SOX9在惡性腫瘤中的研究進展

游伊夢，劉彥權，沈建箴

轉錄因子SOX9屬于SOX基因家族，位于人類性染色體的性別決定區(qū)SRY區(qū)域，其特點是具有一個高遷移率的HMG盒(High mobility group, HMG)DNA結合域，表現(xiàn)出高度保守的進化特性，具有性別決定、軟骨分化、穩(wěn)定干細胞分化等多種生理功能。最新研究表明，SOX9與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關，近年來，其在惡性腫瘤中的作用受到國內外科學家的大量關注。已有研究發(fā)現(xiàn)該基因具有促癌性，可在人體各種惡性腫瘤組織中異常表達，并且與腫瘤侵襲和預后差呈明顯正相關。本文主要就SOX9基因的結構和功能，與其在惡性腫瘤中的作用和機制，以及針對該基因抗腫瘤的最新研究進展總結和論述，以期為惡性腫瘤治療提供依據(jù)。

1 SOX9的結構和功能

1.1SOX9的結構 SOX9基因是編碼一類具有高度保守HMG盒序列特征的重要轉錄因子，位于人17號染色體上的性別決定區(qū)(SRY)，具有3個α螺旋至多有50%氨基酸相似性和一個由80個氨基酸組成的SRY相關高遷移率HMG盒DNA結合結構域，該HMG結構域含有兩個核定位信號(NLS)序列和一個富含亮氨酸的核輸出信號(NES)序列，并在細胞核與細胞質之間表現(xiàn)出高易位率[1]，是調控幾個關鍵發(fā)育過程的序列特異性轉錄因子，涉及睪丸、腎、心臟、大腦、骨軟骨等重要器官，目前經鑒定已知該家族包含有20種哺乳動物的SOX基因[2]。

1.2SOX9的功能

1.2.1SOX9與軟骨形成：軟骨內成骨是目前已知的最常見骨發(fā)生形式。研究表明，SOX9可激活軟骨細胞特異性基因的轉錄，促進軟骨細胞的分化與Ⅱ型膠原蛋白產生，最終形成軟骨[3]。Coustry等[4]實驗發(fā)現(xiàn)，軟骨生成細胞和軟骨細胞均可檢測到SOX9蛋白，而在肥大性軟骨細胞和成骨細胞中未發(fā)現(xiàn)。Sun等[5]將SOX9轉導到成熟兔椎間盤退變模型中的骨髓間充質干細胞(BMSCs)后發(fā)現(xiàn)，通過改善細胞外基質(ECM)可有效阻止其進行性變性，該實驗說明SOX9可以促進BMSCs的軟骨形成。當骨軟骨細胞進一步分化為成骨細胞，SOX9與成骨細胞特異性增強子Runx2結合后表達下調，從而抑制了成骨細胞表型的獲得[6]，均說明SOX9是軟骨細胞譜系命運和多步分化程序的關鍵因素，但其在軟骨生長板中的后續(xù)作用仍不清楚[7]，需進一步探索。

1.2.2SOX9與肺發(fā)育：Turcatel等[8]建立肺間質SOX9基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)肺間質缺乏SOX9的小鼠氣管軟骨形成被完全抑制，表現(xiàn)為氣管塌陷，出生時即窒息死亡；呼吸道內襯上皮細胞亦表現(xiàn)異常，具有更高數(shù)量的胞質液泡，杯狀細胞、基礎細胞(P63+細胞)和克拉拉細胞(CC10+細胞)均數(shù)量減少；氣管淋巴管明顯發(fā)育不足；而SOX9基因敲除對遠端肺分支、支氣管周圍平滑肌和氣管平滑肌的發(fā)育則沒有明顯影響。簡言之，SOX9對氣管軟骨環(huán)、氣管上皮細胞和淋巴管的發(fā)育具有重要作用，對遠端肺分支、平滑肌的發(fā)育則無影響。

