肿瘤干细胞标志物SOX2在卵巢癌中的研究进展

马小茜，蔡瑜文，刘思莹，钟少正，贾 乾，刘 伟

(1河北医科大学基础医学院,2河北省人民医院体检中心化验室,河北 石家庄050051；3河北医科大学基础医学院免疫学教研室,河北省重大疾病免疫机制及干预重点实验室,河北石家庄050017)

0 引言

卵巢癌是女性生殖系统中常见的一种恶性肿瘤,并且是致死性最高的妇科肿瘤之一。因缺乏早期症状,卵巢癌被诊断时通常已处于晚期转移阶段,并且容易发生腹腔转移及复发,从而造成了卵巢癌的高致死率［1］。卵巢癌的一线治疗方法为细胞减少性手术结合铂类联合紫杉醇化疗。尽管近年来已观察到中值存活期的改善,但大多数患者最终还是由于化疗耐药性而复发［2］。目前的早期检测方法是患者对症状的感知及血清标志物CA125结合超声波成像,但Jacobs等［3］最新研究表明,目前的早期检测方法不能明显降低死亡率。因此,迫切需要一种具有更高特异性和敏感性的新型肿瘤标志物来辅助卵巢癌的早期诊断及预后。

肿瘤干细胞是指肿瘤中存在的含量极少、具有无限增殖潜能的干细胞样肿瘤细胞,其能自我更新、分化、迁徙,是肿瘤发生、复发、转移和治疗失败的根源［4］。卵巢癌也可能是肿瘤干细胞所致的疾病,因此,寻找卵巢癌分子标志物是研究卵巢癌干细胞的关键［5］。 Weina等［6］的研究数据表明,性别决定区 Y框蛋白2(sex determining region Y-box 2,SOX2)在乳腺癌,胃癌,肺癌和卵巢癌等多种癌症的肿瘤干细胞中表达升高,Pham等［7］甚至认为SOX2就是促进肿瘤形成和增殖的原癌基因。因此,SOX2可能成为这些癌症的预后标记、转移指标、生物标志物或潜在的治疗靶点,对SOX2的检测可能有助于卵巢癌的早期诊断及监测等。本文就SOX2作为卵巢癌标志物及其在卵巢癌干细胞特性的获得与维持中作用最新研究进展作此综述。

1 SOX2的生物学特性

SOX2是SOX基因家族的成员,位于人类染色体3q26.3－q27上,其所在染色体3q26区域拷贝数的增加是人类肿瘤中最常见的重复拷贝数变异,在20%以上的人类肿瘤中发生。染色体3q26拷贝数增加的频繁发生提示其能通过这种遗传变异驱动肿瘤的发生［8］。SOX2是维持胚胎干细胞自我更新能力和分化潜能以及将体细胞重编程为多能干细胞的重要转录因子,同时也在肿瘤干细胞自我更新能力的维持和肿瘤细胞生存调控方面起关键作用［9］。

2 SOX2在组织中的表达机制

许多研究数据［6－7,9］已表明,SOX2在卵巢癌中高表达。Hellner等［10］在鉴定卵巢癌细胞的早期突变时,发现SOX2远端阻遏物的一个40 kb区域发生频繁突变。通过全基因组序列检测及对突变基因最近的转录起始位点进行通路富集分析,检测到附近发生了6个突变的SOX2基因座。对高级浆液性卵巢癌患者SOX2基因座侧翼的2 Mb区域以及BB1-BB6进行靶向深度测序,显示BB5核苷酸侧翼的一个40 kb区域显著富含单核苷酸多态性。CRISPR-Cas9介导的基因组缺失导致SOX2表达的显著增加。这证实了BB5区域(chr3:182,189,714－182,229,714)在人类细胞模型中作为SOX2表达的阻遏物,以调控SOX2在组织中的表达［10］。目前,关于 SOX2在卵巢癌中表达机制的研究还相对缺乏,对SOX2表达机制的理解将有助于SOX2在临床研究中的应用,因此,更多围绕SOX2表达机制的研究亟待被开展。

