Nanog基因的研究进展*

骆梅青综述，康马飞，卜 庆审校

（桂林医学院附属医院肿瘤科，广西桂林541001）

Nanog基因的研究进展*

骆梅青综述，康马飞，卜 庆审校

（桂林医学院附属医院肿瘤科，广西桂林541001）

干细胞； 基因； 转录因子； 肿瘤； 综述

Mitsui等[1]与Chambers等[2]于2003年将在胚胎干细胞中新发现的重要基因Ecat4命名为Nanog基因，它是原始生殖细胞及胚胎干细胞表达的新转录因子，是维持干细胞自我亚全能性、更新增殖的重要基因。随着干细胞研究的发展，近年来对Nanog基因在胚胎干细胞、体细胞、肿瘤细胞的表达和作用机制的研究逐渐受到关注。本文在综述Nanog基因结构和功能的基础上，重点探讨Nanog基因在体细胞中的表达及其与肿瘤分化状态的关系，推测Nanog基因的表达调控与肿瘤发生、发展有关，并对未来的肿瘤研究趋势予以展望。

1 Nanog基因结构与功能

目前为止，对Nanog研究比较多的主要是人与小鼠Nanog基因。小鼠Nanog基因编码一种具有305个氨基酸残基的蛋白质，这种蛋白质大概分为同源结构和C、N 3个区域。同源结构域可以和蛋白质相互作用；N末端区含有95个富含苏氨酸、丝氨酸的残基；C末端区含有W重复，但无转录激活基序。这种情况似乎提示，Nanog基因C末端区间接转录抑制，而N末端区可以间接转录激活。Pan等[3]报道了C和N末端区均有转激活活性，Nanog N末端区是一个较C末端区更弱的活化剂。Nanog基因这种独特的排列是专一地下调干细胞分化、多潜能的关键性基因。Hart等[4]采用表达筛查来克隆、鉴别小鼠和人的Nanog基因，而且还对其表达模式和种族发育背景特征化，进而报道了人Nanog基因、小鼠Nanog基因和6个程序化的人Nanog拟基因的结构和表达模式。人的Nanog基因和NK2族同源，而且还具备小鼠胚胎干细胞（ESC）中Nanog基因的生物功能[5]。

2 Nanog基因在胚胎干细胞的表达

Nanog基因的发现成为这些年来在维持胚胎干细胞不分化状态以及明确胚胎发育相关基因研究方面取得的最大进展之一。小鼠胚胎发育早期，Nanog基因在早期卵裂阶段和滋养层中并没有表达[6]。而最早表达是在桑葚胚阶段，且只限于内细胞团。体内一些实验已经表明，Nanog基因不具有未分化细胞团，而且只能分化、产生内胚层细胞，Nanog基因是胚胎发育初期在Oct4启动后维持内细胞团之全能性所必须具备的基因[1]。此外，Nanog基因在胚胎干细胞内是高表达的，若胚胎干细胞分化，Nanog基因的表达则显著下调。胚胎干细胞如Nanog基因缺陷，则会导致失去多能性而开始分化。Nanog基因维持胚胎干细胞全能性和自我增殖主要通过与靶基因调控区结合，选择性抑制分化基因表达或促进多能性基因表达而发挥作用。所以，Nanog基因的高水平表达与维持胚胎干细胞的全能性密切相关，而细胞的分化与Nanog基因的表达下调相关。

