干細胞轉錄因子SOX2與非小細胞肺癌的研究進展

王永芳 張春芳 陳昊

徐州醫科大學附屬連云港市第一人民醫院病理科（江蘇連云港 222002）

1990年，SINCLAIR等［1］首次在哺乳動物體內發現了睪丸決定因子Y染色體性別決定區（sex?determining region Y，SRY）基因，SRY含有獨特的高遷移率族結構域（pro?tein，group mobility high，HMG）。伴隨著SRY基因的發現，誕生了一個新的基因家族，即SOX（sex?determining region Y［SRY］?box）家族，迄今為止，已經在小鼠和人類體內發現了20余種不同的SOX基因［2］。SOX2基因作為SOX家族的重要成員參與了多種惡性腫瘤發生發展，近年來有研究顯示，SOX2在多種組織中異常表達，且在腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移中起到重要調節作用。與非小細胞肺癌的發生、發展密切相關，本文就SOX2的結構、功能特點，及其與人體惡性腫瘤尤其是非小細胞肺癌發生、發展的作用機制作一綜述。

1 SOX2的結構及功能特征

SOX2基因位于染色體3q26.3?q27上，屬于SOXB1系列（還包括SOX1和SOX3），編碼由317個氨基酸組成的蛋白質［3］。SOX2蛋白通常與DNA在小溝處結合，并引起DNA雙螺旋以80°彎曲。和大多數SOX基因一樣，SOX2為單外顯子結構，不形成基因簇，而隨機分散于整個基因組，由3個主要區域組成：N?末端，HMG?box DNA結合結構域和C?末端轉錄激活結構域。其中，HMG結構域作為主要的功能區與DNA靶序列（A/T）（A/T）CAA（A/T）G特異性的結合，并可以與核輸入信號及核輸出信號一起參與SOX2的自身調節。C?末端轉錄激活結構域包含了一段富含絲氨酸的序列，主要負責結合啟動子，導致其靶基因的激活或抑制。在脊椎動物SOX2 mRNA 3′非翻譯區（3′un?trans?lated region，3′UTR）中存在4段非常保守的富含AU的區域，SOX2的3′UTR可能參與了其轉錄后調控。研究發現，SOX2既可以直接與DNA靶點結合，從而調節相關基因的表達，還可以與其他蛋白形成復合物，該蛋白復合物可作為轉錄激活劑維持胚胎干細胞未分化狀態和自我更新能力［4］。SOX2作為一種分子“變阻器”，一方面，可以控制多能干細胞的活性，在維持正常干細胞特性、決定譜系命運和將體細胞重編程具有多能性中起關鍵作用。另一方面，SOX2還可以作為癌基因在腫瘤發生發展中起重要的調控作用，其基因突變或表達異常與多種癌前病變及腫瘤的生物學行為相關。

