轉錄因子SOX17在子宮內膜相關疾病中的作用

孟凡榮，孫文霞，苗聰秀，李全喜

(1.長治醫學院，山西 長治 046000；2.長治醫學院附屬和平醫院婦科，山西 長治 046000；3.長治醫學院附屬和平醫院生殖遺傳科，山西 長治 046000)

轉錄因子 SRY-box containing gene 17 ( SOX17)隸屬于SOX 基因家族F亞族，定位于人8號染色體 q11.23，已知SOX17在胚胎發育過程中內胚層形成、干細胞分化、神經突膠質細胞發展及血管生成等方面起著十分重要的作用。大量證據表明SOX17作為一個新的抑癌基因與許多細胞的癌變過程密切有關，SOX17基因啟動子序列的甲基化導致了SOX17基因表達含量的下降和WNT/β-catenin信號通路的持續激活，并進而誘導細胞周期因子和致癌基因的表達。最新研究發現SOX17在子宮內膜的表達與其生理功能有關，SOX17表達水平的減少不僅與女性的不孕有關，與許多常見的婦科相關疾病如宮頸上皮內瘤變、宮頸癌、子宮內膜癌、子宮內膜異位癥、子宮腺肌病存在著密切的關系。闡明SOX17在子宮內膜中的表達調控機理和作用有可能為診斷、治療內膜相關疾病提供新的診斷標志物與治療靶點。

1 轉錄因子SOX17

1.1SOX17的發現:1990年Sinclair和Gubbay等人在Y染色體上尋找性別決定因子時發現了一組與性別相關的基因，統稱為SOX基因家族[SRY-related HMG-box genes][1-2]。 SOX基因家族編碼的產物均含有由79個氨基酸組成的HMG box DNA結合結構域，通過HMG-box結構域SOX蛋白參與了DNA或 蛋白質的結合和相互作用, 在胚胎發育的各個時期，譬如內胚層的形成、心血管系統的發育、原始生殖細胞的分化、造血干細胞的形成及和體干細胞的維持等方面起著及其重要的作用[3]。依據HMG-box序列的同源性SOX家族蛋白劃分為 A、B、C、D、E、F、G、H、I、J共10個亞族， SOX 17 (Sry-related HMG box gene 17) 和SOX7， SOX18一起歸屬于F亞族。SOX17 作為轉錄激活因子最初發現于精子形成過程中，隨后研究發現SOX17 在胚胎內胚層的分化過程中起著重要的作用，是大家公認的胚胎內胚層的標記物[4]。

1.2SOX17 和 WNT信號通路:在物種進化過程中高度保守的WNT蛋白及其所激活的信號通路參與了從胚胎的發育到成人組織干細胞的維系等許多重要的生物學過程，依據介導分子的區別，WNT通路可分為 β-catenin 介導的經典通路和JNK或鈣離子介導的非經典通路。在經典信號通路中WNT蛋白與細胞膜受體結合后激活了細胞膜蛋白β-catenin，并導致β-catenin在細胞質內的積累，該蛋白與其他轉錄因子如TCF結合后轉移至細胞核內調控目標基因的轉錄表達，如細胞周期因子CyclinD1 和致癌基因MYC等[5]。最近許多研究表明SOX17和WNT/β-catenin 信號通路有著密切的關系, SOX17可以在不同的層次上干擾β-catenin 信號通路的活性，比如 SOX17即可作為轉錄因子調控β-catenin基因的轉錄表達，也可結合于β-catenin蛋白直接干擾β-catenin/TCF在目標基因啟動子上的轉錄活性[6]。最近，Mukherjee等人在內胚層細胞中發現SOX17可與TCF轉錄因子一起競爭結合于β-catenin，這些轉錄因子的復合體作用于靶基因的增強子序列，增強或抑制目標基因的轉錄活性[7]。也有研究發現在分化的胚胎干細胞中Tcf/β-catenin 轉錄因子的復合體可以結合于SOX17啟動子的順式調控元件，調控SOX17的轉錄表達，進一步表明SOX17和β-catenin 在相互調控上的復雜性[8]。

