吳 盡, 肖 慧, 趙敏蝶, 丁 新, 鄭 冬, 劉學(xué)東

東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院, 哈爾濱 150040

SOX9是調(diào)控性別和骨骼發(fā)育不可或缺的轉(zhuǎn)錄因子。該因子協(xié)調(diào)Y染色體上SRY基因一過性表達(dá)所起始的一系列基因互作，從而調(diào)控具有兩性潛能的生殖腺形成睪丸。目前，對(duì)于SOX9在性別和骨骼等發(fā)育中的關(guān)鍵作用已有較明確的證據(jù)和結(jié)論。癌癥是威脅人類生命健康最嚴(yán)重的疾病之一，其發(fā)病率與死亡率一直高居各種疾病之首。目前已發(fā)現(xiàn)的癌癥類型有100多種，但病因與發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。癌細(xì)胞是產(chǎn)生癌癥的病源，有無限增殖、可轉(zhuǎn)化和易轉(zhuǎn)移三大特點(diǎn)，能夠無限增殖并破壞正常的細(xì)胞組織。癌細(xì)胞除了分裂失控外(能進(jìn)行多極分裂)，還會(huì)局部侵入周遭正常組織甚至經(jīng)由體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到身體其他部位。近年來，有證據(jù)表明SOX9基因的表達(dá)與癌癥發(fā)生相關(guān)聯(lián)，其分子機(jī)制研究目前仍處于不斷推進(jìn)和積累階段。本文將對(duì)SOX9調(diào)節(jié)癌癥發(fā)生的機(jī)理進(jìn)行綜述，包括SOX9基因在癌細(xì)胞中的表達(dá)機(jī)制及其調(diào)節(jié)、SOX9調(diào)節(jié)癌癥發(fā)生理論假說，以及SOX9作為潛在藥物靶標(biāo)的可能性評(píng)估，以期為臨床上治療SOX9介導(dǎo)的癌癥提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)為相關(guān)機(jī)制的研究提供參考。

1 SOX9基因的發(fā)現(xiàn)及其功能概述

早在1994年，Wagner等[1]在骨骼發(fā)育缺陷(campomelic dysplasia, CMD)的患者體內(nèi)第一次發(fā)現(xiàn)SOX9(SRY-related high mobility group-box gene9)的存在。隨后，F(xiàn)oster等[2]在同一年確定人類的SOX9基因位于染色體17q24.1～q25.1，長(zhǎng)度為3 934 bp，含兩個(gè)內(nèi)含子和一個(gè)開放閱讀框，可編碼509個(gè)蛋白。位于常染色體的SOX9基因與位于性染色體Y上的性別決定基因SRY(Sex determining region of Y chromosome)同源[3]，SOX9基因編碼表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子SOX9，含HMG盒(HMG-box)，屬SOX家族。SOX家族有20個(gè)成員，參與胚胎發(fā)育、性別決定、人類遺傳綜合征和惡性腫瘤發(fā)生[4]，根據(jù)HMG結(jié)構(gòu)域內(nèi)的同源性以及其他結(jié)構(gòu)特征和功能，可將SOX家族分為9個(gè)亞組[5]。其中SOX9在胚胎發(fā)生、男性性發(fā)育、器官發(fā)育、軟骨細(xì)胞分化和干細(xì)胞特性中起著關(guān)鍵作用[2,6～8]。同時(shí)，SOX9對(duì)于神經(jīng)發(fā)育和胰腺發(fā)育也有一定影響[9～11]。例如在男性性發(fā)育過程中，SOX9能夠與類固醇生成因子1(steroidogenic factor 1)互作，從而促進(jìn)睪丸支持細(xì)胞產(chǎn)生抗穆氏管荷爾蒙(anti-Müllerian hormone)，抑制雌性生殖系統(tǒng)的產(chǎn)生[12]，它還與一些其他基因相互作用以促進(jìn)男性性器官的發(fā)育[13,14]。相似的，在軟骨發(fā)育過程中，Sox9與L-Sox5和Sox6形成復(fù)合物，使L-Sox5和Sox6的表達(dá)上調(diào)，從而激活Col2a1、Aggrecan和Col11a2等軟骨特異性分子的轉(zhuǎn)錄，促使間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞方向分化[15]。

