FoxM1和SIRT1与肿瘤关系的研究进展

董欢 综述 尹宜发 审校

1.三峡大学第二人民医院放化疗科，湖北 宜昌 443000；2.宜昌市第二人民医院放化疗科，湖北 宜昌 443000

叉头框转录因子M1(forkhead box M1，FoxM1)是Forkhead家族蛋白中的一员，是具有一段特定“翼状螺旋结构”DNA 结合域的转录因子，目前在多种肿瘤中发现FoxM1上调，对肿瘤的发生、发展起着重要作用，被认为是预防和治疗人类癌症的潜在靶点，然而其具体作用机制及下游靶基因尚不明确。沉默信息调节因子1(silent information regulator 1，SIRT1)是哺乳动物Sirtuins家族中的一员，是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+)的去乙酰化酶，研究表明SIRT1在多种肿瘤组织中存在表达，且各肿瘤中的表达具有显著差异，对肿瘤的发生发展起着促进或抑制的作用，而在部分肿瘤组织发现SIRT1与FoxM1存在一定的联系。然而FoxM1、SIRT1在肿瘤中的表达，相互作用及其机制尚未完善。现就FoxM1、SIRT1在各肿瘤中的表达和功能的研究进展及相互作用做一综述，并强调SIRT1可能是FoxM1的下游靶基因，为发现新的治疗方案提供思路。

1 FoxM1

1.1 概述 FoxM1 的染色体位于12p13，包含10个外显子，含110 个氨基酸。至今已鉴定出四种人类FoxM1亚型，FoxM1a同时包含外显子Ⅴa和Ⅶa，并且缺乏反式激活活性，而其余三个外显子FoxM1b (无Ⅴa 和Ⅶa)、FoxM1c(无Ⅶa)和FoxM1d(无Va)都具有转录活性，FoxM1蛋白具有三个定义明确的结构域：N末端阻遏结构域，C 末端反式激活结构域和一个高度保守的DNA 结合域[1]。FoxM1 是生物学活动的重要组成部分，包括调节细胞周期的G1/S 和G2/M 过渡、维持有丝分裂纺锤体完整性、血管生成、转移、凋亡、DNA损伤修复，FoxM1的异常表达使这些功能中任何一种的失调都有助于肿瘤发生[2]。因此FoxM1被认为是预防和治疗人类癌症的潜在靶点。

1.2 FoxM1 与肿瘤 已在多种肿瘤细胞株及组织中发现FoxM1 存在高表达，且与肿瘤的发生、发展密切相关，包括非小细胞肺癌、肝癌、胃癌、胶质瘤、皮肤癌[3]，肾癌、前列腺癌、膀胱癌[4]、宫颈癌[5]、乳腺癌[6]、卵巢癌[7]、胰腺癌[8]、结直肠癌[9]、尤文肉瘤[10]、骨肉瘤[11]。

1.2.1 FoxM1 与脑膜瘤 应用实时荧光定量PCR 法对101 例脑膜瘤组织中FoxM1 的表达进行研究，结果显示FoxM1 的mRNA 呈高表达，且随着恶性程度的升高，其表达水平逐渐增加，另外，FoxM1过表达促进了良性脑膜瘤细胞株增殖和侵袭性，基因敲除则抑制了恶性脑膜瘤细胞株的增殖和侵袭性，进一步证实FoxM1 与脑膜瘤的进展密切相关，在裸鼠模型中，移植了敲除FoxM1的恶性脑膜瘤细胞的小鼠产生明显较小的肿瘤，而FoxM1抑制剂西霉素A可抑制脑膜瘤细胞增殖和体内肿瘤增长[12]。FoxM1与脑膜瘤的进展密切相关，且可能是恶性脑膜瘤的治疗靶点。

1.2.2 FoxM1 与鼻咽癌 FoxM1 在鼻咽癌组织中高表达，采用免疫组化法对113 例鼻咽癌组织和29例非癌性鼻咽组织中FoxM1蛋白的表达进行检测，与非肿瘤组织相比，FoxM1 在鼻咽癌组织中显著上调，且与组织学分型、临床分期、肿瘤复发和远处转移密切相关；FoxM1可促进细胞增殖，应用慢病毒转染技术使鼻咽癌细胞中的FoxM1过表达，可见肿瘤细胞增殖明显增加，用siRNA沉默鼻咽癌细胞中的FoxM1，细胞增殖则明显受抑，对细胞周期进行研究，FoxM1过表达加速了鼻咽癌细胞从G0/G1期进入S 期；进一步研究FoxM1与干细胞特征的相关性，发现FoxM1在鼻咽癌细胞中增强了干细胞相关基因Nanog、ABCG2、SOX2和OCT4的表达，并诱导干细胞自我更新的能力，而在裸鼠模型中，FoxM1的过表达具有更高的致瘤性，且移植瘤中干细胞相关基因也被上调[13]。FoxM1可促进鼻咽癌的进展及肿瘤干细胞的特性。