3 SOX2与卵巢癌肿瘤干细胞特性的获得与维持

SOX2在调节卵巢癌的肿瘤干细胞特性方面起着重要的作用［11－14］。 肿瘤干细胞在无血清培养基中具有锚定非依赖性生长和球形成的能力。从SKOV3,PA-1和A2780三种卵巢癌细胞系的培养细胞中分离出具有球形成能力的细胞,通过RT-PCR和免疫细胞化学法检测SOX2的表达,结果显示成球细胞中SOX2的表达高于这些相应细胞系培养的贴壁细胞。通过shRNA抑制卵巢癌细胞系A2780和SKOV3的SOX2表达,发现细胞的球形成能力降低,随之而来的是细胞迁移能力的降低［11］。这些结果都表明SOX2的表达增强了卵巢癌细胞的球形成能力,也意味着其与卵巢癌的干细胞特性有着潜在的关联。进一步通过细胞连续传代试验揭示了SOX2表达阳性的细胞在连续传代培养中保持球形成能力,而SOX2表达阴性的细胞则失去这种能力［12］。也就是说,SOX2刺激干细胞状态的转化只发生在部分癌细胞中,即SOX2高表达的细胞中。SOX2通过促进浆液性卵巢癌细胞向增强肿瘤启动特性的肿瘤干细胞状态转变来调节肿瘤的发生。Wen等［13］应用qPCR方法分析在shSOX2或对照组转染的成球细胞中干细胞或肿瘤干细胞相关基因的表达,发现SOX2的敲低导致包括 BMI-1、b-连环蛋白、KLF4、OCT4、NANOG和ALDH1A1在内的一些相关基因的表达下调。SOX2表达与卵巢癌细胞中干细胞特性相关基因的表达呈正相关,进一步论证了SOX2对卵巢癌干细胞特性的影响,Wen等还提出SOX2对于卵巢癌干细胞特性的维持起到重要作用。

Wang等［14］分析了6个卵巢癌细胞系中的SOX2表达情况,发现SOX2蛋白水平在不同细胞系中有很大差异:在高转移的细胞系中SOX2表达水平较高,而在低转移的卵巢浆液性癌细胞系中相对较低。细胞迁移侵袭试验和细胞黏附试验显示当SOX2蛋白被破坏,细胞增殖也随之减弱；抑制SOX2蛋白表达可减弱癌细胞的迁移和侵袭能力,增强其对培养基的黏附能力。当抑制Src激酶时,癌细胞的转移和侵袭也被抑制,细胞黏附作用提高,因此推测Src激酶可能对于SOX2调节浆液性卵巢癌细胞的黏附和迁移至关重要。与此研究不同的是,Bareiss等［12］的研究中通过分析SOX2蛋白表达和Ki67染色,认为SOX2表达并未影响细胞增殖,但增强了浆液性卵巢癌细胞对凋亡的抵抗。Li等［15］的研究结果则显示SOX2的沉默既能降低细胞增殖也能增强以紫杉醇诱导的凋亡。SOX2作用于卵巢癌的机制尚未完全清晰,但这些发现提示着一些潜在通路的存在,并且和卵巢癌的干细胞特性具有极大相关性,需要深入探究,通过更有力的实验来验证。

4 SOX2作为卵巢癌肿瘤标志物的临床应用潜力

4.1 SOX2与卵巢癌的早期检测通过免疫荧光染色对SOX2进行评估,发现在正常输卵管上皮细胞、卵巢癌肿瘤细胞和良性的输卵管上皮细胞中,高级浆液性卵巢癌细胞中SOX2有较强的阳性染色［16］。然而,在少数恶性的卵巢癌组织中SOX2表达显著降低［10］。此外,进行p53染色的28例高级浆液性卵巢癌患者的输卵管上皮中仅有8例也显示出p53特征,提示SOX2过表达可能在p53失调之前发生［10］,因此SOX2将更有助于卵巢癌的早期检测。通过在整个数据集上拟合二项式一般线性模型,发现SOX2的表达能精确地预测输卵管来自高级浆液性卵巢癌患者还是良性患者［10］,提示着SOX2作为卵巢癌标志物具有独特的潜力［17］,可辅助现有卵巢癌标志物提高早期检测的精准度。

