駱梅青綜述，康馬飛，卜 慶審校

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，廣西桂林541001）

Nanog基因的研究進(jìn)展*

駱梅青綜述，康馬飛，卜 慶審校

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，廣西桂林541001）

干細(xì)胞； 基因； 轉(zhuǎn)錄因子； 腫瘤； 綜述

Mitsui等[1]與Chambers等[2]于2003年將在胚胎干細(xì)胞中新發(fā)現(xiàn)的重要基因Ecat4命名為Nanog基因，它是原始生殖細(xì)胞及胚胎干細(xì)胞表達(dá)的新轉(zhuǎn)錄因子，是維持干細(xì)胞自我亞全能性、更新增殖的重要基因。隨著干細(xì)胞研究的發(fā)展，近年來對Nanog基因在胚胎干細(xì)胞、體細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞的表達(dá)和作用機(jī)制的研究逐漸受到關(guān)注。本文在綜述Nanog基因結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討Nanog基因在體細(xì)胞中的表達(dá)及其與腫瘤分化狀態(tài)的關(guān)系，推測Nanog基因的表達(dá)調(diào)控與腫瘤發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，并對未來的腫瘤研究趨勢予以展望。

1 Nanog基因結(jié)構(gòu)與功能

目前為止，對Nanog研究比較多的主要是人與小鼠Nanog基因。小鼠Nanog基因編碼一種具有305個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)大概分為同源結(jié)構(gòu)和C、N 3個(gè)區(qū)域。同源結(jié)構(gòu)域可以和蛋白質(zhì)相互作用；N末端區(qū)含有95個(gè)富含蘇氨酸、絲氨酸的殘基；C末端區(qū)含有W重復(fù)，但無轉(zhuǎn)錄激活基序。這種情況似乎提示，Nanog基因C末端區(qū)間接轉(zhuǎn)錄抑制，而N末端區(qū)可以間接轉(zhuǎn)錄激活。Pan等[3]報(bào)道了C和N末端區(qū)均有轉(zhuǎn)激活活性，Nanog N末端區(qū)是一個(gè)較C末端區(qū)更弱的活化劑。Nanog基因這種獨(dú)特的排列是專一地下調(diào)干細(xì)胞分化、多潛能的關(guān)鍵性基因。Hart等[4]采用表達(dá)篩查來克隆、鑒別小鼠和人的Nanog基因，而且還對其表達(dá)模式和種族發(fā)育背景特征化，進(jìn)而報(bào)道了人Nanog基因、小鼠Nanog基因和6個(gè)程序化的人Nanog擬基因的結(jié)構(gòu)和表達(dá)模式。人的Nanog基因和NK2族同源，而且還具備小鼠胚胎干細(xì)胞（ESC）中Nanog基因的生物功能[5]。

2 Nanog基因在胚胎干細(xì)胞的表達(dá)

Nanog基因的發(fā)現(xiàn)成為這些年來在維持胚胎干細(xì)胞不分化狀態(tài)以及明確胚胎發(fā)育相關(guān)基因研究方面取得的最大進(jìn)展之一。小鼠胚胎發(fā)育早期，Nanog基因在早期卵裂階段和滋養(yǎng)層中并沒有表達(dá)[6]。而最早表達(dá)是在桑葚胚階段，且只限于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。體內(nèi)一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，Nanog基因不具有未分化細(xì)胞團(tuán)，而且只能分化、產(chǎn)生內(nèi)胚層細(xì)胞，Nanog基因是胚胎發(fā)育初期在Oct4啟動(dòng)后維持內(nèi)細(xì)胞團(tuán)之全能性所必須具備的基因[1]。此外，Nanog基因在胚胎干細(xì)胞內(nèi)是高表達(dá)的，若胚胎干細(xì)胞分化，Nanog基因的表達(dá)則顯著下調(diào)。胚胎干細(xì)胞如Nanog基因缺陷，則會(huì)導(dǎo)致失去多能性而開始分化。Nanog基因維持胚胎干細(xì)胞全能性和自我增殖主要通過與靶基因調(diào)控區(qū)結(jié)合，選擇性抑制分化基因表達(dá)或促進(jìn)多能性基因表達(dá)而發(fā)揮作用。所以，Nanog基因的高水平表達(dá)與維持胚胎干細(xì)胞的全能性密切相關(guān)，而細(xì)胞的分化與Nanog基因的表達(dá)下調(diào)相關(guān)。