1.2.3 FoxM1 与口腔鳞癌 利用实时荧光定量PCR 和蛋白免疫印迹法对口腔鳞癌细胞中FoxM1 的表达进行检测，发现FoxM1的mRNA和蛋白水平明显过表达，应用慢病毒RNA干扰技术沉默口腔鳞癌细胞中FoxM1 的表达，抑制了细胞增殖，降低了S 期细胞比例、集落形成、细胞迁移和侵袭性，进一步对细胞周期相关蛋白研究，结果显示周期蛋白B1、D1和金属蛋白酶2 表达水平明显降低，而p27 和p21 表达增加[14]。FoxM1是口腔鳞癌发生发展的重要因素，可能是治疗口腔鳞癌的新靶点。

1.2.4 FoxM1与食管鳞癌 SONG等[15]应用免疫组化等方法分别对78 例食管鳞癌组织及癌旁组织中FoxM1的表达进行检测，结果显示FoxM1在食管鳞癌组织中的表达明显高于癌旁组织，用实时荧光定量PCR法检测到食管鳞癌细胞中也存在FoxM1的表达，利用RNA干扰技术沉默食管鳞癌细胞中FoxM1的表达，可明显抑制细胞的生长、迁移和侵袭能力。盖领等[16]的研究也证实了FoxM1 在食管鳞癌组织中高表达，结合临床病理资料，与淋巴结转移、临床分期、浸润深度和预后有关，而与性别、年龄和分化程度无关。可见FoxM1与食管鳞癌的发生发展密切相关，且可能是食管癌治疗的潜在靶点。

1.2.5 FoxM1 与黑色素瘤 对60 例黑色素瘤组织标本行免疫组化，发现FoxM1 蛋白呈高表达，且与肿瘤厚度、溃疡形成及预后不良密切相关，而与年龄、性别、组织类型和淋巴结转移无关。利用基因转染技术及FoxM1抑制剂硫链霉素沉默黑色素瘤细胞中FoxM1的表达，均显著抑制了黑色素瘤细胞增殖，通过敲除FoxM1，黑色素瘤细胞的迁移和侵袭性明显降低，同时也提高了对达卡巴嗪的化疗敏感性[17]。FoxM1与黑色素瘤的发生、发展、预后和化疗敏感性密切相关，FoxM1抑制剂可能成为黑色素瘤新的治疗选择。

1.2.6 FoxM1 与软组织肉瘤 采用免疫组化法对92例横纹肌肉瘤组织中FoxM1蛋白进行检测，显示FoxM1 在横纹肌肉瘤中呈高表达，且与预后密切相关，另外，FoxM1 可调控横纹肌肉瘤细胞中血管内皮生长因子(VEGF)的表达，采用RNA 干扰技术沉默FoxM1，降低了VEGF的表达，且显著抑制了横纹肌肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭性，FoxM1 可能是横纹肌肉瘤的重要预后因素和治疗靶点[18]。对106例滑膜肉瘤组织中FoxM1的表达进行研究，结果显示FoxM1的阳性率与不良预后密切相关，利用siRNA敲除滑膜肉瘤细胞中FoxM1，减少了细胞增殖，且增加了对阿霉素的敏感性，而阿霉素和FoxM1抑制剂硫链霉素联合处理则进一步抑制了细胞增殖[19]。FoxM1与软组织肉瘤的预后及治疗密切相关。

2 SIRT1

2.1 概述 哺乳动物Sirtuins 家族包括SIRT1 到SIRT7 七个成员，它们与沉默信息调节因子2(silent information regulator 2，Sir2)共享一个催化结构域，其中SIRT1与Sir2的同源性最高[20]。人类SIRT1 编码基因定位于染色体10q21.3，长约33 660 bp，包括9 个外显子，具有高度保守性[21]，蛋白由N 末端结构域、共同催化结构域和C末端ESA多肽组成[22]。SIRT1主要定位于细胞核，参与糖、脂肪代谢、应激耐受、神经保护、细胞生存、细胞周期的调节[20]。SIRT1 在多种肿瘤组织中存在表达，且各肿瘤中的表达具有显著差异，对肿瘤的发生发展起着促进或抑制作用。

2.2 SIRT1与肿瘤 SIRT1在大量肿瘤中发现了异常表达，然而，SIRT1在肿瘤中的作用是复杂且具有争议的，在多数恶性肿瘤中都观察到SIRT1 的过度表达，包括肺癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、宫颈癌、前列腺癌、皮肤癌、白血病、脑胶质瘤、软组织肉瘤和甲状腺癌，在口腔鳞状细胞癌和头颈部癌中SIRT1 水平降低，而SIRT1 在乳腺癌和结肠癌中表达情况仍具有争议[23]。

