FOXK1在恶性肿瘤中的研究进展

Research Progress of FOXK1 in Malignant Tumors

摘要: FOX转录因子家族参与调节细胞分化、细胞周期控制、胚胎发育、新陈代谢等多种相关的生物过程，其家族成员FOXK1基因调节广泛的生物过程，参与了前列腺癌、肝癌、胃癌及结直肠癌等多种恶性肿瘤的进展，参与肿瘤细胞增殖、存活、分化、抑制凋亡、细胞周期转变、DNA损伤和抗病毒。本综述主要总结了FOXK1在不同恶性肿瘤中的作用及机制，为癌症患者的靶向精准治疗及预测预后提供参考。

Abstract: The FOX transcription factor family is involved in regulating cell differentiation, cell cycle control, embryonic development, metabolism and other related biological processes. Members of the family FOXK1 genes regulate a wide range of biological processes, participate in the progression of pros-tate cancer, liver cancer, gastric cancer and colorectal cancer and other malignant tumors, and par-ticipate in tumor cell proliferation, survival, differentiation, inhibition of apoptosis, cell cycle trans-formation, DNA damage and antivirus. This review mainly summarizes the role and mechanism of FOXK1 in different malignant tumors, and provides a reference for targeted and accurate treatment of tumor patients and prediction of prognosis.

1. 引言

恶性肿瘤是一种慢性发展且致命的疾病，目前仍是全世界主要死亡原因之一。肿瘤的发生、发展是一个多生物学机制共同参与的复杂过程，涉及到遗传、基因、蛋白质、转录等多路径的异常改变。随着当前对其发病机制、分子机理的不断深入研究，恶性肿瘤的诊疗已经取得了长足的进步，特别是在精准治疗、免疫治疗及提示预后等方面，比如结直肠癌分子检测RAS突变型患者的预后较野生型更差 [1] ，但仍有部分肿瘤患者缺少合适的提示预后的生物标志物及临床治疗靶点的蛋白 [2] 。本文就FOX蛋白及其家族成员FOXK1因子在恶性肿瘤中的激活及作用机制做一综述，以期为肿瘤的诊断、治疗及预后提供参考依据。

2. FOX蛋白及其家族

2.1. FOX蛋白

叉头框蛋白(Forkhead box, FOX)转录因子作为人类最大的基因家族之一，在肿瘤中起着关键作用。其最初是在果蝇中发现的，基因的破坏导致了FOX表型。转录因子FOX超家族至少包括49个成员，是进化上保守的转录调节因子家族，特征在于其DNA结合域，已被证明可以参与调节细胞分化、细胞周期控制、胚胎发育、新陈代谢等多种相关的生物过程。因此，FOX蛋白功能的丧失或激活可以改变细胞命运并促进肿瘤的发生发展，其可以通过募集辅助因子或抑制因子(主要是组蛋白去乙酰化酶)来激活和抑制基因表达，从而促进肿瘤代谢、增殖、迁移和侵袭 [3] [4] 。

2.2. FOX蛋白家族在恶性肿瘤中的作用

不同的FOX转录因子通过激活或抑制其靶基因发挥复杂的作用。比如，FOXH和FOXK是致癌的，而一些FOX基因具有肿瘤抑制作用，包括FOXL和FOXD3。而有一些FOX蛋白(如FOXJ、FOXO和FOXP3)的功能可能不同或相互矛盾，这主要取决于肿瘤的类型 [5] 。有研究显示，FOXOs的失调通过影响多种细胞过程参与胃癌进展，包括增殖、凋亡、侵袭、转移、细胞周期进展、致癌以及对化疗药物的耐药性 [6] 。也有报道称，在乳腺癌中，FOXC2是由TGF-β信号通路的激活诱导的，这说明TGF-β信号传导可能是主要的FOXC2调节机制之一 [7] 。而在肝细胞肝癌中，FOXC2的高表达与肝硬化的进展显著相关，TGF-β/Smad信号的激活很可能是重要的关键调节因子，TGF-β抑制剂抑制肝纤维化，因此TGF-β信号诱导的肝硬化可能导致肝细胞肝癌高表达FOXC2并具有侵袭性表型 [8] 。研究发现MAPK/ERK和PI3K/AKT通路促进了肿瘤中(包括卵巢癌)的FOXM1激活，而FOXM1通过持续的增殖信号传导、DNA修复及复制、化疗耐药性、肿瘤干性、基因组不稳定以及改变细胞代谢等促进卵巢癌迁移和侵袭 [9] 。最近，有研究发现这个家族的成员是先驱因子，因为他们能够结合核小体DNA并解开染色质，从而揭示DNA结合基序，以结合其他转录因子，并随后调节基因表达 [10] 。除了这一系列的分子和细胞功能作用外，该家族还调节细胞周期动力学。FOXK1已被证明是调节肿瘤细胞增殖的重要调控因子。