2 SOX2與人體多種惡性腫瘤

許多研究發現胚胎干細胞和惡性腫瘤干細胞有著相似的調節機制，而維持干細胞特性的調節因子（如SOX2、OCT4與NANOG等）和信號轉導通路（如Wnt、BMP與Notch等）在腫瘤形成過程中均起著至關重要的作用。多項研究發現 SOX2過表達可以促進肺癌［5］、卵巢癌［6］、乳腺癌［7］和頭頸鱗癌［2］等多種腫瘤細胞的增殖，侵襲和轉移。在卵巢癌細胞中SOX2可能直接與β?catenin結合并激活Wnt/β?catenin通路來維持卵巢癌的腫瘤干細胞特性［6］。LIU等［7］使用包括細胞培養、shRNA介導的敲低、創傷愈合、集落形成、異種移植物和尾靜脈注射等多種體外和體內試驗、并使用蛋白質印跡、免疫染色、微陣列和實時PCR來確定蛋白質和miRNA水平的變化，從而研究SOX2在乳腺癌轉移中的作用，最終他們發現了一種新型的由SOX2介導的調控軸，通過降低腫瘤抑制候選物3（TUSC3）的蛋白水平的表達而促進乳腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲。但在胃癌細胞的研究中，CHEN 等［8］運用 Western blot和 real?time PCR兩種方法均發現較之于正常的胃組織，SOX2在胃癌細胞中的蛋白及mRNA的表達均下調，并且胃癌組織中高表達SOX2的患者在淋巴結轉移、治療效果和預后方面優于低表達者，他們認為SOX2通過上調P21的表達而抑制了胃癌細胞的轉移和侵襲能力。SARKAR等［9］也發現在小鼠模型，SOX2基因可以通過抑制Tcf/Lef依賴性靶點從而抑制過度激活的Wnt/β?catenin信號傳導來限制胃腫瘤細胞生長增殖，起到類似抑癌基因的作用。而在肺癌，BAL?SARA等［10］薈萃分析顯示SOX2是多基因致癌驅動器3q25?27擴增子的驅動基因，可通過控制細胞增殖和惡性轉化促進肺癌的發生，其過表達可增加肺癌細胞遷移和集落形成，相反，敲除SOX2基因則可限制肺癌細胞生長并抑制其轉移能力。鑒于以上不盡相同的研究結果，說明SOX2對腫瘤的調節作用，并非通過單一途徑，而是涉及較為復雜的多因子、多通路的網絡系統來實現的，并且可能受不同組織微環境的影響，提示仍需要大宗數據、更深入多樣的研究方法，多方位地探索其信號傳導網絡及分子作用機制。

3 SOX2與非小細胞肺癌

3.1 腫瘤干細胞在肺癌發生中的作用及SOX2在肺癌中的表達自20世紀90年代BONNET等［11］分離自急性髓樣白血病患者的CD34+/CD38-細胞亞群能在非肥胖糖尿病/重度聯合免疫缺陷（NOD/SCID）小鼠模型中重新形成急性髓樣白血病以來，腫瘤干細胞假說不斷被完善，該學說提出腫瘤干細胞是存在于腫瘤組織中小部分具有干細胞性質的細胞亞群，并能通過不對稱分裂，產生保留有相同性質的腫瘤干細胞以及不同分化程度的、非致瘤性腫瘤細胞。為解釋腫瘤內部的異質性提供了一條新思路。近年來的研究在乳腺、腦、前列腺、卵巢、結腸、肝臟、肺和胰腺等實體瘤中均發現了相應的腫瘤干細胞［12］。在肺癌的發生、發展過程中，肺癌干細胞可能扮演了重要的角色，在腫瘤的復發、轉移、抗化療藥物等方面發揮作用。與胚胎發育或分裂分化相關的信號主要通路如Notch通路、Hedgehog通路、Wnt通路、STAT3通路和PI3K通路的異常激活，以及Oct4、SOX2和Nanog這三種胚胎干細胞自我更新的核心轉錄因子，和與肺癌的發生及惡性轉移有密切關系［13］。2005年，KIM等［14］構建的經典的肺細支氣管干細胞小鼠模型，通過一系列實驗研究有力的證明，在正常的肺組織中具有一種同時表達AT2細胞特異性標記和Clara細胞特異性表面抗原的雙陽性細胞，類似于干細胞的特性，他們稱之為細支氣管干細胞，該細胞可誘導轉化成細支氣管肺泡細胞癌。LEUNG等［15］檢測出CD44+肺癌細胞株可以表達干細胞多能性基因Oct4、SOX2/POU5F1、NANOG，而CD44-細胞則不能，此外，分選出的CD44+肺癌細胞株對順鉑更加耐藥，且更容易在動物模型上種瘤成功。SOX2作為關鍵的胚胎干細胞轉錄因子，在維持干細胞的多能性、增殖、自我更新和多向分化方面具有重要作用，其異常表達可能與肺癌的發生和進展密切相關。

