FOXA1的结合，并随后促进其他转录调节因子(SRC-3，USF2，TLE3，COUP-TFII，SHP，SMAD3 和 HDAC7)的 募集〔8，17，18〕。

2 FOXA1在乳腺癌细胞中的作用机制

FOXA1对乳腺肿瘤表型起重要作用。全基因表达的研究结果表明，在ER-α表达阳性和阴性的乳腺癌细胞中，FOXA1表达水平较高〔19，20〕。乳腺中的FOXA1缺失可造成导管形态学损伤，影响在ER阳性腺腔型上皮细胞雌激素受体的数量。FOXA1与ER-α、GATA3等辅助因子的相互作用，以及FOXA1对细胞周期的调节作用，是目前研究得相对清晰的FoxA1作用机制。

2.1 FOXA1与ER-α的相互作用机制 在乳腺癌肿瘤及细胞系中，FOXA1的表达与ER相互关联。FOXA1是影响ER与染色质相互作用的决定性因素。

在人类21和22号染色体上的ER结合位点约有57个，这些位点大多含有叉头模体和ERE序列或半ERE序列。ER和FOXA1的募集区域高度统一，约有48%的雌激素结合位点有FOXA1的相互作用。此外，有些不含叉头模体的ER结合位点也募集 FOXA1，这种机制尚不清楚〔20～22〕。

FOXA1作为先导因子促进后续的连接反应，这不仅促进了其他蛋白质与之联系，还优化了常染色质的状态。研究发现:ER结合位点和FOXA1结合位点之间的重叠区在同一种乳腺癌细胞系中达到了52%～58%，这些重叠区域大多处在有完整核小体聚缩的染色质部位，而二者的非重叠区域处在无核小体结构的松弛染色质区域。FOXA1的结合引起DNase I对结合位点切割活性的提高，与目的基因转录上调关系密切。在缺少FOXA1的MCF-7乳腺癌细胞系中，雌激素依赖性基因转录相应减弱〔23〕;FOXA1表达水平的降低可完全阻碍ER与TFF-1启动子、XBP-1增强子1和NRIP-1增强子的结合能力。FOXA1的存在可确定染色质上的特异性的位点，从而有利于ER转录复合物的结合〔20〕。

此外，TLE1介导ER与染色质作用也受到FOXA1的调控。FOXA1位于TLE1的上游，是TLE1表达的必要条件。FOXA1蛋白表达水平的降低可使TLE1表达水平下调，从而在非FOXA1结合的基因组区域，影响ER-染色质的相互作用〔24〕。

除了调控ER的活性，研究发现FOXA1可直接结合在ESR1启动子上，ESR1是ER mRNA在乳腺癌中表达所必需的。因此，FOXA1除了可对ER的活性进行调控，也可对乳腺癌中ER的表达水平进行调控。

2.2 FOXA1和GATA3在乳腺癌细胞中的相互作用 GATA3结合在编码FOXA1的基因调控区，FOXA1在乳腺中的表达与GATA3高度相关〔25〕。在乳腺癌中，GATA3在腺腔上皮细胞的分化和分化上皮细胞的导管树的形成中起重要作用。GATA3的表达与乳腺癌中ER的表达水平关系密切。研究证明:77% ～95%的ERα阳性细胞GATA3阳性，0% ～24%ERα阴性细胞表现GATA3阳性〔26〕。在ER阳性乳腺癌细胞中，GATA3高水平表达并和FOXA1共同募集在细胞型专一性增强子。GATA3在ER的上游区域发挥作用，与ERE的启动子相互作用从而调节其转录，并参与ER和其他核因子如FOXA1的对话。

2.3 FOXA1与细胞周期的关系 FOXA1与许多参与细胞周期调控的关键因子关系密切，可直接或间接影响其表达，从而对细胞周期的进行和抑制进行调控。

FOXA1是GATA3下游效应因子，可作为连接GATA3和ER信号转导途径的枢纽，控制并调节腺腔型乳腺癌的发展〔4〕。GATA3在维持分化细胞静息状态中起重要作用，GATA3表达的缺失可引起G1期停滞和细胞增殖降低〔3〕。