3. FOXK1在恶性肿瘤中的作用

FOX转录因子家族的成员FOXK1基因定位于人染色体7q22.1，由733个氨基酸组成 [11] 。FOXK1最初被命名为MNF (肌细胞核因子)，基于小鼠胚胎发生过程中肌源性谱系的限制性表达模式，并在Williams的实验室中被发现 [12] 。FOXK1包含两个高度保守结构域，一个DNA结合域和一个fox相关域(FHA)，前者主要与DNA的直接相互作用有关，而FHA结构域则介导其与其他蛋白质的相互作用，并调节细胞周期动力学。FOXK1通过这两个结合域介导与其他蛋白的相互作用，进而调控细胞功能。FOXK1做为重要的转录因子，调节广泛的生物过程，参与肿瘤细胞增殖、存活、分化、抑制凋亡、细胞周期转变、DNA损伤和抗病毒 [13] ，其表达的增加与前列腺癌、胰腺癌、肝癌、胃癌及结直肠癌等多种恶性肿瘤的进展相关。

3.1. FOXK1与胃癌

EMT是上皮细胞分化为间充质的过程，由肿瘤微环境中的各种信号诱导，包括TGF-β1 (转化生长因子-β1)，广泛存在于恶性肿瘤的侵袭和转移中。FOXK1通过刺激Vimentin表达和诱导稳定的FOXK1转染细胞中E-钙粘蛋白的损失，充当潜在的EMT诱导剂。而在GC细胞中发现FOXK1与vimentin的表达呈正相关，这两种蛋白的较高表达水平与分化、淋巴结转移、AJCC分期和预后较差显著相关 [14] 。此外，有研究发现TGF-β1刺激了FOXK1的表达，而FOXK1敲低则减慢了TGF-β诱导的EMT。由此推断，在胃癌(GC)中，FOXK1在TGF-β1诱导的EMT中充当共刺激剂，FOXK1过表达增强了GC细胞的增殖、迁移和侵袭 [15] 。同样的，也有团队 [16] 发现GC细胞中的miR-646缺乏可能是EMT进展的重要贡献者，从而促进GC细胞的迁移和侵袭，免疫荧光染色显示miR-646过表达逆转了TGF-β1介导的Vimentin上调和E-钙粘蛋白，因此推测miR-646抑制了TGF-β处理的胃癌细胞中的EMT。而他们又证实FOXK1是miR-646的直接下游靶标，miR-646的缺乏导致FOXK1表达的上调，MiR-646调节体内GC细胞中FOXK1介导的增殖，因此miR-646通过靶向FOXK1抑制GC细胞增殖和EMT进程。同样的，miR-1294也被发现通过靶向FOXK1缓解了GC中的EMT过程 [17] 。自噬与肿瘤发生密切相关，有报道称诱导自噬可以抑制肿瘤增殖、侵袭和迁移，且PI3K/AKT途径最近被证明是自噬的负调节因子，有研究结果支持了FOXK1在胃癌的背景下通过PI3K/AKT/mTOR通路作为自噬抑制因子发挥作用的观点，证实FOXK1敲低促进了GC细胞的自噬 [18] 。总之，FOXK1是一种有助于GC发展的转录因子，能够调节GC细胞的增殖、侵袭及转移。