SOX2的表達與肺癌的病理類型密切相關，在肺癌的不同病理學亞型中，其表達情況有所不同，其表達上調在鱗狀細胞癌較為顯著［16］。雷艷等［17］研究結果表明SOX2蛋白在癌組織的陽性表達遠遠高于癌旁組織的表達量，且在鱗癌（87%）中的陽性率明顯高于腺癌（71%）。WILBERTZ等［18］應用熒光原位雜交和免疫組化方法檢測來自瑞士蘇黎世（250例腺癌和262例鱗狀細胞癌）和美國紐約（325例腺癌和54例鱗狀細胞癌）兩個獨立群體的肺癌患者共891例的SOX2基因擴增和SOX2蛋白表達狀態，數據顯示SOX2在8%的蘇黎世（16/210）和紐約（4/49）鱗狀細胞癌呈高水平的擴增，而沒有來自任一隊列的腺癌表現出這種改變，低水平擴增在大多數鱗狀細胞癌中發現：分別為蘇黎世68%（143/210）、紐約65%（32/49）。相比之下，只有6%的蘇黎世（13/208）和紐約（16/291）腺癌具有低水平的SOX2擴增。同樣，正常肺組織沒有表現出SOX2的擴增。SOX2擴增在鱗狀細胞癌中比腺癌更為常見，在兩個獨立的隊列中獲得了類似的結果。SOX2蛋白的表達在兩個隊列中發現相似的表達模式：在兩個群體的鱗癌樣本中可以檢測到廣泛的SOX2表達，腺癌標本則顯示SOX2表達少得多，與SOX2擴增狀態一致，總的平均SOX2表達在鱗癌中顯著高于兩個隊列中的腺癌。SOX2擴增狀態較高的鱗癌患者SOX2蛋白表達水平顯著升高。癌癥基因組圖譜研究組專家［19］研究數據顯示，63%的肺鱗癌中發現SOX2基因擴增，而在蛋白質水平上，則有80%～90%的肺鱗癌存在表達增加，表明存在有多種生物學機制誘導其活化。SAMULIN等［20］研究顯示SOX2在肺鱗癌基因擴增率為59%，遠高于腺癌（20%）和大細胞癌（34%）。SASAKI等［21］研究發現，較之于肺腺癌，在肺鱗狀細胞癌中SOX2基因的DNA拷貝數顯著增加，提示SOX2在肺鱗狀細胞癌中的過表達可能是由DNA拷貝數增加引起的，而在肺腺癌中的調節機制則可能是由于轉錄中或轉錄后修飾等其他原因引起的，同時也反映了這些實體腫瘤之間發生癌變的細胞來源及基本分子機制差異。

