畢琦玲 周立紅 綜述 韓毅敏 審校

HOX(Homeobox，HOX)基因是由183個核苷酸組成的保守序列，其編碼的61個氨基酸的多肽為同源結(jié)構(gòu)域。HOX蛋白是小分子蛋白，可在正常的胚胎發(fā)育中作為轉(zhuǎn)錄因子以及在胚胎的前-后軸形成中起到重要作用。HOX蛋白作為主調(diào)節(jié)器，可以激活或抑制其下游靶基因。大量的科學證據(jù)表明，許多對正常胚胎發(fā)育至關(guān)重要的基因的異常表達能夠?qū)е掳┳?。HOX基因的表達失調(diào)已報道于不同的實體腫瘤和白血病，其中一部分已被確認為致癌過程的重要部分。在這個意義上，部分癌癥中HOX基因的改變可作為精確診斷和提示預后的生物標志物，通過目前國內(nèi)外的研究可期待其作為治療癌癥的潛在靶點。本文主要總結(jié)了HOX基因在婦科腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的作用，現(xiàn)報告如下。

1 HOX概述

HOX在人類基因組中分為4個基因簇，分別命名為HOXA、HOXB、HOXC和HOXD。在這4個基因簇中有39個基因，是生物發(fā)育、分化的主控基因。在早期胚胎的形成過程中起著關(guān)鍵的作用，例如在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、中軸骨、胃腸道、外生殖器和肢體發(fā)育等。HOX基因所編碼的HOX蛋白是一類重要的轉(zhuǎn)錄因子。HOX轉(zhuǎn)錄因子維持和調(diào)節(jié)組織的干細胞庫，他們可以為組織修復和再生定向驅(qū)動干細胞的分化[1]。在成人組織及其發(fā)展過程中，轉(zhuǎn)錄因子(HOX基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子)調(diào)控著機體的機制，維持著細胞的健康。HOX蛋白家族通過提供必要的限定信息來控制機體正常的形態(tài)形成[2]。

2 HOX與腫瘤

腫瘤發(fā)生所涉及的信號通路失調(diào)是在器官發(fā)生和正常干細胞自我更新過程中所必需的途徑。相比較于正常組織，在癌癥中HOX基因的表達失調(diào)的機制主要有：(1)HOX基因高表達或重新激活；(2)HOX基因低表達或沉默；(3)改變時空激活的HOX基因表達。此外，在不同的腫瘤組織，HOX基因也呈現(xiàn)出不同的表達失調(diào)[3-4]。部分HOX基因的表達能夠促進侵襲性腫瘤的各種特征，如DNA修復[5]、侵襲、遷移[6]和誘導血管生成[7]。因此，HOX基因的表達與癌癥患者的生存息息相關(guān)[8]。已有研究表明HOX基因在黑色素瘤[9]、頭頸部[3]、前列腺[10]、乳腺[11]、卵巢[12]和胰腺癌[13]等多種惡性腫瘤中異常表達。在大多數(shù)實體腫瘤類型中(除了卵巢癌)主要顯示HOXC基因的表達，尤其是HOXC4、HOXC9、HOXC11和HOXC13，而在實體瘤中最常見的激活基因為HOXC9和HOXB13[4]。

2.1 HOX與宮頸癌

部分HOX基因高表達可影響宮頸癌的發(fā)生發(fā)展。使我們注意到了其在發(fā)病中的很多變化。如在宮頸鱗癌中，HOXC13表達增強并可通過組蛋白甲基化調(diào)控[14-15]。

