多梳基因Bmi-1在惡性腫瘤中研究新進展

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展

潘鋼 張煜 羅定存

多梳基因（polycoml group genes，PcG）家族由多種與細胞周期和增殖相關的轉錄抑制子組成，是一類重要的與發育相關的基因。PcG參與對同源異型基因的表達抑制，并且與細胞增殖及腫瘤的發生密切相關。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節細胞增殖、分化與衰老，在維持多種正常干細胞和腫瘤干細胞的自我更新和增殖活性方面起重要作用。相關研究發現Bmi-1基因在多種人類惡性腫瘤中表達普遍上調，提示其與惡性腫瘤的發生及進展密切相關。本文就Bmi-1與惡性腫瘤的相關研究進展作一綜述。

1 Bmi-1基因結構與功能

人類Bmi-1基因克隆和定位在10號染色體短臂13區，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,分子質量為36.9 kD。其蛋白表達在細胞核、染色質或染色體聚集區域。Bmi-1蛋白的氨基酸序列包括2個重要結構域，分別位于氨基末端的環指結構域（ring finger domain，RF）和中心的保守DNA結構域。前者又稱RING鋅指結構，可連接2個鋅原子，與蛋白之間相互作用，Bmi-1通過環指與其他蛋白結合形成多聚復合物。環指結構還可介導蛋白質泛素化，激發相應生物學效應，具有轉錄調節作用，參與腫瘤的惡性轉化；后者介導Bmi-1與DNA的結合，誘導端粒酶活性，為Bmi-1發揮轉錄抑制效應所必需的。研究指出，以上2個結構在細胞生存周期的延長和抑制多腫瘤抑制基因1（multiple tumor suppressor 1，MTS1）表達上不可或缺，敲除這2個結構可使Bmi-1失去活性進而致細胞發生早衰[1]。MTS1也被稱作INK4a/ ARF（inhibitor of CDK4/alternative reading frame）或稱為細胞周期素依賴性激酶N2（cyclin dependent kinase N2，CDKN2），于1993年發現的直接調控細胞周期并抑制細胞增殖的抑癌基因，是目前為止發現的除p53基因之外人類腫瘤中最常見能失活的抑癌基因。Bmi-1蛋白內其他功能結構域還有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細胞內快速降解；后者將Bmi-1定位于細胞核。研究發現Bmi-1基因缺失會導致小鼠出現骨骼的轉化延遲造血系統嚴重缺陷和顱腦發育不良，而Bmi-1的過度表達則可能會導致惡性腫瘤的發生[2]。

2 Bmi-1介導腫瘤進展的可能作用機制

Bmi-1在腫瘤發生、發展、轉移中發揮重要作用，它是多種因素和機制聯合作用的結果。在不同腫瘤中Bmi-1的影響也有所差異。其介導腫瘤進展的可能機制[3-4]：（1）Bmi-1可抑制MTS1基因位點，MTS1編碼2種抑癌蛋白p16lnk4A和p14Arf,前者是細胞周期蛋白依賴激酶抑制因子，通過抑制pRb磷酸化下調其靶基因轉錄，影響G1/S期轉化，進而參與腫瘤發生；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癌基因的協同基因，在細胞的中心體擴增調節中起著重要的作用，異常的中心體可以導致染色體的異常分裂，最終使遺傳穩定性發生改變，干擾細胞正?；顒佣l生癌。Bmi-1蛋白的環指結構是其協同c-myc引起細胞轉化和腫瘤形成的重要區域；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錄調節，使其保持抑制狀態，并可將此抑制狀態遺傳給子代。（3）Bmi-1可激活hTERT端粒酶的活性，阻止細胞衰老，導致細胞永生化，在細胞的惡性轉化中起重要作用。（4）Bmi-1可誘導上皮細胞發生上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），而EMT是惡性轉化和腫瘤侵襲轉移的早期重要標志。（5）腫瘤干細胞是存在于腫瘤組織中的一小部分具有干細胞性質的瘤細胞，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細胞和腫瘤不斷擴展的原因之一，高表達的Bmi-1被認為是腫瘤中存在的“腫瘤干細胞”，介導多種腫瘤干細胞自我更新和擴增，促進腫瘤的惡性進展。（6）Bmi-1還可通過非p16lnk4A/p14Arf依賴途徑,如Akt、Bcl-2等直接或間接促進細胞惡性轉化、凋亡、抵抗運動和新生血液循環生成，從而參與惡性腫瘤的發生。

3 Bmi-1與各種惡性腫瘤的關系

3.1 Bmi-1與肺癌 Huang等[5]對肺鱗狀細胞癌和癌旁組織中Bmi-1、鈣黏蛋白及波形蛋白的表達情況進行測定，發現Bmi-1在肺鱗狀細胞癌中大量表達，同時鈣黏蛋白表達下調。推測過表達Bmi-1可導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）活性而穩定鋅指轉錄因子Snail，延長Snail蛋白半衰期最終引起上皮細胞-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），增強肺鱗狀細胞癌的轉移侵襲能力。Zhang等[6]對134例肺癌標本Bmi-1表達情況進行測定分析, 74例患者Bmi-1表達呈陽性，并且Ⅲ期肺癌患者Bmi-1表達高于I期和II期患者；進一步研究結果顯示Bmi-1的表達與TNM分期、淋巴結轉移呈正相關，而與腫瘤體積大小、患者年齡、性別無關。Meng等[7]在非小細胞肺癌組織中同樣發現Bmi-1與腫瘤臨床分期及淋巴轉移有關，Bmi-1被敲除后可減低癌細胞株A549及SPCA1在體內外的遷移能力，同時可上調PTEN表達和下調血管內皮生長因子表達。

