干细胞转录因子SOX2与非小细胞肺癌的研究进展

王永芳 张春芳 陈昊

徐州医科大学附属连云港市第一人民医院病理科（江苏连云港 222002）

1990年，SINCLAIR等［1］首次在哺乳动物体内发现了睾丸决定因子Y染色体性别决定区（sex⁃determining region Y，SRY）基因，SRY含有独特的高迁移率族结构域（pro⁃tein，group mobility high，HMG）。伴随着SRY基因的发现，诞生了一个新的基因家族，即SOX（sex⁃determining region Y［SRY］⁃box）家族，迄今为止，已经在小鼠和人类体内发现了20余种不同的SOX基因［2］。SOX2基因作为SOX家族的重要成员参与了多种恶性肿瘤发生发展，近年来有研究显示，SOX2在多种组织中异常表达，且在肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移中起到重要调节作用。与非小细胞肺癌的发生、发展密切相关，本文就SOX2的结构、功能特点，及其与人体恶性肿瘤尤其是非小细胞肺癌发生、发展的作用机制作一综述。

1 SOX2的结构及功能特征

SOX2基因位于染色体3q26.3⁃q27上，属于SOXB1系列（还包括SOX1和SOX3），编码由317个氨基酸组成的蛋白质［3］。SOX2蛋白通常与DNA在小沟处结合，并引起DNA双螺旋以80°弯曲。和大多数SOX基因一样，SOX2为单外显子结构，不形成基因簇，而随机分散于整个基因组，由3个主要区域组成：N⁃末端，HMG⁃box DNA结合结构域和C⁃末端转录激活结构域。其中，HMG结构域作为主要的功能区与DNA靶序列（A/T）（A/T）CAA（A/T）G特异性的结合，并可以与核输入信号及核输出信号一起参与SOX2的自身调节。C⁃末端转录激活结构域包含了一段富含丝氨酸的序列，主要负责结合启动子，导致其靶基因的激活或抑制。在脊椎动物SOX2 mRNA 3′非翻译区（3′un⁃trans⁃lated region，3′UTR）中存在4段非常保守的富含AU的区域，SOX2的3′UTR可能参与了其转录后调控。研究发现，SOX2既可以直接与DNA靶点结合，从而调节相关基因的表达，还可以与其他蛋白形成复合物，该蛋白复合物可作为转录激活剂维持胚胎干细胞未分化状态和自我更新能力［4］。SOX2作为一种分子“变阻器”，一方面，可以控制多能干细胞的活性，在维持正常干细胞特性、决定谱系命运和将体细胞重编程具有多能性中起关键作用。另一方面，SOX2还可以作为癌基因在肿瘤发生发展中起重要的调控作用，其基因突变或表达异常与多种癌前病变及肿瘤的生物学行为相关。

2 SOX2与人体多种恶性肿瘤

许多研究发现胚胎干细胞和恶性肿瘤干细胞有着相似的调节机制，而维持干细胞特性的调节因子（如SOX2、OCT4与NANOG等）和信号转导通路（如Wnt、BMP与Notch等）在肿瘤形成过程中均起着至关重要的作用。多项研究发现 SOX2过表达可以促进肺癌［5］、卵巢癌［6］、乳腺癌［7］和头颈鳞癌［2］等多种肿瘤细胞的增殖，侵袭和转移。在卵巢癌细胞中SOX2可能直接与β⁃catenin结合并激活Wnt/β⁃catenin通路来维持卵巢癌的肿瘤干细胞特性［6］。LIU等［7］使用包括细胞培养、shRNA介导的敲低、创伤愈合、集落形成、异种移植物和尾静脉注射等多种体外和体内试验、并使用蛋白质印迹、免疫染色、微阵列和实时PCR来确定蛋白质和miRNA水平的变化，从而研究SOX2在乳腺癌转移中的作用，最终他们发现了一种新型的由SOX2介导的调控轴，通过降低肿瘤抑制候选物3（TUSC3）的蛋白水平的表达而促进乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。但在胃癌细胞的研究中，CHEN 等［8］运用 Western blot和 real⁃time PCR两种方法均发现较之于正常的胃组织，SOX2在胃癌细胞中的蛋白及mRNA的表达均下调，并且胃癌组织中高表达SOX2的患者在淋巴结转移、治疗效果和预后方面优于低表达者，他们认为SOX2通过上调P21的表达而抑制了胃癌细胞的转移和侵袭能力。SARKAR等［9］也发现在小鼠模型，SOX2基因可以通过抑制Tcf/Lef依赖性靶点从而抑制过度激活的Wnt/β⁃catenin信号传导来限制胃肿瘤细胞生长增殖，起到类似抑癌基因的作用。而在肺癌，BAL⁃SARA等［10］荟萃分析显示SOX2是多基因致癌驱动器3q25⁃27扩增子的驱动基因，可通过控制细胞增殖和恶性转化促进肺癌的发生，其过表达可增加肺癌细胞迁移和集落形成，相反，敲除SOX2基因则可限制肺癌细胞生长并抑制其转移能力。鉴于以上不尽相同的研究结果，说明SOX2对肿瘤的调节作用，并非通过单一途径，而是涉及较为复杂的多因子、多通路的网络系统来实现的，并且可能受不同组织微环境的影响，提示仍需要大宗数据、更深入多样的研究方法，多方位地探索其信号传导网络及分子作用机制。

