叉头框蛋白C1在恶性肿瘤中的临床应用

杨传超1，张墨轩1，张 健，衡雪源

(1 潍坊医学院，山东 潍坊 261053；2 临沂市人民医院，山东 临沂 276000)

目前，恶性肿瘤的发生机制仍不明确。因此，研究其发病机制，寻找新的药物靶点仍是当前研究的热点。叉头框家族(FOXs)是一个进化上高度保守的转录调控因子家族，可通过调控癌基因、抑癌基因、细胞周期调控分子、生长相关信号转导通路、血管生成相关因子和细胞的凋亡过程等，对多种恶性肿瘤细胞的增殖、分化、凋亡、转移和侵袭产生重要影响。该家族基因分为19个亚群(FOXA-FOXS)，现就其中的FOXC1基因的结构、生理功能、在不同恶性肿瘤中的作用以及在肿瘤耐药方面的研究进行综述。

1 FOXC1的结构 功能及调控

1.1FOXC1的结构 FOXC1基因为位于人类6号染色体(6p25)的单个外显子基因，编码一个含有533个氨基酸的蛋白质，是FOXs蛋白家族的重要成员，具有核定位和转录调控所需的从N-端到C-端边界的功能区域。该区域含两个转录激活区(Activation domain，AD1、AD2)、一个叉头框区(Forkhead domain，FHD)和一个转录抑制区/磷酸化区(Inhibitory domain，ID)。AD1和AD2分别位于氨基酸序列1～51和435～553位，AD1与FOXC1特异性靶基因的激活有关，AD2是一种转录激活因子。FHD位于氨基酸序列73～176位，包括3个α-螺旋、3个β-折叠和2个位于第3个β-折叠两侧的“翼状”结构，称为“翼螺旋”结构，该“翼状”结构两侧分别含一个核定位序列(Nuclear localization signal，NLS1、NLS2)，其中NLS1富含碱性氨基酸残基，NLS2富含谷氨酰胺[1]。FOXC1蛋白通过NLS定位于细胞核内，使FHD结构域与靶定DNA相结合，以调节目的基因表达。ID位于氨基酸序列215～366位，其缺失可以显著增加FOXC1的活性，且其特定残基翻译后磷酸化可抑制FOXC1的功能。

1.2FOXC1的功能 FOXC1参与胚胎发育过程。FOXC1突变与阿克森费尔德-里格尔综合征的发生有关，影响眼和骨骼发育。动物实验证实，敲除FOXC1会导致小鼠脑膜、心脏、肾脏、尿道等器官发育异常。此外，FOXC1还与汗腺细胞分化、淋巴管生成、干细胞沉默等有关[1]。

FOXC1也参与多种肿瘤的发生和演进。FOXC1与肿瘤相关癌基因同源蛋白2(Gli 2)的结合可维持肿瘤干细胞样细胞特性[2]；FOXC1增强细胞周期蛋白D1(CyclinD 1)的表达，可促进肿瘤细胞增殖[3]；在肿瘤血管形成方面，血管内皮生长因子可激活FOXC1，增加FOXC1介导的Dll4和Hey2活化；FOXC1还可被Snail和Twist上调，增加其下游靶点蛋白表达，促进肿瘤的迁移和侵袭[4]。

1.3FOXC1的调控修饰 FOXC1的表达受多种生物学水平调控，包括DNA转录调控、转录后调控和翻译后修饰。众所周知，DNA甲基化和组蛋白修饰在DNA转录调控中至关重要。正常人CD34+造血干/祖细胞中，内源性增强子2可通过甲基化持续抑制FOXC1的表达[3]。在乳腺癌中，内源性增强子2可通过对FOXC1启动子中组蛋白H3赖氨酸27(H3K27)的甲基化，使其转录受抑制。去甲基化剂5-Aza治疗M219和M15黑色素瘤细胞后，FOXC1蛋白水平升高[5]。

内源性非编码RNA，特别是微小RNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)转录后调控是调控人类肿瘤基因表达的一种潜在机制。在子宫内膜癌细胞株中，miR-204、miR-495的过度表达可直接下调FOXC1蛋白水平[6]。在宫颈癌中，miR-374 c-5p可直接靶定FOXC1 的mRNA 3’-非翻译区(3’-UTR)来抑制FOXC1的表达[7]。另外，在胶质瘤中，miR-133可直接靶向和抑制FOXC1的表达[8]。lncRNA作为一种RNA转录体可与靶定mRNA进行碱基互补配对，形成“lncRNA-mRNA对”，以此对靶定mRNA进行调控。在食管鳞状细胞癌、口腔鳞状细胞癌、鼻咽癌中，名为FOXC1启动子上游转录子的lncRNA与其相邻的FOXC1 mRNA存在功能上联系，高水平的该转录子可增加FOXC1 mRNA水平，且其敲除可降低FOXC1 mRNA水平。

ID参与FOXC1蛋白翻译后修饰。Berry等人证实，细胞外信号调节激酶1/2(Extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)在表皮生长因子(Epidermal growth factor，EGF)作用下，可促进FOXC1磷酸化和转录激活。在基底样乳腺癌(Basal-like breast cancer，BLBC)细胞中，EGF可通过RAS/ERK和PI3K/AKT途径增加FOXC1表达和磷酸化[9]。FOXC1泛素化、降解及小泛素样修饰可对FOXC1活性有显著抑制作用[10]。