2 SOX介導(dǎo)的癌癥發(fā)生發(fā)展調(diào)控機(jī)制與假說

2.1 SOX9在癌細(xì)胞中過表達(dá)的分子機(jī)制

臨床研究發(fā)現(xiàn)，SOX9基因在大腸癌、前列腺癌和結(jié)直腸癌等許多實(shí)體癌中上調(diào)表達(dá)，并能促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[16]。癌癥是危害人類健康的主要病因之一。近十年來，我國(guó)癌癥發(fā)病率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，死亡人數(shù)占全部病因的四分之一，位居第一[17]，如何治愈癌癥是世界性難題。來自臨床的數(shù)據(jù)顯示SOX9基因與癌癥的發(fā)生、發(fā)展存在關(guān)聯(lián)。部分實(shí)驗(yàn)研究揭示SOX9基因在多種人類癌癥組織中過表達(dá)，尤其是結(jié)腸癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、外周神經(jīng)癌和大腦癌等腫瘤組織發(fā)生中起關(guān)鍵作用[18](表1)。

SOX9基因在多種實(shí)體瘤中的過表達(dá)受一些信號(hào)通路調(diào)控。在前列腺癌、結(jié)腸癌和乳腺癌中均發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)通路可調(diào)節(jié)SOX9表達(dá)[23，32，33]。前列腺癌細(xì)胞中，GSK3β(glycogen synthase kinase 3β)被抑制后能夠上調(diào)SOX9的表達(dá)，反之，抑制β-catenin后能夠下調(diào)SOX9，這表明Wnt/Bcatenin信號(hào)通路在前列腺癌中調(diào)節(jié)SOX9的表達(dá)[23]。結(jié)直腸癌發(fā)生通常是由良性的腺瘤息肉發(fā)展為有轉(zhuǎn)移能力的浸潤(rùn)性癌[34]，Matheu等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，與正常結(jié)腸組織相比，腺瘤和癌組織中SOX9的表達(dá)水平顯著增高，并隨著晚期結(jié)直腸癌腫瘤階段的增加而增加。在結(jié)腸癌模型中，SOX9直接結(jié)合并激活了多梳蛋白Bmi1的啟動(dòng)子，抑制了腫瘤抑制因子Ink4a/Arf位點(diǎn)，同時(shí)SOX9還能與激活的K-Ras(一種在結(jié)直腸癌發(fā)展期間經(jīng)常突變的癌基因)協(xié)作，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。為了進(jìn)一步弄清結(jié)腸癌細(xì)胞中SOX9過表達(dá)的分子機(jī)制，Blache等[32]采用基因定點(diǎn)突變等方法發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)因子TCF4可以直接作用SOX9從而上調(diào)SOX9的表達(dá)。在乳腺癌細(xì)胞中，研究人員發(fā)現(xiàn)SOX9可與Wnt/β-catenin信號(hào)通路形成正反饋機(jī)制，即SOX9緘默會(huì)減少癌細(xì)胞的增殖和侵襲，以及Wnt通路中LRP6和TCF4的轉(zhuǎn)錄，并降低Wnt/β-catenin活性；同時(shí)，SOX9表達(dá)量也被Wnt信號(hào)調(diào)節(jié)上調(diào)。在此正反饋機(jī)制中，SOX9位于增強(qiáng)Wnt/β-catenin信號(hào)的反饋中心地位，起著非常重要的作用[33]。除Wnt信號(hào)通路外，在皮膚基底細(xì)胞癌中Shh-Gli2信號(hào)通路會(huì)誘導(dǎo)SOX9過度激活[35]。在肺腺癌和食道腺癌中存在相似的Notch1信號(hào)通路上調(diào)SOX9的現(xiàn)象[36,37]。Capaccione等[36]對(duì)762例肺腺癌樣本進(jìn)行qPCR分析，發(fā)現(xiàn)與癌細(xì)胞周圍的正常組織相比，SOX9 mRNA上的表達(dá)水平更高；用蛋白質(zhì)印跡法和熒光素酶檢測(cè)法處理其中的50個(gè)樣本，并檢測(cè)SOX9蛋白水平的表達(dá)量，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)與相鄰的正常組織相比，70%的樣本中SOX9蛋白水平的表達(dá)量過高。這些數(shù)據(jù)表明SOX9基因在肺腺癌細(xì)胞中過表達(dá)。Jiang等[38]還發(fā)現(xiàn)上調(diào)SOX9能夠誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和侵襲。通過深入研究，Capaccione等[36]發(fā)現(xiàn)Notch1信號(hào)可以直接通過SOX9啟動(dòng)子上游順式作用元件中的結(jié)合位點(diǎn)來調(diào)節(jié)SOX9的表達(dá)，此作用不依賴TGF-β途徑，并且SOX9參與Notch-1誘導(dǎo)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞侵襲和E-鈣粘蛋白表達(dá)的喪失。除肺癌外，在食道腺癌細(xì)胞中Notch1信號(hào)也能介導(dǎo)SOX9過表達(dá)。此外，還有研究顯示在泌尿道上皮癌細(xì)胞和胰腺癌細(xì)胞中，SOX9分別受到表皮生長(zhǎng)因子受體-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶信號(hào)通路和NF-κB信號(hào)通路的調(diào)節(jié)而過表達(dá)[19,20]。上述研究陸續(xù)闡明了各實(shí)體癌中SOX9過表達(dá)的分子機(jī)制，證明了SOX9與腫瘤癌癥發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性，及其在腫瘤形成中的重要功能，這為進(jìn)一步研發(fā)相關(guān)抗癌藥物提供了分子生物學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 SOX9在癌癥中的表達(dá)及相關(guān)情況Table 1 SOX9 expression and related conditions in cancer.