1.3SOX17與腫瘤:β-catenin 在細胞內的積累可以促進細胞的增殖活性和減弱細胞的凋亡過程， 基于此，β-catenin的表達含量和其信號通路的異常與腫瘤發生和發展的關系引起了廣泛的關注。最初Delgiorno 和 Yang等發現SOX17可以促進胰腺腫瘤和膠質母細胞瘤的形成和血管的生成[9-10]，隨之大量研究表明SOX17基因表達水平的異常與多種腫瘤的發生和惡變有著緊密的關系。譬如人們發現與正常組織相比SOX17基因的表達水平在食道癌、肝癌、乳腺癌、膽管癌、少突膠質細胞瘤、內膜癌、大腸癌及宮頸癌等癌變組織中均有所下降[11]。翼建波等人在胃癌中的研究發現相較于癌旁組織，SOX17在胃癌組織中的陽性表達率明顯下降[12]。 楊澤宇等也發現在正常人的尿路上皮組織中SOX17表達水平較高，在非肌層侵入性膀胱癌組織中表達含量下降，在肌層浸潤性膀胱癌組織中SOX17的表達量最低[13]，表明SOX17的表達水平與膀胱癌的發展程度呈負相關。 也有研究結果顯示在乳腺癌、內膜癌和宮頸癌細胞中將SOX17的表達恢復正常后這些腫瘤細胞的增殖和侵襲以及腫瘤的形成能力得到顯著性的抑制[14-16]。證實SOX17作為抑癌基因而廣泛表達于許多正常組織中，而SOX17的表達調控的異常在細胞癌變的發生過程中起了極為重要的作用。由于SOX17具有負向調節β-catenin 表達及分子穩定性的功能，很顯然SOX17的表達水平的降低激活WNT/β-catenin經典信號通路，增強了細胞的增殖和侵襲能力，從而促進腫瘤的發生和發展。

2 SOX17基因的表達調控

2.1SOX17啟動子的甲基化:SOX17 在胚胎的發育以及腫瘤的發生過程中起著至關重要的作用，然而調控SOX17 基因表達的機理知之甚少。序列分析發現SOX17的啟動中含有很多轉錄因子的結合位點，已知在血管內皮細胞中轉錄因子 HIFα可以通過作用于SOX17的啟動子調控SOX17基因的轉錄表達[17]，在子宮內膜上皮中SOX17作為孕激素受體的靶基因而受到孕激素的調控[18]。近年來，由于SOX17 與Wnt/β-catenin信號通路的緊密關系，SOX17在腫瘤細胞中的表達調控得到了廣泛研究，大多數的研究團隊把目標集中在SOX17的表觀遺傳學調控上，發現SOX17啟動子的甲基化是導致SOX17在腫瘤細胞中表達水平的下降和Wnt/β-catenin信號通路的異常激活的主要原因。 DNA甲基化是表觀遺傳學上在不改變基因序列的情況下調控目標基因轉錄表達的主要方式之一，甲基化發生在基因組DNA 中CpG二核苷酸的胞嘧啶5′碳位上，由DNA甲基化轉移酶共價結合一個甲基基團，哺乳動物基因組 中CpG 的甲基化普遍存在，約占70%～80%，通常發生在組織特異性基因的啟動子區域中[19]，由于啟動子的甲基化阻礙了其他轉錄因子(如RNA聚合酶)與啟動子的結合，DNA的甲基化水平的提高往往導致目標基因的轉錄水平的下降[19]。 目前已知Sox17啟動子的DNA序列在許多腫瘤組織細胞都發生了高度甲基化， 譬如食道癌、肝癌、乳腺癌、膽管癌、少突膠質細胞瘤、內膜癌、大腸癌及宮頸癌等[20]，抑制DNA的甲基化不僅恢復了SOX17的表達，而且顯著性地阻斷了細胞的增殖和腫瘤的形成。這些相關報道證明腫瘤細胞中SOX17啟動子的甲基化是導致SOX17基因表達水平消失的主要原因之一，SOX17啟動子的甲基化極有可能作為一個潛在的腫瘤診斷標志物在臨床上得到廣泛應用[21]。

