Bmi-1基因在恶性肿瘤中的研究进展

王　攀，赵会传(综述)，曾同祥(审校)

(1.长江大学医学院临床医学系，湖北 荆州 434023； 2.华中科技大学同济医学院附属荆州医院皮肤科，湖北 荆州 434020)



Bmi-1基因在恶性肿瘤中的研究进展

王攀1△，赵会传1△(综述)，曾同祥2※(审校)

(1.长江大学医学院临床医学系，湖北 荆州 434023； 2.华中科技大学同济医学院附属荆州医院皮肤科，湖北 荆州 434020)

摘要：Bmi-1属于核染色质调控因子多梳基因家族，是与干细胞和肿瘤干细胞相关基因。直接参与细胞周期、凋亡和衰老的调控，在维持干细胞的自我更新及多向分化方面起重要作用；在多数肿瘤中表达失调，并且与恶性肿瘤的侵袭、转移和预后显著相关。它为恶性肿瘤患者的早期诊断、肿瘤的治疗和生存率的预测提供了一条重要途径，鉴于Bmi-1在人类肿瘤中的重要作用，今后应着重开展关于Bmi-1与各种肿瘤干细胞关系的研究。

关键词：Bmi-1基因；干细胞；恶性肿瘤

原癌基因Bmi-1基因是多梳基因(polycomb group genes，PcG)家族中的重要成员之一，其在参与调节干细胞功能过程中起主要作用，并且在多种肿瘤的发生、发展、侵袭、预后中起重要作用。随着对原癌基因Bmi-1研究的深入，发现其可决定干细胞归宿：自我更新或衰老，并能促进肿瘤细胞的增殖、克隆等恶性生物学行为。本文总结近年来国内外的研究成果，就Bmi-1基因在干细胞及肿瘤方面的作用的研究进展予以综述。

1Bmi-1基因的结构和功能

Bmi-1于1991年由荷兰学者van Lohuizen在癌症细胞中首次发现，属于PcG家族的成员。Bmi-1是一种原癌基因，与c-myc癌基因(cancer-myc)相互作用共同表达于鼠淋巴瘤滤过性病毒致癌基因同源体，从而导致B细胞淋巴瘤[1]。文献报道，人Bmi-1表达的核酸序列与鼠表达的核酸序列同源性在80%以上，其翻译的氨基酸序列同源性则在90%以上；人Bmi-1基因定位于10p13(第10号染色体短臂1区3带)，DNA全长约4.9 kb，互补DNA约为3.2 kb，其包含的10个外显子编码了326个氨基酸序列[2]。Bmi-1蛋白的氨基酸序列包含几个重要的基序：①RING锌指结构，其位于N端，由C3HC4保守序列与锌指构成，与其他重要蛋白质，如c-myc结合成多聚复合物，调节转录从而影响细胞增殖，参与恶性肿瘤的形成。②螺旋-转角-螺旋-转角-螺旋-转角结构位于Bmi-1蛋白的中心部位，与DNA结合，从而介导Bmi-1的转录抑制效应，促进细胞永生化。③核定位序列(nuclear localization signal，NLS)，其包含2个核定位信号(NLS1、NLS2)，其中NLS2是Bmi-1定位于细胞核所必需的。④Bmi-1的序列末端是PEST区域，其含有较多的丝氨酸、谷氨酸、苏氨酸和脯氨酸残基，与细胞内的Bmi-1降解有关[2]。

2Bmi-1基因与正常干细胞的相关性

目前研究表明，Bmi-1在多种成体干细胞及胚胎中都有表达[3]。在维持神经干细胞(neural stem cells,NSCs)、造血干细胞、乳腺干细胞及胃肠干细胞的自我更新中具有决定性作用。在神经干细胞自我更新的调控中，Zencak等[4]研究表明，Bmi-1的缺失引起了NSCs增殖和自我更新能力的下降。Molofsky等[5]进一步研究发现，Bmi-1通过抑制inhibitor of CDK4/alternative reading frame(INK4a/ARF1)位点而促进NSCs的自我更新，而在基因敲除Bmi-1的小鼠研究中，其出生后干细胞消耗殆尽，其外周、中枢神经系统出现发育缺陷，而前祖细胞的增殖和存活期无明显影响，从而进一步证明Bmi-1是维持NSCs的数量的关键因子。