3 SOX2与非小细胞肺癌

3.1 肿瘤干细胞在肺癌发生中的作用及SOX2在肺癌中的表达自20世纪90年代BONNET等［11］分离自急性髓样白血病患者的CD34+/CD38-细胞亚群能在非肥胖糖尿病/重度联合免疫缺陷（NOD/SCID）小鼠模型中重新形成急性髓样白血病以来，肿瘤干细胞假说不断被完善，该学说提出肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织中小部分具有干细胞性质的细胞亚群，并能通过不对称分裂，产生保留有相同性质的肿瘤干细胞以及不同分化程度的、非致瘤性肿瘤细胞。为解释肿瘤内部的异质性提供了一条新思路。近年来的研究在乳腺、脑、前列腺、卵巢、结肠、肝脏、肺和胰腺等实体瘤中均发现了相应的肿瘤干细胞［12］。在肺癌的发生、发展过程中，肺癌干细胞可能扮演了重要的角色，在肿瘤的复发、转移、抗化疗药物等方面发挥作用。与胚胎发育或分裂分化相关的信号主要通路如Notch通路、Hedgehog通路、Wnt通路、STAT3通路和PI3K通路的异常激活，以及Oct4、SOX2和Nanog这三种胚胎干细胞自我更新的核心转录因子，和与肺癌的发生及恶性转移有密切关系［13］。2005年，KIM等［14］构建的经典的肺细支气管干细胞小鼠模型，通过一系列实验研究有力的证明，在正常的肺组织中具有一种同时表达AT2细胞特异性标记和Clara细胞特异性表面抗原的双阳性细胞，类似于干细胞的特性，他们称之为细支气管干细胞，该细胞可诱导转化成细支气管肺泡细胞癌。LEUNG等［15］检测出CD44+肺癌细胞株可以表达干细胞多能性基因Oct4、SOX2/POU5F1、NANOG，而CD44-细胞则不能，此外，分选出的CD44+肺癌细胞株对顺铂更加耐药，且更容易在动物模型上种瘤成功。SOX2作为关键的胚胎干细胞转录因子，在维持干细胞的多能性、增殖、自我更新和多向分化方面具有重要作用，其异常表达可能与肺癌的发生和进展密切相关。

SOX2的表达与肺癌的病理类型密切相关，在肺癌的不同病理学亚型中，其表达情况有所不同，其表达上调在鳞状细胞癌较为显著［16］。雷艳等［17］研究结果表明SOX2蛋白在癌组织的阳性表达远远高于癌旁组织的表达量，且在鳞癌（87%）中的阳性率明显高于腺癌（71%）。WILBERTZ等［18］应用荧光原位杂交和免疫组化方法检测来自瑞士苏黎世（250例腺癌和262例鳞状细胞癌）和美国纽约（325例腺癌和54例鳞状细胞癌）两个独立群体的肺癌患者共891例的SOX2基因扩增和SOX2蛋白表达状态，数据显示SOX2在8%的苏黎世（16/210）和纽约（4/49）鳞状细胞癌呈高水平的扩增，而没有来自任一队列的腺癌表现出这种改变，低水平扩增在大多数鳞状细胞癌中发现：分别为苏黎世68%（143/210）、纽约65%（32/49）。相比之下，只有6%的苏黎世（13/208）和纽约（16/291）腺癌具有低水平的SOX2扩增。同样，正常肺组织没有表现出SOX2的扩增。SOX2扩增在鳞状细胞癌中比腺癌更为常见，在两个独立的队列中获得了类似的结果。SOX2蛋白的表达在两个队列中发现相似的表达模式：在两个群体的鳞癌样本中可以检测到广泛的SOX2表达，腺癌标本则显示SOX2表达少得多，与SOX2扩增状态一致，总的平均SOX2表达在鳞癌中显著高于两个队列中的腺癌。SOX2扩增状态较高的鳞癌患者SOX2蛋白表达水平显著升高。癌症基因组图谱研究组专家［19］研究数据显示，63%的肺鳞癌中发现SOX2基因扩增，而在蛋白质水平上，则有80%～90%的肺鳞癌存在表达增加，表明存在有多种生物学机制诱导其活化。SAMULIN等［20］研究显示SOX2在肺鳞癌基因扩增率为59%，远高于腺癌（20%）和大细胞癌（34%）。SASAKI等［21］研究发现，较之于肺腺癌，在肺鳞状细胞癌中SOX2基因的DNA拷贝数显著增加，提示SOX2在肺鳞状细胞癌中的过表达可能是由DNA拷贝数增加引起的，而在肺腺癌中的调节机制则可能是由于转录中或转录后修饰等其他原因引起的，同时也反映了这些实体肿瘤之间发生癌变的细胞来源及基本分子机制差异。

