B 細(xì)胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒整合位點1的生物學(xué)功能及腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展△

史紅娟，邵婷婷，李群鋒，祝美姣，姚水洪#

1衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院，浙江 衢州 324000

2衢職院病毒致瘤科技創(chuàng)新團(tuán)隊，浙江 衢州 324000

在果蠅中被發(fā)現(xiàn)的多梳基因家族（polycomb group gene，PcG）是一組與細(xì)胞周期和增殖相關(guān)的重要基因，其在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和復(fù)發(fā)中具有關(guān)鍵作用。PcG蛋白由多梳抑制復(fù)合物1（polycomb repressive complex 1，PRC1）和多梳抑制復(fù)合物 2（polycomb repressive complex 2，PRC2）組成。第一個被鑒定的PcG家族功能基因是B細(xì)胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒整合位點1（B cell-specific moloney murine leukemia virus integration site 1，BMI1），它是一種致癌基因，于1991年由荷蘭癌癥中心在腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。BMI1能夠?qū)θ旧|(zhì)進(jìn)行修飾，從而調(diào)節(jié)多種抑癌基因的表達(dá)，近年來，在多種惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)BMI1過表達(dá)，且其與腫瘤的發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)，可能是一個重要的腫瘤治療靶點。本文就BMI1的結(jié)構(gòu)、功能及其在腫瘤細(xì)胞中生物學(xué)作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 BMI1蛋白與基因結(jié)構(gòu)

BMI1作為一種原癌基因，首先在逆轉(zhuǎn)錄病毒引起的小鼠淋巴瘤中被發(fā)現(xiàn)。人類BMI1基因位于第10號染色體短臂13區(qū)（10p13），含有10個外顯子和10個內(nèi)含子，編碼由326個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)，其分子量為36.9 kD。BMI1蛋白的結(jié)構(gòu)在進(jìn)化上高度保守，與另一個PcG蛋白Mel-18具有顯著的同源性，Mel-18是BMI1基因的轉(zhuǎn)錄抑制因子。BMI1的氨基酸序列包括：①N端的環(huán)指結(jié)構(gòu)域（ring finger domain，RF），是BMI1基因定位于細(xì)胞核邊緣所必需的，通過與其他蛋白形成多聚復(fù)合物，參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和病毒復(fù)制等過程；②中間的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)域（helix-turn-helix domain，HTH），是BMI1基因發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制效應(yīng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；③C端的富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域，與BMI1在細(xì)胞核中的定位和核內(nèi)降解有關(guān)。

2 BMI1的生物學(xué)功能

2.1 參與干細(xì)胞的維持和自噬過程

研究表明，BMI1對出生后神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cell，NSC）的自我更新十分重要，而不是胚胎，并已確定細(xì)胞周期抑制劑p16/p19是其分子靶點。Fasano等通過在體外和體內(nèi)使用慢病毒轉(zhuǎn)染的短發(fā)夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）確定了BMI1對胚胎NSC的自我更新也很重要。該研究發(fā)現(xiàn)，從胚胎到成年的發(fā)育過程中，神經(jīng)祖細(xì)胞越來越依賴于BMI1進(jìn)行增殖。shRNA介導(dǎo)的BMI1減少會導(dǎo)致胚胎和成人NSC增殖和自我更新的缺陷，而這些缺陷意外地由另一種細(xì)胞周期抑制劑p21介導(dǎo)?；蜿嚵蟹治鼋沂玖薆MI1在p21-Rb細(xì)胞周期調(diào)節(jié)通路中控制基因的表達(dá)，表明BMI1能夠激活NSC的自我更新能力且p21是NSC中一個重要的BMI1靶點。