1.2.3SOX9與性別分化決定：大多數(shù)哺乳動物包括人類在內的性腺分化始于胚胎，睪丸發(fā)育由Y連鎖基因SRY引發(fā)，其表達起始于排卵后6周，并在整個妊娠期維持，通過上調SOX9促使雙潛在性腺發(fā)育成睪丸或卵巢，這對于人類睪丸發(fā)育和男性分化十分必要[9]。研究表明，小鼠SOX9基因座的拓撲相關域(TAD)內復制會導致人類雌雄性逆轉，不會改變整體TAD結構和功能，但會改變其精細排列和作用，且TAD斷點之間的微小差異可能會不同程度地改變TAD的精細結構和功能，從而導致46，XX個體出現(xiàn)不同程度的男性化[10]。

2 SOX9在惡性腫瘤中的研究進展

2.1SOX9與骨肉瘤 骨肉瘤起源于間質細胞，以梭狀基質細胞為特征，是由腫瘤細胞惡性增殖而成的類骨組織和骨組織的惡性腫瘤，常見于兒童和青少年[11]。骨肉瘤病因不明，其發(fā)病機制與遺傳學密切相關，對放療具有抵抗性，故而尋找特異性分子標志物與研發(fā)新的靶向藥物對其診療意義重大。Zhang等[12]發(fā)現(xiàn)，骨肉瘤組織中SOX9表達水平增加，并與高復發(fā)率和不良預后相關。SOX9沉默可阻抑惡性腫瘤細胞的增殖與遷移，促進癌癥細胞凋亡[13]。相關實驗發(fā)現(xiàn)褪黑素、MiR-590-3p、MiR-1225-5p均通過下調SOX9從而抑制骨肉瘤細胞[14-15]。MAFB通過SOX9介導的正反饋回路促進骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展[16]。以上均提示SOX9作為多個骨肉瘤相關基因的關鍵下游效應子，具有成為治療骨肉瘤的新的分子標志物的潛力，也可作為未來預測骨肉瘤進展和預后的重要指標。

2.2SOX9與消化系統(tǒng)惡性腫瘤

2.2.1SOX9與胃癌：胃癌是常見的惡性腫瘤[17]。Zhang等[18]發(fā)現(xiàn)，SOX9過表達促進腫瘤細胞的侵襲和遷移，且與腫瘤浸潤深度和分化程度顯著相關；與患者性別、年齡、腫瘤大小、淋巴結是否轉移和臨床分期無關。胚胎期表達SOX家族基因對形成胃規(guī)格和區(qū)域化十分關鍵。近期Francis等[19]通過分析SOX2和SOX9基因單缺失和雙重缺失的結局發(fā)現(xiàn)，SOX9可彌補SOX2的缺失，并維持殘余的胃組織繼續(xù)發(fā)育，表明了單個TF缺失會誘導相互因子的激活；在腺瘤中觀察到二者雙重缺失可改善癌癥進展，揭示了SOX2和SOX9基因在胃發(fā)育和癌癥中存在潛在冗余作用。初步推測，SOX基因的潛在冗余作用可能對今后胃癌的治療具有臨床價值。

2.2.2SOX9與肝癌(HCC)：HCC占全世界癌癥的發(fā)病率的第6位，約20%的早期腫瘤即具有侵襲性，擴散十分迅速，導致患者存活率較低[20]，中國即擁有其中超過50%的新發(fā)和死亡病例[21]，因此迫切需要更高的診療策略。Leung等[22]鑒定SOX9在HCC中通過Wnt/β-catenin信號通路激活肝癌細胞干性時發(fā)現(xiàn)，SOX9在HCC組織中的表達高于正常肝臟組織；SOX9的過表達與腫瘤細胞低分化、靜脈浸潤、腫瘤晚期密切相關。沉默SOX9則抑制肝癌細胞的遷移、侵襲和體內肺轉移，推測該基因可能是HCC的治療靶點。SOX9是胚胎發(fā)育期間和肝損傷后表達的肝臟祖細胞/前體細胞標志物，其過表達也與肝癌的不良預后和低生存率密切相關[23]。另外有研究表明，miRNA可通過靶向SOX9達到抑制癌細胞去分化和腫瘤干細胞(CSC)增殖的作用[24]。綜上，SOX9作為HCC治療和預測預后的分子標記物潛力無窮。

