癌基因Bmi?1与干细胞及肿瘤发生

【关键词】  Bmi?1基因 癌基因 多聚梳子蛋白 多聚梳子蛋白家族 自我更新 干细胞 肿瘤发生

    干细胞具有自我更新、多向分化和无限增殖能力。恶性肿瘤从根本来说是一类干细胞疾病，少量的干细胞成为细胞恶性转化、肿瘤复发和转移的根源。癌基因Bmi?1可以决定干细胞归宿：自我更新或衰老，同时在多种肿瘤的发生中起重要作用。本文就癌基因Bmi?1近年来的研究进展作一综述。

    1  结构和功能

    致癌基因Bmi?1位于人染色体10p11.23，DNA大小为4.9kb，mRNA为3199bp，含10个外显子，由959个腺嘌呤、591个胞嘧啶、678个鸟嘌呤和975个胸腺嘧啶组成，编码含326个氨基酸的蛋白质，分子量为36.9 kDa，属Ploycomb组蛋白（ploycomb?group，PcG）家族，其蛋白表达在细胞质、染色质或染色体[1，2]。其NH2末端包含一个保守的RF域，在蛋白中央区域有H?T?H?T构像中心，是诱导端粒酶活性和细胞永生化的决定簇[2，3]。

    PcG家族蛋白组成巨大的多聚结构，修饰染色质，导致基因表达的抑制或激活，这些蛋白相间在浓缩染色质的表面，而在浓缩染色质的内部缺乏，使该区域核发生转录抑制[4，5]。研究证实遗传外PcG介导的基因静默是局部事件,不会影响较大范围的染色质区域[6],调节基因表达的中心环节是Bmi?1，其他的PcG蛋白作用很小[7]。

    2  在干细胞中的作用

    Bmi?1通过调节如存活基因、抗增殖基因等干细胞相关的基因决定干细胞分化方向，调节造血干细胞（HSCs）的自我更新。Ink4a是Bmi?1的下游基因，其编码的p16Ink4a 和p14Arf表达增强诱导HSCs的衰老和凋亡[8]。在神经干细胞，p16Ink4a的缺乏使Bmi?1缺乏的干细胞恢复部分自我更新能力[6]。其调节的可能机制是由于Bmi?1的缺乏，使p16Ink4a 被下调，阻止Cdk4/6与cyclin D的结合，抑制激酶的活性，使pRB 过度磷酸化，从而抑制E2F介导的转录，使细胞周期停顿，细胞衰老 [9]。

    正常鼠胚胎纤维原细胞（MEFs）培养7代后开始衰老，而Bmi?1–/–MEFs 在第三代时就出现未成熟衰老，与p16Ink4a表达的增加有关，重新表达Bmi?1后可以逆转未成熟的衰老表型，而过度表达产生MEF的增殖优势，延长其寿命并永生化[10?12]。过度表达p16Ink4a和p19Arf的成熟HSCs分别经过pRB和p53依赖的途径，诱导细胞周期停止及凋亡。研究已经证实p16Ink4a、p19Arf和p53是Bmi?1的下游因子,在干细胞分化期间参与控制HSCs的增殖和存活。因此，Bmi?1通过抑制参与细胞衰老的部分基因维持HSC池。在Bmi?1–/–的骨髓中，p53靶基因Wig1表达增加，推测在Bmi?1–/– 造血细胞中p19Arf 途径已经被激活[5,6,9]。

    HSCs和神经干细胞都表达高水平的Bmi?1，缺乏Bmi?1的鼠出生后在造血、骨骼的构成、神经系统功能和小脑的发育上均有缺陷[4,5,7，8]。移植 Bmi?1–/–胎肝细胞产生暂时的造血重建，增加多潜能祖细胞的数量，而不增加HSCs的数量，仅维持4～8周的造血作用。缺乏Bmi?1的神经干细胞自我更新减少，出生后干细胞耗竭，外周及中枢神经系统出现发育缺陷，但前祖细胞的存活期及增殖能力基本正常，证明Bmi?1是维持神经干细胞数量的关键因子 [6,7,13]。

    3  在肿瘤中的作用

    Bmi?1在恶性肿瘤的发生中也可能起关键作用。过度表达Bmi?1可上调人端粒逆转录酶（hTERT）的转录，端粒酶活性增高，阻止细胞的衰老，导致永生化，在细胞恶性转化中起重要作用[13]。过度表达Bmi?1使人乳腺上皮细胞(MECs)发生恶性转化和永生化，在恶性转化的克隆选择过程中，p16Ink4a基因日益静默，端粒酶的活性逐渐增高[3,13]。

    套细胞淋巴瘤细胞Bmi?1 DNA的扩增和蛋白表达比正常细胞高3～7倍，而鼠急性髓性白血病干细胞可检测到高水平的Bmi?1转录，显示出Bmi?1在血液系统肿瘤发生中的重要作用[14，15]。而在实体肿瘤中，Vonlanthen[10]等观察了48例可切除的NSCLC中Bmi?1的表达，免疫组化分别有20、22、6例表达为阴性/弱、中度和强阳性，在中?强的Bmi?1的染色标本中p16和p14ARF均阴性，58％的NSCLC有中?高水平的Bmi?1蛋白表达。另一个研究组[16]发现69％支气管鳞状细胞癌p16低表达，77％表达Bmi?1，4例p16阳性中的两例Bmi?1阳性，9例p16阴性标本中有8例（89％）Bmi?1染色阳性，4例p16阴性标本在p16INK4a启动子区域高度甲基化，其他阴性标本无甲基化，但有Bmi?1染色，均说明Bmi?1在肺癌的发生中起一定的作用。新近研究表明，Bmi?1 mRNA水平在结直肠癌组织中比癌旁组织显著升高，其蛋白在65％（30/46）的结直肠癌中（或高）表达，Bmi?1高表达的组织中INK4蛋白明显低表达（P<0.07），认为Bmi?1通过抑制INK4a/ARF 蛋白参与结直肠癌的发生[17]。33例乳腺癌标本RT?PCR分析显示，28个标本的Bmi?1 mRNA 水平比癌旁组织升高，免疫组化显示44/77（62％）的原发浸润性乳腺癌组织染色强阳性，而且周边浸润部位比肿瘤中心染色强度更高。多变量和单变量分析均显示Bmi?1表达与腋窝淋巴结转移及ER受体状态有显著相关性[18]。

    4  展望

    Bmi?1通过抑制参与衰老的基因和(或)可能通过诱导端粒酶以阻止端粒的短缩，阻止未成熟衰老来维持干细胞池。因为其表达广泛，Bmi?1可能对维持多种类型的实体干细胞极为重要，可以作为肿瘤干细胞扩增的分子标志物，阻断Bmi?1诱导的干细胞扩增就可以终止干细胞扩增的“生命线”，成为恶性肿瘤的靶基因。进一步确定Bmi?1在干细胞，尤其在肿瘤干细胞中的调节机制，了解其在肿瘤发生和复发中的作用，可能对治疗恶性肿瘤有重要意义。

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