3 Nanog基因在肿瘤形成中的作用

近几年来，干细胞研究比较热门，其中诱导多能干细胞更是研究的热点之一。诱导多能干细胞具有胚胎干细胞的生长特点、物理特点及遗传学特性。诱导多能干细胞可以将不同的因子导入没有经过修饰的成纤维细胞，致使这类细胞重新编程，成为和胚胎干细胞特点相似的干细胞。而Nanog基因是干细胞具有发育成各种类型细胞能力的“总开关”，无论是在胚胎干细胞还是在诱导多能干细胞中，它都起着关键作用。但是，一直不清楚这2种细胞是否具有全能性的深层机制。Nanog基因在细胞获得全能性的一系列复杂过程中发挥着非常关键的作用。如果没有它，胚胎干细胞将不会发育，而诱导产生多功能干细胞的过程也会失败。Yu等[7]与Okita等[8]曾经采用该方法将Oct4和Nanog基因转导入胃癌细胞，导致诱导多能干细胞的生成，表明Nanog基因在胚胎干细胞自我更新、维持基因未分化状态和加速增殖过程中起到关键作用，并显示Nanog阳性的细胞是癌细胞。有学者认为，Nanog基因很有可能是体细胞在重编程过程中的一个高效基因。Siu等[9]研究发现，通过干扰Nanog基因在绒毛膜癌细胞中的表达，将会引起Nanog基因凋亡显著增加，Nanog基因的免疫反应和细胞凋亡指数呈负相关。You等[10]研究报道，在胚胎性癌细胞中Nanog基因呈现高表达状态，通过去乙酰基酶抑制药可以起到干扰Nanog基因的表达，从而阻滞细胞周期，抑制、诱导克隆球形成和分化，而再次导入Nanog基因，上述生物学效应会消失。Nanog基因反转的小鼠3T3细胞和人293细胞增殖明显加快，并且能够在软琼脂上以非锚着依赖性方式进行克隆生长。Nanog基因转染的人293细胞能够在裸鼠体内致瘤[11]，说明Nanog基因过表达可能导致293细胞发生恶性转化。Nanog基因过表达也可促进肿瘤细胞生长。Nanog基因转染促进乳腺癌细胞克隆形成和增殖，而Nanog基因敲除则明显抑制乳腺癌细胞生长[12]，Nanog基因过表达促进（敲除Nanog基因抑制）肺癌细胞克隆形成和增殖能力[13]。Nanog基因敲除导致多种细胞周期相关蛋白包括cyclin D1表达下降。Nanog基因可结合到cyclinD1远端启动子区，介导其转录活化，加速细胞周期进展，从而促进细胞增殖。上述研究表明，Nanog基因在维持肿瘤干细胞特征方面有着显著的抗凋亡作用。通过调控Nanog基因的表达，可以减弱其侵袭力。Nanog基因也许和恶性肿瘤细胞增殖、分化及不断侵袭、扩散有关，这个观点和肿瘤细胞的生长与Nanog基因的高表达有关的说法相符。

4 Nanog基因在体细胞的表达

早期研究认为，Nanog基因只在多能性干细胞中表达，在成体组织中不表达。然而最近研究发现，Nanog基因在多种肿瘤细胞及组织中存在表达，并且证实这些肿瘤细胞及组织中的Nanog基因可能来源于Nanog P8假基因的转录产物。由于肿瘤细胞与干细胞具有较多的相似性，因此推测Nanog基因可能在肿瘤发生发展中也起着重要作用。

近年来，Nanog基因在体细胞中的报道不断出现。Santagata等[14]的研究结果显示，Nanog对于精原细胞瘤和胚胎性癌是敏感而特异的标记。有研究发现，Nanog基因在一些实体瘤中均有表达，例如乳腺癌、脑胶质瘤、膀胱癌、宫颈癌等，而且还发现一个特点，肿瘤组织病理级别越高，Nanog基因表达则越高，患者的临床预后也越差，且高级别肿瘤具有胚胎干细胞的特点[15-17]。Nanog基因高表达与淋巴结转移、肿瘤分期相关，表明Nanog基因高表达与患者预后不良相关，Nanog基因表达水平可作为独立的预后评估指标。陈忠等[18]对胃癌患者癌旁组织和癌组织中Nanog基因的表达情况进行检测显示，胃癌组织中Nanog基因表达水平较癌旁组织高，而且表达越强，临床预后越差。Nanog基因在实体瘤中具有这种返祖型表达特点，显示它是一个十分重要的、与细胞分化状态密切相关的因子，它可以引起正常细胞向相反的方向变化，它在维持恶性肿瘤细胞的未分化和低分化状态方面发挥着重要作用，可以成为一个新的肿瘤标记物。此外，Nanog基因的高表达与患者对铂类、蒽环类化疗药物耐药相关。Nanog基因过表达可通过上调ABCB1表达水平促进癌细胞外排化疗药物而导致耐药[13]，在乳腺癌和卵巢癌细胞中，Nanog基因通过与STAT3形成核内复合物，激活MDR1基因表达，促进Nanog基因与STAT3结合，激活miR-2表达而抑制PCD4表达[19]。Nanog基因表达在紫衫醇耐药的卵巢癌细胞中比亲代细胞表达显著增加。HA与CD44v3相互作用还诱导Nanog基因与其他白细胞因子如Oct3/4与Sox2结合，通过转录激活miR-2抑制下游基因IAP表达，促进化疗耐药。Fujii等[20]与Wang等[21]在人骨肉瘤、软组织肉瘤及尤文肉瘤组织中检测到Nanog基因的表达，提示Nanog基因的表达越高，化疗药物越容易耐药，化疗效果越差。Nanog基因在乳腺癌、膀胱癌、脑胶质瘤等实体瘤中存在高表达，且与肿瘤分化状态有关，肿瘤级别越高，表达越强，预后越差。