3.2 Bmi-1與乳腺癌 Wang等[8]對171例乳腺癌標本Bmi-1蛋白表達情況進行測定分析，89例浸潤性乳腺癌中Bmi-1表達呈陽性，主要表達部位在細胞核內；Bmi-1表達陽性患者5年生存率明顯低于表達陰性患者，顯示Bmi-1表達水平可作為乳腺癌預后的獨立指標。Guo等[9]的研究結果也顯示Bmi-1在乳腺癌細胞中明顯表達，且高表達Bmi-1與乳腺癌病理學分型、臨床分期及不良預后有關，可作為乳腺癌的生存預測指標。Bmi-1過表達可增強人類乳腺上皮細胞運動和侵襲能力,與增加間葉組織標記物表達、減少上皮組織標記物表達、穩定Snail及PI3K/AKt/GSK-3β/Snail信號通路調節異常有關。Li等[10]研究發現Bmi-1在乳腺癌原發灶中表達陽性，在乳腺癌的轉移灶中陽性表達更加明顯，提示Bmi-1在乳腺癌的轉移中發揮重要作用；進一步研究發現Bmi-1是通過誘導EMT在乳腺癌轉移過程中發揮作用。

3.3 Bmi-1與消化道腫瘤 Lu等[11]研究發現Bmi-1在胃癌中高表達，且表達強度與腫瘤大小、臨床分期、淋巴結轉移、T分期有密切相關，Bmi-1陽性表達的患者總體生存期比Bmi-1陰性的患者明顯縮短；進一步分析結果認為在胃癌中Bmi-1可以作為判斷預后的獨立指標。Li等[12]研究分析Bmi-1在203例結直腸癌患者中的表達，Bmi-1蛋白表達在正常結腸黏膜、結腸癌組織及伴有淋巴結轉移的結腸癌組織中均有陽性表達，并呈逐漸上調趨勢。大腸癌組織中存在Bmi-1蛋白高表達現象提示，Bmi-1蛋白與大腸癌的發生、發展相關。研究結果還提示其表達與腫瘤臨床分期、浸潤深度、淋巴結轉移和遠處轉移密切相關，且陽性表達的患者5年生存率明顯偏低。因此推定Bmi-1可以促進結直腸癌的發生，且可作為判斷結直腸癌預后的獨立指標。Effendi等[13]對肝癌中Bmi-1的表達進行研究，發現Bmi-1和ATP-結合轉運子B1在早期和分化良好的肝癌細胞中均高度表達，且兩者變化呈正相關，提示Bmi-1在肝癌發生中發揮作用，而ATP-結合轉運子B1很可能是其作用機制中的關鍵。

3.4 Bmi-1與婦科腫瘤 Zhang等[14]檢測發現宮頸癌患者血漿Bmi-1表達水平明顯高于宮頸上皮內瘤樣病變者及健康對照者，且Bmi-1陽性表達率與宮頸癌臨床分期、淋巴結轉移有關，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后的分子標記。研究結果顯示，沉默掉Bmi-1基因可降低卵巢癌細胞內谷胱甘肽水平，使細胞內產生大量活性氧，誘導卵巢癌細胞的凋亡[15]。動物實驗結果顯示敲除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。

3.5 Bmi-1與其他腫瘤 數項研究結果顯示Bmi-1在骨肉瘤、神經系統腫瘤、鼻咽癌、甲狀腺髓樣癌、泌尿系統腫瘤、皮膚腫瘤、口腔腫瘤中高度表達，說明 Bmi-1可能在這些腫瘤發生、浸潤、轉移過程中扮演重要角色[16-20]。惡性腫瘤的發展是一個多階段、多步驟、多因素參與的過程，隨著醫學的進一步發展，惡性腫瘤的診斷技術越加成熟，但早期診斷及侵襲轉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，而侵襲轉移性的判斷能更客觀地判斷患者的預后，在惡性腫瘤的臨床診治過程中發揮更重要作用。多梳基因Bmi-1被證實在多種惡性腫瘤中高表達，且與臨床分期、病理分型、淋巴結轉移等相關，提示其在腫瘤發生、發展過程中起了重要作用。檢測Bmi-1在腫瘤組織中的表達及其強度可以預測其預后，其與腫瘤預后的關系亦已被大量的研究結果所證實。研究顯示Bmi-1介導多種腫瘤干細胞自我更新和擴增，促進腫瘤的惡性進展。目前認為腫瘤干細胞是藥物抵抗和放化療失敗的重要原因，因此Bmi-1表達的調節作為一種潛在的治療途徑引起了廣泛的關注，主要包括siRNA的應用和針對Bmi-1藥物的研究。研究顯示通過siRNA技術降低Bmi-1的表達后，腫瘤的分化、克隆與轉移能力明顯降低，并能導致腫瘤細胞的衰老和凋亡，增加對放療的敏感性[21-23]。但是RNA干擾技術尚不成熟，在安全性、給藥途徑等方面還需要進一步探索，而能特異性抑制Bmi-1表達的藥物尚未見臨床相關報道。目前，Bmi-1介導腫瘤發生、發展的復雜機制仍不甚清楚，需要進一步的研究。闡明其機制將使大家更加深入地了解腫瘤形成機制，更加準確地判斷惡性腫瘤患者的預后，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）

杭州市醫藥衛生科技計劃項目（2012A008）；杭州市重大科技創新專項項目（20131813A08）

310003 杭州市第一人民醫院腫瘤外科

羅定存，E-mail：ldc@163.com