潘鋼 張煜 羅定存

●綜 述

多梳基因Bmi-1在惡性腫瘤中研究新進(jìn)展

潘鋼 張煜 羅定存

多梳基因（polycoml group genes，PcG）家族由多種與細(xì)胞周期和增殖相關(guān)的轉(zhuǎn)錄抑制子組成，是一類重要的與發(fā)育相關(guān)的基因。PcG參與對同源異型基因的表達(dá)抑制，并且與細(xì)胞增殖及腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。Bmi-1基因（B cell-specific MLV integration site-1，Bmi-1）是PcG基因家族中重要成員之一，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化與衰老，在維持多種正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的自我更新和增殖活性方面起重要作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1基因在多種人類惡性腫瘤中表達(dá)普遍上調(diào)，提示其與惡性腫瘤的發(fā)生及進(jìn)展密切相關(guān)。本文就Bmi-1與惡性腫瘤的相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。

1 Bmi-1基因結(jié)構(gòu)與功能

人類Bmi-1基因克隆和定位在10號染色體短臂13區(qū)，DNA大小為4.9 kb，mRNA為3 199 bp，含10個外顯子,編碼含326個氨基酸的蛋白質(zhì),分子質(zhì)量為36.9 kD。其蛋白表達(dá)在細(xì)胞核、染色質(zhì)或染色體聚集區(qū)域。Bmi-1蛋白的氨基酸序列包括2個重要結(jié)構(gòu)域，分別位于氨基末端的環(huán)指結(jié)構(gòu)域（ring finger domain，RF）和中心的保守DNA結(jié)構(gòu)域。前者又稱RING鋅指結(jié)構(gòu)，可連接2個鋅原子，與蛋白之間相互作用，Bmi-1通過環(huán)指與其他蛋白結(jié)合形成多聚復(fù)合物。環(huán)指結(jié)構(gòu)還可介導(dǎo)蛋白質(zhì)泛素化，激發(fā)相應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)，具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，參與腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化；后者介導(dǎo)Bmi-1與DNA的結(jié)合，誘導(dǎo)端粒酶活性，為Bmi-1發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制效應(yīng)所必需的。研究指出，以上2個結(jié)構(gòu)在細(xì)胞生存周期的延長和抑制多腫瘤抑制基因1（multiple tumor suppressor 1，MTS1）表達(dá)上不可或缺，敲除這2個結(jié)構(gòu)可使Bmi-1失去活性進(jìn)而致細(xì)胞發(fā)生早衰[1]。MTS1也被稱作INK4a/ ARF（inhibitor of CDK4/alternative reading frame）或稱為細(xì)胞周期素依賴性激酶N2（cyclin dependent kinase N2，CDKN2），于1993年發(fā)現(xiàn)的直接調(diào)控細(xì)胞周期并抑制細(xì)胞增殖的抑癌基因，是目前為止發(fā)現(xiàn)的除p53基因之外人類腫瘤中最常見能失活的抑癌基因。Bmi-1蛋白內(nèi)其他功能結(jié)構(gòu)域還有C末端部分和2個核定位號。前者富含脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蘇氨酸，參與Bmi-1細(xì)胞內(nèi)快速降解；后者將Bmi-1定位于細(xì)胞核。研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1基因缺失會導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)骨骼的轉(zhuǎn)化延遲造血系統(tǒng)嚴(yán)重缺陷和顱腦發(fā)育不良，而Bmi-1的過度表達(dá)則可能會導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生[2]。