3 Nanog基因在腫瘤形成中的作用

近幾年來，干細(xì)胞研究比較熱門，其中誘導(dǎo)多能干細(xì)胞更是研究的熱點(diǎn)之一。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞具有胚胎干細(xì)胞的生長特點(diǎn)、物理特點(diǎn)及遺傳學(xué)特性。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞可以將不同的因子導(dǎo)入沒有經(jīng)過修飾的成纖維細(xì)胞，致使這類細(xì)胞重新編程，成為和胚胎干細(xì)胞特點(diǎn)相似的干細(xì)胞。而Nanog基因是干細(xì)胞具有發(fā)育成各種類型細(xì)胞能力的“總開關(guān)”，無論是在胚胎干細(xì)胞還是在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中，它都起著關(guān)鍵作用。但是，一直不清楚這2種細(xì)胞是否具有全能性的深層機(jī)制。Nanog基因在細(xì)胞獲得全能性的一系列復(fù)雜過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。如果沒有它，胚胎干細(xì)胞將不會(huì)發(fā)育，而誘導(dǎo)產(chǎn)生多功能干細(xì)胞的過程也會(huì)失敗。Yu等[7]與Okita等[8]曾經(jīng)采用該方法將Oct4和Nanog基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入胃癌細(xì)胞，導(dǎo)致誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的生成，表明Nanog基因在胚胎干細(xì)胞自我更新、維持基因未分化狀態(tài)和加速增殖過程中起到關(guān)鍵作用，并顯示Nanog陽性的細(xì)胞是癌細(xì)胞。有學(xué)者認(rèn)為，Nanog基因很有可能是體細(xì)胞在重編程過程中的一個(gè)高效基因。Siu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，通過干擾Nanog基因在絨毛膜癌細(xì)胞中的表達(dá)，將會(huì)引起Nanog基因凋亡顯著增加，Nanog基因的免疫反應(yīng)和細(xì)胞凋亡指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。You等[10]研究報(bào)道，在胚胎性癌細(xì)胞中Nanog基因呈現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)，通過去乙?；敢种扑幙梢云鸬礁蓴_Nanog基因的表達(dá)，從而阻滯細(xì)胞周期，抑制、誘導(dǎo)克隆球形成和分化，而再次導(dǎo)入Nanog基因，上述生物學(xué)效應(yīng)會(huì)消失。Nanog基因反轉(zhuǎn)的小鼠3T3細(xì)胞和人293細(xì)胞增殖明顯加快，并且能夠在軟瓊脂上以非錨著依賴性方式進(jìn)行克隆生長。Nanog基因轉(zhuǎn)染的人293細(xì)胞能夠在裸鼠體內(nèi)致瘤[11]，說明Nanog基因過表達(dá)可能導(dǎo)致293細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。Nanog基因過表達(dá)也可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。Nanog基因轉(zhuǎn)染促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞克隆形成和增殖，而Nanog基因敲除則明顯抑制乳腺癌細(xì)胞生長[12]，Nanog基因過表達(dá)促進(jìn)（敲除Nanog基因抑制）肺癌細(xì)胞克隆形成和增殖能力[13]。Nanog基因敲除導(dǎo)致多種細(xì)胞周期相關(guān)蛋白包括cyclin D1表達(dá)下降。Nanog基因可結(jié)合到cyclinD1遠(yuǎn)端啟動(dòng)子區(qū)，介導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄活化，加速細(xì)胞周期進(jìn)展，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。上述研究表明，Nanog基因在維持腫瘤干細(xì)胞特征方面有著顯著的抗凋亡作用。通過調(diào)控Nanog基因的表達(dá)，可以減弱其侵襲力。Nanog基因也許和惡性腫瘤細(xì)胞增殖、分化及不斷侵襲、擴(kuò)散有關(guān)，這個(gè)觀點(diǎn)和腫瘤細(xì)胞的生長與Nanog基因的高表達(dá)有關(guān)的說法相符。

4 Nanog基因在體細(xì)胞的表達(dá)

早期研究認(rèn)為，Nanog基因只在多能性干細(xì)胞中表達(dá)，在成體組織中不表達(dá)。然而最近研究發(fā)現(xiàn)，Nanog基因在多種腫瘤細(xì)胞及組織中存在表達(dá)，并且證實(shí)這些腫瘤細(xì)胞及組織中的Nanog基因可能來源于Nanog P8假基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。由于腫瘤細(xì)胞與干細(xì)胞具有較多的相似性，因此推測Nanog基因可能在腫瘤發(fā)生發(fā)展中也起著重要作用。

