FOXO转录因子参与银屑病表皮增殖失调

苗朝阳，张 淼，张晓艳

银屑病是一种慢性、复发性、免疫介导的炎症性皮肤疾病。以角质形成细胞过度增殖、分化异常以及炎性细胞浸润为主要特征性改变。其病因及发病机制尚不完全清楚，遗传、免疫因素、环境因素等在疾病形成中发挥重要作用。叉头框（forkhead box，Fox）基因家族是以果蝇中发现的叉头基因来命名，广泛存在于从酵母到哺乳类的真核生物中，其编码的蛋白家族包括19个亚家族转录因子成员[1]，该家族具有一个共同的特征，即包含一长约110个氨基酸的高度保守的DNA结合域。FOXOs（FOXO transcription factors）属于其中一个亚家族，主要包括4个家族成员 ：FOXO1（FKHR）、FOXO3（FKHRL1）、FOXO（AFX）和FOXO6。前3种广泛表达，不同的组织内表达水平不同，而FOXO6只在中枢神经系统表达。FOXOs转录因子的表达及活性受到转录后修饰的调节（包括磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化、miRNAs等）。它被认为是一种肿瘤抑制因子，可以活化或抑制下游靶基因的表达，参与细胞增殖、凋亡、分化及应激抵抗等多种细胞生物学过程。既往有文献提出FOXOs转录因子可能参与银屑病的发病，但确切的作用机制尚不清楚。本文将对转录因子FOXOs参与银屑病表皮过度增生可能的机制、途径进行综述。

1 信号通路

1.1 PI3K/AKT

3-磷 酸 肌 醇 激 酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是肌醇与磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol,PI）的重要激酶，其活化而产生的类脂质产物包括3,4-二磷酸磷脂酰肌醇，3,5-二磷酸磷脂酰肌醇以及3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol-3-phosphate，PIP3）。PIP3作为细胞的第二信使，活化蛋白激酶B （protein kinase B，PKB/AKT），将信号传递给下游底物，包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、FOXOs转录蛋白等，该信号通路参与代谢、蛋白合成、细胞生长、细胞周期及凋亡等重要生理功能过程。活化的AKT可以磷酸化FOXOs蛋白，磷酸化的FOXOs蛋白与14-3-3蛋白结合后移出细胞核，从而降低细胞核内FOXOs蛋白水平及转录活性，抑制其调控细胞周期及细胞凋亡的作用[2]。另有研究表明其与炎症性疾病相关，其中包括银屑病[3]。PI3K/AKT信号通路对免疫系统的调节作用与银屑病免疫病理过程相关。Chamcheu等[4]研究发现，与正常对照组相比，银屑病皮损中的PI3K/AKT及mTOR激酶的表达和活性上调，在咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型的皮损中，上述激酶过度表达；磷酸化的AKT在银屑病皮损中和体外活化的银屑病样角质形成细胞中高表达[5]；银屑病皮损中mTOR及其下游信号分子如核糖S6激酶被活化[6]；提示PI3K/AKT信号通路在银屑病的皮损形成中发挥重要作用。

1.2 MAPK/ERK

丝裂原活化蛋白酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是细胞内的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，MAPK信号通路可以将细胞外的刺激信号转导至细胞内，在细胞增殖、分化以及凋亡过程中发挥重要作用。胞外信号调控激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）属于丝裂原活化蛋白激酶，活化后的ERK可以转位进入细胞核，磷酸化核内的转录因子，参与细胞增殖、分化的调控。不同于PI3K/AKT信号通路，MAPK/ERK也可以磷酸化FOXO1和FOXO3特定的磷酸化位点[7]。Roy等[8]研究提示抑制PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路，可以活化转录因子FOXOs，增强其转录活性，进而抑制细胞周期和促进细胞凋亡。小鼠模型中发现，ERK可以磷酸化FOXOs蛋白，促进其细胞核外转移，调节其转录活性[9]。该信号通路也参与银屑病的发病过程，研究表明p38MAPK、ERK在银屑病形成过程中起作用[10,11]。磷酸化的p38MAPK广泛分布于银屑病皮损的表皮中，定位于细胞核内，诱导靶基因的表达；人的角质形成细胞中有p38MAPK依赖的蛋白表达，如抗菌肽、β防御素-2、S100A7、S100A8等[12]。