2 Bmi-1介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展的可能作用機(jī)制

Bmi-1在腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，它是多種因素和機(jī)制聯(lián)合作用的結(jié)果。在不同腫瘤中Bmi-1的影響也有所差異。其介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展的可能機(jī)制[3-4]：（1）Bmi-1可抑制MTS1基因位點(diǎn)，MTS1編碼2種抑癌蛋白p16lnk4A和p14Arf,前者是細(xì)胞周期蛋白依賴激酶抑制因子，通過抑制pRb磷酸化下調(diào)其靶基因轉(zhuǎn)錄，影響G1/S期轉(zhuǎn)化，進(jìn)而參與腫瘤發(fā)生；后者通過拮抗鋅指蛋白MDM2的E3泛素連接酶活性而起作用。（2）Bmi-1基因作為c-myc癌基因的協(xié)同基因，在細(xì)胞的中心體擴(kuò)增調(diào)節(jié)中起著重要的作用，異常的中心體可以導(dǎo)致染色體的異常分裂，最終使遺傳穩(wěn)定性發(fā)生改變，干擾細(xì)胞正?；顒佣l(fā)生癌。Bmi-1蛋白的環(huán)指結(jié)構(gòu)是其協(xié)同c-myc引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤形成的重要區(qū)域；Bmi-1作為多梳基因家族重要一員，與各種PcG蛋白一起共同參與同源盒基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，使其保持抑制狀態(tài)，并可將此抑制狀態(tài)遺傳給子代。（3）Bmi-1可激活hTERT端粒酶的活性，阻止細(xì)胞衰老，導(dǎo)致細(xì)胞永生化，在細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化中起重要作用。（4）Bmi-1可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），而EMT是惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的早期重要標(biāo)志。（5）腫瘤干細(xì)胞是存在于腫瘤組織中的一小部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的瘤細(xì)胞，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細(xì)胞和腫瘤不斷擴(kuò)展的原因之一，高表達(dá)的Bmi-1被認(rèn)為是腫瘤中存在的“腫瘤干細(xì)胞”，介導(dǎo)多種腫瘤干細(xì)胞自我更新和擴(kuò)增，促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。（6）Bmi-1還可通過非p16lnk4A/p14Arf依賴途徑,如Akt、Bcl-2等直接或間接促進(jìn)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化、凋亡、抵抗運(yùn)動和新生血液循環(huán)生成，從而參與惡性腫瘤的發(fā)生。

3 Bmi-1與各種惡性腫瘤的關(guān)系

3.1 Bmi-1與肺癌 Huang等[5]對肺鱗狀細(xì)胞癌和癌旁組織中Bmi-1、鈣黏蛋白及波形蛋白的表達(dá)情況進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)Bmi-1在肺鱗狀細(xì)胞癌中大量表達(dá)，同時鈣黏蛋白表達(dá)下調(diào)。推測過表達(dá)Bmi-1可導(dǎo)致鈣黏蛋白水平下降可能是通過直接激活PI3K/AKt/GSK-3β/Snail信號通路，或抑制PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）活性而穩(wěn)定鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail，延長Snail蛋白半衰期最終引起上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），增強(qiáng)肺鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移侵襲能力。Zhang等[6]對134例肺癌標(biāo)本Bmi-1表達(dá)情況進(jìn)行測定分析, 74例患者Bmi-1表達(dá)呈陽性，并且Ⅲ期肺癌患者Bmi-1表達(dá)高于I期和II期患者；進(jìn)一步研究結(jié)果顯示Bmi-1的表達(dá)與TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，而與腫瘤體積大小、患者年齡、性別無關(guān)。Meng等[7]在非小細(xì)胞肺癌組織中同樣發(fā)現(xiàn)Bmi-1與腫瘤臨床分期及淋巴轉(zhuǎn)移有關(guān)，Bmi-1被敲除后可減低癌細(xì)胞株A549及SPCA1在體內(nèi)外的遷移能力，同時可上調(diào)PTEN表達(dá)和下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)。

3.2 Bmi-1與乳腺癌 Wang等[8]對171例乳腺癌標(biāo)本Bmi-1蛋白表達(dá)情況進(jìn)行測定分析，89例浸潤性乳腺癌中Bmi-1表達(dá)呈陽性，主要表達(dá)部位在細(xì)胞核內(nèi)；Bmi-1表達(dá)陽性患者5年生存率明顯低于表達(dá)陰性患者，顯示Bmi-1表達(dá)水平可作為乳腺癌預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)。Guo等[9]的研究結(jié)果也顯示Bmi-1在乳腺癌細(xì)胞中明顯表達(dá)，且高表達(dá)Bmi-1與乳腺癌病理學(xué)分型、臨床分期及不良預(yù)后有關(guān)，可作為乳腺癌的生存預(yù)測指標(biāo)。Bmi-1過表達(dá)可增強(qiáng)人類乳腺上皮細(xì)胞運(yùn)動和侵襲能力,與增加間葉組織標(biāo)記物表達(dá)、減少上皮組織標(biāo)記物表達(dá)、穩(wěn)定Snail及PI3K/AKt/GSK-3β/Snail信號通路調(diào)節(jié)異常有關(guān)。Li等[10]研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1在乳腺癌原發(fā)灶中表達(dá)陽性，在乳腺癌的轉(zhuǎn)移灶中陽性表達(dá)更加明顯，提示Bmi-1在乳腺癌的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1是通過誘導(dǎo)EMT在乳腺癌轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮作用。

