多梳基因Bmi-1与胃癌关系研究进展

刘朋伟 综述 陈晓宇* 审校

上海交通大学医学院附属仁济医院消化科 上海市消化疾病研究所（200001）

多梳基因（polycomb group gene,PcG）家族由多种与细胞周期和增殖相关的转录抑制因子所组成，与胚胎发育、细胞周期调节、造血干细胞更新等密切相关。近年研究发现PcG蛋白在肿瘤的发生、发展中亦发挥重要作用[1]。Bmi（B-cell-specif i c Moloney murine leukemia virus integration site）-1是PcG家族成员之一，多种实体瘤如乳腺癌、鼻咽癌、皮肤癌、黑色素瘤、膀胱癌等证实高表达Bmi-1[2～6]，且其高表达常提示患者预后不良[7,8]。最新研究表明Bmi-1与胃癌的发生、发展、浸润、转移、预后等密切相关，本文就Bmi-1的分子结构、作用机制及其与胃癌关系的研究进展作一综述。

一、Bmi-1的分子结构

Bmi-1基因由Haupt等[9]于1991年在转基因小鼠淋巴瘤传代中首次发现，可与c-myc协同致细胞转化和肿瘤形成。人类Bmi-1基因定位于10p11.23，含10个外显子，其cDNA全长3203 bp，其中位于640～1620 bp的开放读码框可编码含326个氨基酸、相对分子质量为45 kDa（1 Da=0.9921 u）的核蛋白；人类Bmi-1 DNA序列与小鼠的同源性为86%[10]，氨基酸序列同源性为98%[11]。

Bmi-1蛋白包括几个重要的结构域：①位于N端的环指结构，可使Bmi-1蛋白均匀分布于细胞核边缘异染色质集中区，是Bmi-1发挥转录抑制活性的关键区域；②位于中心区的重复螺旋-转角-螺旋-转角-螺旋-转角结构（HTHTHT结构域），可介导Bmi-1蛋白与DNA的结合；③核定位信号 KRRR和KRMK序列；④位于C端富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸、苏氨酸的PEST区，与Bmi-1蛋白的胞内迅速降解有关[11]。其中N端环指结构和中心区HTHTHT结构是Bmi-1发挥作用的关键区域。

二、Bmi-1的作用机制

1.INK4A-ARF途径：Jacobs等[12]通过小鼠和体外实验证实INK4A-ARF是Bmi-1的下游靶基因，直接受Bmi-1负调控，可影响细胞的增殖和凋亡。INK4A可在不同启动子作用下编码 p16INK4A或 p19ARF（人类为 p14ARF），前者可通过抑制细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）4、CDK6与细胞周期蛋白（cyclin）D结合，诱导Rb去磷酸化；后者可通过与MDM2连接，抑制p53灭活，两者均可致细胞周期停滞。

cyclin D和CDK4/6结合可激活后者的蛋白激酶活性，使Rb磷酸化，通过释放转录因子E2F，活化DNA聚合酶、二氢叶酸还原酶、胸腺激酶等与DNA合成相关酶类的基因转录，由此使细胞从G1期进入S期，促进细胞生长和增殖；p16INK4A可与cyclin D竞争结合CDK4/6，致pRb蛋白去磷酸化，通过调控cyclin D/CDK4/CDK6/Rb/E2F通路致细胞周期停滞于G1期[13]。Bmi-1下调p16INK4A表达，由此可通过抑制上述通路促进细胞的生长和增殖。

Freedman等[14]研究发现MDM2可往返于胞核和胞质，p53经MDM2-p53复合物由胞核进入胞质，通过蛋白-蛋白酶体通路降解，MDM2则返回胞核；此外，MDM2亦可直接与p53转录活化区结合，以此下调p53的转录活性。p19ARF可结合MDM2以加速后者降解，以此恢复和稳定细胞内p53水平，使细胞周期停滞于G1和G2期[15]。Bmi-1下调 p19ARF表达，由此可通过p19ARF/MDM2/p53通路抑制细胞周期的停滞和细胞凋亡[12]。

