Foxm1在肿瘤转移过程中作用的研究进展

孔飞飞(综述)，姜 斌(审校)

(1.上海交通大学医学院研究生院，上海 201999； 2.上海交通大学医学院附属第三人民医院肿瘤科，上海 201999)

肿瘤细胞转移在90%的肿瘤相关死亡中发挥着作用，然而对肿瘤形成过程中的这一进程了解甚少[1]。Foxm1作为Fox转录因子家族中的一员，其主要功能是通过调节细胞由G1期到S期、G2期到M期的进程来确保细胞有丝分裂增殖[2-4]。近年来研究发现，Foxm1与包括卵巢癌、神经胶质细胞瘤、基底细胞癌、胰腺癌、肺癌、前列腺癌和肝癌在内的多种人类肿瘤相关[5-11]。更重要的是，Foxm1的过表达与多数晚期人类肿瘤有明显相关性。因此，Foxm1不仅可以通过提高细胞增殖能力促进早期肿瘤的形成，还可以在肿瘤晚期增强肿瘤的转移、侵袭能力[12-14]。目前，对肿瘤转移机制的研究主要集中在肿瘤细胞的迁移、浸润和血管形成方面。Fox转录因子家族根据DNA结合区域同源序列的不同在哺乳动物中又分为分17个亚家族，55种不同的成员。Foxm1可以分为3个不同的亚型：Foxm1a、Foxm1b、Foxm1c，其中后两者表现为活化作用，而Foxm1a抑制转录。该文将通过讨论Foxm1对上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT) 、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)和血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的作用来阐述Foxm1在肿瘤细胞迁移、浸润和血管形成方面的作用，进一步明确Foxm1在肿瘤转移过程中的重要作用。

1 Foxm1促进肿瘤细胞发生EMT

EMT是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。这一过程包括上皮细胞表型标志上皮钙黏素、闭锁小带蛋白(ZO-1)的降解和重新分布、β联蛋白的降解和移位、肌动蛋白细胞骨架的重组以及间质细胞表型标志(如波形蛋白、纤维连接蛋白、神经钙黏素)的过表达[15]。在胚胎发育、慢性炎症、组织重建、癌症转移和多种纤维化疾病中发挥着重要作用。通过EMT，上皮细胞失去细胞极性，失去与基膜的连接等上皮表型，获得了较高的迁移与侵袭、抗凋亡和降解细胞外基质的能力等间质表型。EMT是上皮细胞来源的恶性肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的重要生物学过程。因此，EMT成为近年来肿瘤转移相关研究的重点。

肿瘤转移过程可以分为3个进程：①侵袭周围组织，进入血管；②随血流运行到其他部位，穿出血管；③定植，成瘤。Foxm1可以通过诱导转移的多个进程在肿瘤转移过程中发挥重要作用，而在肝癌细胞中Foxm1诱导EMT，增加肝癌细胞侵袭周围组织的能力就是其中之一[16]。

Bao等[17]在Foxm1低表达的转移胰腺癌细胞系AsPC-1中，转染Foxm1使其过表达，经形态学检测发现过表达Foxm1组的AsPC-1细胞较对照组获得了明显的间质特性，表明Foxm1可以诱导AsPC-1细胞获得间质表型，发生EMT。另有研究发现[18]，A549肺癌细胞经转化生长因子β1处理后，上皮钙黏素表达量显著下降，波形蛋白表达量明显增加，发生了EMT转化。随后用小分子干扰RNA干扰发生EMT的A549细胞中 Foxm1的表达，结果发现，上皮钙黏素表达量明显增加，波形蛋白显著下降且细胞在形态学上的改变也表现为间质向上皮转化，成功逆转转化生长因子β1诱导的EMT，表明Foxm1在转化生长因子β1诱导EMT过程中发挥重要作用。

综上所述，Foxm1过表达可以诱导多种肿瘤细胞发生EMT，Foxm1剔除可逆转肿瘤细胞的EMT，而EMT在肿瘤迁移和侵袭过程中扮演着重要角色，提示Foxm1可以通过诱导肿瘤细胞EMT进而促进肿瘤细胞的迁移、浸润，增强肿瘤的侵袭性。

