Bmi－1基因過表達對人正常胃黏膜上皮細胞株GES－1增殖的影響*

練國達， 鄧 輝， 陳茵婷， 曾林涓， 張秋波， 錢辰琛， 黃開紅

(中山大學孫逸仙紀念醫院消化內科，廣東廣州510120)

胃癌是人類最常見的惡性腫瘤之一，死亡病例數居癌癥導致死亡的第二位［1］。目前認為胃癌的發生、發展是胃正常黏膜上皮細胞通過遺傳及表觀遺傳途徑，在幽門螺旋桿菌感染、飲食因素、環境因素等作用下，獲得一系列惡性生物學性狀的過程。因此，在分子水平深入探索胃癌發生、發展的機制一直是研究的重要方向。

目前的研究已證實，B淋巴瘤莫洛尼鼠白血病病毒插入區1(B lymphoma Moloney murine leukemia virus insertion region 1，Bmi－1)蛋白在人類多種惡性腫瘤中高表達，如頭頸部腫瘤［2］、乳腺癌［3］，其表達與腫瘤的發生發展［4］有關。Bmi－1參與細胞周期、干細胞增殖、分化與衰老的調控［5］，也可以誘導細胞的早期轉化。本課題組前期研究證實，Bmi－1在胃癌組織中的表達明顯升高，是判斷胃癌病人預后的獨立風險因子之一［6］。Bmi－1與胃癌發展和預后密切相關，但目前尚無關于Bmi－1在胃癌發生發展具體機制的系統研究。本實驗通過將Bmi－1基因導入人正常胃黏膜上皮細胞GES－1，建立Bmi－1基因過表達的體外模型，觀察轉染前后細胞細胞周期、增殖等方面的變化，為進一步研究Bmi－1在胃癌發生發展中所起的作用奠定基礎。

材料和方法

1 材料

人胃黏膜上皮細胞株GES－1購買于北京腫瘤研究所，293FT包裝細胞購于Invitrogen，2株細胞均應用含10%胎牛血清的高糖型DMEM培養基(Gibco)，在37℃、5%CO2和飽和濕度的培養箱中培養。過表達質粒pBabe－puro－Bmi－1和空質粒pBabe－puro由中山大學腫瘤防治中心曾木圣教授惠贈。鼠抗人Bmi－1單克隆抗體購自Millipore，鼠抗人β－actin單克隆抗體購自Cell Signaling Technology。

2 逆轉錄病毒包裝及轉染

采用磷酸鈣法轉染PIK包裝質粒與pBabe－puro－Bmi－1質粒或pBabe－puro質粒于293FT包裝細胞產生病毒，提取病毒上清液;取對數期GES－1細胞接種于6孔板，18～24 h后，細胞約70%融合時，將上述病毒上清液加入8 mg/L polybrene(Sigma)，吸干6孔板中的細胞培養基，取含polybrene的病毒上清液加入6孔板中，每孔2 mL。6 h后更換含10%胎牛血清的高糖型DMEM培養基。48 h后用含puromycin(0．5 mg/L)的培養基篩選5 d，通過Western blotting和real－time PCR鑒定穩定細胞株。

3 實時熒光定量PCR檢測(real－time PCR)

以Trizol試劑提取細胞總RNA，紫外分光光度儀測定RNA純度及濃度，逆轉錄，采用Sybrgreen染料法，采用羅氏熒光PCR儀進行熒光PCR反應。以β－actin為內參照。引物設計如下:Bmi－1上游引物5'－GCTGATGCTGCCAATGGCTCTAA －3'，下游引物5'－TCATTCACCTCCTCCTTAGATTTC－3';β－actin 上游引物5'－TGGCACCCAGCACAATGAA －3'，下游引物 5'－CTAAGTCATAGTCCGCCTAGAAGCA－3'。PCR反應條件:95℃ 2 min預變性，95℃ 30 s，60℃ 35 s，40個循環。

4 Western blotting分析

將細胞接種于6孔板中，待細胞長至90%時，用冷PBS洗2次，用含有蛋白酶抑制劑(PMSF)的RIPA裂解緩沖液裂解細胞，采用BCA法測定總蛋白濃度。取等量總蛋白于10%SDS－PAGE膠電泳。然后將SDS－PAGE凝膠轉移至PVDF膜中，恒流(200 mA)轉膜70 min。然后取出PVDF膜，置于5%脫脂奶粉中封閉2 h。加入Ⅰ抗(Bmi－1 1∶1 000，βactin 1∶2 000)，4 ℃過夜，TBST 洗膜;Ⅱ抗37 ℃搖床孵育1 h，TBST洗膜。ECL化學發光試劑盒顯影，曝光。條帶灰度分析采用Glyko BandScan 5．0軟件。