宮頸癌的致病因素主要是高危型人類乳頭狀瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)的持續(xù)感染[16]。感染HPV18的宮頸癌，若恢復HOXA9表達則顯著降低了癌細胞生長、集落形成、代謝和細胞遷移[17]。與此相反，另有實驗表明，與正常黏膜細胞相比，在喉鱗狀細胞癌中的HOXA9呈現(xiàn)高表達[18]。在宮頸癌病理進展中HOXB2和HOXB13呈遞增表達，即在正常宮頸組織、CIN1、CIN2-3和宮頸癌中，HOXB2和HOXB13表達呈依次遞進增加，同時其表達也與HPV感染呈正相關(guān)(即HPV感染陽性組的表達高于HPV感染陰性組)[19]。與HPV陰性對照組比較，在宮頸癌中HOXA10，HOXA13，HOXB13，HOXC8，HOXC9，HOXC11和HOXD10的表達顯著改變。其中，HOXA10是成員中唯一表現(xiàn)出明顯低表達的，而其余均呈現(xiàn)高表達[20]。另有實驗也表明[14，21-23]通過誘導上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial mesenchymal transition，EMT)證明了HOX基因簇成員在促轉(zhuǎn)移中的作用。通過實時定量PCR確認同一組樣本中HOX基因簇成員的表達水平，以及EMT標記物的表達，即上皮細胞鈣黏蛋白(E-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)。結(jié)果顯示，與HPV陰性對照組相比，宮頸癌病例中E-cadherin表達明顯減少，而Vimentin表達顯著增加[20]。該研究也表明，兩個EMT標記物的表達與HOX基因簇兩個成員的表達相關(guān)，即HOXA10與E-cadherin呈正相關(guān)，與Vimentin呈負相關(guān)；HOXB13正好相反，其與E-cadherin呈負相關(guān)，與Vimentin呈正相關(guān)。

2.2 HOX與子宮內(nèi)膜癌(Endometrial cancer，EC)

EC細胞中HOXA10表達的增強可誘導細胞周期阻滯，降低癌細胞增殖活性。在這項研究中，其檢測到HOXA10作為一種新型的雌激素和孕激素應(yīng)答因子，不僅參與正常子宮內(nèi)膜的發(fā)展，而且促進了子宮內(nèi)膜癌的腫瘤發(fā)展過程[24]。HOXA10和p21基因下調(diào)表達可促進癌癥的發(fā)生發(fā)展，即子宮內(nèi)膜癌分化越差，HOXA10基因表達越低。

腫瘤相關(guān)巨噬細胞(Tumor-associated macrophage，TAM)的廣泛浸潤常預示某些惡性腫瘤預后不良，即乳腺癌、卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌[25-27]。TAM可在子宮內(nèi)膜癌中通過誘導腫瘤血管生成和加速腫瘤轉(zhuǎn)移，促進腫瘤進展[28]。TAM-衍生的CXCL8(人細胞因子抗體陣列檢測TAM-衍生的細胞因子之一)可抑制雌激素受體α(Estrogen receptor-α，ERα)的表達，增強了腫瘤的侵襲[29]。有觀點認為HOXB13作為轉(zhuǎn)錄因子起到了抑制ERα表達的作用[4]。TAMs通常聚積于癌巢并伴有CXCL8和HOXB13的高表達，以及ERα的低表達。HOXB13和TAMs、CXCL8、ERα之間相互作用促進了EC的發(fā)展，若在未來研究中探索到這些因子的抑制劑或拮抗劑等，期待可開拓更好治療子宮內(nèi)膜癌的新手段。有趣的是在EC中靠近腫瘤的侵襲邊緣也可以看到波形蛋白(Vimentin)的高表達和上皮細胞鈣黏蛋白(E-cadherin)的低表達。

2.3 HOX與卵巢癌

在上皮性卵巢癌(Epithelial ovarian cancer，EOC)中HOXA4可通過抑制表皮生長因子受體(Epidermal growth factor receptor，EGFR)而降低正常卵巢表面上皮(Ovarian surface epithelium，OSE)和上皮性卵巢癌(EOC)細胞的活動性，引導細胞遷移。HOXA9的表達刺激了腫瘤發(fā)展，促使腫瘤細胞在腹膜表面種植[30-31]。癌癥的治療或許潛在調(diào)整了HOX基因的活性或其相互作用因素，例如細胞整合素(Integrins)和鈣黏素(Cadherins)，以此來降低EOC細胞的擴散和轉(zhuǎn)移[32]。