在造血干细胞中，Bmi-1同样发挥重要作用。Park等[6]通过对纯化的小鼠和人造血干细胞进行了逆转录-聚合酶链反应检测，发现Bmi-1在两者中均有高表达，并发现Bmi-1基因敲除的小鼠的骨髓增生能力低下，大多数在成年期前死亡。Lessard和Sauvageau[7]对Bmi-1基因敲除的鼠胎盘肝细胞和鼠胎肝造血干细胞的分析认为，Bmi-1基因缺失后可引起小鼠的造血干细胞自我更新能力下降从而导致造血不良。然后进行竞争性造血重建实验，对小鼠进行高剂量致死性辐射后，分别输注鼠胎肝造血干细胞(Bmi-1野生型和Bmi-1基因缺失纯合子)。4周后基因缺失组小鼠骨髓造血重建不完全；8周后不能检测到Bmi-1基因缺失纯合子来源的细胞；2次移植后6周基因缺失组小鼠外周血中不能检测到Bmi-1缺失纯合子表型的细胞；16周后小鼠的骨髓造血能力则完全依赖于Bmi-1的表达。研究者从该实验中推测Bmi-1基因敲除小鼠的造血干细胞自我更新能力消失，使骨髓造血能力下降。

此外，Liu等[8]对人乳腺干细胞的研究中发现，Bmi-1介导了干细胞的自我更新。

3Bmi-1与肿瘤干细胞的相关性

Bmi-1基因在人体内适量的表达是个体发育不可缺少的，但高表达却与肿瘤的发生、发展及预后密切相关。肿瘤干细胞是肿瘤组织中小部分具有干细胞特征的、能自我更新并决定肿瘤细胞的分化程度的一类细胞，是肿瘤细胞无限扩增的原因之一。研究表明，Bmi-1在维持肿瘤干细胞的功能、更新中具有重要作用，并能促进肿瘤细胞的增殖、克隆等恶性生物学行为，在肿瘤的形成、复发及转移中具有决定性作用[9]。

4Bmi-1与实体肿瘤之间的关系

4.1头颈部肿瘤

4.1.1脑胶质瘤及神经母细胞瘤Li等[10]通过应用逆转录-聚合酶链反应和Western Blotting方法分析Bmi-1基因在正常星型胶质细胞和胶质瘤细胞中的表达,结果显示正常人星型胶质细胞中的Bmi-1基因在mRNA和蛋白质水平呈低表达或不表达；而在神经胶质瘤中Bmi-1基因呈高表达。然后，通过免疫组织化学染色对297例胶质瘤患者的石蜡包埋切片中的Bmi-1进行检测和正常对照组中相比，发现在WHO分级的病理级别的脑胶质中Bmi-1高表达，而正常组Bmi-1在可检测水平以下，表明在人脑胶质瘤中Bmi-1表达水平与病理分级相关。最后，研究者对150例神经胶质瘤患者进行随访，中位随访期25个月，平均生存期30.5个月，用Kaplan-meie法分析Bmi-1低表达和Bim-1高表达患者生存曲线的差异有统计学意义(P<0.0001)，说明Bmi-1表达水平越高，患者生存期越短。该研究证实Bmi-1基因在神经胶质瘤细胞中呈高表达状态，且Bmi-1的表达与肿瘤的恶性程度具有相关性。Cui 等[11]发现Bmi-1在所有的人神经母细胞瘤细胞系和45例人胶质母细胞瘤组织中表达增高，通过基因干扰降低Bmi-1的表达，使神经母细胞瘤细胞的增殖能力明显下降，表明Bmi-1在神经母细胞瘤的生长增殖中起重要作用。

4.1.2鼻咽部肿瘤及喉癌鼻咽癌是中国南方常见的恶性肿瘤之一，其中Epstein-Barr(EB)病毒感染在鼻咽癌的发病中起重要作用，其主要通过鼻咽上皮永生化致瘤。因此，建立稳定的EB病毒感染模型对研究鼻咽癌发生、发展具有重要作用，然而，鼻咽上皮活检因鼻咽解剖部位的特殊制约了对鼻咽上皮细胞永生化的研究。近年来，有关Bmi-1表达与鼻咽上皮永生化的研究不断增多。Yip等[12]研究发现，Bmi-1表达与鼻咽癌上皮细胞永生化具有密切相关性，研究者首先分离培养正常人鼻咽上皮细胞，然后通过EB病毒感染使正常鼻咽上皮细胞逐步传代使其永生化，发现Bmi-1表达与正常鼻咽上皮细胞永生化速度有关；在后续机制研究中，发现Bmi-1与人端粒酶反转录酶相互作用使p16失活，从而影响鼻咽上皮细胞永生化。