3.2. FOXK1与肝癌

现今普遍认为能量代谢的改变是解释肿瘤细胞快速增殖、转移和化疗耐药的重要机制，也就是肿瘤细胞的有氧糖酵解。因此，针对肿瘤细胞有氧糖酵解这一关键信号的研究，为恶性肿瘤的治疗及干预提供了理想的靶点 [19] 。肝癌细胞同样如此，有学者 [20] 发现FOXK1在肝癌细胞系中的mRNA和蛋白水平上调。通过si-FOXK1基因表达下调可降低肝癌细胞株SMMC7721和HepG2细胞的存活率。FOXK1基因敲除可抑制肝癌细胞对葡萄糖的摄取和乳酸的产生，并抑制HK2的表达，提示FOXK1基因敲除可减少肝癌细胞株的糖酵解。同时，该团队也发现Akt和mTOR的抑制剂抑制了肝癌细胞的活力，减少了葡萄糖消耗和乳酸的产生，同时抑制了HK2的表达，意味着Akt/mTOR信号通路的抑制可能是通过抑制肝癌细胞的糖酵解来抑制细胞的存活。此外，也有研究者 [21] 通过试验发现CIRC-PRKCI的过表达也增加了葡萄糖和乳酸的水平，而FOXK1的敲除则降低了葡萄糖和乳酸的水平。下调CIRC-PRKCI可降低血糖和乳酸水平，这一作用可被FOXK1过表达所逆转。这些研究结果提示CIRC-PRKCI可能通过海绵化miR-1294和miR-186-5p上调FOXK1的表达水平来促进肝癌细胞的存活、迁移、侵袭和糖酵解，因此CIRC-PRKCI可能成为治疗肝癌的新靶点。而MIR-144-3p/FOXK1轴通过影响肝癌细胞的有氧糖酵解过程而抑制肝癌的恶性进展，其有望成为肝癌治疗的潜在靶点 [22] 。并且，Cao [23] 等人通过试验发现FOXK1的高表达与肝癌的进展呈正相关，提示其可能成为肝癌患者预后的新生标志物。总之，FOXK1及其通路上的分子、蛋白可能成为肝癌治疗的新靶点，为肝癌患者的预后提供新的标志物，为其治疗提供新的思路。

3.3. FOXK1与前列腺癌

Chen [24] 等人通过检测FOXK1在前列腺癌中的表达，并检查其在前列腺癌细胞中的作用发现，在人前列腺癌细胞系中，FOXK1在mRNA和蛋白质水平上的表达显著上调。此外，FOXK1的下调在体外明显抑制了前列腺癌细胞的增殖，并减弱了体内异种移植模型中的肿瘤生长。同时，FOXK1的敲低抑制了前列腺癌细胞的迁移和侵袭，并通过上调E-钙粘蛋白的表达以及下调前列腺癌细胞中N-钙粘蛋白的表达来预防EMT表型。从机制上讲，敲低FOXK1有效地下调了PC-1细胞中β-catenin，c-myc和细胞周期蛋白D3的表达水平。总体而言，该结果表明，敲低FOXK1至少部分通过抑制Wnt/β-catenin信号通路抑制了前列腺癌的增殖和转移。有报道称TFAP4在多种肿瘤中异常表达，并作为早期肿瘤诊断的标志物。因此，有学者据此研究发现TFAP4增加了前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，这可能依赖于直接促进核易位和β-catenin的积累。这意味着TFAP4-FOXK1/β-catenin轴可能是治疗前列腺癌的潜在靶点 [25] 。而在前列腺癌的化疗耐药性方面，在前列腺癌紫杉醇(PTX)耐药的前列腺癌细胞中，TRPM2-AS基因敲除加速了细胞的凋亡，抑制了细胞的增殖、迁移、侵袭和对PTX的抗性。MIR-497-5P与TRPM2-AS结合，其抑制作用逆转了TRPM2-AS基因敲除对PTX耐药的前列腺癌细胞进程和PTX耐药性的影响。FOXK1被确定为miR-497-5p的靶点，在PTX耐药的前列腺癌细胞中，FOXK1的过表达对PTX耐药的前列腺癌细胞的作用与miR-497-5p的抑制作用相似。因此，可以说TRPM2-AS通过miR-497-5p/FOXK1轴抑制了PTX耐药的前列腺癌细胞的进展和PTX耐药 [26] 。总之，上述结果很大程度提示了FOXK1可能是前列腺癌治疗及抗耐药性的潜在靶点。

