Nanog基因的研究進展*

駱梅青綜述，康馬飛，卜 慶審校

（桂林醫學院附屬醫院腫瘤科，廣西桂林541001）

Nanog基因的研究進展*

駱梅青綜述，康馬飛，卜 慶審校

（桂林醫學院附屬醫院腫瘤科，廣西桂林541001）

干細胞； 基因； 轉錄因子； 腫瘤； 綜述

Mitsui等[1]與Chambers等[2]于2003年將在胚胎干細胞中新發現的重要基因Ecat4命名為Nanog基因，它是原始生殖細胞及胚胎干細胞表達的新轉錄因子，是維持干細胞自我亞全能性、更新增殖的重要基因。隨著干細胞研究的發展，近年來對Nanog基因在胚胎干細胞、體細胞、腫瘤細胞的表達和作用機制的研究逐漸受到關注。本文在綜述Nanog基因結構和功能的基礎上，重點探討Nanog基因在體細胞中的表達及其與腫瘤分化狀態的關系，推測Nanog基因的表達調控與腫瘤發生、發展有關，并對未來的腫瘤研究趨勢予以展望。

1 Nanog基因結構與功能

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個氨基酸殘基的蛋白質，這種蛋白質大概分為同源結構和C、N 3個區域。同源結構域可以和蛋白質相互作用；N末端區含有95個富含蘇氨酸、絲氨酸的殘基；C末端區含有W重復，但無轉錄激活基序。這種情況似乎提示，Nanog基因C末端區間接轉錄抑制，而N末端區可以間接轉錄激活。Pan等[3]報道了C和N末端區均有轉激活活性，Nanog N末端區是一個較C末端區更弱的活化劑。Nanog基因這種獨特的排列是專一地下調干細胞分化、多潛能的關鍵性基因。Hart等[4]采用表達篩查來克隆、鑒別小鼠和人的Nanog基因，而且還對其表達模式和種族發育背景特征化，進而報道了人Nanog基因、小鼠Nanog基因和6個程序化的人Nanog擬基因的結構和表達模式。人的Nanog基因和NK2族同源，而且還具備小鼠胚胎干細胞（ESC）中Nanog基因的生物功能[5]。

2 Nanog基因在胚胎干細胞的表達

Nanog基因的發現成為這些年來在維持胚胎干細胞不分化狀態以及明確胚胎發育相關基因研究方面取得的最大進展之一。小鼠胚胎發育早期，Nanog基因在早期卵裂階段和滋養層中并沒有表達[6]。而最早表達是在桑葚胚階段，且只限于內細胞團。體內一些實驗已經表明，Nanog基因不具有未分化細胞團，而且只能分化、產生內胚層細胞，Nanog基因是胚胎發育初期在Oct4啟動后維持內細胞團之全能性所必須具備的基因[1]。此外，Nanog基因在胚胎干細胞內是高表達的，若胚胎干細胞分化，Nanog基因的表達則顯著下調。胚胎干細胞如Nanog基因缺陷，則會導致失去多能性而開始分化。Nanog基因維持胚胎干細胞全能性和自我增殖主要通過與靶基因調控區結合，選擇性抑制分化基因表達或促進多能性基因表達而發揮作用。所以，Nanog基因的高水平表達與維持胚胎干細胞的全能性密切相關，而細胞的分化與Nanog基因的表達下調相關。

3 Nanog基因在腫瘤形成中的作用

近幾年來，干細胞研究比較熱門，其中誘導多能干細胞更是研究的熱點之一。誘導多能干細胞具有胚胎干細胞的生長特點、物理特點及遺傳學特性。誘導多能干細胞可以將不同的因子導入沒有經過修飾的成纖維細胞，致使這類細胞重新編程，成為和胚胎干細胞特點相似的干細胞。而Nanog基因是干細胞具有發育成各種類型細胞能力的“總開關”，無論是在胚胎干細胞還是在誘導多能干細胞中，它都起著關鍵作用。但是，一直不清楚這2種細胞是否具有全能性的深層機制。Nanog基因在細胞獲得全能性的一系列復雜過程中發揮著非常關鍵的作用。如果沒有它，胚胎干細胞將不會發育，而誘導產生多功能干細胞的過程也會失敗。Yu等[7]與Okita等[8]曾經采用該方法將Oct4和Nanog基因轉導入胃癌細胞，導致誘導多能干細胞的生成，表明Nanog基因在胚胎干細胞自我更新、維持基因未分化狀態和加速增殖過程中起到關鍵作用，并顯示Nanog陽性的細胞是癌細胞。有學者認為，Nanog基因很有可能是體細胞在重編程過程中的一個高效基因。Siu等[9]研究發現，通過干擾Nanog基因在絨毛膜癌細胞中的表達，將會引起Nanog基因凋亡顯著增加，Nanog基因的免疫反應和細胞凋亡指數呈負相關。You等[10]研究報道，在胚胎性癌細胞中Nanog基因呈現高表達狀態，通過去乙酰基酶抑制藥可以起到干擾Nanog基因的表達，從而阻滯細胞周期，抑制、誘導克隆球形成和分化，而再次導入Nanog基因，上述生物學效應會消失。Nanog基因反轉的小鼠3T3細胞和人293細胞增殖明顯加快，并且能夠在軟瓊脂上以非錨著依賴性方式進行克隆生長。Nanog基因轉染的人293細胞能夠在裸鼠體內致瘤[11]，說明Nanog基因過表達可能導致293細胞發生惡性轉化。Nanog基因過表達也可促進腫瘤細胞生長。Nanog基因轉染促進乳腺癌細胞克隆形成和增殖，而Nanog基因敲除則明顯抑制乳腺癌細胞生長[12]，Nanog基因過表達促進（敲除Nanog基因抑制）肺癌細胞克隆形成和增殖能力[13]。Nanog基因敲除導致多種細胞周期相關蛋白包括cyclin D1表達下降。Nanog基因可結合到cyclinD1遠端啟動子區，介導其轉錄活化，加速細胞周期進展，從而促進細胞增殖。上述研究表明，Nanog基因在維持腫瘤干細胞特征方面有著顯著的抗凋亡作用。通過調控Nanog基因的表達，可以減弱其侵襲力。Nanog基因也許和惡性腫瘤細胞增殖、分化及不斷侵襲、擴散有關，這個觀點和腫瘤細胞的生長與Nanog基因的高表達有關的說法相符。

