SOX9在恶性肿瘤中的研究进展

游伊梦，刘彦权，沈建箴

转录因子SOX9属于SOX基因家族，位于人类性染色体的性别决定区SRY区域，其特点是具有一个高迁移率的HMG盒(High mobility group, HMG)DNA结合域，表现出高度保守的进化特性，具有性别决定、软骨分化、稳定干细胞分化等多种生理功能。最新研究表明，SOX9与恶性肿瘤的发生发展密切相关，近年来，其在恶性肿瘤中的作用受到国内外科学家的大量关注。已有研究发现该基因具有促癌性，可在人体各种恶性肿瘤组织中异常表达，并且与肿瘤侵袭和预后差呈明显正相关。本文主要就SOX9基因的结构和功能，与其在恶性肿瘤中的作用和机制，以及针对该基因抗肿瘤的最新研究进展总结和论述，以期为恶性肿瘤治疗提供依据。

1 SOX9的结构和功能

1.1SOX9的结构 SOX9基因是编码一类具有高度保守HMG盒序列特征的重要转录因子，位于人17号染色体上的性别决定区(SRY)，具有3个α螺旋至多有50%氨基酸相似性和一个由80个氨基酸组成的SRY相关高迁移率HMG盒DNA结合结构域，该HMG结构域含有两个核定位信号(NLS)序列和一个富含亮氨酸的核输出信号(NES)序列，并在细胞核与细胞质之间表现出高易位率[1]，是调控几个关键发育过程的序列特异性转录因子，涉及睾丸、肾、心脏、大脑、骨软骨等重要器官，目前经鉴定已知该家族包含有20种哺乳动物的SOX基因[2]。

1.2SOX9的功能

1.2.1SOX9与软骨形成：软骨内成骨是目前已知的最常见骨发生形式。研究表明，SOX9可激活软骨细胞特异性基因的转录，促进软骨细胞的分化与Ⅱ型胶原蛋白产生，最终形成软骨[3]。Coustry等[4]实验发现，软骨生成细胞和软骨细胞均可检测到SOX9蛋白，而在肥大性软骨细胞和成骨细胞中未发现。Sun等[5]将SOX9转导到成熟兔椎间盘退变模型中的骨髓间充质干细胞(BMSCs)后发现，通过改善细胞外基质(ECM)可有效阻止其进行性变性，该实验说明SOX9可以促进BMSCs的软骨形成。当骨软骨细胞进一步分化为成骨细胞，SOX9与成骨细胞特异性增强子Runx2结合后表达下调，从而抑制了成骨细胞表型的获得[6]，均说明SOX9是软骨细胞谱系命运和多步分化程序的关键因素，但其在软骨生长板中的后续作用仍不清楚[7]，需进一步探索。

1.2.2SOX9与肺发育：Turcatel等[8]建立肺间质SOX9基因敲除小鼠模型，发现肺间质缺乏SOX9的小鼠气管软骨形成被完全抑制，表现为气管塌陷，出生时即窒息死亡；呼吸道内衬上皮细胞亦表现异常，具有更高数量的胞质液泡，杯状细胞、基础细胞(P63+细胞)和克拉拉细胞(CC10+细胞)均数量减少；气管淋巴管明显发育不足；而SOX9基因敲除对远端肺分支、支气管周围平滑肌和气管平滑肌的发育则没有明显影响。简言之，SOX9对气管软骨环、气管上皮细胞和淋巴管的发育具有重要作用，对远端肺分支、平滑肌的发育则无影响。

1.2.3SOX9与性别分化决定：大多数哺乳动物包括人类在内的性腺分化始于胚胎，睾丸发育由Y连锁基因SRY引发，其表达起始于排卵后6周，并在整个妊娠期维持，通过上调SOX9促使双潜在性腺发育成睾丸或卵巢，这对于人类睾丸发育和男性分化十分必要[9]。研究表明，小鼠SOX9基因座的拓扑相关域(TAD)内复制会导致人类雌雄性逆转，不会改变整体TAD结构和功能，但会改变其精细排列和作用，且TAD断点之间的微小差异可能会不同程度地改变TAD的精细结构和功能，从而导致46，XX个体出现不同程度的男性化[10]。