5 流式細胞儀檢測細胞周期

常規消化處理培養細胞，用70%乙醇4℃固定24 h，加入RNA酶(終濃度為50 mg/L)，37℃反應1 h。加入碘化丙啶(PI，濃度為100 mg/L)溶液染色20～30 min后，在流式細胞儀上進行檢測分析。

6 CCK－8法檢測細胞生長曲線

取對數生長期的過表達基因組(GES－1－Bim－1)和空質粒組(GES－1－vector)2組細胞接種在96孔板中，每孔細胞1×103，每孔總體積100μL，種板后24 h，每天各組分別取7個孔進行實驗并連續測6 d。選6個孔為實驗組，避光加入CCK－8 10 μL，另一孔設為對照，不加CCK－8，然后輕搖5 min，放入細胞培養箱，2 h后于酶標儀檢測，先以對照孔調零，然后檢測實驗組波長為450 nm(A450)處的吸光度。細胞增殖倍數=實驗組A450值/A0，A0為實驗組第1 d的A450值。

7 統計學處理

應用SPSS 13．0統計軟件分析。數據用均數±標準差(ˉx±s)表示，多組間比較采用單因素方差分析(ANOVA)，組間兩兩比較采用最小顯著差異法(LSD法)。以P＜0．05為差異有統計學意義。

結 果

1 Real－time PCR和Western blotting檢測Bmi－1 mRNA和蛋白表達水平

經逆轉錄病毒介導方法導入質粒后，與空白對照組比較，過表達組細胞Bmi－1 mRNA表達量增加(34．5±2．4)倍，而空質粒組細胞 Bmi－1 mRNA 表達量無明顯改變，見圖1。Western blotting結果進一步證實，過表達組細胞Bmi－1蛋白表達水平較空白對照組及空質粒組明顯升高;Western blotting條帶分析表明，與空白對照組比較，過表達組細胞Bmi－1蛋白水平較空質粒組升高約2倍，而空質粒組Bmi－1蛋白水平無明顯改變，見圖2。

Figure 1．The real－time PCR results for Bmi－1 mRNA expression．ˉx±s．n=3．*P＜0．05 vs A or B．A:GES－1;B:GES－1－vector;C:GES－1－Bmi－1．圖1 Real－time PCR檢測3組細胞Bmi－1 mRNA的表達

Figure 2．Bmi－1 protein expression detected by Western blotting．A:GES－1;B:GES－1－vector;C:GES－1－Bmi－1．ˉx±s．n=3．*P＜0．05 vs A or B．圖2 Western blotting檢測3組細胞Bmi－1蛋白的表達

Real－time PCR和Western blotting結果表明通過逆轉錄病毒介導，能成功將Bmi－1基因導入GES－1細胞，并能使其在mRNA和蛋白水平持續穩定表達。

2 細胞周期

過表達組細胞G0/G1期占36.18%±1．80%，空質粒組細胞G0/G1期占42．35%±8．25%。過表達組細胞G2/M期占14．89%±2．76%，空質粒組細胞G2/M期占15．70%±6．50%。過表達組細胞S期占48．94%±0．95%，空質粒組細胞 S 期占 41．96%±1.75%。與空質粒組和空白對照組相比，過表達組細胞G0/G1期細胞減少，差異有統計學意義(P＜0.05)，而空質粒和空白對照組之間無顯著差異(P＞0.05)，見圖3。過表達Bmi－1基因使GES－1細胞S期細胞增多，促進GES－1細胞的增殖。

Figure 3．The cell cycle of GES－1－vector and GES－1－Bmi－1 cells detected by flow cytometry．圖3 空質粒組與過表達組細胞周期比較

3 生長曲線

通過CCK－8法連續7 d檢測轉染Bmi－1質粒、空質粒或未轉染的GES－1細胞的吸光值，繪制生長曲線，發現過表達組細胞生長率明顯高于空質粒組(P ＜0．05)和未轉染的 GES－1(P ＜0．05)。空質粒組細胞和未轉染的GES－1細胞之間的生長率差異無統計學意義(P＞0．05)，見圖4。