2 Foxm1提高MMPs的表达

细胞侵袭性增强，基膜和细胞外基质的降解共同导致了肿瘤细胞的浸润和转移。MMPs是降解细胞外基质的一系列酶的统称，几乎能降解细胞外基质中的各种蛋白成分,破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中发挥重要作用。其中，最为重要的是降解基质膜胶原的MMP-2和MMP-9[19]。

在Hep2食管鳞癌细胞中，通过小分子干扰RNA下调Foxm1后，MMP-2的表达量显著下降；成瘤能力较对照组也显著下降。实验结果表明，Foxm1在体内外均可通过调节食管鳞癌细胞中MMP-2的表达，影响肿瘤的迁移、浸润能力[20]。另有研究表明，在Foxm1b转基因小鼠中，MMP-9呈过表达[21]。

Wang等[8]剔除BxPC-3、HPAC、PANC-1胰腺癌细胞系中的Foxm1后，通过实时定量聚合酶链反应和Western Blot检测MMP-2和MMP-9表达，结果发现MMP-2和MMP-9在信使RNA和蛋白水平均有明显下降，同时发现其活性也显著降低。此外，在AsPC-1、Colo-357和 PANC-1胰腺癌细胞中过表达Foxm1后，MMP-2和MMP-9表达和活性均明显提高。以上结果提示Foxm1可能通过促进MMPs的表达促进肿瘤转移。在MDA-MB-231和SUM149高侵袭性乳腺癌细胞中，剔除Foxm1后MMP-2和MMP-9的信使RNA表达水平显著下降，而且酶联免疫吸附试验表明MMP-9活性也显著降低。另外，在Foxm1基础表达量相对较低的SUM102和 SKBR3乳腺癌细胞中过表达Foxm1后，MMP-9的表达量显著上升[22]。

体内试验将过表达和剔除Foxm1的卵巢癌细胞HCC94分别注入裸鼠体内形成异体移植物模型，结果显示过表达Foxm1的HCC94细胞组MMP-2和MMP-9在信使RNA和蛋白水平均有显著升高，而Foxm1剔除组则相反。而且体外培养HCC94细胞，用酶联免疫吸附试验试剂盒检测培养液中MMP-2和MMP-9的表达量，结果表明过表达Foxm1的HCC94细胞分泌的MMP-2和MMP-9较Foxm1剔除的HCC94细胞高。以上实验结果提示，Foxm1的过表达在体内和体外均可提高MMP-2和MMP-9的表达，而且细胞迁移、浸润试验和划痕试验结果显示肿瘤侵袭性增强[23]。进一步试验证实Foxm1可以通过调节MMP-2和MMP-9的表达来调控Akt/糖原合成酶激酶-3β/Snail通路进而影响肿瘤的迁移和浸润[23]。

Dai等[24]发现，Foxm1转染后的SW1783和Hs683胶质瘤细胞中MMP-2 的表达量显著提高，干扰后的U-87MG和HFU-251胶质瘤细胞则相反。进一步的试验证实Foxm1作为转录因子可以与MMP-2 启动子直接结合，增强启动子活性，提高MMP-2表达。同时也发现Foxm1的过表达可提高胶质瘤细胞的迁移、浸润能力，干扰后也呈相反趋势。为进一步明确Foxm1和MMP-2在肿瘤迁移、浸润过程中的关系，Dai等[24]应用MMP-2特异性抑制剂OA-Hy来抑制SW1783和Hs683胶质瘤细胞中MMP-2的作用，结果显示OA-Hy可以抑制Foxm1过表达所诱导的胶质瘤迁移浸润能力的提高。以上结果说明Foxm1通过提高MMP-2基因的转录活性增强了胶质瘤细胞的迁移浸润性。

综上所述，Foxm1在食管鳞癌、胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、胶质瘤等多种人体肿瘤中可以提高MMPs尤其是MMP-2和MMP-9的表达，而MMPs在肿瘤迁移和浸润过程中起着重要作用，更重要的是MMPs抑制剂可以逆转Foxm1所致的肿瘤迁移和浸润性的增强，说明Foxm1可以通过调节MMPs的表达来提高肿瘤细胞的迁移和浸润性，进而影响肿瘤转移。