由此推测肿瘤细胞Bmi-1表达失调间接造成pRb和p53调控异常，可能是其参与肿瘤发生的重要原因。

2.Akt/PKB途径：Guo等[16]发现Bmi-1基因沉默可下调乳腺癌细胞MCF-7 Akt/PKB活性，由此促进肿瘤细胞凋亡。Godlewski等[17]发现以miR-128干扰Bmi-1表达可下调Akt磷酸化，并可显著抑制神经胶质瘤细胞增殖。Qin等[18]予鼻咽癌细胞干扰Bmi-1表达并予5-氟尿嘧啶（5-Fu）治疗，结果示凋亡细胞数明显增加，且伴pAkt明显下降。pAkt可进一步通过激活或抑制下游靶蛋白，调节细胞的增殖、分化、迁移和凋亡。CDK与CDK抑制剂（CKIs）可协同维持细胞正常周期，Akt证实可通过直接磷酸化抑制下游靶蛋白GSK3β以阻止cyclin D1降解，亦可负调节CKIs如p27Kip1、p21Cip1，通过影响p21Cip1磷酸化或与增殖细胞核抗原（PCNA）结合，由此调节p21Cip1活性，或直接磷酸化p27Kip1Thr157，致其滞留于细胞质，以抑制细胞周期的停滞[19]。

3.其他：Bmi-1亦可间接激活人端粒酶逆转录酶（hTERT）活性，使人乳腺上皮细胞永生化[20]，可能是Bmi-1参与肿瘤形成的另一途径。此外，Bmi-1亦可通过调控cyclin D1-p27途径以调节细胞中心体扩增[21]。

三、Bmi-1与胃癌

1.Bmi-1与胃癌细胞增殖的关系：肖军等[22]以慢病毒为载体介导shRNA干扰以抑制人胃癌细胞株AGS的Bmi-1表达，MTT法检测示敲除Bmi-1基因的AGS细胞增殖明显受抑；PI单染法流式细胞术检测示细胞凋亡率由0.915%增至3.865%，S期细胞比例明显上升，G2/M期细胞比例明显下降；细胞侵袭实验示细胞侵袭迁移能力明显下降。张晓伟等[23]以RNAi技术干扰人胃癌细胞株AGS的Bmi-1表达，细胞衰老β-半乳糖苷酶染色法检测示转染组平均细胞衰老率明显高于对照组（28%±3.5%对 16%±2.7%，P＜0.01），软琼脂克隆形成实验示转染组细胞平均克隆形成数明显少于对照组[（3.4±1.4）个对（11±2.3）个，P＜0.01）]；转染组 Bmi-1 及其相关蛋白pAkt表达水平较对照组明显下降，但p16INK4A表达则明显升高。进一步提示Bmi-1可通过提高Akt/PKB活性、下调p16INK4A蛋白表达以促进胃癌细胞的增殖、延缓细胞凋亡。高凤兰等[24]以siRNA干扰胃癌细胞株BGC823的Bmi-1表达，结果示转染组衰老细胞百分率显著升高、穿透Matrigel的细胞数显著下降，与未转染组和转染空载体组比较差异有统计学意义（P＜0.01）。由此说明抑制胃癌细胞株Bmi-1基因表达可促进细胞凋亡、降低细胞的侵袭和转移能力。