1.3 IKK/NF-κB

核转录因子（nuclear transcription factor, NF）是一类可以和某些基因启动子序列结合而发挥启动转录功能的蛋白质。核转录因子Kappa B（NF-κB）的主要功能是抗凋亡，它的活性依赖于IκB激酶（inhibiting kappa B kinase，IKK）的磷酸化作用。活化的AKT可以调节IκB激酶的活性，进而磷酸化NF-κB，促使抑制细胞凋亡的基因Bcl-2表达增强，抑制细胞凋亡。IKK作用于靶蛋白FOXO3，使Ser644位点磷酸化，磷酸化后的FOXO3移出细胞核，从而促进细胞增殖和存活[13]。既往报道有关FOXOs与NF-κB之间的关系不一致，有文献表明FOXOs可以抑制NF-κB的活性[14]。然而，在一些关于肿瘤的研究中发现，FOXOs可以增强NF-κB的活性[15]。银屑病皮损角质形成细胞细胞核内NF-κB 的水平高于正常对照[16]；药物可以通过抑制NF-κB活化，抑制角质形成细胞的增殖，促进细胞凋亡，从而发挥银屑病的治疗作用[17]；因此，NF-κB可能参与银屑病的发病过程。

2 磷酸酶和张力蛋白同源基因

第10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）位于10q23.3，是一种抑癌基因，其编码具有脂质磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的双重磷酸酶，可以负性调控PI3K/AKT等信号通路，参与调控细胞生长及分裂周期。PTEN是PI3K/AKT通路重要的负性调控器，通过去磷酸化作用使得PIP3转化为PIP2，抑制AKT的活化[18]，从而抑制PI3K-AKTFOXO通路，抑制细胞的生长和增殖；PTEN也是转录因子FOXOs的靶基因，FOXOs可以增强PTEN基因的转录，正性调节PTEN的生物学功能。胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor 1，IGF-1）/PTEN/AKT/FOXOs信号通路在许多细胞和组织中发挥重要作用。在肿瘤的形成过程中，PTEN基因常常发生突变和缺失，从而导致PTEN的功能失活或降低。另外，PTEN在银屑病的形成过程中的异常表达，可能导致角质形成细胞的过度增殖。Li 等[19]研究表明，与正常皮肤组织相比，银屑病皮损中PTEN的表达显著降低，可能诱导PI3K/AKT信号通路活化，导致角质形成细胞的过度增殖和凋亡异常。PTEN表达或功能降低，对PI3K/AKT信号通路负性调节作用减弱，增强FOXOs磷酸化水平，导致其转录活性降低，抑制细胞凋亡相关基因表达，可能是银屑病表皮角质形成细胞过度增殖的机制之一。

3 微小RNAs

微小 RNAs（microRNA，miRNAs）是一类非编码小分子RNA，平均21～23个核苷酸序列[20]。miRNA与靶mRNA的3'端非翻译区的互补序列结合，抑制其翻译形成蛋白质。目前人体内被证实的miRNAs接近1 000种[21]，被认为是人体重要的调节因子，参与调控细胞增殖、分化、凋亡以及免疫应答等生物学过程。miRNAs在FOXOs的转录后调节过程中也发挥重要作用。Urbánek和Klotz[22]对既往有关miRNAs调节FOXOs活性的文献进行综述，发现多种miRNAs参与FOXOs转录后调节，其中包括miR-9、miR-21、miR-155、miR-182等；不同的miRNAs发挥作用的靶组织及参与的生物过程不同，并且不同microRNAs作用于FOXOs的不同亚型。Wang等[23]研究发现miR-155可以作用于FOXO3，促进胰腺癌的氧化应激反应。Babar等[24]研究发现，在肺癌中，缺氧条件导致miR-155过度表达，同时会诱发miR-155的靶点- FOXO3a水平的下降，从而促进肿瘤发展，导致预后不良。在溃疡性结肠炎的病变组织中发现miR-155表达上调，其调控的靶基因FOXO3a的表达水平明显下降[25]。另一方面，银屑病的皮损中miR-155的表达水平明显高于正常皮肤组织；银屑病皮损的角质形成细胞中，抑制miR-155可以通过调节PTEN信号通路抑制细胞增殖、迁移以及促进其凋亡[26]。Li 等[27]研究发现，在银屑病皮损中miR-150的表达下调，低氧诱导因子1α（hypoxiainducible factor 1α，HIF-1α）和血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）表达上调，miR-150可能通过调节HIF-1α和VEGFA的表达来调控表皮角质形成细胞的增殖。银屑病患者皮损角质形成细胞MiR-181b的表达水平低于健康对照和银屑病患者非皮损，提示MiR-181可能负性调节银屑病皮损角质形成细胞的增殖[28]。miRNAs参与FOXOs的转录后修饰，调控细胞的增殖和凋亡，可能在角质形成细胞过度增殖中发挥作用。