Figure 4．Growth curves of GES－1，GES－1－vector and GES－1－Bmi－1 cells．ˉx±s．n=3．*P＜0．05 vs GES－1 or GES－1－vector．圖4 CCK－8法檢測3組細胞生長曲線

討 論

胃癌是常見的消化道惡性腫瘤之一，發病率在人體所有惡性腫瘤中位居第4位，致死率高居第2位，我國和東南亞大部分地區屬胃癌高發地區［7］。胃癌的發生發展是一個多因素、多步驟的過程，涉及抑癌基因突變、原癌基因激活、腫瘤轉移基因激活等過程。原癌基因Bmi－1屬于轉錄抑制因子Polycomb(PcG)家族［8］，人類Bmi－1基因定位于10號染色體短臂13區，編碼一個含326個氨基酸的蛋白質，該蛋白質含有一個環指結構(ring finger domain，RF)和保守DNA結合模序螺旋－轉角－螺旋－轉角(helixturn－helix－turn motif，H－T－H－T)結構域，這2個區域在調控細胞轉化及腫瘤發生發展起重要作用［9］。近年來的研究發現多種惡性腫瘤中均存在Bmi－1基因的異常高表達，同時，Bmi－1蛋白被認為是腫瘤干細胞的標志分子之一［10］。

我們在前期研究中發現在胃癌組織中原癌基因Bmi－1不僅在轉錄水平，而且在轉錄后水平均呈高表達，胃癌組織陽性率與腫瘤大小、臨床分期、侵潤深度、淋巴結轉移與否有關;利用Cox比例風險模型分析，發現Bmi－1陽性表達為獨立的胃癌預后因素;利用生存分析，發現Bmi－1陰性表達胃癌患者的生存率高于陽性表達胃癌患者，是判斷胃癌患者預后的有效指標［11－12］。然而到目前為止，Bmi－1 參與胃癌發生發展的機制尚未闡明。我們通過逆轉錄病毒介導，將Bmi－1基因導入人正常胃黏膜上皮細胞株GES－1，運用 real－time PCR和 Western blotting方法，證實在mRNA和蛋白水平Bmi－1基因能持續穩定的表達，成功構建了Bmi－1過表達胃黏膜上皮細胞的體外模型，為進一步研究Bmi－1在胃癌中的發生發展機制奠定基礎。

研究表明，原癌基因Bmi－1編碼的蛋白通過負調控INK4a/ARF位點而影響細胞增殖和凋亡［13］。INK4a/ARF位點編碼2種增殖抑制相關蛋白p16INK4a和p19ARF(人類為p14ARF)，這兩種蛋白分別通過腫瘤抑制蛋白pRb和轉錄因子p53相關的細胞周期調節途徑發揮作用。pRb在p16INK4a的作用下去磷酸化，從而與轉錄因子E2F結合而阻止細胞進入S期。p19ARF通過增加鋅指蛋白MDM2與轉錄因子p53的結合，導致細胞出現衰老和凋亡現象。Bmi－1高表達通過抑制p16INK4a和p19ARF的表達，延長細胞增殖期，減少凋亡。本研究發現，過表達Bmi－1使G0/G1期GES－1細胞比例減少，S期及G2/M期細胞比例增加。S期為DNA復制期，G2/M期為DNA合成后期和細胞分裂期，細胞只有跨過G1/S期的阻止點(restriction point，即R點)才能進入下一步DNA復制期，否則進入G0期，停止分裂［14］。本實驗結果表明，Bmi－1基因過表達使處于增殖狀態的GES－1細胞比例增高。進一步經CCK－8法繪制的細胞生長曲線發現，較空白對照組和空質粒組，過表達Bmi－1使GES－1的增殖速度明顯增加;且種板后第6 d、第7 d，空白對照組細胞和空質粒組細胞增殖處于平臺期，而過表達組細胞未觀察到平臺期現象，表明過表達可以使人正常胃黏膜上皮細胞GES－1異常增殖。細胞異常增殖和凋亡是正常細胞癌性轉變的基本特征。因此，本研究的結果提示Bmi－1高表達可能導致正常胃黏膜上皮細胞發生惡性轉化，啟動胃黏膜上皮的癌變。

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