2 SOX9在恶性肿瘤中的研究进展

2.1SOX9与骨肉瘤 骨肉瘤起源于间质细胞，以梭状基质细胞为特征，是由肿瘤细胞恶性增殖而成的类骨组织和骨组织的恶性肿瘤，常见于儿童和青少年[11]。骨肉瘤病因不明，其发病机制与遗传学密切相关，对放疗具有抵抗性，故而寻找特异性分子标志物与研发新的靶向药物对其诊疗意义重大。Zhang等[12]发现，骨肉瘤组织中SOX9表达水平增加，并与高复发率和不良预后相关。SOX9沉默可阻抑恶性肿瘤细胞的增殖与迁移，促进癌症细胞凋亡[13]。相关实验发现褪黑素、MiR-590-3p、MiR-1225-5p均通过下调SOX9从而抑制骨肉瘤细胞[14-15]。MAFB通过SOX9介导的正反馈回路促进骨肉瘤的发生发展[16]。以上均提示SOX9作为多个骨肉瘤相关基因的关键下游效应子，具有成为治疗骨肉瘤的新的分子标志物的潜力，也可作为未来预测骨肉瘤进展和预后的重要指标。

2.2SOX9与消化系统恶性肿瘤

2.2.1SOX9与胃癌：胃癌是常见的恶性肿瘤[17]。Zhang等[18]发现，SOX9过表达促进肿瘤细胞的侵袭和迁移，且与肿瘤浸润深度和分化程度显著相关；与患者性别、年龄、肿瘤大小、淋巴结是否转移和临床分期无关。胚胎期表达SOX家族基因对形成胃规格和区域化十分关键。近期Francis等[19]通过分析SOX2和SOX9基因单缺失和双重缺失的结局发现，SOX9可弥补SOX2的缺失，并维持残余的胃组织继续发育，表明了单个TF缺失会诱导相互因子的激活；在腺瘤中观察到二者双重缺失可改善癌症进展，揭示了SOX2和SOX9基因在胃发育和癌症中存在潜在冗余作用。初步推测，SOX基因的潜在冗余作用可能对今后胃癌的治疗具有临床价值。

2.2.2SOX9与肝癌(HCC)：HCC占全世界癌症的发病率的第6位，约20%的早期肿瘤即具有侵袭性，扩散十分迅速，导致患者存活率较低[20]，中国即拥有其中超过50%的新发和死亡病例[21]，因此迫切需要更高的诊疗策略。Leung等[22]鉴定SOX9在HCC中通过Wnt/β-catenin信号通路激活肝癌细胞干性时发现，SOX9在HCC组织中的表达高于正常肝脏组织；SOX9的过表达与肿瘤细胞低分化、静脉浸润、肿瘤晚期密切相关。沉默SOX9则抑制肝癌细胞的迁移、侵袭和体内肺转移，推测该基因可能是HCC的治疗靶点。SOX9是胚胎发育期间和肝损伤后表达的肝脏祖细胞/前体细胞标志物，其过表达也与肝癌的不良预后和低生存率密切相关[23]。另外有研究表明，miRNA可通过靶向SOX9达到抑制癌细胞去分化和肿瘤干细胞(CSC)增殖的作用[24]。综上，SOX9作为HCC治疗和预测预后的分子标记物潜力无穷。

