HOX基因与妇科肿瘤的研究进展

毕琦玲 周立红 综述 韩毅敏 审校

HOX(Homeobox，HOX)基因是由183个核苷酸组成的保守序列，其编码的61个氨基酸的多肽为同源结构域。HOX蛋白是小分子蛋白，可在正常的胚胎发育中作为转录因子以及在胚胎的前-后轴形成中起到重要作用。HOX蛋白作为主调节器，可以激活或抑制其下游靶基因。大量的科学证据表明，许多对正常胚胎发育至关重要的基因的异常表达能够导致癌变。HOX基因的表达失调已报道于不同的实体肿瘤和白血病，其中一部分已被确认为致癌过程的重要部分。在这个意义上，部分癌症中HOX基因的改变可作为精确诊断和提示预后的生物标志物，通过目前国内外的研究可期待其作为治疗癌症的潜在靶点。本文主要总结了HOX基因在妇科肿瘤的发生发展中的作用，现报告如下。

1 HOX概述

HOX在人类基因组中分为4个基因簇，分别命名为HOXA、HOXB、HOXC和HOXD。在这4个基因簇中有39个基因，是生物发育、分化的主控基因。在早期胚胎的形成过程中起着关键的作用，例如在中枢神经系统、中轴骨、胃肠道、外生殖器和肢体发育等。HOX基因所编码的HOX蛋白是一类重要的转录因子。HOX转录因子维持和调节组织的干细胞库，他们可以为组织修复和再生定向驱动干细胞的分化[1]。在成人组织及其发展过程中，转录因子(HOX基因编码的转录因子)调控着机体的机制，维持着细胞的健康。HOX蛋白家族通过提供必要的限定信息来控制机体正常的形态形成[2]。

2 HOX与肿瘤

肿瘤发生所涉及的信号通路失调是在器官发生和正常干细胞自我更新过程中所必需的途径。相比较于正常组织，在癌症中HOX基因的表达失调的机制主要有：(1)HOX基因高表达或重新激活；(2)HOX基因低表达或沉默；(3)改变时空激活的HOX基因表达。此外，在不同的肿瘤组织，HOX基因也呈现出不同的表达失调[3-4]。部分HOX基因的表达能够促进侵袭性肿瘤的各种特征，如DNA修复[5]、侵袭、迁移[6]和诱导血管生成[7]。因此，HOX基因的表达与癌症患者的生存息息相关[8]。已有研究表明HOX基因在黑色素瘤[9]、头颈部[3]、前列腺[10]、乳腺[11]、卵巢[12]和胰腺癌[13]等多种恶性肿瘤中异常表达。在大多数实体肿瘤类型中(除了卵巢癌)主要显示HOXC基因的表达，尤其是HOXC4、HOXC9、HOXC11和HOXC13，而在实体瘤中最常见的激活基因为HOXC9和HOXB13[4]。

2.1 HOX与宫颈癌

部分HOX基因高表达可影响宫颈癌的发生发展。使我们注意到了其在发病中的很多变化。如在宫颈鳞癌中，HOXC13表达增强并可通过组蛋白甲基化调控[14-15]。

宫颈癌的致病因素主要是高危型人类乳头状瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)的持续感染[16]。感染HPV18的宫颈癌，若恢复HOXA9表达则显著降低了癌细胞生长、集落形成、代谢和细胞迁移[17]。与此相反，另有实验表明，与正常黏膜细胞相比，在喉鳞状细胞癌中的HOXA9呈现高表达[18]。在宫颈癌病理进展中HOXB2和HOXB13呈递增表达，即在正常宫颈组织、CIN1、CIN2-3和宫颈癌中，HOXB2和HOXB13表达呈依次递进增加，同时其表达也与HPV感染呈正相关(即HPV感染阳性组的表达高于HPV感染阴性组)[19]。与HPV阴性对照组比较，在宫颈癌中HOXA10，HOXA13，HOXB13，HOXC8，HOXC9，HOXC11和HOXD10的表达显著改变。其中，HOXA10是成员中唯一表现出明显低表达的，而其余均呈现高表达[20]。另有实验也表明[14，21-23]通过诱导上皮间质转化(Epithelial mesenchymal transition，EMT)证明了HOX基因簇成员在促转移中的作用。通过实时定量PCR确认同一组样本中HOX基因簇成员的表达水平，以及EMT标记物的表达，即上皮细胞钙黏蛋白(E-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)。结果显示，与HPV阴性对照组相比，宫颈癌病例中E-cadherin表达明显减少，而Vimentin表达显著增加[20]。该研究也表明，两个EMT标记物的表达与HOX基因簇两个成员的表达相关，即HOXA10与E-cadherin呈正相关，与Vimentin呈负相关；HOXB13正好相反，其与E-cadherin呈负相关，与Vimentin呈正相关。

2.2 HOX与子宫内膜癌(Endometrial cancer，EC)

EC细胞中HOXA10表达的增强可诱导细胞周期阻滞，降低癌细胞增殖活性。在这项研究中，其检测到HOXA10作为一种新型的雌激素和孕激素应答因子，不仅参与正常子宫内膜的发展，而且促进了子宫内膜癌的肿瘤发展过程[24]。HOXA10和p21基因下调表达可促进癌症的发生发展，即子宫内膜癌分化越差，HOXA10基因表达越低。

肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated macrophage，TAM)的广泛浸润常预示某些恶性肿瘤预后不良，即乳腺癌、卵巢癌和子宫内膜癌[25-27]。TAM可在子宫内膜癌中通过诱导肿瘤血管生成和加速肿瘤转移，促进肿瘤进展[28]。TAM-衍生的CXCL8(人细胞因子抗体阵列检测TAM-衍生的细胞因子之一)可抑制雌激素受体α(Estrogen receptor-α，ERα)的表达，增强了肿瘤的侵袭[29]。有观点认为HOXB13作为转录因子起到了抑制ERα表达的作用[4]。TAMs通常聚积于癌巢并伴有CXCL8和HOXB13的高表达，以及ERα的低表达。HOXB13和TAMs、CXCL8、ERα之间相互作用促进了EC的发展，若在未来研究中探索到这些因子的抑制剂或拮抗剂等，期待可开拓更好治疗子宫内膜癌的新手段。有趣的是在EC中靠近肿瘤的侵袭边缘也可以看到波形蛋白(Vimentin)的高表达和上皮细胞钙黏蛋白(E-cadherin)的低表达。

2.3 HOX与卵巢癌

在上皮性卵巢癌(Epithelial ovarian cancer，EOC)中HOXA4可通过抑制表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor，EGFR)而降低正常卵巢表面上皮(Ovarian surface epithelium，OSE)和上皮性卵巢癌(EOC)细胞的活动性，引导细胞迁移。HOXA9的表达刺激了肿瘤发展，促使肿瘤细胞在腹膜表面种植[30-31]。癌症的治疗或许潜在调整了HOX基因的活性或其相互作用因素，例如细胞整合素(Integrins)和钙黏素(Cadherins)，以此来降低EOC细胞的扩散和转移[32]。

HOX基因的表达谱在铂类耐药细胞株和铂类敏感细胞株也具有显著的差异。PEO4(铂类耐药细胞株)中HOXB3和HOXB4基因的表达明显高于PEO1(铂类敏感细胞株)。PEO23(铂类耐药细胞株)相比于配对物-PEO14(铂类敏感细胞株)也有一个相对高表达的HOXB4基因。根据细胞株基因表达数据，总体上铂耐药细胞株较正常和铂敏感细胞株呈现HOX基因的高表达[33]。该课题组研究也表明在高级别浆液性EOC中HOXA13、HOXB6、HOXC13、HOXD1和HOXD13这五个基因的高表达提示患者预后较差。除了致癌作用，一些HOX基因也可作为肿瘤抑制基因。例如HOXA4的表达可阻断卵巢癌细胞的扩散，HOXC8与卵巢癌的进展呈负相关[34]以及HOXC6基因和蛋白在浆液性卵巢癌患者中呈低表达等[35]。

通过对HOX基因的深入研究，期待能够将其作为肿瘤治疗反应的替代标志物，指导在临床对卵巢癌患者从肿瘤基因角度进一步分类，以期在精确医学、临床试验、个性化临床诊断和治疗中可早期评估癌症治疗的疗效。

3 HOX在癌症治疗中的指导与应用

在癌症治疗中，肿瘤复发、耐药、更换治疗方案后肿瘤仍控制欠佳、再复发等导致患者疾病预后较差，生存期缩短。HOX基因(RNA水平)对一些恶性实体肿瘤如乳腺癌(HOXB7)[36]和卵巢癌[12]等可指导预后。HOX蛋白可通过结构域与DNA结合，而这种绑定是相对不特定的(因为它一般只包含4个碱基对识别序列)。更大的特异性是由辅助因子的帮助结合，如前B细胞白血病同源盒(Pre-B-cell leukemia homeobox，PBX)。PBX基因在一些实体肿瘤中也过度表达，其与癌症侵袭能力、远处转移和总生存率等显著相关。PBX3、HOXA7、HOXA9和HOXA11这四个基因在细胞遗传学异常的AML(Cytogenetically abnormal AML，CA-AML)中已成为生存率差的独立预测因子。而PBX3与HOXA9经常共同表达在CA-AML的不同亚型，或许HOXA9也可成为潜在的病理因子。

然而医学科研发展的宗旨始终是以解决疾病为根本，我们需要更有效的药物和手段缓解病痛和治愈癌症。近年来一种被称为HXR9的肽，因其可作为HOX/PBX结合的竞争性拮抗剂，而越来越成为人们研究的焦点。已有实验证明HXR9能够抑制一系列在小鼠异种移植模型的肿瘤生长，如乳腺癌和卵巢癌等[37]。通过HXR9杀伤乳腺癌细胞株与HOX1-9基因的表达密切相关[38]。随着联合诊断在患者病情分类及个性化治疗中日益突显，其更有益于患者的靶向治疗。以HOX/PBX抑制剂为主要作用机制的抗肿瘤药物，可成为重要的临床药物。

目前已有一些研究HOX与化疗药物治疗肿瘤的关系，如使小细胞肺癌多药耐药细胞的HOXA1基因表达(在经阿霉素，顺铂或VP-16治疗后)其增加了细胞凋亡以及降低了细胞周期阻滞[42]，表明HOXA1是与化疗药物有关的促凋亡和细胞周期调控因子；抑制HOXA10的表达可增强胶质母细胞瘤癌细胞对替莫唑胺(Temozolomide)治疗的敏感性[5]。但是HOX基因与妇科肿瘤相关治疗方面的研究却报道不多，其可成为未来科研的努力方向。

4 小结与展望

目前，越来越多的科研人员研究HOX基因的表达、甲基化、移位或突变作为诊断、预后、转移和治疗反应预测因子的新生物标记物。HOX基因的潜力依然有很多未知，期待进一步的研究能够提供更有特异性和便捷性的诊断标志物来方便诊断，同时能够以此探索研发抗肿瘤的新药物乃至攻克癌症。

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