注：“-”表示無數(shù)據(jù)。

2.2 負(fù)調(diào)控SOX9的表達(dá)機(jī)制

既然SOX9表達(dá)產(chǎn)物上調(diào)與部分癌癥發(fā)生發(fā)展存在正相關(guān)性，細(xì)胞中是否存在內(nèi)源性的負(fù)調(diào)控SOX9基因表達(dá)的機(jī)制呢？這個(gè)問題的研究對(duì)于回答SOX9基因及其產(chǎn)物是否能夠成為治療癌癥的靶標(biāo)具有重大意義。研究顯示部分小RNA分子直接靶向SOX9并影響癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。脊索瘤是一種罕見的生長(zhǎng)緩慢的腫瘤，它是由脊索的細(xì)胞殘余引起的。Chen等[21]通過組織芯片和免疫組化分析發(fā)現(xiàn)SOX9在脊索瘤中表達(dá)廣泛，且SOX9的較高表達(dá)水平與脊索瘤的不良預(yù)后相關(guān)。進(jìn)一步的研究使用siRNA抑制脊索瘤中SOX9的表達(dá)，結(jié)果顯示RNAi敲減SOX9能夠抑制脊索瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、降低細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞周期停滯。此外，SOX9抑制劑和化療藥物的組合能夠增強(qiáng)脊索細(xì)胞的抗癌作用。這一結(jié)果提示SOX9能夠成為治療脊索瘤的潛在藥物靶標(biāo)。此外，在肝癌細(xì)胞中導(dǎo)入人工合成的microRNA miR-101-3p擬合物可以靶向負(fù)調(diào)控SOX9基因的表達(dá)，進(jìn)而降低肝癌細(xì)胞的存活率。在該研究中，研究人員首先通過多個(gè)靶基因庫(kù)預(yù)測(cè)出miR-101-3p靶向調(diào)節(jié)SOX9基因，并構(gòu)建熒光素酶報(bào)告基因確定該靶基因的正確性。接著將miR-101-3p轉(zhuǎn)染至肝癌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞的增殖被抑制，且大量凋亡[39]。Zhang等[40]進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)臨床肝癌患者的五年生存率與miR-101的表達(dá)量高低存在正相關(guān)關(guān)系。這證明miR-101-3p能夠靶向負(fù)調(diào)控肝癌細(xì)胞中的SOX9基因，抑制肝癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡，并且能夠通過這一系列作用影響肝癌患者的生存率。不僅是肝癌細(xì)胞，在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中miR-101也能起到相似的作用[41]。