2.2.3SOX9与结肠癌：结肠癌仍是当前全世界与癌症相关疾病的主要死亡原因之一，并且迫切需要改进现有的诊断、治疗和预后策略[25]。Sun等[26]实验发现，淋巴增强因子1反义RNA通过miR-30-5p/SOX9轴直接促进结肠癌细胞增殖、侵袭和转移。Matheu等[27]发现直肠癌临床样品中SOX9和Bmi1的表达水平为正相关，和ARF为负相关；机制是SOX9表现为直接结合并激活Bmi1的启动子，Bmi1上调抑制了肿瘤抑制因子Ink4a/Arf。SOX9与结直肠癌密切相关，结合文献初步推测，通过调控SOX9在肿瘤细胞中的表达，可能成为结肠癌靶向治疗的分子标志物。

2.3SOX9与肺癌 肺癌是全部恶性肿瘤死亡的主要原因之一，分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌(NSCLC)[28]。肺癌所有阶段的平均5年生存率仅为16%，确诊时超过50%的肺癌患者已有远处转移，25%的肺癌患者出现局部淋巴结肿大。由于临床晚期表现和缺乏早期诊断的有效方法导致较差的存活率[29]。Chen等[30]通过对121例NSCLC的原发肺癌组织与癌旁组织的观察，发现SOX9在癌细胞中高表达，受到年龄、肿瘤大小、TNM分期和LEL影响，且SOX9与肿瘤的预后明显相关。结果表明SOX9过表达可能是肺恶性肿瘤侵袭及预后不良的评估指标。另外，最新报道Wnt/β-catenin信号通路是SOX9促进NSCLC增殖、侵袭和抑制细胞凋亡的分子机制[31]。推测SOX9可能是诊断NSCLC的重要分子标记物、疾病进展和预后的预测指标。

2.4SOX9与生殖系统恶性肿瘤

2.4.1SOX9与前列腺癌(PC)：PC是国内外男性泌尿系最常见的恶性肿瘤[32-33]。大部分PC为惰性，少数PC可发展为致命性肿瘤[34]。Qin等[35]利用免疫组化法检测了98个PC组织和良性前列腺组织，发现SOX9在PC中过表达，并导致细胞分化率显著降低。SOX9沉默显著降低了PC细胞的增殖、迁移能力，并与Gleason 等级呈正相关[36]。目前前列腺特异抗原普遍被应用于筛查PC，但不可避免的假阳性使肿瘤诊断仍具有难度，因此寻求更高效的诊断突破口尤为重要。结合既往研究，推测SOX9可能是治疗和评估PC进展、预后的关键指标。

2.4.2SOX9与乳腺癌：乳腺癌作为女性群体中最常见的癌症，是主要癌症相关死亡原因[37]。SOX9参与了乳腺癌细胞增殖、集落形成及体外细胞迁移和侵袭[38]。Fazilaty等[39]研究发现，乳腺癌细胞能被SOX9诱导并维持干细胞特性，促进癌症转移。另外，Yu等[40]验证Wnt/β-catenin信号通路是SOX9促进乳腺癌的机制时发现，SOX9在癌细胞中表达上调，且在ER(-)癌细胞高于ER(+)癌细胞；而抑制SOX9表达则与抑制癌细胞干性和转移有明显相关性。目前已证明SOX9与SLUG共表达能诱导乳腺干细胞，增强肿瘤细胞的致癌和转移能力，并与患者低存活率密切相关[41]。明确乳腺癌发生发展机制对优化现有治疗策略十分必要。结合文献初步推测，靶向肿瘤干细胞(CSC)还是SOX9介导通路的关键节点，都可能提高乳腺癌生存率。

2.4.3SOX9与卵巢癌：卵巢癌是女性生殖系恶性肿瘤死亡的首位原因[42]，该病90%是上皮性的，以浆液性癌最为常见，发病率占女性恶性肿瘤的2.5%[43]。与正常卵巢细胞相比，肿瘤细胞过表达SOX9，该基因通过激活β-catenin信号通路，促进癌细胞增殖及顺铂(DDP)的化学耐药性[44]。也有研究发现，SOX9通过增强TUBB3转录，进而激活βⅢ-微管蛋白的表达使卵巢癌细胞在缺氧条件下仍可存活，且SOX9和βⅢ-微管蛋白的高表达与患者预后不良明显相关[45]。当前，DDP耐药性是治疗卵巢癌的最大障碍，因此寻找降低其抗性的方法至关重。沉默SOX9可增强DDP对肿瘤细胞的杀伤力，这提示通过靶向SOX9可能达到削弱DDP抗性的作用，可提高卵巢癌的化疗效率。