Zhou等為了研究BMI1是否通過抑制p16、p53和（或）維持氧化還原平衡決定腎干祖細(xì)胞（renal stem or progenitor cell，RSC）的干性，通過分離、培養(yǎng)RSC并分析其干性特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，缺乏BMI1可導(dǎo)致RSC的干細(xì)胞特性降低，細(xì)胞凋亡增加；乙酰半胱氨酸治療或p16/p53缺失分別通過維持氧化還原平衡和抑制細(xì)胞周期阻滯改善了BMI1缺乏小鼠的RSC自我更新能力；氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）可負(fù)反饋調(diào)控BMI1、p16和p53 mRNA表達(dá)。BMI1通過維持氧化還原平衡和抑制細(xì)胞周期阻滯決定RSC的干性。BMI1信號分子將成為維持RSC和抑制腎臟疾病進(jìn)展以防止腎功能衰竭的新的治療靶點。

2.2 激活WNT信號通路

WNT信號通路在決定細(xì)胞命運(yùn)、組織發(fā)育和干細(xì)胞維持中發(fā)揮重要作用，該通路的異常激活可導(dǎo)致多種人類惡性腫瘤的發(fā)生。Yu等研究了BMI1與結(jié)腸癌發(fā)生的關(guān)系，采用免疫組織化學(xué)染色法和蛋白質(zhì)印跡法檢測BMI1在結(jié)腸癌及癌旁正常組織中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)BMI1在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁正常組織，且過表達(dá)的BMI1促進(jìn)了NCM460細(xì)胞的生長及細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）和c-myc的表達(dá)。而在結(jié)腸癌細(xì)胞中，敲除BMI1后，細(xì)胞生長及cyclin D1和c-myc的表達(dá)均受到抑制，說明BMI1可能通過激活WNT信號通路參與了結(jié)腸癌的發(fā)生。研究者通過免疫組織化學(xué)染色法檢測了BMI1和IDAX（一種WNT拮抗劑）在原發(fā)性結(jié)腸癌組織中的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IDAX在BMI1高表達(dá)的組織中表達(dá)下調(diào)，而在BMI1低表達(dá)的組織中表達(dá)上調(diào)。為了證實IDAX是否直接受BMI1調(diào)控，又通過染色質(zhì)免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation，ChIP）檢測了BMI1與IDAX啟動子的相互作用，結(jié)果證明BMI1確實富集于IDAX啟動子區(qū)域。而IDAX在結(jié)腸癌中通過抑制WNT信號通路發(fā)揮抑癌作用，說明在結(jié)腸癌中BMI1主要通過下調(diào)IDAX的表達(dá)激活WNT信號通路，揭示了結(jié)腸癌細(xì)胞中WNT信號通路激活的一種新的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，BMI1-IDAX-WNT可能為結(jié)腸癌提供一個潛在的診斷標(biāo)志物和治療靶點。

2.3 調(diào)控NOTCH信號通路

BMI1在多種惡性腫瘤中表達(dá)上調(diào)，包括急性白血病。Ohtaka等使用3種BMI1抑制劑（青蒿素、PTC-209和PRT4165）以及6個白血病細(xì)胞系（THP-1、TMD7、OCI/AML2、OCI/AML5、Jurkat和KOPT-K1），研究BMI1在白血病細(xì)胞生長中的作用以及潛在的分子機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用的濃度范圍內(nèi)，BMI1抑制劑不影響正常淋巴細(xì)胞的生存能力及細(xì)胞形態(tài)，而BMI1抑制劑的處理影響了NOTCH信號通路蛋白的表達(dá)和活性，使用干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）敲低 BMI1的表達(dá)也能夠抑制NOTCH1信號通路。BMI1抑制劑是否通過抑制NOTCH相關(guān)的細(xì)胞凋亡減緩白血病細(xì)胞的增殖，需要進(jìn)行更多的研究來進(jìn)行驗證。