乳腺癌细胞中FOXA1的过量表达也可影响与细胞周期相关的抑制因子BRCA1和p27的表达，并且促进E钙黏着蛋白(E-cadherin)的表达〔4〕。实验证明:FOXA1在 luminal(MCF7 and SKBR3)型和basal(MDA-MB-231)型乳腺癌细胞系中可转录激活并强迫表达细胞周期抑制因子p27等，降低癌细胞的数量〔27〕。E-cadherin基因表达的缺失可导致细胞与细胞之间黏附功能障碍，引发癌细胞的浸润和转移。人类E-cadherin调控基因上有4个FOXA1结合位点，在乳腺癌细胞中FOXA1通过激活E-cadherin启动子，调节细胞周期的进行〔2〕。研究发现，抑制FOXA1在MCF-7乳腺癌细胞中的表达可以阻碍ER与TFF1的启动子的作用，阻碍雌激素对TFF1的诱导表达，从而阻止激素诱导下重新进入细胞周期，而正常表达FOXA1蛋白的乳腺癌细胞会脱离静止状态，进入细胞周期过程〔3〕。RPRM是一种细胞周期抑制子，RPRM的表达可明显阻遏细胞周期的进行。siRNA抑制RPRM的表达可导致进入S期的细胞明显增加。全基因测序结果表明:RPRM序列上存在多个ERE位点和FOX结合位点。RPRM的抑制作用受ER的介导，FOXA1可募集到RPRM启动子上，导致RNA PolⅡ从RPRM启动子上分离，从而使转录效率降低。在MCF7细胞中，抑制FoxA1的表达，可导致E2介导的RPRM的表达抑制缺失〔28〕。

3 FOXA1与乳腺癌预后的关系

FOXA1是介导ER行使其功能的辅因子。FOXA1的表达与ER阳性腺腔型乳腺癌的分型有潜在的关联，以核着色的百分数对FOXA1的表达进行打分(3分以上是阳性)，结果发现184例样本中有139例为ER阳性〔5〕。全基因组表达研究也表明:FOXA1 mRNA的高表达与预后良好的ER阳性乳腺癌细胞相关;在Luminal亚型中，A型预后好于B型。FOXA1可作为Luminal A 亚型的预后标志物〔29～33〕。

ER、孕激素受体(PR)和HER2/neu是重要的诊断及预后标志物，研究〔23〕发现:对404个乳腺癌患者的乳腺癌组织进行取样分析，其中300个患者的FOXA1阳性表达，且FOXA1的表达与ER-α阳性、PR阳性、Luminal A亚型呈正相关，组织恶化的乳腺癌细胞中FOXA1表达降低;FOXA1在纯粹的原位导管癌中的表达水平明显高于在浸润导管癌中的表达水平。通过对FOXA1表达水平有明显差异的IDC样本之间进行比较，发现FOXA1的表达与良好预后指标如低肿瘤分级、淋巴血管浸润率降低、ER表达呈正相关，而与EGFR、CK5/6，CK14 and CK17 呈负相关〔4、5、27〕。

尽管FOXA1的高表达与更好的生存率相关，但多元分析显示FOXA1并不是一个独立的预后因素，单独的FOXA1免疫组化评估结果并不可用于临床上区分luminal有显著差异的亚型〔4、5〕。GATA-3水平是一个临床乳腺癌分析的高敏感预后指标〔26〕，在FOXA1阳性表达的乳腺癌细胞中，83.1%为luminal A型，GATA-3阳性表达的乳腺癌细胞中，87.7%为luminal A型，二者存在高度的一致性。

4 结语

ER阳性的乳腺癌患者对内分泌治疗的反应敏感。早期诊断及预后的判断对老年乳腺癌患者具有重要意义。FOXA1介导ER调控的基因转录，其表达水平可标志良好的预后效果。由此可知，FOXA1是一种与乳腺癌细胞生长与凋亡密切相关的蛋白因子。深入研究FOXA1在乳腺癌细胞中的分子调控机制，有助于老年乳腺癌的诊断和治疗。

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