HOX基因的表達譜在鉑類耐藥細胞株和鉑類敏感細胞株也具有顯著的差異。PEO4(鉑類耐藥細胞株)中HOXB3和HOXB4基因的表達明顯高于PEO1(鉑類敏感細胞株)。PEO23(鉑類耐藥細胞株)相比于配對物-PEO14(鉑類敏感細胞株)也有一個相對高表達的HOXB4基因。根據(jù)細胞株基因表達數(shù)據(jù)，總體上鉑耐藥細胞株較正常和鉑敏感細胞株呈現(xiàn)HOX基因的高表達[33]。該課題組研究也表明在高級別漿液性EOC中HOXA13、HOXB6、HOXC13、HOXD1和HOXD13這五個基因的高表達提示患者預后較差。除了致癌作用，一些HOX基因也可作為腫瘤抑制基因。例如HOXA4的表達可阻斷卵巢癌細胞的擴散，HOXC8與卵巢癌的進展呈負相關(guān)[34]以及HOXC6基因和蛋白在漿液性卵巢癌患者中呈低表達等[35]。

通過對HOX基因的深入研究，期待能夠?qū)⑵渥鳛槟[瘤治療反應(yīng)的替代標志物，指導在臨床對卵巢癌患者從腫瘤基因角度進一步分類，以期在精確醫(yī)學、臨床試驗、個性化臨床診斷和治療中可早期評估癌癥治療的療效。

3 HOX在癌癥治療中的指導與應(yīng)用

在癌癥治療中，腫瘤復發(fā)、耐藥、更換治療方案后腫瘤仍控制欠佳、再復發(fā)等導致患者疾病預后較差，生存期縮短。HOX基因(RNA水平)對一些惡性實體腫瘤如乳腺癌(HOXB7)[36]和卵巢癌[12]等可指導預后。HOX蛋白可通過結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合，而這種綁定是相對不特定的(因為它一般只包含4個堿基對識別序列)。更大的特異性是由輔助因子的幫助結(jié)合，如前B細胞白血病同源盒(Pre-B-cell leukemia homeobox，PBX)。PBX基因在一些實體腫瘤中也過度表達，其與癌癥侵襲能力、遠處轉(zhuǎn)移和總生存率等顯著相關(guān)。PBX3、HOXA7、HOXA9和HOXA11這四個基因在細胞遺傳學異常的AML(Cytogenetically abnormal AML，CA-AML)中已成為生存率差的獨立預測因子。而PBX3與HOXA9經(jīng)常共同表達在CA-AML的不同亞型，或許HOXA9也可成為潛在的病理因子。

然而醫(yī)學科研發(fā)展的宗旨始終是以解決疾病為根本，我們需要更有效的藥物和手段緩解病痛和治愈癌癥。近年來一種被稱為HXR9的肽，因其可作為HOX/PBX結(jié)合的競爭性拮抗劑，而越來越成為人們研究的焦點。已有實驗證明HXR9能夠抑制一系列在小鼠異種移植模型的腫瘤生長，如乳腺癌和卵巢癌等[37]。通過HXR9殺傷乳腺癌細胞株與HOX1-9基因的表達密切相關(guān)[38]。隨著聯(lián)合診斷在患者病情分類及個性化治療中日益突顯，其更有益于患者的靶向治療。以HOX/PBX抑制劑為主要作用機制的抗腫瘤藥物，可成為重要的臨床藥物。

目前已有一些研究HOX與化療藥物治療腫瘤的關(guān)系，如使小細胞肺癌多藥耐藥細胞的HOXA1基因表達(在經(jīng)阿霉素，順鉑或VP-16治療后)其增加了細胞凋亡以及降低了細胞周期阻滯[42]，表明HOXA1是與化療藥物有關(guān)的促凋亡和細胞周期調(diào)控因子；抑制HOXA10的表達可增強膠質(zhì)母細胞瘤癌細胞對替莫唑胺(Temozolomide)治療的敏感性[5]。但是HOX基因與婦科腫瘤相關(guān)治療方面的研究卻報道不多，其可成為未來科研的努力方向。

4 小結(jié)與展望

目前，越來越多的科研人員研究HOX基因的表達、甲基化、移位或突變作為診斷、預后、轉(zhuǎn)移和治療反應(yīng)預測因子的新生物標記物。HOX基因的潛力依然有很多未知，期待進一步的研究能夠提供更有特異性和便捷性的診斷標志物來方便診斷，同時能夠以此探索研發(fā)抗腫瘤的新藥物乃至攻克癌癥。

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