喉癌治疗失败主要原因是区域淋巴结转移及有无远处转移。Allegra等[13]研究发现，Bmi-1的表达与喉癌淋巴结转移具有相关性。该研究选取64例接受过颈部淋巴结清扫术的首诊喉癌患者的术后病理切片。通过免疫组织化学检测Bmi-1的表达，发现32例(50%)标本中出现细胞核Bmi-1表达，22例(34.4%)出现细胞质Bmi-1表达，10例(15.6%)无Bmi-1表达；其中，细胞核表达组中有28例(87.5%)检测出Bmi-1高表达。通过患者年龄、病理组织学分级、TNM分期、肿瘤原发部位等多因素分析表明，细胞核Bmi-1表达可作为评估淋巴结转移风险的独立预后因素，而细胞质Bmi-1表达则差异无统计学意义。Allegra等[13]推测Bmi-1在细胞核表达与细胞质表达的差异性决定了干细胞的分化。

4.1.3口腔癌研究表明，Bmi-1基因在人类口腔角质细胞中，能通过与人端粒酶逆转录酶相互作用抑制口腔角质细胞的衰老，从而延长人类口腔角质细胞的生存周期[14]。Huber等[15]在对252例口腔癌患者的组织标本中的Bmi-1表达与预后分析，得出Bmi-1的表达水平与总生存率以及疾病特异性生存率呈负相关。由此表明Bmi-1可作为一个独立预测因子检验其在口腔癌的表达水平，可能在口腔癌的治疗和预后中成为有用的检测指标。

4.2妇科肿瘤及胸部肿瘤

4.2.1乳腺癌及妇科肿瘤Gavrilescu等[16]研究了Bmi-1基因在乳腺癌、宫颈癌和卵巢癌中的表达，发现Bmi-1的高表达不仅可导致乳腺上皮细胞衰老和永生化，而且在乳腺癌的进展中起关键作用；该研究还证实Bmi-1的表达与乳腺癌腋窝淋巴结转移呈正相关。在宫颈癌的研究中，Bmi-1表达增加，宫颈癌的预后越差，提示该蛋白参与宫颈癌的发生和发展[17]。关于卵巢癌,研究者通过免疫组织化学证实Bmi-1在卵巢癌中高表达，尤其是在低分化卵巢癌中[18]。因此，Bmi-1的表达与妇科肿瘤的病理分级、临床分期具有相关性。

4.2.2肺癌Zhang等[19]通过免疫组织化学分析证实，Bmi-1与新型胰岛素样生长因子1受体相互作用从而影响肿瘤的生长和预后。该研究将178例肺腺癌患者术后组织进行免疫组织化学分析，发现Bmi-1阳性患者的5年生存率只有31.2%，而Bmi-1阴性患者的5年生存率则达到50.7%，提示Bmi-1是评估肺腺癌预后的重要因素；通过多因素分析发现，Bmi-1表达量、临床病理分期可作为独立预后因素。研究结果表明，Bmi-1可作为临床预测肺腺癌预后的良好生物学指标。刘顺林和施敏骅[20]收集48例肺癌组织、29例癌旁肺组织及13例肺正常组织，用免疫组织化学方法检测Bmi-1蛋白的表达分析与非小细胞肺癌临床病理特征之间的关系。结果显示Bmi-1表达水平在非小细胞肺癌组织中显著高于肺良性病变(P<0.05)。在低分化肺癌中的表达显著高于中分化和高分化肺癌；Ⅲ、Ⅴ期肺癌标本中Bmi-1阳性表达率显著高于Ⅰ、Ⅱ期肺癌；Bmi-1在有淋巴结转移的肺癌患者中阳性表达率显著高于无淋巴结转移患者(P<0.05)。从而得出Bmi-1在肺癌组织中表达增高，并与肺癌的分期、淋巴结转移相关；Bmi-1可作为评估肺癌患者病变范围和预后的标志物。

4.3消化道肿瘤

4.3.1胃癌Lu等[21]研究Bmi-1与胃癌发生、发展的关系，通过免疫组织化学分析表明，在胃黏膜及肠上皮化生、不典型增生、癌变组织中，Bmi-1的表达逐渐增高。研究者进一步在胃癌组织中进行多因素分析发现，Bmi-1表达与肿瘤大小、浸润深度、淋巴结转移或远处转移具有显著相关性，而与患者年龄、性别无相关性。在基因分子水平，研究者通过逆转录-聚合酶链反应得出了类似的研究结论，提示Bmi-1可作为预测胃癌预后的重要指标。