3.2 SOX2與肺鱗狀細胞癌惡性轉化肺鱗癌是肺癌的最常見亞型之一，每年造成約400 000人死亡，其基因組改變較為復雜，尚未得到全面的基因組表征，從而沒有針對其治療專門開發分子靶向藥物。趙璐等［22］的研究結果顯示，SOX2在肺鱗癌組織高表達，可能促進肺鱗癌患者淋巴結轉移及提示患者較晚的臨床分期。2012年，癌癥基因組圖譜專家組通過對178個肺鱗癌的全面研究，以提供基因組和表觀基因組改變的綜合特征，肺鱗癌基因組改變特征較為復雜，平均360個外顯子突變，165個基因組重排，和每個腫瘤的323個拷貝數改變片段。他們發現在幾乎所有標本中包括TP53突變的18個基因的統計學復發性突變，顯著改變的途徑包括34%的NFE2L2/KEAP1，44%的鱗狀分化基因，47%的PI3K/AKT和72%的CDKN2A/RB1，他們的研究確定了大多數腫瘤的潛在治療靶點，為肺鱗癌的治療提供了新的研究途徑，44%的鱗狀分化基因中，包括SOX2和TP63的過度表達和擴增，揭示SOX2是肺鱗狀細胞癌中重要的癌基因，在肺鱗狀細胞癌的發生發展中具有極其重要的作用［19］。SOX2通常在信號傳導通路的下游起作用，它的激活將進一步導致下游生物學效應，最終改變細胞表型，引起癌細胞增殖，侵襲和轉移。研究發現，SOX2上游的許多蛋白質和信號通路如EGFR?Src?Akt以及SOX2的下游效應物包括c?Myc、WNT1、WNT2和NOTCH1與肺癌干細胞的自我更新有關［23］。KIM等［24］研究發現，在肺鱗癌中，SOX2基因和PIK3CA基因在肺不典型增生中同步擴增并頻繁發生結合，從而活化PI3K信號傳導通路而誘導肺鱗狀細胞癌干細胞增殖，并維持肺基底細胞的鱗狀上皮損傷反應，從而導致癌前病變，最終促進肺鱗狀細胞癌的發生。KUO等［25］研究結果表明，SOX2與c?Myc基因啟動子的結合增加，可增強肺癌干細胞活性從而影響肺癌的發生發展，該作用通過Galectin?3激活EGFR/c?Myc/SOX2軸調節EGFR信號傳導，并增強c?Myc蛋白穩定性從而調控SOX2表達。FERONE等［26］研究發現SOX2好像一個決定不同來源細胞向肺鱗狀細胞癌轉變的開關，它可以通過使抑癌基因Pten和Cdkn2ab失活從而促進正常的肺支氣管上皮細胞向惡性表型轉化。

3.3 SOX2與肺非小細胞肺癌侵襲與轉移雷超等［27］通過構建SOX2過表達慢病毒并感染胃癌干細胞中的模型，利用實時定量PCR和蛋白免疫印跡（western bolt）檢測感染慢病毒后胃癌干細胞中SOX2表達情況，發現SOX2在胃癌中發揮抑癌基因的功能，他們分析認為，其機制可能通過抑制腫瘤干細胞的自我更新、增殖和侵襲轉移能力而抑制胃癌的發生發展。而SOX2在非小細胞肺癌中過表達，在肺鱗狀細胞癌中尤為顯著，其機制較為復雜。LI等［5］報道，SOX2過表達可以促進正常人支氣管上皮細胞的增殖，與癌旁非腫瘤組織相比，肺鱗狀細胞癌組織中SOX2的表達水平顯著上調，用干擾RNA沉默SOX2基因表達后，肺鱗狀細胞癌細胞增殖減少。YING等［16］研究發現，SOX2可誘導鱗癌標記物p63和keratin 6的表達，激活下游表皮生長因子受體和胰島素樣生長因子-1，從而促進癌細胞的增殖、侵襲和遷移。同時有學者研究發現無論在體內還是體外，當抑制SOX2可使得肺鱗狀細胞癌細胞增殖停滯，其原因是通過抑制下游CDKN1A基因使細胞周期停滯在G1期，進一步證明SOX2可維持肺鱗狀細胞癌生長從而發揮致瘤作用［28］。BORA等［29］的研究發現，SOX2作為EGFR信號轉導途徑和Hedgehog信號通路下游的共同樞紐調節非小細胞肺癌干細胞的自我更新和腫瘤血管生成的能力，提示靶向SOX2基因有望成為對抗非小細胞肺癌，特別是鱗狀細胞癌的有效手段。