2.2.3SOX9與結腸癌：結腸癌仍是當前全世界與癌癥相關疾病的主要死亡原因之一，并且迫切需要改進現(xiàn)有的診斷、治療和預后策略[25]。Sun等[26]實驗發(fā)現(xiàn)，淋巴增強因子1反義RNA通過miR-30-5p/SOX9軸直接促進結腸癌細胞增殖、侵襲和轉移。Matheu等[27]發(fā)現(xiàn)直腸癌臨床樣品中SOX9和Bmi1的表達水平為正相關，和ARF為負相關；機制是SOX9表現(xiàn)為直接結合并激活Bmi1的啟動子，Bmi1上調抑制了腫瘤抑制因子Ink4a/Arf。SOX9與結直腸癌密切相關，結合文獻初步推測，通過調控SOX9在腫瘤細胞中的表達，可能成為結腸癌靶向治療的分子標志物。

2.3SOX9與肺癌 肺癌是全部惡性腫瘤死亡的主要原因之一，分為小細胞肺癌和非小細胞肺癌(NSCLC)[28]。肺癌所有階段的平均5年生存率僅為16%，確診時超過50%的肺癌患者已有遠處轉移，25%的肺癌患者出現(xiàn)局部淋巴結腫大。由于臨床晚期表現(xiàn)和缺乏早期診斷的有效方法導致較差的存活率[29]。Chen等[30]通過對121例NSCLC的原發(fā)肺癌組織與癌旁組織的觀察，發(fā)現(xiàn)SOX9在癌細胞中高表達，受到年齡、腫瘤大小、TNM分期和LEL影響，且SOX9與腫瘤的預后明顯相關。結果表明SOX9過表達可能是肺惡性腫瘤侵襲及預后不良的評估指標。另外，最新報道Wnt/β-catenin信號通路是SOX9促進NSCLC增殖、侵襲和抑制細胞凋亡的分子機制[31]。推測SOX9可能是診斷NSCLC的重要分子標記物、疾病進展和預后的預測指標。

2.4SOX9與生殖系統(tǒng)惡性腫瘤

2.4.1SOX9與前列腺癌(PC)：PC是國內外男性泌尿系最常見的惡性腫瘤[32-33]。大部分PC為惰性，少數(shù)PC可發(fā)展為致命性腫瘤[34]。Qin等[35]利用免疫組化法檢測了98個PC組織和良性前列腺組織，發(fā)現(xiàn)SOX9在PC中過表達，并導致細胞分化率顯著降低。SOX9沉默顯著降低了PC細胞的增殖、遷移能力，并與Gleason 等級呈正相關[36]。目前前列腺特異抗原普遍被應用于篩查PC，但不可避免的假陽性使腫瘤診斷仍具有難度，因此尋求更高效的診斷突破口尤為重要。結合既往研究，推測SOX9可能是治療和評估PC進展、預后的關鍵指標。

2.4.2SOX9與乳腺癌：乳腺癌作為女性群體中最常見的癌癥，是主要癌癥相關死亡原因[37]。SOX9參與了乳腺癌細胞增殖、集落形成及體外細胞遷移和侵襲[38]。Fazilaty等[39]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細胞能被SOX9誘導并維持干細胞特性，促進癌癥轉移。另外，Yu等[40]驗證Wnt/β-catenin信號通路是SOX9促進乳腺癌的機制時發(fā)現(xiàn)，SOX9在癌細胞中表達上調，且在ER(-)癌細胞高于ER(+)癌細胞；而抑制SOX9表達則與抑制癌細胞干性和轉移有明顯相關性。目前已證明SOX9與SLUG共表達能誘導乳腺干細胞，增強腫瘤細胞的致癌和轉移能力，并與患者低存活率密切相關[41]。明確乳腺癌發(fā)生發(fā)展機制對優(yōu)化現(xiàn)有治療策略十分必要。結合文獻初步推測，靶向腫瘤干細胞(CSC)還是SOX9介導通路的關鍵節(jié)點，都可能提高乳腺癌生存率。