2.4 調(diào)控磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路

卵巢癌是婦科惡性腫瘤的主要死亡原因，大多數(shù)患者診斷時已為晚期。Zhao等通過利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)成功阻斷了上皮性卵巢癌細(xì)胞中BMI1的表達(dá)，為靶基因的研究提供了一個理想的細(xì)胞模型。沉默BMI1可抑制細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)上皮性卵巢癌細(xì)胞的鉑敏感性。BMI1可能通過調(diào)控黏附灶和磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）信號通路改變腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)和血管生成。BMI1在卵巢癌治療中是一個潛在的生物標(biāo)志物，特別是對于腫瘤進(jìn)展、化療耐藥的患者。

2.5 其他分子機(jī)制

結(jié)直腸癌是全球常見的惡性腫瘤之一，盡管在治療方面取得了進(jìn)展，但目前還沒有針對不同結(jié)直腸癌表型的治療方法。此前有報道稱BMI1在結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞和細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要作用。然而，BMI1在結(jié)直腸癌個體化治療中的作用仍不清楚。Tsai等研究表明，紫杉醇的凋亡作用在BMI1缺失的細(xì)胞中更為明顯。在BMI1沉默的細(xì)胞中采用紫杉醇處理，可通過促進(jìn)胱天蛋白酶8（caspase 8）獨立凋亡通路發(fā)揮凋亡作用。與caspase 8抑制劑單獨預(yù)處理相比，caspase抑制劑預(yù)處理可完全恢復(fù)上述作用。而且，沉默BMI1能夠激活糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）和c-Jun氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）。

3 BMI1與惡性腫瘤

BMI1在幾個關(guān)鍵的細(xì)胞過程中扮演著重要角色，當(dāng)這些過程出錯時會導(dǎo)致惡性腫瘤。BMI1在幾種類型惡性腫瘤中的表達(dá)是失調(diào)的，并且在幾種惡性腫瘤干細(xì)胞中過表達(dá)。由于BMI1在細(xì)胞正常生理過程中具有重要作用，以及在各種類型的惡性腫瘤中經(jīng)常出現(xiàn)表達(dá)失調(diào)，BMI1的表達(dá)和過度激活被認(rèn)為是幾種類型惡性腫瘤的生物標(biāo)志物。

3.1 BMI1與乳腺癌

Srinivasan等將小分子BMI1抑制劑和轉(zhuǎn)染BMI1的特異性shRNA質(zhì)粒作用于鼠乳腺癌干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)BMI1 mRNA和BMI1蛋白表達(dá)明顯受到抑制，這些細(xì)胞中BMI1的表達(dá)破壞了干細(xì)胞的特異性，顯著降低了動物體內(nèi)腫瘤的生長。Griffith等探討了沉默BMI1對乳腺癌細(xì)胞放射治療的潛在療效和放射增敏的機(jī)制，采用穩(wěn)定轉(zhuǎn)染BMI1的shRNA（shBMI1）慢病毒載體或?qū)φ誷hRNA（shControl）或短暫轉(zhuǎn)染BMI1特異性siRNA至人MDA-MB-231和SUM159PT乳腺癌細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BMI1的沉默導(dǎo)致BMI1在mRNA和蛋白水平上的表達(dá)顯著降低，且細(xì)胞遷移顯著減少。此外，BMI1基因敲低顯著增強(qiáng)了DNA損傷，從而導(dǎo)致劑量依賴的輻射敏感效應(yīng)。BMI1是乳腺癌的一個重要治療靶點，抑制BMI1的表達(dá)可產(chǎn)生輻射敏感性。此外，BMI1靶向治療聯(lián)合放療可能對三陰性乳腺癌患者有益。

3.2 BMI1與宮頸癌

Xu等研究了BMI1沉默和過表達(dá)對宮頸癌細(xì)胞腫瘤球形成和致瘤性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)BMI可顯著降低腫瘤形成和腫瘤球形成，此外，BMI1上調(diào)了性別決定區(qū)Y框蛋白2（sex determining region Y-box 2，SOX2）的表達(dá)，雙熒光素酶報告基因檢測和ChIP顯示，BMI1通過與SOX2啟動子中的兩個E-box基序結(jié)合，使SOX2被激活，BMI1通過增強(qiáng)SOX2基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，作為參與宮頸癌發(fā)生的潛在致瘤因子，使宮頸癌產(chǎn)生致瘤性和腫瘤球形成。