3.2 SOX2与肺鳞状细胞癌恶性转化肺鳞癌是肺癌的最常见亚型之一，每年造成约400 000人死亡，其基因组改变较为复杂，尚未得到全面的基因组表征，从而没有针对其治疗专门开发分子靶向药物。赵璐等［22］的研究结果显示，SOX2在肺鳞癌组织高表达，可能促进肺鳞癌患者淋巴结转移及提示患者较晚的临床分期。2012年，癌症基因组图谱专家组通过对178个肺鳞癌的全面研究，以提供基因组和表观基因组改变的综合特征，肺鳞癌基因组改变特征较为复杂，平均360个外显子突变，165个基因组重排，和每个肿瘤的323个拷贝数改变片段。他们发现在几乎所有标本中包括TP53突变的18个基因的统计学复发性突变，显著改变的途径包括34%的NFE2L2/KEAP1，44%的鳞状分化基因，47%的PI3K/AKT和72%的CDKN2A/RB1，他们的研究确定了大多数肿瘤的潜在治疗靶点，为肺鳞癌的治疗提供了新的研究途径，44%的鳞状分化基因中，包括SOX2和TP63的过度表达和扩增，揭示SOX2是肺鳞状细胞癌中重要的癌基因，在肺鳞状细胞癌的发生发展中具有极其重要的作用［19］。SOX2通常在信号传导通路的下游起作用，它的激活将进一步导致下游生物学效应，最终改变细胞表型，引起癌细胞增殖，侵袭和转移。研究发现，SOX2上游的许多蛋白质和信号通路如EGFR⁃Src⁃Akt以及SOX2的下游效应物包括c⁃Myc、WNT1、WNT2和NOTCH1与肺癌干细胞的自我更新有关［23］。KIM等［24］研究发现，在肺鳞癌中，SOX2基因和PIK3CA基因在肺不典型增生中同步扩增并频繁发生结合，从而活化PI3K信号传导通路而诱导肺鳞状细胞癌干细胞增殖，并维持肺基底细胞的鳞状上皮损伤反应，从而导致癌前病变，最终促进肺鳞状细胞癌的发生。KUO等［25］研究结果表明，SOX2与c⁃Myc基因启动子的结合增加，可增强肺癌干细胞活性从而影响肺癌的发生发展，该作用通过Galectin⁃3激活EGFR/c⁃Myc/SOX2轴调节EGFR信号传导，并增强c⁃Myc蛋白稳定性从而调控SOX2表达。FERONE等［26］研究发现SOX2好像一个决定不同来源细胞向肺鳞状细胞癌转变的开关，它可以通过使抑癌基因Pten和Cdkn2ab失活从而促进正常的肺支气管上皮细胞向恶性表型转化。

3.3 SOX2与肺非小细胞肺癌侵袭与转移雷超等［27］通过构建SOX2过表达慢病毒并感染胃癌干细胞中的模型，利用实时定量PCR和蛋白免疫印迹（western bolt）检测感染慢病毒后胃癌干细胞中SOX2表达情况，发现SOX2在胃癌中发挥抑癌基因的功能，他们分析认为，其机制可能通过抑制肿瘤干细胞的自我更新、增殖和侵袭转移能力而抑制胃癌的发生发展。而SOX2在非小细胞肺癌中过表达，在肺鳞状细胞癌中尤为显著，其机制较为复杂。LI等［5］报道，SOX2过表达可以促进正常人支气管上皮细胞的增殖，与癌旁非肿瘤组织相比，肺鳞状细胞癌组织中SOX2的表达水平显著上调，用干扰RNA沉默SOX2基因表达后，肺鳞状细胞癌细胞增殖减少。YING等［16］研究发现，SOX2可诱导鳞癌标记物p63和keratin 6的表达，激活下游表皮生长因子受体和胰岛素样生长因子-1，从而促进癌细胞的增殖、侵袭和迁移。同时有学者研究发现无论在体内还是体外，当抑制SOX2可使得肺鳞状细胞癌细胞增殖停滞，其原因是通过抑制下游CDKN1A基因使细胞周期停滞在G1期，进一步证明SOX2可维持肺鳞状细胞癌生长从而发挥致瘤作用［28］。BORA等［29］的研究发现，SOX2作为EGFR信号转导途径和Hedgehog信号通路下游的共同枢纽调节非小细胞肺癌干细胞的自我更新和肿瘤血管生成的能力，提示靶向SOX2基因有望成为对抗非小细胞肺癌，特别是鳞状细胞癌的有效手段。