近年來，Nanog基因在體細(xì)胞中的報(bào)道不斷出現(xiàn)。Santagata等[14]的研究結(jié)果顯示，Nanog對于精原細(xì)胞瘤和胚胎性癌是敏感而特異的標(biāo)記。有研究發(fā)現(xiàn)，Nanog基因在一些實(shí)體瘤中均有表達(dá)，例如乳腺癌、腦膠質(zhì)瘤、膀胱癌、宮頸癌等，而且還發(fā)現(xiàn)一個(gè)特點(diǎn)，腫瘤組織病理級(jí)別越高，Nanog基因表達(dá)則越高，患者的臨床預(yù)后也越差，且高級(jí)別腫瘤具有胚胎干細(xì)胞的特點(diǎn)[15-17]。Nanog基因高表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤分期相關(guān)，表明Nanog基因高表達(dá)與患者預(yù)后不良相關(guān)，Nanog基因表達(dá)水平可作為獨(dú)立的預(yù)后評(píng)估指標(biāo)。陳忠等[18]對胃癌患者癌旁組織和癌組織中Nanog基因的表達(dá)情況進(jìn)行檢測顯示，胃癌組織中Nanog基因表達(dá)水平較癌旁組織高，而且表達(dá)越強(qiáng)，臨床預(yù)后越差。Nanog基因在實(shí)體瘤中具有這種返祖型表達(dá)特點(diǎn)，顯示它是一個(gè)十分重要的、與細(xì)胞分化狀態(tài)密切相關(guān)的因子，它可以引起正常細(xì)胞向相反的方向變化，它在維持惡性腫瘤細(xì)胞的未分化和低分化狀態(tài)方面發(fā)揮著重要作用，可以成為一個(gè)新的腫瘤標(biāo)記物。此外，Nanog基因的高表達(dá)與患者對鉑類、蒽環(huán)類化療藥物耐藥相關(guān)。Nanog基因過表達(dá)可通過上調(diào)ABCB1表達(dá)水平促進(jìn)癌細(xì)胞外排化療藥物而導(dǎo)致耐藥[13]，在乳腺癌和卵巢癌細(xì)胞中，Nanog基因通過與STAT3形成核內(nèi)復(fù)合物，激活MDR1基因表達(dá)，促進(jìn)Nanog基因與STAT3結(jié)合，激活miR-2表達(dá)而抑制PCD4表達(dá)[19]。Nanog基因表達(dá)在紫衫醇耐藥的卵巢癌細(xì)胞中比親代細(xì)胞表達(dá)顯著增加。HA與CD44v3相互作用還誘導(dǎo)Nanog基因與其他白細(xì)胞因子如Oct3/4與Sox2結(jié)合，通過轉(zhuǎn)錄激活miR-2抑制下游基因IAP表達(dá)，促進(jìn)化療耐藥。Fujii等[20]與Wang等[21]在人骨肉瘤、軟組織肉瘤及尤文肉瘤組織中檢測到Nanog基因的表達(dá)，提示Nanog基因的表達(dá)越高，化療藥物越容易耐藥，化療效果越差。Nanog基因在乳腺癌、膀胱癌、腦膠質(zhì)瘤等實(shí)體瘤中存在高表達(dá)，且與腫瘤分化狀態(tài)有關(guān)，腫瘤級(jí)別越高，表達(dá)越強(qiáng)，預(yù)后越差。

近年來，肺癌是發(fā)病率和死亡率增長最快、對人類健康和生命威脅最大的惡性腫瘤之一。隨著靶向治療等新的治療手段的應(yīng)用，肺癌患者的生存期得到明顯延長，但仍不樂觀，肺癌患者總體五年生存率仍在15%左右[22]。要想改善肺癌患者的預(yù)后，開辟新的治療方法迫在眉睫。由于Nanog基因在肺癌中的研究相對滯后，其研究尚處于起始階段，目前國內(nèi)外關(guān)于Nanog基因與肺癌關(guān)系的研究極少。Nirasawa等[23]應(yīng)用RT-PCR方法對患者肺癌組織中Nanog基因進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示檢出率為84.8%，肺癌組織較癌旁組織的表達(dá)顯著增強(qiáng)，肺癌早期也存在Nanog基因的高表達(dá)；提示Nanog基因在肺癌中的表達(dá)呈現(xiàn)出較高的特異度與敏感度。有研究表明，Nanog基因可作為肺癌的一個(gè)特異和敏感的標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，然而Nanog基因的高表達(dá)是否可直接引發(fā)腫瘤尚不確定。耿沁等[24]先從人體肺腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)出球體，再采用RT-PCR方法檢測肺球體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)肺球體細(xì)胞中富集肺癌干細(xì)胞，而且有Nanog和Oct4基因的表達(dá)。但在國內(nèi)，對Nanog基因在肺癌組織和非癌肺組織中的表達(dá)差異，以及對肺癌的診斷、治療和預(yù)后方面尚未做研究，目前也未見相關(guān)報(bào)道，表明Nanog基因在這方面的研究有很好的前景。

5 展 望

Nanog基因是在腫瘤中起著重要作用的干細(xì)胞因子。盡管Nanog基因在腫瘤中仍有一些問題尚未闡明，對Nanog基因的功能及作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍然不夠，如Nanog基因高表達(dá)是否能夠?qū)е律掀ば阅[瘤還有待進(jìn)一步研究。關(guān)于Nanog在腫瘤微環(huán)境中的具體作用，以及在腫瘤發(fā)生、發(fā)展的各個(gè)階段，包括在侵襲、轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮的作用尚不確定。希望通過今后對Nanog基因探索的逐漸開展，尤其在肺癌方面研究的深入，在肺癌的分子診斷、靶向治療及預(yù)后方面能上一個(gè)新的臺(tái)階。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.24.017

：A

：1009-5519（2016）24-3791-03

2016-07-07）

廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳自籌課題（Z2011171）。