多梳基因Bmi-1在恶性肿瘤中研究新进展

潘钢 张煜 罗定存

●综 述

多梳基因Bmi-1在恶性肿瘤中研究新进展

潘钢 张煜 罗定存

多梳基因（polycoml group genes，PcG）家族由多种与细胞周期和增殖相关的转录抑制子组成，是一类重要的与发育相关的基因。PcG参与对同源异型基因的表达抑制，并且与细胞增殖及肿瘤的发生密切相关。Bmi-1基因（B cell-specific MLV integration site-1，Bmi-1）是PcG基因家族中重要成员之一，参与调节细胞增殖、分化与衰老，在维持多种正常干细胞和肿瘤干细胞的自我更新和增殖活性方面起重要作用。相关研究发现Bmi-1基因在多种人类恶性肿瘤中表达普遍上调，提示其与恶性肿瘤的发生及进展密切相关。本文就Bmi-1与恶性肿瘤的相关研究进展作一综述。

1 Bmi-1基因结构与功能

人类Bmi-1基因克隆和定位在10号染色体短臂13区，DNA大小为4.9 kb，mRNA为3 199 bp，含10个外显子,编码含326个氨基酸的蛋白质,分子质量为36.9 kD。其蛋白表达在细胞核、染色质或染色体聚集区域。Bmi-1蛋白的氨基酸序列包括2个重要结构域，分别位于氨基末端的环指结构域（ring finger domain，RF）和中心的保守DNA结构域。前者又称RING锌指结构，可连接2个锌原子，与蛋白之间相互作用，Bmi-1通过环指与其他蛋白结合形成多聚复合物。环指结构还可介导蛋白质泛素化，激发相应生物学效应，具有转录调节作用，参与肿瘤的恶性转化；后者介导Bmi-1与DNA的结合，诱导端粒酶活性，为Bmi-1发挥转录抑制效应所必需的。研究指出，以上2个结构在细胞生存周期的延长和抑制多肿瘤抑制基因1（multiple tumor suppressor 1，MTS1）表达上不可或缺，敲除这2个结构可使Bmi-1失去活性进而致细胞发生早衰[1]。MTS1也被称作INK4a/ ARF（inhibitor of CDK4/alternative reading frame）或称为细胞周期素依赖性激酶N2（cyclin dependent kinase N2，CDKN2），于1993年发现的直接调控细胞周期并抑制细胞增殖的抑癌基因，是目前为止发现的除p53基因之外人类肿瘤中最常见能失活的抑癌基因。Bmi-1蛋白内其他功能结构域还有C末端部分和2个核定位号。前者富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸，参与Bmi-1细胞内快速降解；后者将Bmi-1定位于细胞核。研究发现Bmi-1基因缺失会导致小鼠出现骨骼的转化延迟造血系统严重缺陷和颅脑发育不良，而Bmi-1的过度表达则可能会导致恶性肿瘤的发生[2]。

2 Bmi-1介导肿瘤进展的可能作用机制

Bmi-1在肿瘤发生、发展、转移中发挥重要作用，它是多种因素和机制联合作用的结果。在不同肿瘤中Bmi-1的影响也有所差异。其介导肿瘤进展的可能机制[3-4]：（1）Bmi-1可抑制MTS1基因位点，MTS1编码2种抑癌蛋白p16lnk4A和p14Arf,前者是细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子，通过抑制pRb磷酸化下调其靶基因转录，影响G1/S期转化，进而参与肿瘤发生；后者通过拮抗锌指蛋白MDM2的E3泛素连接酶活性而起作用。（2）Bmi-1基因作为c-myc癌基因的协同基因，在细胞的中心体扩增调节中起着重要的作用，异常的中心体可以导致染色体的异常分裂，最终使遗传稳定性发生改变，干扰细胞正常活动而发生癌。Bmi-1蛋白的环指结构是其协同c-myc引起细胞转化和肿瘤形成的重要区域；Bmi-1作为多梳基因家族重要一员，与各种PcG蛋白一起共同参与同源盒基因的转录调节，使其保持抑制状态，并可将此抑制状态遗传给子代。（3）Bmi-1可激活hTERT端粒酶的活性，阻止细胞衰老，导致细胞永生化，在细胞的恶性转化中起重要作用。（4）Bmi-1可诱导上皮细胞发生上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），而EMT是恶性转化和肿瘤侵袭转移的早期重要标志。（5）肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织中的一小部分具有干细胞性质的瘤细胞，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩展的原因之一，高表达的Bmi-1被认为是肿瘤中存在的“肿瘤干细胞”，介导多种肿瘤干细胞自我更新和扩增，促进肿瘤的恶性进展。（6）Bmi-1还可通过非p16lnk4A/p14Arf依赖途径,如Akt、Bcl-2等直接或间接促进细胞恶性转化、凋亡、抵抗运动和新生血液循环生成，从而参与恶性肿瘤的发生。