3.4 SOX2与肺非小细胞肺癌预后近年来，多项研究都表明SOX2的表达与非小细胞肺癌的预后相关，但结论不尽相同。SHOLL等［30］评估了104期I型肺腺癌手术切除后的患者，SOX2在50%的患者中检出，在老年患者和男性患者中更为常见，但与吸烟状况、肿瘤分期、分级或组织学亚型无关。通过单因素分析，至第5年时，SOX2表达阴性者和阳性者分别有82%和49%无病生存，SOX2阴性组和阳性组5年总生存率分别为79%和54%，因此SOX2阳性表达患者的进展时间和五年总生存率均短于阴性表达者，并且男性患者死亡风险SOX2阳性者较阴性者明显增高，女性死亡风险适度增加，因此他们预测SOX2可能是I期肺腺癌不良预后的独立预测因子，并增加了分层患者的复发风险。但另一项跨国大样本研究中，学者们评估了891例来自于两个独立群体的SOX2基因扩增和SOX2蛋白过表达与肺鳞癌和腺癌的预后，在肺鳞癌中，发现高水平SOX2扩增的患者中发现更好的生存率，低水平扩增病例与未经SOX2拷贝数改变的病例生存率无显著差异。SOX2高表达水平者与年龄小、肿瘤分化程度高、低PT分期、直径小、血管淋巴结浸润和转移几率低相关；在腺癌，也发现低水平的SOX2扩增，较之于与无扩增者，转移率也低［18，31］。与此研究结果一致，YOON等［23］对Ⅲ期肺鳞状细胞癌手术治疗，随后接受辅助放疗的患者研究发现，SOX2过表达与SOX2基因扩增呈正相关，SOX2过表达可作为Ⅲ期肺鳞癌患者术后辅助放疗的一个积极预后因子，但SOX2扩增没有表现出更长的无病发生存率和总体生存率，他们分析认为SOX2扩增不是蛋白过表达的主要原因，染色体易位或突变等机制值得进一步深入研究。SHAO等［32］关于SOX2对肺非小细胞肺癌预后作用做了较为系统的Meta分析，入选标准包括：（1）原发性肺癌组织SOX2表达；（2）提供存活的信息；（3）随访时间超过5年；（4）当同一作者报道在多个出版物从同一患者人群中得到的结果，取最近或最完整的报告。对符合标准的在2010-2013年期间发表的包含1 944例肺非小细胞肺癌患者的7项相关研究进行系统评价，3项研究在亚洲人群中进行，其余4项研究是针对欧洲或美国患者。结果显示7项研究中只有1项将SOX⁃2过度表达作为预后不良的指标，但2项研究显示SOX2过表达对生存率没有统计学意义的影响，其他5项研究显示对预后有利影响。

4 结论与展望

SOX2作为关键的干细胞转录因子，近年来在多种恶性肿瘤组织中的功能被逐渐揭开神秘的面纱，其作用机制也被更深入、广泛的认识，但其高表达在不同的组织来源的恶性肿瘤中对肿瘤细胞恶变、转移、侵袭能力和预后的等作用，目前报道结论不尽相同，尚存争议。比如在胃癌中表现为抑制作用，而在肺癌、乳癌及卵巢癌等则表现为促进肿瘤的发展，说明SOX2对肿瘤的作用，存在极为复杂的信号传导网络，仍需多种组织大宗数据和多种层次的研究以探究竟。近年来，SOX2被证实是与肺癌有关的癌基因，在调控其发生发展、侵袭、转移及耐药方面均起到重要作用。值得注意的是，较之于肺腺癌，大部分研究认为

SOX2在肺鳞状细胞癌中表达更显著，主要表现为SOX2基因扩增，为肺鳞状细胞癌的诊断及治疗提供了新思路，可能成为肺非小细胞肺癌尤其鳞状细胞癌患者个体化治疗的新靶点。但也有学者研究发现有研究表明SOX2过表达是Ⅲ期肺鳞癌患者术后辅助放疗的一个积极预后因子，但

SOX2扩增没有表现出相应的结果，他们分析认为该组研究SOX2扩增不是蛋白过表达的主要原因，染色体易位或突变等机制值得进一步深入研究。并且DNA拷贝数增加在鳞癌远高于腺癌，说明DNA拷贝数增加对肺癌的作用只是其中机制之一，所以SOX2过表达的详细机制尚有待更深入研究。