3.3 BMI1與結(jié)直腸癌

Yu等為了證實BMI1與結(jié)腸癌發(fā)生的關(guān)系，通過免疫組織化學(xué)染色法檢測BMI1在結(jié)腸癌及癌旁正常組織中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)BMI1在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁正常組織，并且發(fā)現(xiàn)BMI1可能通過激活WNT信號通路參與結(jié)腸癌的發(fā)生。另有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中BMI1的表達(dá)水平明顯高于癌旁正常組織，且BMI1的表達(dá)與結(jié)直腸癌組織的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和腫瘤分期顯著相關(guān)，而與患者的性別、年齡、腫瘤部位及大小、病理分級、侵襲深度無關(guān)，提示BMI1表達(dá)水平越高，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移風(fēng)險越大，腫瘤分期越晚，患者的預(yù)后越差。

3.4 BMI1與食管鱗狀細(xì)胞癌

BMI1是一種重要的干細(xì)胞自我更新因子，參與多種致瘤過程，包括細(xì)胞遷移、侵襲、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和化療耐藥。研究表明，BMI1的表達(dá)與食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）的進(jìn)展和侵襲有關(guān)，并且還是早期診斷ESCC的潛在生物標(biāo)志物。BMI1基因敲除后可導(dǎo)致ESCC細(xì)胞凋亡增加，細(xì)胞增殖減少，干細(xì)胞特性減弱，在ESCC中，BMI1陽性腫瘤細(xì)胞導(dǎo)致上皮克隆的進(jìn)行性生長，BMI1陽性腫瘤細(xì)胞為腫瘤起始細(xì)胞，并且順鉑聯(lián)合BMI1靶向藥物可有效抑制ESCC的生長。

3.5 BMI1與非小細(xì)胞肺癌

BMI1在調(diào)控基因表達(dá)和細(xì)胞生理過程中發(fā)揮重要作用，包括細(xì)胞周期調(diào)控、DNA損傷修復(fù)和EMT。研究發(fā)現(xiàn)，抑制BMI1的表達(dá)可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，提高舌癌和乳腺癌細(xì)胞對放化療的敏感性。Shen等首次發(fā)現(xiàn)來自A549細(xì)胞的培美曲塞耐藥非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung carcinoma，NSCLC）細(xì)胞比親代細(xì)胞表現(xiàn)出更高的腫瘤干細(xì)胞活性，抗培美曲塞的NSCLC細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞相關(guān)蛋白（如BMI1或CD44）的表達(dá)升高且EMT特征更明顯。該研究還發(fā)現(xiàn)，A549細(xì)胞中過表達(dá)的BMI1導(dǎo)致了培美曲塞的抗性和小分子抑制劑PTC-209對BMI1的抑制，轉(zhuǎn)染BMI1特異性shRNA抑制了培美曲塞抗性A549細(xì)胞的生長和胸苷酸合成酶的表達(dá)。

4 小結(jié)與展望

BMI1在幾乎所有類型的組織中廣泛表達(dá)，然而，它在大腦、肺、胸腺、腎、性腺、唾液腺、胎盤、血液、骨髓和干細(xì)胞中都有很高的表達(dá)水平，在幾種惡性腫瘤亞型中過表達(dá)，并作為這些惡性腫瘤的生物標(biāo)志物。BMI1在細(xì)胞生理學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，在不同的細(xì)胞類型中，BMI1的mRNA和蛋白水平受到嚴(yán)格調(diào)控，許多研究者試圖了解BMI1在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平的調(diào)控，然而，關(guān)于BMI1在不同機(jī)制下的調(diào)控作用目前還缺乏全面的認(rèn)識。希望通過對BMI1研究的不斷深入，全面揭示BMI1的功能，為臨床中腫瘤的治療提供新的靶點。