抗生素也可緘默SOX9基因的表達(dá)。雷帕霉素是一種新型大環(huán)內(nèi)酯類免疫抑制劑，研究發(fā)現(xiàn)它有望成為新的抗腫瘤藥物[42]。Hardiman等[43]發(fā)現(xiàn)雷帕霉素能夠抑制結(jié)直腸癌早期腫瘤的發(fā)生，這一過程通常伴隨著SOX9表達(dá)水平下降。類似地，Garros-Regulez等[44]發(fā)現(xiàn)雷帕霉素通過緘默SOX2和SOX9基因的表達(dá)能夠損害膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的活性。而Carrascogarcia等[45]發(fā)現(xiàn)，SOX9的表達(dá)水平能夠影響雷帕霉素抑制癌細(xì)胞的作用功效。用相同濃度的雷帕霉素分別處理SOX9高表達(dá)和SOX9低表達(dá)的結(jié)直腸癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)SOX9高表達(dá)的癌細(xì)胞凋亡率明顯大于低表達(dá)的癌細(xì)胞。

除抗生素外，多肽也可對(duì)SOX9產(chǎn)生抑制作用。Brown等[46]在2011年發(fā)明了一種能夠由多肽鏈組成的SOX9抑制劑，該抑制劑可以發(fā)揮功能性作用，通過對(duì)SOX9的抑制，達(dá)到治療某些不良病理的目的。更重要的是，SOX9抑制劑會(huì)削弱癌細(xì)胞的自我更新和侵襲潛能，表明它可能被認(rèn)為是晚期結(jié)直腸癌的新型治療靶點(diǎn)。

2.3 SOX9調(diào)控癌癥發(fā)生發(fā)展的理論假說及其作為治療藥物潛在靶標(biāo)的可行性

在臨床病理學(xué)上，SOX9的高表達(dá)與腫瘤發(fā)生發(fā)展呈正相關(guān)，而且在許多種癌癥晚期，存在SOX9表達(dá)水平增高、腫瘤病人的整體存活率下降的現(xiàn)象[47]。這說明， SOX9在一些惡性腫瘤中起著促癌因子的作用。圍繞這種促癌作用機(jī)制，有人提出如下觀點(diǎn)：SOX9過表達(dá)為癌細(xì)胞提供了干細(xì)胞特性，能夠維持結(jié)直腸癌干細(xì)胞和轉(zhuǎn)移細(xì)胞的穩(wěn)定性。近年來分子機(jī)制研究為這個(gè)觀點(diǎn)提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。例如，脊索瘤細(xì)胞與癌癥干細(xì)胞相似，都具有化療耐藥、復(fù)發(fā)傾向和轉(zhuǎn)移的特性，但是當(dāng)敲除SOX9基因時(shí)，腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)減少[48]。相似地，在Carrascogarcia等[45]的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)SOX9過表達(dá)為結(jié)直腸癌細(xì)胞提供了干細(xì)胞特性，SOX9能夠維持結(jié)直腸癌干細(xì)胞和轉(zhuǎn)移細(xì)胞的穩(wěn)定性。SOX9在癌細(xì)胞中的功能非常重要，當(dāng)抑制SOX9的表達(dá)，癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性和轉(zhuǎn)移能力也會(huì)受到影響，表明通過靶向負(fù)調(diào)控SOX9基因也許能成為一種新的治療癌癥的方法。同樣的，來自Massague實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)最新研究表明，SOX9對(duì)晚期腫瘤細(xì)胞的維持非常重要[49]。這一發(fā)現(xiàn)表明，將負(fù)調(diào)控SOX9表達(dá)定位為一種提高腫瘤治療效果的策略，通過針對(duì)慢性周期性和靜止性癌癥干細(xì)胞樣亞群來防止癌癥復(fù)發(fā)是可行的。

3 展望

SOX9基因及其產(chǎn)物參與癌癥發(fā)生發(fā)展為我們重新理解SOX9的功能提供了一個(gè)新的視角。但是目前證據(jù)還不足以全面闡明相關(guān)分子機(jī)制。作為轉(zhuǎn)錄因子，SOX9在癌癥組織中所調(diào)控的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)具有什么特征？哪些通路調(diào)控癌癥組織中SOX9基因的表達(dá)？SOX9如何維持癌癥干細(xì)胞特性？這些問題仍有待解決。進(jìn)一步研究SOX9調(diào)控癌癥發(fā)生發(fā)展以及內(nèi)源性負(fù)調(diào)控SOX9表達(dá)機(jī)制有助于闡明相關(guān)病理機(jī)理，并為疾病提供可行的治療方法，對(duì)未來個(gè)性化與精準(zhǔn)抗癌治療的發(fā)展具有重要意義。