3.3 Bmi-1與消化道腫瘤 Lu等[11]研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1在胃癌中高表達(dá)，且表達(dá)強(qiáng)度與腫瘤大小、臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、T分期有密切相關(guān)，Bmi-1陽性表達(dá)的患者總體生存期比Bmi-1陰性的患者明顯縮短；進(jìn)一步分析結(jié)果認(rèn)為在胃癌中Bmi-1可以作為判斷預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)。Li等[12]研究分析Bmi-1在203例結(jié)直腸癌患者中的表達(dá)，Bmi-1蛋白表達(dá)在正常結(jié)腸黏膜、結(jié)腸癌組織及伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌組織中均有陽性表達(dá)，并呈逐漸上調(diào)趨勢。大腸癌組織中存在Bmi-1蛋白高表達(dá)現(xiàn)象提示，Bmi-1蛋白與大腸癌的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。研究結(jié)果還提示其表達(dá)與腫瘤臨床分期、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，且陽性表達(dá)的患者5年生存率明顯偏低。因此推定Bmi-1可以促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生，且可作為判斷結(jié)直腸癌預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)。Effendi等[13]對肝癌中Bmi-1的表達(dá)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Bmi-1和ATP-結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)子B1在早期和分化良好的肝癌細(xì)胞中均高度表達(dá)，且兩者變化呈正相關(guān)，提示Bmi-1在肝癌發(fā)生中發(fā)揮作用，而ATP-結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)子B1很可能是其作用機(jī)制中的關(guān)鍵。

3.4 Bmi-1與婦科腫瘤 Zhang等[14]檢測發(fā)現(xiàn)宮頸癌患者血漿Bmi-1表達(dá)水平明顯高于宮頸上皮內(nèi)瘤樣病變者及健康對照者，且Bmi-1陽性表達(dá)率與宮頸癌臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，提示血漿游離Bmi-1 mRNA可作為宮頸癌潛在非侵入性診斷和判斷預(yù)后的分子標(biāo)記。研究結(jié)果顯示，沉默掉Bmi-1基因可降低卵巢癌細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平，使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧，誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞的凋亡[15]。動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示敲除Bmi-1基因可明顯抑制腫瘤生長，表明Bmi-1可能成為治療卵巢癌的新靶點(diǎn)。

3.5 Bmi-1與其他腫瘤 數(shù)項研究結(jié)果顯示Bmi-1在骨肉瘤、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、鼻咽癌、甲狀腺髓樣癌、泌尿系統(tǒng)腫瘤、皮膚腫瘤、口腔腫瘤中高度表達(dá)，說明 Bmi-1可能在這些腫瘤發(fā)生、浸潤、轉(zhuǎn)移過程中扮演重要角色[16-20]。惡性腫瘤的發(fā)展是一個多階段、多步驟、多因素參與的過程，隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，惡性腫瘤的診斷技術(shù)越加成熟，但早期診斷及侵襲轉(zhuǎn)移性的判斷在臨床尤為重要。惡性腫瘤的早期診斷能讓患者得到更及時的治療，而侵襲轉(zhuǎn)移性的判斷能更客觀地判斷患者的預(yù)后，在惡性腫瘤的臨床診治過程中發(fā)揮更重要作用。多梳基因Bmi-1被證實(shí)在多種惡性腫瘤中高表達(dá)，且與臨床分期、病理分型、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等相關(guān)，提示其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中起了重要作用。檢測Bmi-1在腫瘤組織中的表達(dá)及其強(qiáng)度可以預(yù)測其預(yù)后，其與腫瘤預(yù)后的關(guān)系亦已被大量的研究結(jié)果所證實(shí)。研究顯示Bmi-1介導(dǎo)多種腫瘤干細(xì)胞自我更新和擴(kuò)增，促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展。目前認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞是藥物抵抗和放化療失敗的重要原因，因此Bmi-1表達(dá)的調(diào)節(jié)作為一種潛在的治療途徑引起了廣泛的關(guān)注，主要包括siRNA的應(yīng)用和針對Bmi-1藥物的研究。研究顯示通過siRNA技術(shù)降低Bmi-1的表達(dá)后，腫瘤的分化、克隆與轉(zhuǎn)移能力明顯降低，并能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的衰老和凋亡，增加對放療的敏感性[21-23]。但是RNA干擾技術(shù)尚不成熟，在安全性、給藥途徑等方面還需要進(jìn)一步探索，而能特異性抑制Bmi-1表達(dá)的藥物尚未見臨床相關(guān)報道。目前，Bmi-1介導(dǎo)腫瘤發(fā)生、發(fā)展的復(fù)雜機(jī)制仍不甚清楚，需要進(jìn)一步的研究。闡明其機(jī)制將使大家更加深入地了解腫瘤形成機(jī)制，更加準(zhǔn)確地判斷惡性腫瘤患者的預(yù)后，同時為腫瘤治療提供新的思路。

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2014-09-13）

（本文編輯：楊麗）

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羅定存，E-mail：ldc@163.com