2.2SOX17的miRNA調控:miRNA是一種較短的非編碼RNA普遍存在于真核生物的細胞中，由于miRNA能夠與靶基因3’端的非翻譯區結合剪切目標基因的mRNA，miRNA在細胞中的表達通常導致其目標基因表達的沉默。Jia等在食管癌細胞中的研究發現miRNA-141可以有效的降低SOX17的mRNA表達含量，而在食管癌細胞中miRNA-141和啟動子區甲基化協同下調sox17基因的表達[22]。 在內胚層細胞中，miR-124a 可以直接作用于SOX17 和Gata6 的3’非編碼區，通過下調SOX17 和GATA6 的表達含量來抑制內胚層細胞的分化[23]，也有證據顯示而在內膜癌細胞中MicroRNA-21-5p 通過影響SOX17基因的表達促進內膜細胞從上皮到基質的轉化[24]。

3 SOX17與子宮內膜的生理功能和病理變化

3.1SOX17與子宮內膜中的生理功能:子宮內膜的周期性變化和其受孕的生理功能受到卵巢分泌的類固醇類激素的調節，其中雌激素可以促進子宮內膜的增生與修復，孕激素拮抗雌激素對內膜的增殖作用并促進子宮內膜由增殖期向分泌期轉換，為胚胎的內膜著床做好準備，因此內膜中雌孕激素反應性的失調往往導致女性的不孕或生殖系統相關疾病[25]。在小鼠的子宮內膜中SOX17主要表達于內膜的管腔和腺上皮中，SOX17表達水平的消失導致了雌性小鼠不孕不育，究其原因主要是由于SOX17表達的缺陷導致內膜接受胚胎著床過程的失敗。Demayo 研究團隊發現SOX17接受孕激素的調控，SOX17在上皮細胞中表達的缺失減弱了LIF and (IHH) 兩條對于胚胎著床極為關鍵的信號通路，同時上皮細胞獲得持續增殖的能力，表明SOX17介導了孕激素拮抗雌激素對內膜細胞的刺激作用[18]。SOX17也同樣表達于在人的子宮內膜中，早期研究發現SOX17在分泌期中的表達含量顯著性的高于其增生期，Kinnear等2020年發現SOX17 在內膜上皮細胞中優先表達于胚胎在上皮組織的黏附點[26]，表明SOX17在胚胎著床的過程中起著關鍵的作用。

3.2SOX17與女性生殖系統相關疾病

3.2.1SOX17與子宮內膜癌:子宮內膜癌是中老年女性最常見的、來源于子宮內膜上皮的惡性腫瘤，近幾年發病率有呈年輕化趨勢。內膜癌患者的早期并無明顯的臨床癥狀，身體無明顯不適, 常在體檢或婦科檢查中被意外地發現。中晚期患者常會出現陰道排液、陰道不規則出血、陣發性子宮腹部疼痛、腹部硬塊、并發腎部慢性疾病等臨床癥狀。Walker 等人發現SOX17基因在內膜癌組織中存在有兩個頻率較高的基因點突變，然而這種突變與SOX17表達及內膜癌并沒有直接的關系。Zhang發現在子宮內膜癌組織的細胞中SOX17通過抑制MAML3啟動子的轉錄活性促進β-catenin/TCF的轉錄活性以及腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移[27]。SOX17表達較高的患者無復發生存期較長，SOX17在子宮內膜癌化療耐藥患者中的表達含量明顯低于化療敏感的患者，所以SOX17表達水平的高低與患者的患病程度、治療預后、復發幾率有著密切的關系[28]。LIA等檢測了35例子宮內膜癌標本發現80%以上的樣本中SOX17基因的啟動子發生了甲基化，其中12例為部分甲基化，23例為完全的甲基化[29]。而在檢測的10例正常內膜組織中沒有發現甲基化，表明子宮內膜癌中SOX17啟動子的甲基化導致了SOX17基因表達水平的下降。因此，SOX17基因的表達水平和基因甲基化可用于預測子宮內膜癌患者化療的療效，改善子宮內膜患者的預后，甚至對子宮內膜癌的臨床篩選和治療都有一定的指導意義。