2.Bmi-1与胃癌浸润和转移的关系：国内赵晶等[7]研究发现，胃癌组织Bmi-1表达明显高于正常胃黏膜组织（52.5%对21.6%,P＜0.05），且胃癌组织 Bmi-1表达与 Lauren分型、Borrmann分型、胃癌临床病理分期相关，间接提示Bmi-1与胃癌的浸润和转移相关。黄开红等[25]以RT-PCR法测定42例胃癌手术标本的Bmi-1表达，结果示29例肿瘤组织Bmi-1 mRNA表达明显高于癌旁正常胃组织，且Bmi-1表达与肿瘤大小、淋巴结转移、浸润深度密切相关，但与患者性别、年龄、肿瘤分化程度、Borrmann分型、临床分期无关。Liu等[26]以免疫组化法测定146例胃癌手术切除标本的Bmi-1表达，结果示肿瘤组织较临近非肿瘤组织的Bmi-1表达明显上调，并证实Bmi-1表达与肿瘤大小、临床分期、淋巴结转移、浸润深度等密切相关（P＜0.05），但与远处转移不相关。Xiao等[27]以RNAi技术干扰人胃癌细胞株AGS的Bmi-1表达，结果示转染组细胞侵袭力明显下降，再次说明Bmi-1表达水平与胃癌的浸润显著相关。

3.Bmi-1与胃癌患者预后的关系：Liu等[26]对146例胃癌术后患者随访3年发现，87例死于胃癌复发；生存分析示Bmi-1阳性表达者的平均生存期明显低于阴性表达者（21.4个月对35.4个月，P＜0.01），3年生存率亦明显低于阴性表达者（P＜0.01）。多因素分析示Bmi-1阳性表达是胃癌患者的独立预后因素，由此说明Bmi-1高表达与胃癌患者预后不良相关。Zhang等[28]采用免疫组化法检测示人胃癌组织Bmi-1阳性表达率为83.6%，多因素分析示Bmi-1高表达和胃癌临床分期、患者预后相关，且是影响患者预后的独立危险因素。

四、结语

胃癌的发生、发展是一个多阶段、多步骤、多因素参与的过程。Bmi-1作为PcG家族的一员，在胃癌的发生、发展中发挥重要作用，且其高表达与胃癌的浸润、转移、预后等临床病理特征关系密切，因此有望成为胃癌早期诊断和预后判断的重要分子标记物，且可为胃癌的分子生物学治疗提供新的靶点。

1 van Lohuizen M,Frasch M,Wientjens E,et al.Sequence similarity between the mammalian bmi-1 proto-oncogene and the Drosophila regulatory genes Psc and Su(z)2.Nature,1991,353(6342):353-355.

2 Kim JH,Yoon SY,Jeong SH,et al.Overexpression of Bmi-1 oncoprotein correlates with axillary lymph node metastases in invasive ductal breast cancer.Breast,2004,13(5):383-388.

3 Song LB,Zeng MS,Liao WT,et al.Bmi-1 is a novel molecular marker of nasopharyngeal carcinoma progression and immortalizes primary human nasopharyngeal epithelial cells.Cancer Res,2006,66(12):6225-6232.

4 Reinisch CM,Uthman A,Erovic BM,et al.Expression of BMI-1 in normal skin and inflammatory and neoplastic skin lesions.J Cutan Pathol,2007,34(2):174-180.

5 Mihic-Probst D,Kuster A,Kilgus S,et al.Consistent expression of the stem cell renewal factor BMI-1 in primary and metastatic melanoma.Int J Cancer,2007,121(8):1764-1770.

6 Qin ZK,Yang JA,Ye YL,et al.Expression of Bmi-1 is a prognostic marker in bladder cancer.BMC Cancer,2009,9:61.

7 赵晶,罗祥东,达春丽,等.Bmi-1在正常胃组织和胃癌及其癌前病变中的表达及意义.中国肿瘤临床,2009,36(1):42-45.

8 Wang H,Pan K,Zhang HK,et al.Increased polycombgroup oncogene Bmi-1 expression correlates with poor prognosis in hepatocellular carcinoma.J Cancer Res Clin Oncol,2008,134(5):535-541.

9 Haupt Y,Alexander WS,Barri G,et al.Novel zinc finger geneimplicated asmyccollaboratorbyretrovirally accelerated lymphomagenesis in E mu-myc transgenic mice.Cell,1991,65(5):753-763.