近年来，肺癌是发病率和死亡率增长最快、对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一。随着靶向治疗等新的治疗手段的应用，肺癌患者的生存期得到明显延长，但仍不乐观，肺癌患者总体五年生存率仍在15%左右[22]。要想改善肺癌患者的预后，开辟新的治疗方法迫在眉睫。由于Nanog基因在肺癌中的研究相对滞后，其研究尚处于起始阶段，目前国内外关于Nanog基因与肺癌关系的研究极少。Nirasawa等[23]应用RT-PCR方法对患者肺癌组织中Nanog基因进行检测，结果显示检出率为84.8%，肺癌组织较癌旁组织的表达显著增强，肺癌早期也存在Nanog基因的高表达；提示Nanog基因在肺癌中的表达呈现出较高的特异度与敏感度。有研究表明，Nanog基因可作为肺癌的一个特异和敏感的标志物和治疗靶点，然而Nanog基因的高表达是否可直接引发肿瘤尚不确定。耿沁等[24]先从人体肺腺癌细胞中诱导出球体，再采用RT-PCR方法检测肺球体细胞，发现肺球体细胞中富集肺癌干细胞，而且有Nanog和Oct4基因的表达。但在国内，对Nanog基因在肺癌组织和非癌肺组织中的表达差异，以及对肺癌的诊断、治疗和预后方面尚未做研究，目前也未见相关报道，表明Nanog基因在这方面的研究有很好的前景。

5 展 望

Nanog基因是在肿瘤中起着重要作用的干细胞因子。尽管Nanog基因在肿瘤中仍有一些问题尚未阐明，对Nanog基因的功能及作用机制的认识仍然不够，如Nanog基因高表达是否能够导致上皮性肿瘤还有待进一步研究。关于Nanog在肿瘤微环境中的具体作用，以及在肿瘤发生、发展的各个阶段，包括在侵袭、转移方面发挥的作用尚不确定。希望通过今后对Nanog基因探索的逐渐开展，尤其在肺癌方面研究的深入，在肺癌的分子诊断、靶向治疗及预后方面能上一个新的台阶。

[1]Mitsui K，Tokuzaw Y，Itoh H，et al.The home protein Nanog is required for maintenance of pluripotency in mouse epiblast and ES cells[J].Cell，2003，113（5）：631-642.

[2]Chambers I，Colby D，Robertson M，et al.Functional expression cloning of Nanog，a pluripotency sustaining factor in embryonic stem cells[J]. Cell，2003，113（5）：643-655.

[3]Pan GJ，Pei DQ.Identification of two distinct transactivation Domains inthe pluripotency sustaining factor Nanog[J].Cell Res，2003，13（6）：499-502.

[4]Hart AH，Hartley L，Ibrahim M，et al.Identification，cloning and expression analysis of the pluripotency promoting Nanog genes in mouse and human[J].Dev Dyn，2004，230（1）：187-198.