2.4.4SOX9与子宫内膜癌(UCEC)：UCEC是第2常见妇科恶性肿瘤，是第3妇科癌症死亡原因[46]，子宫内膜癌80%起源于子宫内膜腺体[47]。Gonzalez等[48]在人子宫内膜的正常上皮细胞中检测到SOX9表达，该基因过表达会诱发子宫内膜增生，这些增生的异常子宫腺体类似于人的子宫内膜息肉在组织形态学上表现为子宫内膜腺体呈囊性扩张，周围分散有纤维化基质，可能侵袭子宫肌层。结合既往研究，推测是由于子宫内膜在月经周期的反复重塑促使SOX9过表达而诱导女性性成熟后产生囊性扩张的子宫腺体病变。简言之，SOX9过表达在子宫内膜恶性增殖中起重要作用，初步推测可能成为未来治疗UCEC的重要分子标志物。

2.5SOX9与其他恶性肿瘤

2.5.1鳞状细胞癌(SCC)：病变较为局限，很少发生转移[49]。在对SCC的研究中发现，β-catenin的组成型活性形式过表达将诱导SOX9表达，β-catenin沉默则下调SOX9表达；当使用特异性miR降低SOX9的表达时，SCC细胞的集落形成活性显著降低，而当SOX9在敲低β-catenin的细胞中表达时，则部分恢复了集落形成的能力[50]。这说明皮肤鳞状细胞癌的发生与SOX9具有不可忽视的关联性。

2.5.2脑胶质瘤：是最为普遍的颅内恶性肿瘤，SOX9在脑胶质瘤细胞中表达增加[51-52]；其高表达可诱导调控肿瘤细胞增殖和细胞周期进程的基因集表达，而下调SOX9则会降低细胞周期蛋白D1、CDK4表达和RB磷酸化，抑制S期细胞生长并诱导细胞凋亡[53]。

2.5.3口腔癌:是多为鳞状细胞癌，占人类癌症的1%～2%，约50%的患者确诊时已为晚期，导致了其高病死率[54]。据报道，在口腔鳞癌组织中可检测到SOX9表达上调[55]。Sumita等[56]在口腔鳞状细胞癌上皮异常增生区域和原位癌区域检测到了SOX9表达并与不良预后呈正相关，且肿瘤转移性细胞系的表达上调明显高于非转移性细胞系，而在正常鳞状上皮中未被检出。初步推测SOX9可作为口腔癌辅助诊断和预测预后的重要标志物。咀嚼槟榔作为口腔癌常见诱因，被发现通过诱导SOX9等多能干性调节因子的表达，促进CSC的转化导致口腔癌[57]，该发现给予了口腔的预防和治疗新的依据和支持，增加了靶向治疗的可行性与可靠性。

3 基于SOX9的抗肿瘤治疗研究进展

恶性肿瘤因具有侵袭性和转移特性，发展迅速且易转移；多数患者确诊时已转移扩散而错过了最佳手术时机，加之恶性肿瘤易复发和细胞耐药性，导致患者生存率较低，因此优化抗肿瘤方案十分必要。