3.4. FOXK1与结直肠癌

同样的，结直肠癌也受到FOXK1的调节，从而促进肿瘤的发生。FOXK1是一种细胞周期和生长调节剂，可抑制结肠癌细胞的凋亡。下调FOXK1基因可以诱导结直肠癌细胞G0/G1期停滞，抑制结直肠癌细胞生长，促进细胞凋亡，并增加细胞对5-氟尿嘧啶(5-FU)诱导的凋亡的敏感性 [27] 。RUFY3在脑组织中高表达，并在神经元发育中发挥作用。有学者探究了RUFY3及FOXK1在结直肠癌组织中的表达及其两者的相关性。发现RUFY3在结直肠癌中的表达比在正常人结肠细胞系中的表达上调，RUFY3抑制了锚定非依赖性细胞肿瘤的发生。RUFY3能够诱导8种主要癌基因表达上调，其中RUFY3在结直肠癌中与FOXK1在物理上相互作用，两者的表达模式呈正相关，且与肿瘤进展有关，代表其可能是结直肠癌患者总体生存的显著预测因子。SiRNA介导的FOXK1在RUFY3过表达细胞中的抑制逆转了上皮-间质转化和转移表型。而FOXK1通过原位移植促进RUFY3介导的转移。这些发现提示RUFY3-FOXK1轴可能促进结直肠癌的发生和发展 [28] 。同样的，有学者团队研究发现CCDC43和FOXK1在结直肠癌中的表达呈正相关，FOXK1能够直接与人CCDC43基因启动子结合并激活。此外，CCDC43在FOXK1介导的EMT和体内外转移中是必需的。因此可以推断CCDC43促进了EMT，并且是FOXK1在结直肠癌细胞中的直接转录靶点 [29] 。与正常结肠组织相比，结直肠癌组织中FOXK1、miR-32和TMEM245的表达显著升高，PTEN的表达显著降低，且两两之间的表达呈正相关。将FOXK1基因敲除导致miR-32和TMEM245表达降低，PTEN表达增加，而FOXK1过表达则相反。过表达的FOXK1在体外通过刺激增殖和减少凋亡促进了结直肠癌的恶性表型，而FOXK1的缺失抑制了这种恶性，发现miR-32抑制剂能够部分逆转FOXK1的作用。芯片和双荧光素酶报告实验结果表明，FOXK1与TMEM245/miR-32启动子直接结合。因此，FOXK1-miR-32-PTEN信号轴可能在结直肠癌的发生和发展中起重要作用 [30] 。此外，miR-16-5p能够靶向FOXK1阻断PI3K/Akt/mTOR通路，抑制结直肠癌细胞血管生成和增殖 [31] 。总之，FOXK1的高表达促进了结直肠癌的发生发展，其有望成为结直肠癌潜在的治疗靶点。

3.5. FOXK1在其他恶性肿瘤中的作用

FOXK1在人胆囊癌组织中的表达水平升高，并与肝转移增加、组织分化不良、TNM分期晚期和总生存期缩短相关。下调FOXK1表达可抑制GBC细胞的增殖和转移。此外，AKT特异性抑制剂MK-2206可消除FOXK1高表达的GBC细胞与对照细胞之间的增殖和转移差异，提示FOXK1的促肿瘤作用可能部分与激活Akt/mTOR信号通路有关。FOXK1通过激活AKT/mTOR信号通路促进胆囊癌的增殖和转移 [32] 。有学者团队发现FOXK1在乳腺癌组织和细胞系中同样表达上调。FOXK1通过调节乳腺癌的EMT过程促进细胞迁移和侵袭。同时，该团队也发现miR-365-3p位于FOXK1的上游，因此可以说明miR-365-3p-FOXK1轴在乳腺癌进展中发挥关键作用 [33] 。同样的，FOXK1通过调节结缔组织生长因子表达促进了乳头状甲状腺癌细胞的生长 [34] ，且其通过调节p21的表达促进细胞周期并且提高了细胞增殖能力，从而促进卵巢癌的侵袭及转移 [35] 。以上结论说明FOXK1可能成为这几种恶性肿瘤的新型潜在治疗靶点。

4. 总结与展望

总之，FOXK1已被证实是干细胞群体和肿瘤中细胞增殖、静止、分化以及调控多种生理病理过程的重要调节因子。以上研究证明了在胃癌、肝癌、结直肠癌等各类实体肿瘤中，FOXK1的失调、激活与过表达很大程度对肿瘤的发生、发展及转移起到促进或抑制作用，而且其在多种肿瘤中存在差异性表达，并基本阐述了FOXK1的表达和活性的调控机制，这为恶性肿瘤的精准治疗提供了潜在的治疗靶点。但对于FOXK1及其所在通路的上下游蛋白仍需更深入的研究，进一步探究其在肿瘤中的调控机制，并有针对性的开发靶向药，为肿瘤患者提供更有效更精准的治疗。

NOTES

^*通讯作者。