4 Nanog基因在體細胞的表達

早期研究認為，Nanog基因只在多能性干細胞中表達，在成體組織中不表達。然而最近研究發現，Nanog基因在多種腫瘤細胞及組織中存在表達，并且證實這些腫瘤細胞及組織中的Nanog基因可能來源于Nanog P8假基因的轉錄產物。由于腫瘤細胞與干細胞具有較多的相似性，因此推測Nanog基因可能在腫瘤發生發展中也起著重要作用。

近年來，Nanog基因在體細胞中的報道不斷出現。Santagata等[14]的研究結果顯示，Nanog對于精原細胞瘤和胚胎性癌是敏感而特異的標記。有研究發現，Nanog基因在一些實體瘤中均有表達，例如乳腺癌、腦膠質瘤、膀胱癌、宮頸癌等，而且還發現一個特點，腫瘤組織病理級別越高，Nanog基因表達則越高，患者的臨床預后也越差，且高級別腫瘤具有胚胎干細胞的特點[15-17]。Nanog基因高表達與淋巴結轉移、腫瘤分期相關，表明Nanog基因高表達與患者預后不良相關，Nanog基因表達水平可作為獨立的預后評估指標。陳忠等[18]對胃癌患者癌旁組織和癌組織中Nanog基因的表達情況進行檢測顯示，胃癌組織中Nanog基因表達水平較癌旁組織高，而且表達越強，臨床預后越差。Nanog基因在實體瘤中具有這種返祖型表達特點，顯示它是一個十分重要的、與細胞分化狀態密切相關的因子，它可以引起正常細胞向相反的方向變化，它在維持惡性腫瘤細胞的未分化和低分化狀態方面發揮著重要作用，可以成為一個新的腫瘤標記物。此外，Nanog基因的高表達與患者對鉑類、蒽環類化療藥物耐藥相關。Nanog基因過表達可通過上調ABCB1表達水平促進癌細胞外排化療藥物而導致耐藥[13]，在乳腺癌和卵巢癌細胞中，Nanog基因通過與STAT3形成核內復合物，激活MDR1基因表達，促進Nanog基因與STAT3結合，激活miR-2表達而抑制PCD4表達[19]。Nanog基因表達在紫衫醇耐藥的卵巢癌細胞中比親代細胞表達顯著增加。HA與CD44v3相互作用還誘導Nanog基因與其他白細胞因子如Oct3/4與Sox2結合，通過轉錄激活miR-2抑制下游基因IAP表達，促進化療耐藥。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，提示Nanog基因的表達越高，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、腦膠質瘤等實體瘤中存在高表達，且與腫瘤分化狀態有關，腫瘤級別越高，表達越強，預后越差。

近年來，肺癌是發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，目前國內外關于Nanog基因與肺癌關系的研究極少。Nirasawa等[23]應用RT-PCR方法對患者肺癌組織中Nanog基因進行檢測，結果顯示檢出率為84.8%，肺癌組織較癌旁組織的表達顯著增強，肺癌早期也存在Nanog基因的高表達；提示Nanog基因在肺癌中的表達呈現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特異和敏感的標志物和治療靶點，然而Nanog基因的高表達是否可直接引發腫瘤尚不確定。耿沁等[24]先從人體肺腺癌細胞中誘導出球體，再采用RT-PCR方法檢測肺球體細胞，發現肺球體細胞中富集肺癌干細胞，而且有Nanog和Oct4基因的表達。但在國內，對Nanog基因在肺癌組織和非癌肺組織中的表達差異，以及對肺癌的診斷、治療和預后方面尚未做研究，目前也未見相關報道，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制的認識仍然不夠，如Nanog基因高表達是否能夠導致上皮性腫瘤還有待進一步研究。關于Nanog在腫瘤微環境中的具體作用，以及在腫瘤發生、發展的各個階段，包括在侵襲、轉移方面發揮的作用尚不確定。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、靶向治療及預后方面能上一個新的臺階。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.24.017

：A

：1009-5519（2016）24-3791-03

2016-07-07）

廣西壯族自治區衛生廳自籌課題（Z2011171）。