3.2.2SOX17與宮頸病變:宮頸癌是婦科最常見的惡性腫瘤之一，其發病率及病死率均較高[30]，到目前為止宮頸癌的主要病因是高危型人乳頭瘤病毒(human papillomavirus, HPV)持續性感染所造成。HPV感染局部宮頸組織后病毒的遺傳物質整合到宿主細胞的基因組DNA，并引起細胞內多種基因表達發生改變，如原癌基因表達增多、抑癌基因表達缺失[30]。根據鱗狀細胞分化能力及風險臨床上將宮頸上皮內瘤變分為低級別鱗狀上皮內病變 (LSIL)和高級別鱗狀上皮內病變 (HSIL) 及原位癌 (AIS)，LSIL又名CINI，HSIL可進一步分為CINII,CINIII。已有相關研究證實，SOX17因子與宮頸上皮癌的進展程度有關，SOX17在CIN Ⅰ、CIN Ⅱ和CIN Ⅲ中的陽性表達率依次下降，分別為80.3%、53.3%和11.8%[31]，而且SOX17 基因的甲基化與宮頸癌分化程度以及淋巴結轉移具有相關性。在人宮頸鱗癌中SOX17啟動子甲基化發生率達 89%，而在宮頸腺癌中為 62%，提示SOX17的甲基化在宮頸鱗癌的發生發展過程中起著一定的作用[32]。

3.2.3SOX17與子宮內膜異位癥:子宮內膜異位癥是婦科較為常見的慢性疾病之一，其發病率占育齡女性的10%～15%，其發病的原因主要為月經期脫落的內膜組織細胞經輸卵管逆行進入腹腔后黏附于臟器和腹膜的表面，并長成為包塊病灶。根據發病部位不同其臨床表現也有差異，主要表現為痛經、腹部疼痛和不孕等。據文獻報道，不孕癥患者中大約四分之一甚至一半的女性是由子宮內膜異位癥引起[33]。同子宮內膜細胞一樣，內膜細胞在異位的生長依賴于雌激素的刺激，孕激素類藥物常被用來減輕患者的疼痛癥狀，然而臨床發現許多患者對孕激素的治療效果不佳。盡管分子機理尚不完全明確，研究發現患者的異位內膜和其子宮內膜對孕激素的反應性均有所下降，稱之為孕激素抵抗[34]。已知有許多因子與內膜異位癥的發生發展的過程有關，其中Wnt/beta-catenin信號通路的作用最為顯著。早期研究發現與正常人子宮內膜相比異位癥患者的子宮內膜中處于激活狀態的β-catenin的含量及Tcf/β-catenin 調控的下游基因Cyclin D1 的表達水平均有著顯著地增高[35-36]，抑制β-catenin 的活性則顯著性地抑制患者子宮內膜上皮細胞和間質細胞的生長[37]，最近研究顯示SOX17在異位癥患者的子宮內膜中的表達有著明顯的下降[18]。然而，SOX17 在子宮內膜中表達調控的分子機制，其表達水平的改變與β-catenin 的激活的內在關系，以及SOX17在異位癥及其相關的不孕癥發生的作用目前尚不清楚。進一步探討SOX17在內膜中的表達調控和生理功能，以及調控異常所導致的病理變化對了解內膜異位癥的發病機理，減輕患者的痛苦有著巨大的意義。