3.1SOX9气道基底细胞与人工肺技术 肺部疾病如支气管扩张、慢性阻塞性肺疾病、肺癌等往往发生不可逆损害，最终严重打击患者的气体交换功能，导致致死性缺氧窒息。全球范围内，肺癌的发病率和病死率均居高不下，化疗是Ⅳ期肺癌治疗的主要手段[58]。除却早中期可通过手术切除获得根治的肺癌患者，要达到根治则需进行肺移植。近几年，皮肤、耳朵等器官移植技术已累积不少成功经验，但肺移植术仍不够成熟。Ma等[59]近期在气道上皮细胞“皱纹”底部发现并成功分离出SOX9+基础细胞(BCs)，该细胞可在无饲养员的情况下扩增到足够数量，待移植到受伤的小鼠肺中后产生肺泡和细支气管上皮，并重建气血交换系统，改善受体的肺功能；将SOX9+ BCs移植至2例支气管扩张患者体内3～12个月后，观察到肺组织修复和肺功能增强。该研究结果使将来可移植的人工肺技术充满希望。

3.2SOX9作为癌症化疗相关生物标志物 当前普遍认为恶性肿瘤是环境和遗传共同作用的结果，越来越多的学者开展细胞与分子层面的研究，并提出CSC的概念。CSC理论认为，在部分恶性肿瘤中肿瘤细胞排列在具有少数群体的CSC等级谱系中，具有无限增殖的潜力，可产生大量的肿瘤细胞[60]。目前治疗恶性肿瘤的核心点是提高患者生存率，相关研究表明，癌症预后差的关键在于肿瘤细胞的肿瘤样特性促进肿瘤增殖和转移[61]。SOX9表达可调控CSC增殖与肿瘤细胞耐药性。研究表明，SOX9是多种恶性肿瘤细胞(如NSCLC、GC等)获得化疗药物抗性的重要调节剂，该基因过表达会促进癌细胞对DDP的耐药性，同时降低患者的生存率，沉默则使癌细胞对DDP更加敏感[62-63]。SOX9与CSC分别在分子层面与细胞层面影响着肿瘤的进展与患者的生存率，这对恶性肿瘤治疗的方向选择有一定的参考意义。SOX9过表达可作为多种恶性肿瘤组织的耐药性的预后指标，有助于辅助选择适合患者有效的化疗方案[64]。消除CSC以达到根除肿瘤和预防复发也是治疗突破口，SOX9可作为CSC的潜在药物分子标志物。无论是直接靶向SOX9，抑或是通过靶向已知可调节SOX9表达途径的药物间接靶向SOX9，通过调节SOX9在肿瘤细胞中的表达将是极有可行性的治疗手段。

4 小结与展望

大量研究均已证明了SOX9在不同的恶性肿瘤中均有异常表达并与癌症发生发展与侵袭密切相关。上调SOX9促进癌症的生长、侵袭与肿瘤细胞的耐药性，影响癌症病患的生存率与预后；而其失活则降低了致癌性。SOX9参与不同恶性肿瘤发生的机制虽尚未完全明了，但目前普遍认可SOX9作为Wnt/β-catenin信号通路的下游重要靶点参与调节恶性肿瘤细胞的增殖和侵袭。这意味着SOX9不仅可以直接作为靶向治疗的潜在分子标志物，还可以通过靶向该通路上下游相关分子的表达间接靶向SOX9，通过抑制其表达而抑制肿瘤细胞增殖，这无疑给恶性肿瘤的根治增加了更多的可能性。SOX9不仅扩大了未来恶性肿瘤治疗的视野，对于癌症诊断和预后预测也有十分重要的应用价值，其在不同种类癌细胞中表达上调，且表达上调都与患者的低生存率息息相关，这提示我们其亦十分有潜力作为恶性肿瘤早期诊断与预测预后的指标。但由于目前的研究尚停留在探讨SOX9异常表达与恶性肿瘤的相关性上，因此仍有许多问题需要深思。比如，SOX9在癌症治疗中的作用？SOX9沉默是否能抑制恶性肿瘤的生长？靶向SOX9以达到抗癌作用的可行性高低？明确以上疑问对于SOX9的抗恶性肿瘤的研究十分有必要。期待有更多更深入的研究为全人类对抗癌症补充新的诊疗依据。