4.2 SOX2与卵巢癌化疗耐药性Seo等［11］研究发现,成球细胞比贴壁细胞具有更强的抗药性。用RTPCR和蛋白质印迹法评估药物转运蛋白的表达,显示成球细胞较贴壁细胞具有更高的ABC转运器表达。抑制SOX2表达会降低ABC转运器的表达,同时降低对阿霉素和紫杉醇的抗药性。SOX2通过激活卵巢癌细胞中ABC转运器的表达提高化疗耐药性。蛋白质印迹法分析结果及Notch1信号通路的DNA结合配偶体HIF-1α和CSL的敲除建模试验显示,SOX2可作为缺氧诱导的Notch1信号通路下游的关键效应物以维持卵巢癌干细胞的化疗耐药性。通过RT-PCR分析不同的卵巢癌细胞系,发现SOX2表达在紫杉醇抗性细胞系(SKOV3/TAX细胞系)中较SKOV3细胞系显著升高,且SOX2在紫杉醇敏感性细胞系中弱检测［15,18］。随着紫杉醇处理时间的增加,SKOV3细胞系中SOX2表达下降,而SKOV3/TAX细胞系中SOX2表达保持相对恒定的高水平［15］,这表明SOX2过表达与紫杉醇抗性有重要联系。通过蛋白质印迹法分析发现SOX2可通过调节PI3K/Akt信号通路增强卵巢癌耐药性。Wen等［13］通过MTT比色法及qPCR发现SOX2能促进卵巢癌的顺铂耐药性。Wei等［19］则通过生物信息学方法发现SOX2与卵巢癌抗药性显著相关。因此,检测SOX2表达或许可辅助预测化疗耐药性,从而对进一步治疗作出预见性的决策。

4.3 SOX2与卵巢癌的预后利用癌症基因组学门户,对SOX2进行Kaplan-Meier分析,发现SOX2的扩增显示中值总生存期的差异具有统计学意义［18］。因此,SOX2或许可作为卵巢癌患者生存结果的预测因子。SOX2阳性的卵巢癌患者与阴性患者相比生存期较短［20］,这表明SOX2可能成为卵巢癌预后的标志物。但Du等［18］的实验结果显示,SOX2对生存结果的预测与癌症阶段有关,因此不能作为总生存的预测因子。通过免疫组织化学染色分析卵巢癌组织样本中的SOX2表达发现在原发性卵巢癌和相应的转移性病变中SOX2高表达的病例占多数,且卵巢癌转移性癌中SOX2高表达的病例更多；SOX2表达与组织学分级显著相关,在低分化的肿瘤中相对高表达；SOX2蛋白随浆液性卵巢癌的进展增加；SOX2高表达缩短了总生存区间［14］。 Wen 等［13］则通过免疫组织化学的方法发现SOX2的高表达与诊断年龄、FIGO分期、化疗耐药性、复发以及生存期都显著相关,SOX2高表达患者的生存期明显缩短。划痕实验表明,SOX2过表达细胞的迁移能力明显提高,说明SOX2过表达与卵巢上皮性癌转移相关。通过质粒转染建立SOX2基因稳定转染的卵巢上皮癌细胞株,检测SOX2及YAP1的表达,结果证实SOX2过表达细胞中YAP1表达也明显增加,说明在卵巢上皮性癌中SOX2可正向调控YAP1的表达,但具体调控机制有待进一步研究［21］。 FN1可激活MMP2、MMP9等基质金属蛋白酶的活性,促进肿瘤的侵袭转移。Lou等［22］通过双荧光素酶报告法检测发现SOX2能诱导FN1启动子活性,直接以FN1为靶点诱导MMP2及MMP9蛋白水解能力的增加,并且FN1基因敲除可以逆转SOX2促进侵袭转移的能力。SOX2-FN1-MMP通路在促进卵巢癌细胞侵袭转移过程中可能发挥着重要的作用。综上所述,SOX2的表达可辅助卵巢癌转移复发的预测及预后。

5 结语

近年来,随着对卵巢癌研究的逐渐深入,越来越多的卵巢癌标志物被发现并应用于临床实践。卵巢癌干细胞起源的学说也逐渐进入研究者的视野。大量研究表明,SOX2在卵巢癌的发生发展中起到潜在的重要作用。在卵巢癌中,SOX2通过促进浆液性卵巢癌细胞向增强肿瘤启动特性的肿瘤干细胞状态转变来调节肿瘤的发生,同时对卵巢癌肿瘤干细胞特性的维持有着重要的影响。SOX2对卵巢癌发生发展及耐药性的潜在作用提示着SOX2应用于临床卵巢癌早期检测、耐药性预测及预后中的可能性。然而,SOX2的作用机制尚未完全清晰,仍需进一步的研究与讨论。

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