10 Alkema MJ,Wiegant J,Raap AK,et al.Characterization and chromosomallocalization ofthe human protooncogene BMI-1.Hum Mol Genet,1993,2 (10):1597-1603.

11 Cohen KJ,Hanna JS,Prescott JE,et al.Transformation by the Bmi-1 oncoprotein correlates with its subnuclear localization but not its transcriptional suppression activity.Mol Cell Biol,1996,16(10):5527-5535.

12 Jacobs JJ,Kieboom K,Marino S,et al.The oncogene and Polycomb-group gene bmi-1 regulates cell proliferation and senescence through the ink4a locus.Nature,1999,397(6715):164-168.

13 Yeager T,Stadler W,Belair C,et al.Increased p16 levels correlate with pRb alterations in human urothelial cells.Cancer Res,1995,55(3):493-497.

14 Freedman DA,Levine AJ.Nuclear export is required for degradation of endogenous p53 by MDM2 and human papillomavirus E6.Mol Cell Biol,1998,18 (12):7288-7293.

15 Moll UM,Ostermeyer AG,Haladay R,et al.Cytoplasmic sequestration of wild-type p53 protein impairs the G1 checkpoint after DNA damage.Mol Cell Biol,1996,16(3):1126-1137.

16 Guo WJ,Zeng MS,Yadav A,et al.Mel-18 acts as a tumor suppressor by repressing Bmi-1 expression and down-regulating Akt activity in breast cancer cells.Cancer Res,2007,67(11):5083-5089.

17 Godlewski J,Nowicki MO,Bronisz A,et al.Targeting of the Bmi-1 oncogene/stem cell renewal factor by microRNA-128 inhibits glioma proliferation and selfrenewal.Cancer Res,2008,68(22):9125-9130.

18 Qin L,Zhang X,Zhang L,et al.Downregulation of BMI-1 enhances 5-fluorouracil-induced apoptosis in nasopharyngeal carcinoma cells.Biochem Biophys Res Commun,2008,371(3):531-535.

19 Viglietto G,Motti ML,Bruni P,et al.Cytoplasmic relocalization and inhibition of the cyclin-dependent kinase inhibitorp27 (Kip1)by PKB/Akt-mediated phosphorylation in breast cancer.Nat Med,2002,8(10):1136-1144.

20 Dimri GP,Martinez JL,Jacobs JJ,et al.The Bmi-1 oncogene induces telomerase activity and immortalizes human mammary epithelial cells.Cancer Res,2002,62(16):4736-4745.

21 翁桂香,徐理华,冯艳,等.癌基因Bmi-1引起中心体扩增的可能机制.中山大学学报(医学科学版),2008,29(2):131-134.

22 肖军,邓长生,汤小燕.RNAi技术沉默Bmi-1基因对人胃癌AGS细胞株的作用.武汉大学学报(医学版),2009,30(6):732-736.

23 张晓伟,秦薇,郭伟剑,等.Bmi-1基因对胃癌细胞增殖的影响及机制.世界华人消化杂志,2009,17(14):1390-1393.

24 高凤兰,刘春灵,李维山,等.沉默Bmi-1基因表达对胃癌细胞BGC823衰老和转移的作用.世界华人消化杂志,2010,18(4):335-339.

25 黄开红,刘建化,李学光,等.Bmi-1基因过度表达与胃癌分化、转移及预后的关系.南方医科大学学报,2007,27(7):973-979.

26 Liu JH,Song LB,Zhang X,et al.Bmi-1 expression predicts prognosis for patients with gastric carcinoma.J Surg Oncol,2008,97(3):267-272.

27 Xiao J,Deng C.Knockdown of Bmi-1 impairs growth and invasiveness of human gastric carcinoma cells.Oncol Res,2009,17(11-12):613-620.

28 Zhang XW,Sheng YP,Li Q,et al.BMI1 and Mel-18 oppositely regulate carcinogenesis and progression of gastric cancer.Mol Cancer,2010,9:40.