2.4.3SOX9與卵巢癌：卵巢癌是女性生殖系惡性腫瘤死亡的首位原因[42]，該病90%是上皮性的，以漿液性癌最為常見，發(fā)病率占女性惡性腫瘤的2.5%[43]。與正常卵巢細胞相比，腫瘤細胞過表達SOX9，該基因通過激活β-catenin信號通路，促進癌細胞增殖及順鉑(DDP)的化學耐藥性[44]。也有研究發(fā)現(xiàn)，SOX9通過增強TUBB3轉錄，進而激活βⅢ-微管蛋白的表達使卵巢癌細胞在缺氧條件下仍可存活，且SOX9和βⅢ-微管蛋白的高表達與患者預后不良明顯相關[45]。當前，DDP耐藥性是治療卵巢癌的最大障礙，因此尋找降低其抗性的方法至關重。沉默SOX9可增強DDP對腫瘤細胞的殺傷力，這提示通過靶向SOX9可能達到削弱DDP抗性的作用，可提高卵巢癌的化療效率。

2.4.4SOX9與子宮內膜癌(UCEC)：UCEC是第2常見婦科惡性腫瘤，是第3婦科癌癥死亡原因[46]，子宮內膜癌80%起源于子宮內膜腺體[47]。Gonzalez等[48]在人子宮內膜的正常上皮細胞中檢測到SOX9表達，該基因過表達會誘發(fā)子宮內膜增生，這些增生的異常子宮腺體類似于人的子宮內膜息肉在組織形態(tài)學上表現(xiàn)為子宮內膜腺體呈囊性擴張，周圍分散有纖維化基質，可能侵襲子宮肌層。結合既往研究，推測是由于子宮內膜在月經周期的反復重塑促使SOX9過表達而誘導女性性成熟后產生囊性擴張的子宮腺體病變。簡言之，SOX9過表達在子宮內膜惡性增殖中起重要作用，初步推測可能成為未來治療UCEC的重要分子標志物。

2.5SOX9與其他惡性腫瘤

2.5.1鱗狀細胞癌(SCC)：病變較為局限，很少發(fā)生轉移[49]。在對SCC的研究中發(fā)現(xiàn)，β-catenin的組成型活性形式過表達將誘導SOX9表達，β-catenin沉默則下調SOX9表達；當使用特異性miR降低SOX9的表達時，SCC細胞的集落形成活性顯著降低，而當SOX9在敲低β-catenin的細胞中表達時，則部分恢復了集落形成的能力[50]。這說明皮膚鱗狀細胞癌的發(fā)生與SOX9具有不可忽視的關聯(lián)性。

2.5.2腦膠質瘤：是最為普遍的顱內惡性腫瘤，SOX9在腦膠質瘤細胞中表達增加[51-52]；其高表達可誘導調控腫瘤細胞增殖和細胞周期進程的基因集表達，而下調SOX9則會降低細胞周期蛋白D1、CDK4表達和RB磷酸化，抑制S期細胞生長并誘導細胞凋亡[53]。

2.5.3口腔癌:是多為鱗狀細胞癌，占人類癌癥的1%～2%，約50%的患者確診時已為晚期，導致了其高病死率[54]。據(jù)報道，在口腔鱗癌組織中可檢測到SOX9表達上調[55]。Sumita等[56]在口腔鱗狀細胞癌上皮異常增生區(qū)域和原位癌區(qū)域檢測到了SOX9表達并與不良預后呈正相關，且腫瘤轉移性細胞系的表達上調明顯高于非轉移性細胞系，而在正常鱗狀上皮中未被檢出。初步推測SOX9可作為口腔癌輔助診斷和預測預后的重要標志物。咀嚼檳榔作為口腔癌常見誘因，被發(fā)現(xiàn)通過誘導SOX9等多能干性調節(jié)因子的表達，促進CSC的轉化導致口腔癌[57]，該發(fā)現(xiàn)給予了口腔的預防和治療新的依據(jù)和支持，增加了靶向治療的可行性與可靠性。

3 基于SOX9的抗腫瘤治療研究進展

惡性腫瘤因具有侵襲性和轉移特性，發(fā)展迅速且易轉移；多數(shù)患者確診時已轉移擴散而錯過了最佳手術時機，加之惡性腫瘤易復發(fā)和細胞耐藥性，導致患者生存率較低，因此優(yōu)化抗腫瘤方案十分必要。