[5]Constantinescu S.Stemness，fusion and renewal of hematopoietic and embryonic stem cells[J].J Cell Mol Med，2003，7（2）：103-112.

[6]Yamagchi S，Kimura H，Tada M，et al.Nanog expression in mouse germ cell development[J].Gene Expr Pattems，2005，5（5）：639-646.

[7]Yu J，Vodyanik MA，Smuga-Otto K，et al.Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells[J].Science，2007，318（5858）：1917-1920.

[8]Okita K，Ichisaka T，Yamanaka S.Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells[J].Nature，2013，448（7151）：313-317.

[9]Siu MK，Wong ES，Chan HY，et al.Overexpression of Nanog in gestational trophoblastic diseases；effect on apoptosis，cell invasion，and clinical outcome[J].Am J Pathol，2008，173（4）：1165-1172.

[10]You JS，Kang JK，Seo DW，et al.Depletion of embryonic stem cell signature by histone deacetylase inhibitor in NCCIT cells：involvement of Nanog suppression[J].Cancer Res，2009，69（14）：5716-5725.

[11]Lin YL，Han ZB，Xiong FY，et al.Malignant transformation of 293 cells induced by ectopic expression of human Nanog[J].Mol Cell Biochem，2011，351（1/2）：109-116.

[12]Jeter CR，Badeaux M，Choy G，et al.Functional evidence that the self-renewal gene NANOG regulates human tumor development[J].Stem Cells，2009，27（5）：993-1005.

[13]Chiou SH，Wang ML，Chou YT，et al.Coexpression of Oct4 and Nanog enhances malignancy in lung adenocarcinoma by inducing cancer stem cell-like properties and epithelial-mesenchymal transdifferentiation[J]. Cancer Res，2010，70（24）：10433-10444.

[14]Santagata S，Ligon KL，Homick JL，et al.Embryonic stem cell transcription factors signature in the diagnosis of primary and metastatic germ cell tumors[J].Am J Surg Pathol，2007，31（6）：836-845.

[15]Ben-Porath I，Thomson MW，Carey VJ，et al.An embryonic stem cell-like gene expression signature in poorly differentiated aggressive human tumors[J].Nat Genet，2008，40（5）：499-507.

[16]李冬雪，牛朝诗，刘于海，等.胶质瘤组织中Nanog基因的表达及其意义[J].中国神经肿瘤杂志，2010，9（6）：504-508.

[17]文雯，冀静，郑鹏生.Nanog基因的在宫颈癌中的表达及其意义[J].西安交通大学学报：医学版，2010，31（1）：26-31.

[18]陈忠，许文荣，钱晖，等.干细胞标志物Nanog的检测在胃癌诊断中的意义[J].临床检验杂志，2009，27（1）：6-9.

[19]Bourguignon LY，Earle C，Wong G，et al.Stem cell marker（Nanog）and Stat-3 signaling promote MicroRNA-21 expression and chemoresistance in hyaluronan/CD44-activated head and neck squamous cell carcinoma cells[J].Oncogene，2012，31（2）：149-160.

[20]Fujii H，Honoki K，Tsujiuchi T，et al.Sphere-forming stem-like cell populations with drug resistance in human sarcoma cell lines[J].Int J Oncol，2009，34（5）：1381-1386.

[21]Wang L，Park P，Lin CY.Characterization of stem cell attributes in human osteosarcoma cell lines[J].Cancer Biol Ther，2009，8（6）：543-552.

[22]Jemal A，Siegel R，Ward E，et al.Cancer statistics，2008[J].CA Cancer J Clin，2008，58（2）：71-96.

[23]Nirasawa S，Kobayashi D，Tsuji N，et al.Diagnostic relevance of overexpressed Nanog gene in early lung cancers[J].Oncol Rep，2014，22（3）：587-591.

[24]耿沁，董强刚，姚明，等.肺癌干细胞的球体形成与致瘤性分析[J].肿瘤，2008，28（9）：751-754.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.24.017

：A

：1009-5519（2016）24-3791-03

2016-07-07）

广西壮族自治区卫生厅自筹课题（Z2011171）。