3 Foxm1上调VEGF表达

血管形成是肿瘤生长和肿瘤转移过程中的重要步骤。VEGF是肿瘤细胞分泌的，在血管形成过程中起重要作用的血管形成激活因子。研究证实，VEGF是介导血管形成的关键因子，可调节包括增殖、迁移、内皮细胞管道形成等在内的多个血管形成步骤[25]。此外，也有研究表明VEGF促进人类肿瘤细胞的迁移和浸润。

Li等[26]在裸鼠成瘤实验和体外细胞实验中均发现，在N87和GT5胃癌细胞中过表达Foxm1b可以提高VEGF的表达，增强肿瘤迁移浸润能力；干扰N87和GT5胃癌细胞中Foxm1b的表达后，VEGF表达量降低，而且肿瘤细胞迁移浸润能力下降，说明Foxm1b在胃癌中的表达与VEGF有明显相关性。进一步研究表明，Foxm1b可以在转录水平直接调节VEGF的表达。Zhang等[27]在胶质瘤细胞中也发现了类似的结果，提示在胶质瘤中Foxm1可以通过提高VEGF的表达来诱导肿瘤新生血管的形成。

近来有研究发现，在BxPC-3、HPAC、PANC-1胰腺癌细胞中剔除Foxm1后，VEGF的表达明显下降，而在cDNA转染后过表达Foxm1的AsPC-1、Colo-357 和 PANC-1细胞中VEGF表达量显著提高[8]。此外，Foxm1表达受抑制的胰腺癌细胞分泌到培养液中的VEGF明显减少，而且人脐静脉内皮细胞小管形成试验结果提示，在此培养液种植奇静脉内皮细胞后诱导的毛细血管减少。研究结果表明，在胰腺癌中Foxm1可以通过调节VEGF的表达来调控新生血管的形成，进而影响肿瘤转移。

在乳腺癌中也有类似的研究结果。Ahmad等[22]在高表达Foxm1的MDA-MB-231和SUM149乳腺癌细胞中用小分子干扰RNA下调Foxm1的表达，结果发现随着Foxm1表达量的下降，VEGF活性显著下降，乳腺癌细胞的迁移和浸润能力也随之降低。由此可以看出Foxm1可通过调节VEGF活性来调节肿瘤细胞的转移。此外，在Hep2食管鳞癌细胞中的研究表明，Foxm1表达下降后VEGF在信使RNA和蛋白水平的表达量也随之下降[23]。

综上所述，在胃癌、胶质细胞瘤、胰腺癌、乳腺癌和食管鳞癌中VEGF的表达与Foxm1呈正相关，表明Foxm1在肿瘤细胞VEGF诱导血管形成中起重要作用。以上结果提示，Foxm1抑制剂可能抑制VEGF表达，从而影响肿瘤的转移。

4 小 结

目前，临床常用的手术及化疗方法对于未发生转移的原位肿瘤疗效较好，但对于已发生转移的肿瘤效果欠佳。因此，对于肿瘤转移的研究已经成为近年来的研究热点。而最近的研究表明，Foxm1在肿瘤转移过程中有重要作用，Foxm1主要通过调节EMT、MMPs和VEGF的表达，增强肿瘤细胞迁移、浸润和血管形成，最终促进肿瘤转移。Foxm1已经成为多种肿瘤转移过程中的一个重要节点，这为研制靶向抗癌药物提供了一个新的靶点。人Foxm1基因可分为Foxm1a、Foxm1b和Foxm1c三个亚型，而Foxm1b作为近年来的研究热点，已明确其促癌作用。然而，也有研究证实Foxm1c可与上皮钙黏素启动子结合，促进其转录与Foxm1b作用相悖，在一定程度上有抑癌作用。说明在Foxm1进一步的研究中，具体到某一种亚型才可以明确其作用机制进而指导临床药物的研制，提高肿瘤患者的生存率。

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