3.4 SOX2與肺非小細胞肺癌預后近年來，多項研究都表明SOX2的表達與非小細胞肺癌的預后相關，但結論不盡相同。SHOLL等［30］評估了104期I型肺腺癌手術切除后的患者，SOX2在50%的患者中檢出，在老年患者和男性患者中更為常見，但與吸煙狀況、腫瘤分期、分級或組織學亞型無關。通過單因素分析，至第5年時，SOX2表達陰性者和陽性者分別有82%和49%無病生存，SOX2陰性組和陽性組5年總生存率分別為79%和54%，因此SOX2陽性表達患者的進展時間和五年總生存率均短于陰性表達者，并且男性患者死亡風險SOX2陽性者較陰性者明顯增高，女性死亡風險適度增加，因此他們預測SOX2可能是I期肺腺癌不良預后的獨立預測因子，并增加了分層患者的復發風險。但另一項跨國大樣本研究中，學者們評估了891例來自于兩個獨立群體的SOX2基因擴增和SOX2蛋白過表達與肺鱗癌和腺癌的預后，在肺鱗癌中，發現高水平SOX2擴增的患者中發現更好的生存率，低水平擴增病例與未經SOX2拷貝數改變的病例生存率無顯著差異。SOX2高表達水平者與年齡小、腫瘤分化程度高、低PT分期、直徑小、血管淋巴結浸潤和轉移幾率低相關；在腺癌，也發現低水平的SOX2擴增，較之于與無擴增者，轉移率也低［18，31］。與此研究結果一致，YOON等［23］對Ⅲ期肺鱗狀細胞癌手術治療，隨后接受輔助放療的患者研究發現，SOX2過表達與SOX2基因擴增呈正相關，SOX2過表達可作為Ⅲ期肺鱗癌患者術后輔助放療的一個積極預后因子，但SOX2擴增沒有表現出更長的無病發生存率和總體生存率，他們分析認為SOX2擴增不是蛋白過表達的主要原因，染色體易位或突變等機制值得進一步深入研究。SHAO等［32］關于SOX2對肺非小細胞肺癌預后作用做了較為系統的Meta分析，入選標準包括：（1）原發性肺癌組織SOX2表達；（2）提供存活的信息；（3）隨訪時間超過5年；（4）當同一作者報道在多個出版物從同一患者人群中得到的結果，取最近或最完整的報告。對符合標準的在2010-2013年期間發表的包含1 944例肺非小細胞肺癌患者的7項相關研究進行系統評價，3項研究在亞洲人群中進行，其余4項研究是針對歐洲或美國患者。結果顯示7項研究中只有1項將SOX?2過度表達作為預后不良的指標，但2項研究顯示SOX2過表達對生存率沒有統計學意義的影響，其他5項研究顯示對預后有利影響。

4 結論與展望

SOX2作為關鍵的干細胞轉錄因子，近年來在多種惡性腫瘤組織中的功能被逐漸揭開神秘的面紗，其作用機制也被更深入、廣泛的認識，但其高表達在不同的組織來源的惡性腫瘤中對腫瘤細胞惡變、轉移、侵襲能力和預后的等作用，目前報道結論不盡相同，尚存爭議。比如在胃癌中表現為抑制作用，而在肺癌、乳癌及卵巢癌等則表現為促進腫瘤的發展，說明SOX2對腫瘤的作用，存在極為復雜的信號傳導網絡，仍需多種組織大宗數據和多種層次的研究以探究竟。近年來，SOX2被證實是與肺癌有關的癌基因，在調控其發生發展、侵襲、轉移及耐藥方面均起到重要作用。值得注意的是，較之于肺腺癌，大部分研究認為

SOX2在肺鱗狀細胞癌中表達更顯著，主要表現為SOX2基因擴增，為肺鱗狀細胞癌的診斷及治療提供了新思路，可能成為肺非小細胞肺癌尤其鱗狀細胞癌患者個體化治療的新靶點。但也有學者研究發現有研究表明SOX2過表達是Ⅲ期肺鱗癌患者術后輔助放療的一個積極預后因子，但

SOX2擴增沒有表現出相應的結果，他們分析認為該組研究SOX2擴增不是蛋白過表達的主要原因，染色體易位或突變等機制值得進一步深入研究。并且DNA拷貝數增加在鱗癌遠高于腺癌，說明DNA拷貝數增加對肺癌的作用只是其中機制之一，所以SOX2過表達的詳細機制尚有待更深入研究。