2 FOXC1在不同类型癌症中的作用

2.1FOXC1在乳腺癌中的作用 目前，在所有不同类型癌症的关联中，FOXC1与乳腺癌，特别是与BLBC(三阴性乳腺癌)的关系最为密切。研究表明，FOXC1可通过多个关键信号通路直接影响乳腺癌肿瘤转移和侵袭。FOXC1可激活NF-κB信号途径促进BLBC细胞增殖，并介导EGF受体的功能[9]。Han等发现在不同的BLBC细胞系中，FOXC1直接连接Gli2与其发生相互作用，介导非典型非依赖性SMO-Hh信号通路，形成了BLBC干细胞样表型和抗Hh敏感性[11]，而且FOXC1及FOXC1 mRNA表达与BLBC分期存在正相关。过度表达FOXC1诱发更多侵袭性乳腺癌表型，包括上皮间充质转换、细胞增殖、侵袭和迁移增加。

2.2FOXC1在肺癌中的作用 与正常肺组织和肺癌旁组织相比，非小细胞型肺癌组织中FOXC1 mRNA和蛋白表达均明显增高[12]。FOXC1表达增加可诱导波形蛋白减少，钙粘素增加，促进其上皮间质转化(Epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)发生，沉默FOXC1可抑制钙粘素表达而改变EMT过程，抑制肺癌细胞迁移。另外，FOXC1还可通过调节CyclinD1的表达而影响细胞增殖。FOXC1过度表达与肿瘤不良预后、转移分期及淋巴结转移有关，其表达可作为非小细胞型肺癌患者独立的预后指标。

2.3FOXC1在肝癌中的作用 FOXC1可上调肝癌组织中Snail表达，降低E-cadherin，促进EMT发生，通过干扰FOXC1可使这些过程发生逆转。同时，FOXC1诱导NEDD9表达上调促进肝癌细胞的侵袭和转移[13]。另外，IL-8可通过PI3K/AKT/HIF-α激活FOXC1，诱导CXCR1和CCL2活化，促进肝癌细胞炎症、侵袭和转移[14]，故FOXC1也可作为判断肝癌患者预后的指标。

2.4FOXC1在白血病中的作用 FOXC1的表达与急性髓系白血病(AML)中HOXA/B位点的表达相关。在AML细胞中，FOXC1可抑制单核/巨噬细胞分化，同时还增加克隆形成。FOXC1表达越高，其细胞形态分化程度越低[3]。在HL中，FOXC1基因过度表达，参与B细胞发育，通过调节NKL同源盒基因MSX1，以此来抑制B细胞特异性因子ZHX2，诱导B细胞分化、凋亡[15]。在NHL中，Jun蛋白与FOXC1表达呈正相关，而后者又与NHL中实体瘤迁移和侵袭增加相关[16]。

2.5FOXC1在其他恶性肿瘤中的作用 FOXC1可作为黑色素瘤患者的预后指标，其过度表达可激活MST1R/PI3K/AKT通路，促进黑色素瘤细胞增殖、迁移和侵袭。在胃癌、胰腺导管腺癌、食管鳞状细胞癌组织中，FOXC1表达明显高于癌旁组织，其高表达可显著促进癌细胞增殖、迁移和侵袭，且与患者不良预后密切相关[17-19]。研究还发现，在39.5%的胸腺上皮肿瘤中存在FOXC1拷贝丢失，拷贝下降和FOXC1低表达呈正相关，其表达越低，预后越差[1]。此外，FOXC1的异常表达还与前列腺癌、子宫内膜癌的发生发展有关。

3 FOXC1在肿瘤化疗中的应用

FOXC1在恶性肿瘤化疗中扮演双重角色。FOXC1可诱导BLBC细胞对PAPR抑制剂奥拉帕尼的敏感性增加[20]，还可使乳腺癌细胞对NF-κB抑制剂BMS-345541和BAY-117082敏感[21]。在黑色素瘤细胞中，FOXC1高水平表达可使其对mTOR抑制剂雷帕霉素更敏感。然而，FOXC1还可促使黑色素瘤细胞对BRAF抑制剂PLX 4032耐药[5]。在乳腺癌中，FOXC1的过度表达可导致癌细胞对DNA损伤化疗药物FEC(5-氟尿嘧啶、表柔比星、环磷酰胺)耐药，同时也对蒽环类辅助化疗药物产生耐药[22]。在BLBC细胞系中，FOXC1过度表达可诱导细胞对抗Hedgehog(Hh)药物GDC-0449敏感性降低[11]。另外，FOXC1亦可抑制GATA 3-ERα信号来增加肿瘤细胞对雌二醇和他莫昔芬的耐药作用[23]。

4 小结

FOXC1不仅是胚胎发育的关键性调节因子，而且还参与了多种肿瘤的发生发展。FOXC1的表观遗传改变能有效抑制其表达，有助于肿瘤治疗。因此，研究FOXC1在表观遗传学调控下的表达，阐明其表达机制势在必行。此外，关于FOXC1在药物应答及耐药中的机制研究也进一步强化了其在恶性肿瘤治疗中的作用。总之，FOXC1是多种肿瘤发生途径的关键蛋白，阐明其在不同恶性肿瘤中关键通路的调控，可能为癌症的治疗提供新的靶点。