2.2.1 SIRT1 与肾癌 对101 例肾癌及癌旁正常组织中SIRT1 的表达进行研究，发现SIRT1 在肾癌组织中的表达明显低于癌旁组织，且SIRT1 的高表达有利于患者的预后，用基因转染技术过表达肾癌细胞中的SIRT1基因，抑制了细胞增殖，SIRT1的敲除则促进了细胞增殖，将SIRT1过表达的肾癌细胞注入小鼠，形成了明显较小的肿瘤，且提高了小鼠生存率，SIRT1通过抑制纤维蛋白原β(FGB)的表达抑制肾癌增殖，FGB 在肾癌组织中的表达上调，而SIRT1 过表达降低了FGB 的表达水平，此外，FGB 的过表达挽救了SIRT1 对细胞增殖的抑制作用，进一步对机制进行研究，发现FGB是信号转导和转录激活因子3(STAT3)的靶基因，SIRT1通过去乙酰化使STAT3失稳和降解，从而抑制FGB的表达[24]。SIRT1表达下调与肾癌的发生密切相关，且这种新的SIRT1-STAT3-FGB轴为肾癌治疗提供了潜在的靶点。

2.2.2 SIRT1 与膀胱癌 SIRT1 通过增加葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)的转录活性和表达，从而促进膀胱癌的增殖和葡萄糖摄取，SIRT1和GLUT1在膀胱癌组织和细胞系中的表达均显著上调，且在组织样本中呈正相关，通过基因转染技术使膀胱癌细胞中SIRT1过表达，促进了细胞增殖和葡萄糖摄取，SIRT1抑制剂EX527可显著降低GLUT1的表达，抑制膀胱癌的增殖和葡萄糖摄取，而通过GLUT1过表达则部分逆转了EX527的作用，另外，SIRT1的过表达促进了GLUT1的转录活性和表达[25]。SIRT1与膀胱癌的进展密切相关。

3 FoxM1、SIRT1在肿瘤发生中的关系

应用免疫组化法对包含688个乳腺癌标本的组织微阵列块中FoxM1、FOXO3a、SIRT1 和SIRT6 进行研究，发现FoxM1 的表达水平与FOXO3A、SIRT1 和SIRT6 的表达水平呈正相关[6]。FoxM1 是脑胶质瘤细胞中SIRT1 的上游调节因子，FoxM1 在脑胶质瘤中高表达，应用基因转染技术使脑胶质瘤细胞中FoxM1过表达，显著增加了脑胶质瘤细胞中SIRT1的mRNA 和蛋白水平，利用siRNA 沉默FoxM1 的表达，降低了脑胶质瘤细胞中SIRT1的表达。在转录水平上研究发现FoxM1可与脑胶质瘤细胞中SIRT1基因的启动子区结合，并以剂量依赖的方式激活SIRT1启动子活性，进一步证实了胶质瘤中FoxM1对SIRT1的调控[26]。用实时荧光定量PCR法检测miRNA-320和FoxM1在胶质瘤组织和细胞中的表达，与放射敏感性肿瘤相比，抗放射性胶质瘤的miR-320表达水平降低，FoxM1表达水平提高，且miR-320与胶质瘤患者FoxM1的表达呈负相关。用荧光素酶报告和蛋白免疫印迹法进一步验证了miR-320 通过直接靶向FoxM1 的3'UTR 区来抑制FoxM1的表达，同时miR-320过表达也显著抑制了细胞中SIRT1 的水平，而FoxM1 的异位表达逆转了miR-320 介 导 的SIRT1 低 表 达 。 此 外 ，FoxM1 和SIRT1的过表达显著减弱了miR-320诱导的胶质瘤细胞放射敏感性、凋亡和γH2AX 表达的增加，进一步证实miR-320 通过靶向FoxM1 抑制SIRT1 的表达，从而增加胶质瘤的放射敏感性[27]。在部分肿瘤中，FoxM1可调控SIRT1 基因的表达，从而影响肿瘤的发生、发展，并可能与新的治疗靶点、放射治疗等密切相关。

4 结语

FoxM1 和SIRT1 基因在多种肿瘤组织中异常表达，在肿瘤的发生、发展中起到重要作用，且与患者的预后密切相关。两基因在部分肿瘤中存在一定的关系，在胶质瘤中可通过下调FoxM1从而下调SIRT1的表达，增加胶质瘤的放射敏感性。目前有关FoxM1和SIRT1 基因如何调控其他基因而影响肿瘤发生、发展的分子机制仍需进一步研究，鉴于两基因在部分肿瘤中存在密切联系，FoxM1、SIRT1在其他肿瘤中的相互作用及分子机制将成为一个有前途的研究方向，随着研究的深入，未来可为肿瘤的治疗提供新的选择。