3 Bmi-1与各种恶性肿瘤的关系

3.1 Bmi-1与肺癌 Huang等[5]对肺鳞状细胞癌和癌旁组织中Bmi-1、钙黏蛋白及波形蛋白的表达情况进行测定，发现Bmi-1在肺鳞状细胞癌中大量表达，同时钙黏蛋白表达下调。推测过表达Bmi-1可导致钙黏蛋白水平下降可能是通过直接激活PI3K/AKt/GSK-3β/Snail信号通路，或抑制PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）活性而稳定锌指转录因子Snail，延长Snail蛋白半衰期最终引起上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），增强肺鳞状细胞癌的转移侵袭能力。Zhang等[6]对134例肺癌标本Bmi-1表达情况进行测定分析, 74例患者Bmi-1表达呈阳性，并且Ⅲ期肺癌患者Bmi-1表达高于I期和II期患者；进一步研究结果显示Bmi-1的表达与TNM分期、淋巴结转移呈正相关，而与肿瘤体积大小、患者年龄、性别无关。Meng等[7]在非小细胞肺癌组织中同样发现Bmi-1与肿瘤临床分期及淋巴转移有关，Bmi-1被敲除后可减低癌细胞株A549及SPCA1在体内外的迁移能力，同时可上调PTEN表达和下调血管内皮生长因子表达。

3.2 Bmi-1与乳腺癌 Wang等[8]对171例乳腺癌标本Bmi-1蛋白表达情况进行测定分析，89例浸润性乳腺癌中Bmi-1表达呈阳性，主要表达部位在细胞核内；Bmi-1表达阳性患者5年生存率明显低于表达阴性患者，显示Bmi-1表达水平可作为乳腺癌预后的独立指标。Guo等[9]的研究结果也显示Bmi-1在乳腺癌细胞中明显表达，且高表达Bmi-1与乳腺癌病理学分型、临床分期及不良预后有关，可作为乳腺癌的生存预测指标。Bmi-1过表达可增强人类乳腺上皮细胞运动和侵袭能力,与增加间叶组织标记物表达、减少上皮组织标记物表达、稳定Snail及PI3K/AKt/GSK-3β/Snail信号通路调节异常有关。Li等[10]研究发现Bmi-1在乳腺癌原发灶中表达阳性，在乳腺癌的转移灶中阳性表达更加明显，提示Bmi-1在乳腺癌的转移中发挥重要作用；进一步研究发现Bmi-1是通过诱导EMT在乳腺癌转移过程中发挥作用。