4 细胞周期信号调控

细胞周期蛋白以及细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）是参与细胞周期调控的主要因子，其表达异常会导致细胞周期调节异常，甚至肿瘤的形成。细胞周期蛋白（cyclin）-细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）复合物磷酸化大量的细胞内蛋白，促进细胞进入细胞周期G1期，调节DNA的合成，触发有丝分裂中染色体的分离，从而确保细胞周期有序进行[29]。哺乳动物的Cyclin家族成员超过20种，但是只有少部分Cyclin-CDK复合物被证实直接参与细胞分裂周期的调控，不同种类的细胞周期蛋白在细胞周期的不同时期发挥作用。在细胞周期的G1期，Cyclin D与CDK4、CDK6相互作用，可以磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）、p107、p130等，磷酸化的Rb蛋白从结合的转录因子E2F解离，E2F起始转录、激活细胞周期相关的基因表达，从而推动细胞周期由G1期进入到S期；在G1期的后期，Cyclin E表达上调，活化CDK2，磷酸化更多的细胞周期相关蛋白；Cyclin A与CDK1、CDK2作用以及Cyclin B1-CDK1磷酸化细胞周期相关蛋白，调节DNA复制和染色体功能，促进细胞周期的进程[30]。转录因子FOXOs参与调节细胞周期蛋白的表达，FOXOs蛋白还可以直接结合Cyclin G2启动子，增加Cyclin G2的表达[31]，过表达的Cyclin G2可以诱导细胞周期停滞；Cyclin B是细胞有丝分裂的正性调节因子，在细胞分化增殖中发挥重要作用。Cyclin B表达缺失会影响细胞周期的末期，使细胞退出M期，FOXOs可以调控Cyclin B的合成和降解[32]。 FOXO3a可以上调细胞周期抑制因子P27Kip1和p21Cip1的表达，降低Cyclin D1和Cyclin E的表达水平，抑制细胞周期[33]。Sang等[34]研究发现FOXO3a通过上调P27Kip1，下调CDK2、Cyclin D1的表达，抑制内皮祖细胞的增殖。Cyclin D1还可以与 FOXOs形成复合物，抑制FOXOs与靶基因的结合，从而抑制其转录活性[35]。Abou 等[36]研究发现，与健康对照相比，银屑病皮损中Cyclin D1表达明显增加，p16表达明显降低，Cyclin D1上调及p16下调可能在银屑病的发病过程中发挥作用；经过光疗后Cyclin D1表达下调及p16表达上调。中药方剂PSORI-CM01可以抑制咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型的表皮过度增殖，降低表皮Cyclin B2的表达，可能通过下调Cyclin B2的表达发挥抑制角质形细胞增殖的作用[37]。FOXOs表达和转录活性异常，导致细胞周期蛋白的表达失调，从而可能引起银屑病皮损角质形成细胞的过度增殖。

5 细胞凋亡信号调控

细胞的凋亡受生物体自身的严格调控，当正常的凋亡受到干扰，细胞出现异常，甚至发生癌变。FOXOs转录蛋白调节、诱导凋亡相关蛋白的表达，在细胞凋亡中发挥重要调节作用。转录因子FOXOs被活化后，可以提高凋亡相关蛋白Bim的表达，作为促凋亡蛋白Bax的活化剂，最终导致线粒体功能障碍、Caspase蛋白酶活化以及DNA碎裂，介导细胞凋亡[38]。在凋亡过程中，FOXOs参与线粒体依赖和线粒体非依赖途径，诱导死亡受体配体Fasl、肿瘤坏死因子相关凋亡配体（TNF-related apoptosisinducing ligand，TRAIL）、Bim 等 表 达[39]。Hanna等[40]发现银屑病患者血清可溶性Fas（sFas）水平显著高于健康对照，经治疗后sFas水平升高；可溶性FasL（sFasL）水平两组无显著差异；银屑病患者中sFas/sFasL比值显著高于健康对照；数据提示银屑病患者sFas/sFasL通路上调。银屑病角质形成细胞凋亡受抑制，在银屑病皮损中促凋亡相关的Bcl-2家族表达下调[41]；既往文献关于银屑病皮损中p53和bcl-2的表达水平结果尚存争议，但有实验表明p53的表达与银屑病的角质形成细胞增殖具有一定的相关性[42]，Bcl2、p53可能在银屑病的发病过程中起作用。FOXOs可能通过调控下游凋亡相关蛋白的表达，使角质形成细胞的凋亡异常，参与银屑病皮损的形成。

6 结语

综上所述，转录因子FOXOs是调节细胞生长周期及细胞凋亡的重要因子，其转录活性受到磷酸化为主的翻译后修饰调节的作用，miRNAs也可参与FOXOs转录后活性的调节。FOXOs转录活性异常导致细胞周期和凋亡通路改变，细胞增殖失调，甚至发生肿瘤。既往研究表明PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路，miRNAs、细胞周期和凋亡通路与银屑病表皮角质形成细胞过度增殖相关。有文献表明FOXOs转录活性异常可能导致银屑病皮损角质形成细胞的增殖失调，参与银屑病的发病，但具体机制尚不明确。研究FOXOs在银屑病形成中的作用机制不仅有利于进一步阐明银屑病的发病机制，同时也为银屑病治疗提供新的靶点。