3.2.4SOX17與子宮腺肌病:子宮腺肌病是另一較為常見的、對女性生活質量造成嚴重不良影響的婦科疾病，臨床發病率約為20%～25% 生育期婦女(<40歲)，且呈年輕化趨勢[38]，該疾病可導致女性經量增多、經期延長、進行性痛經, 性生活質量的下降等。關于子宮腺肌病的發病原因有以下兩種假說，一種是子宮內膜受損后基底層細胞侵入到子宮肌層，另外一種是子宮內膜主動入侵子宮肌層導致病變，子宮腺肌病中內膜細胞的侵襲、粘連、易復發和血管生成等生物特性與許多腫瘤發生發展的過程極為相似[38]。與子宮內膜異位癥一樣，子宮腺肌病的內膜細胞也依賴于雌激素的刺激而生長。而孕激素受體表達水平的下降進一步造成雌激素活性的增強，促進子宮腺肌病的發生。 證據顯示WNT/β-catenin信號通路在子宮腺肌病的發生過程中的作用顯著，在子宮腺肌病的上皮細胞中β-catenin 在細胞核和胞質中含量較正常內膜上皮細胞中為高。在小鼠子宮內膜中將β-catenin人為激活后上皮細胞呈現持續的增殖，E-cadherin表達水平的降低和Vimentin表達水平的提高， 表明WNT/β-catenin信號通路的異常激活促進了上皮細胞到間質細胞的轉變，從而有利于上皮細胞向肌層的侵襲[39]。 到目前為止，SOX17在腺肌病的發生過程中的作用尚不明確，考慮到SOX17在內膜上皮細胞中介導孕激素受體的調控作用,并負向調控WNT/β-catenin的信號通路，有理由相信SOX17在內膜細胞中表達的異常將影響到內膜細胞的生長和侵襲能力，并進而參與到子宮腺肌病的發生和發展的過程中。

3.2.5SOX17與女性不孕癥:正常妊娠始于受精卵移向宮腔尋找適宜的位置著床，隨之侵入子宮內膜，子宮內膜容受性狀態和胚胎的侵入能力決定了胚胎是否能夠成功著床。子宮內膜容受性是指子宮內膜在雌激素和孕激素的適宜調節下轉化為可接受胚胎著床的特殊狀態，這種狀態維持的時間很短，稱之為著床窗口[40]。改變內膜容受性的狀態和窗口的時間都有可能導致胚胎著床過程的失敗和女性的不孕[41]， 已知有許多基因的表達異常可影響到著床窗口的長短和胚胎著床的幾率，譬如LIF，IHH， BMP2 和HAND2 等[25]。 2016年Hirate等人發現SOX17+/-雜合型雌性小鼠由于胚胎著床幾率的減少顯示生育能力的下降[42]。Demayo研究小組將SOX17在小鼠子宮內膜中選擇性地敲除后發現SOX17通過改變內膜中上皮和間質細胞之間的相互作用來調控內膜上皮的容受狀態和間質蛻膜化的過程[18]。在人子宮內膜中SOX17優先表達于上皮細胞和胚胎之間的黏著接觸點上，使用CRISPR/Cas9技術選擇性沉默SOX17表達或采用抑制劑抑制SOX F亞族蛋白的活性后發現胚泡(滋養外胚層)黏附子宮內膜上皮細胞的能力明顯下降，表明SOX17可能在人子宮內膜容受性和胚胎著床的過程發揮了重要作用[26]。盡管SOX17與腺肌病和內膜異位癥患者不孕的關系尚不完全清楚，SOX17 在內膜異位癥患者的子宮內膜中表達含量的降低表明SOX17與患者子宮內膜的生理功能的改變有著直接的關系[18]。

4 小結與展望

子宮內膜中轉錄因子SOX17介導孕激素受體的作用，調控內膜對雌孕激素反應的敏感性，在懷孕早期子宮內膜的容受狀態轉化的過程中起到顯著性的作用。因此，SOX17在子宮內膜中的表達異常直接影響到子宮內膜受孕的生理功能，并與多種雌激素相關的內膜疾病，如宮頸上皮內瘤變、宮頸癌、子宮內膜癌、子宮腺肌病、不孕等的發生與進展密切有關。進一步探索SOX17調控的分子機理，尤其是SOX17啟動子甲基化對其轉錄表達的影響不僅可以幫助加深理解雌、孕激素在內膜中生理功能，對闡明內膜相關疾病發病的生物學基礎也有很大的促進作用。因此，進一步探討SOX17在內膜中調控的基因網絡，以及SOX17基因的甲基化與內膜相關疾病的關系的研究不僅可以為疾病治療提供新靶點和診斷的新標志，對婦科相關疾病的預防、治療和預后也有著十分重要的意義。