3.3 Bmi-1与消化道肿瘤 Lu等[11]研究发现Bmi-1在胃癌中高表达，且表达强度与肿瘤大小、临床分期、淋巴结转移、T分期有密切相关，Bmi-1阳性表达的患者总体生存期比Bmi-1阴性的患者明显缩短；进一步分析结果认为在胃癌中Bmi-1可以作为判断预后的独立指标。Li等[12]研究分析Bmi-1在203例结直肠癌患者中的表达，Bmi-1蛋白表达在正常结肠黏膜、结肠癌组织及伴有淋巴结转移的结肠癌组织中均有阳性表达，并呈逐渐上调趋势。大肠癌组织中存在Bmi-1蛋白高表达现象提示，Bmi-1蛋白与大肠癌的发生、发展相关。研究结果还提示其表达与肿瘤临床分期、浸润深度、淋巴结转移和远处转移密切相关，且阳性表达的患者5年生存率明显偏低。因此推定Bmi-1可以促进结直肠癌的发生，且可作为判断结直肠癌预后的独立指标。Effendi等[13]对肝癌中Bmi-1的表达进行研究，发现Bmi-1和ATP-结合转运子B1在早期和分化良好的肝癌细胞中均高度表达，且两者变化呈正相关，提示Bmi-1在肝癌发生中发挥作用，而ATP-结合转运子B1很可能是其作用机制中的关键。

3.4 Bmi-1与妇科肿瘤 Zhang等[14]检测发现宫颈癌患者血浆Bmi-1表达水平明显高于宫颈上皮内瘤样病变者及健康对照者，且Bmi-1阳性表达率与宫颈癌临床分期、淋巴结转移有关，提示血浆游离Bmi-1 mRNA可作为宫颈癌潜在非侵入性诊断和判断预后的分子标记。研究结果显示，沉默掉Bmi-1基因可降低卵巢癌细胞内谷胱甘肽水平，使细胞内产生大量活性氧，诱导卵巢癌细胞的凋亡[15]。动物实验结果显示敲除Bmi-1基因可明显抑制肿瘤生长，表明Bmi-1可能成为治疗卵巢癌的新靶点。

3.5 Bmi-1与其他肿瘤 数项研究结果显示Bmi-1在骨肉瘤、神经系统肿瘤、鼻咽癌、甲状腺髓样癌、泌尿系统肿瘤、皮肤肿瘤、口腔肿瘤中高度表达，说明 Bmi-1可能在这些肿瘤发生、浸润、转移过程中扮演重要角色[16-20]。恶性肿瘤的发展是一个多阶段、多步骤、多因素参与的过程，随着医学的进一步发展，恶性肿瘤的诊断技术越加成熟，但早期诊断及侵袭转移性的判断在临床尤为重要。恶性肿瘤的早期诊断能让患者得到更及时的治疗，而侵袭转移性的判断能更客观地判断患者的预后，在恶性肿瘤的临床诊治过程中发挥更重要作用。多梳基因Bmi-1被证实在多种恶性肿瘤中高表达，且与临床分期、病理分型、淋巴结转移等相关，提示其在肿瘤发生、发展过程中起了重要作用。检测Bmi-1在肿瘤组织中的表达及其强度可以预测其预后，其与肿瘤预后的关系亦已被大量的研究结果所证实。研究显示Bmi-1介导多种肿瘤干细胞自我更新和扩增，促进肿瘤的恶性进展。目前认为肿瘤干细胞是药物抵抗和放化疗失败的重要原因，因此Bmi-1表达的调节作为一种潜在的治疗途径引起了广泛的关注，主要包括siRNA的应用和针对Bmi-1药物的研究。研究显示通过siRNA技术降低Bmi-1的表达后，肿瘤的分化、克隆与转移能力明显降低，并能导致肿瘤细胞的衰老和凋亡，增加对放疗的敏感性[21-23]。但是RNA干扰技术尚不成熟，在安全性、给药途径等方面还需要进一步探索，而能特异性抑制Bmi-1表达的药物尚未见临床相关报道。目前，Bmi-1介导肿瘤发生、发展的复杂机制仍不甚清楚，需要进一步的研究。阐明其机制将使大家更加深入地了解肿瘤形成机制，更加准确地判断恶性肿瘤患者的预后，同时为肿瘤治疗提供新的思路。

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2014-09-13）

（本文编辑：杨丽）

杭州市医药卫生科技计划项目（2012A008）；杭州市重大科技创新专项项目（20131813A08）

310003 杭州市第一人民医院肿瘤外科

罗定存，E-mail：ldc@163.com