4.3.2结直肠癌Kim等[22]通过免疫组织化学分析Bmi-1在结直肠癌和正常黏膜组织中的表达，而Bmi-1在65%的结直肠癌组织中呈中强度阳性表达。且在高表达Bmi-1结直肠癌中INK4a基因蛋白(p16INK4a/p14ARF)水平显著下降(P<0.05)。这些结果提示，Bmi-1蛋白质可能通过抑制INK4a/ARF蛋白质参与结肠癌的发生。

4.3.3肝癌肝细胞癌是最常见的恶性肿瘤之一，常因复发和转移而导致治疗失败。Li等[23]通过免疫组织化学分析62例肝细胞组织中的表达，并通过多因素分析发现Bmi-1的表达与肿瘤大小、转移、临床分期具有显著相关性；通过生存分析发现，Bim-1高表达患者的5年生存率显著低于Bmi-1低表达患者。随后，研究者进行了更加深入的机制研究，通过RNA干扰降低Bmi-1表达，人肝细胞癌细胞系HepG-2、MHCC97-H 侵袭性明显降低。Western Blot分析发现，基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9、血管内皮生长因子表达增高、抑癌基因磷酸酶基因表达降低，推测Bmi-1通过调节磷脂酰肌醇3-羟激酶/Akt信号通路导致人肝癌细胞侵袭性下降。

4.4其他肿瘤

4.4.1膀胱癌Qin等[24]研究发现，Bmi-1表达在膀胱癌组织中表达(54.3%)显著高于癌旁正常组织(16.7%)。根据组织学分级，Bmi-1在G1、G2、G3期表达分别为20.6%、54.3%、78.8%。在侵袭性膀胱癌组织(81.5%)中，Bmi-1表达显著高于浅表性膀胱癌组织(32.5%),在浅表性膀胱癌组织中，复发患者(62.5%)Bim-1表达显著高于未复发患者(13.7%)；生存分析发现，Bmi-1高表达组的5年生存率为50.8%，而Bmi-1低表达组为78.5%；该研究表明Bmi-1表达与肿瘤组织学分级、TNM分期、患者预后具有显著相关性。

4.4.2表皮基底细胞癌及鳞状细胞癌Reinisch等[25]通过免疫组织化学及免疫荧光分析Bmi-1在正常细胞、表皮基底细胞癌、表皮鳞状细胞癌的表达，研究结果表明Bmi-1在正常基底细胞、皮脂腺细胞低表达，汗腺细胞中高表达；而皮肤基地细胞癌及鳞状细胞癌组织中Bmi-1呈弥散高表达状态。Bmi-1在表皮基底细胞癌及鳞状细胞癌相关作用机制，还需进一步研究。

5结语

Bmi-1基因在维持干细胞的功能和自我更新中起关键作用。其在多种实体肿瘤的高表达与肿瘤的恶性程度、病理分级、临床分期、淋巴结转移和预后密切相关。随着肿瘤干细胞的研究逐渐得到重视，并成为恶性肿瘤研究领域新的热点和方向，并且肿瘤干细胞是今后恶性肿瘤靶向治疗的关键，Bmi-1 基因有望成为治疗恶性肿瘤的新靶点。相信随着Bmi-1 研究的深入，必将为未来肿瘤防治提供新思路、新观点。

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Advances in the Studies on Relationship between Bmi-1 Gene and Caners

WANGPan1,ZHAOHui-chuan1,ZENGTong-xiang2.

(1.SchoolofClinicalMedicine，YangtzeUniversity,Jingzhou434023,China; 2.DepartmentofDermatology,JingzhouHospitalAffiliatedtoTongjiMedicalCollegeHuazhongUniversityofScienceandTechnology,Jingzhou434020,China)

Abstract：Bmi-1(Blymphoma Mo-MLV insertion region1homolog) is a member of the chromatin regulator polycomb group of genes(PcGs),which is a stem cell factor implicated in many cancers.Bmi-1 directly involves in the regulation of cell cycle,apoptosis and senescence.It plays an important role in maintaining the stem cell self-renewal and multi-differentiation.The expression of the Bmi-1 gets imbalanced in many caners,and it correlates with the cancer invasion,metastasis and prognosis significantly.Bmi-1 gene offers a potential way for early diagnosis,treatment of cancer and prediction of survival rate in cancer patients.Given the important role of Bmi-1 in human tumors,research on the relationship between Bmi-1 and cancer stem cells should be focused on.

Key words：Bmi-1 gene; Stem cell; Malignant tumor

收稿日期：2014-05-04修回日期：2014-09-15编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.025

中图分类号：R730

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)07-1217-03