3.1SOX9氣道基底細胞與人工肺技術 肺部疾病如支氣管擴張、慢性阻塞性肺疾病、肺癌等往往發(fā)生不可逆損害，最終嚴重打擊患者的氣體交換功能，導致致死性缺氧窒息。全球范圍內，肺癌的發(fā)病率和病死率均居高不下，化療是Ⅳ期肺癌治療的主要手段[58]。除卻早中期可通過手術切除獲得根治的肺癌患者，要達到根治則需進行肺移植。近幾年，皮膚、耳朵等器官移植技術已累積不少成功經驗，但肺移植術仍不夠成熟。Ma等[59]近期在氣道上皮細胞“皺紋”底部發(fā)現(xiàn)并成功分離出SOX9+基礎細胞(BCs)，該細胞可在無飼養(yǎng)員的情況下擴增到足夠數(shù)量，待移植到受傷的小鼠肺中后產生肺泡和細支氣管上皮，并重建氣血交換系統(tǒng)，改善受體的肺功能；將SOX9+ BCs移植至2例支氣管擴張患者體內3～12個月后，觀察到肺組織修復和肺功能增強。該研究結果使將來可移植的人工肺技術充滿希望。

3.2SOX9作為癌癥化療相關生物標志物 當前普遍認為惡性腫瘤是環(huán)境和遺傳共同作用的結果，越來越多的學者開展細胞與分子層面的研究，并提出CSC的概念。CSC理論認為，在部分惡性腫瘤中腫瘤細胞排列在具有少數(shù)群體的CSC等級譜系中，具有無限增殖的潛力，可產生大量的腫瘤細胞[60]。目前治療惡性腫瘤的核心點是提高患者生存率，相關研究表明，癌癥預后差的關鍵在于腫瘤細胞的腫瘤樣特性促進腫瘤增殖和轉移[61]。SOX9表達可調控CSC增殖與腫瘤細胞耐藥性。研究表明，SOX9是多種惡性腫瘤細胞(如NSCLC、GC等)獲得化療藥物抗性的重要調節(jié)劑，該基因過表達會促進癌細胞對DDP的耐藥性，同時降低患者的生存率，沉默則使癌細胞對DDP更加敏感[62-63]。SOX9與CSC分別在分子層面與細胞層面影響著腫瘤的進展與患者的生存率，這對惡性腫瘤治療的方向選擇有一定的參考意義。SOX9過表達可作為多種惡性腫瘤組織的耐藥性的預后指標，有助于輔助選擇適合患者有效的化療方案[64]。消除CSC以達到根除腫瘤和預防復發(fā)也是治療突破口，SOX9可作為CSC的潛在藥物分子標志物。無論是直接靶向SOX9，抑或是通過靶向已知可調節(jié)SOX9表達途徑的藥物間接靶向SOX9，通過調節(jié)SOX9在腫瘤細胞中的表達將是極有可行性的治療手段。

4 小結與展望

大量研究均已證明了SOX9在不同的惡性腫瘤中均有異常表達并與癌癥發(fā)生發(fā)展與侵襲密切相關。上調SOX9促進癌癥的生長、侵襲與腫瘤細胞的耐藥性，影響癌癥病患的生存率與預后；而其失活則降低了致癌性。SOX9參與不同惡性腫瘤發(fā)生的機制雖尚未完全明了，但目前普遍認可SOX9作為Wnt/β-catenin信號通路的下游重要靶點參與調節(jié)惡性腫瘤細胞的增殖和侵襲。這意味著SOX9不僅可以直接作為靶向治療的潛在分子標志物，還可以通過靶向該通路上下游相關分子的表達間接靶向SOX9，通過抑制其表達而抑制腫瘤細胞增殖，這無疑給惡性腫瘤的根治增加了更多的可能性。SOX9不僅擴大了未來惡性腫瘤治療的視野，對于癌癥診斷和預后預測也有十分重要的應用價值，其在不同種類癌細胞中表達上調，且表達上調都與患者的低生存率息息相關，這提示我們其亦十分有潛力作為惡性腫瘤早期診斷與預測預后的指標。但由于目前的研究尚停留在探討SOX9異常表達與惡性腫瘤的相關性上，因此仍有許多問題需要深思。比如，SOX9在癌癥治療中的作用？SOX9沉默是否能抑制惡性腫瘤的生長？靶向SOX9以達到抗癌作用的可行性高低？明確以上疑問對于SOX9的抗惡性腫瘤的研究十分有必要。期待有更多更深入的研究為全人類對抗癌癥補充新的診療依據(jù)。