B 细胞特异性莫洛尼鼠白血病病毒整合位点1的生物学功能及肿瘤相关性的研究进展△

史红娟，邵婷婷，李群锋，祝美姣，姚水洪#

1衢州职业技术学院医学院，浙江 衢州 324000

2衢职院病毒致瘤科技创新团队，浙江 衢州 324000

在果蝇中被发现的多梳基因家族（polycomb group gene，PcG）是一组与细胞周期和增殖相关的重要基因，其在肿瘤的发生、发展和复发中具有关键作用。PcG蛋白由多梳抑制复合物1（polycomb repressive complex 1，PRC1）和多梳抑制复合物 2（polycomb repressive complex 2，PRC2）组成。第一个被鉴定的PcG家族功能基因是B细胞特异性莫洛尼鼠白血病病毒整合位点1（B cell-specific moloney murine leukemia virus integration site 1，BMI1），它是一种致癌基因，于1991年由荷兰癌症中心在肿瘤细胞中发现。BMI1能够对染色质进行修饰，从而调节多种抑癌基因的表达，近年来，在多种恶性肿瘤中发现BMI1过表达，且其与肿瘤的发展及预后密切相关，可能是一个重要的肿瘤治疗靶点。本文就BMI1的结构、功能及其在肿瘤细胞中生物学作用的研究进展进行综述。

1 BMI1蛋白与基因结构

BMI1作为一种原癌基因，首先在逆转录病毒引起的小鼠淋巴瘤中被发现。人类BMI1基因位于第10号染色体短臂13区（10p13），含有10个外显子和10个内含子，编码由326个氨基酸残基组成的蛋白质，其分子量为36.9 kD。BMI1蛋白的结构在进化上高度保守，与另一个PcG蛋白Mel-18具有显著的同源性，Mel-18是BMI1基因的转录抑制因子。BMI1的氨基酸序列包括：①N端的环指结构域（ring finger domain，RF），是BMI1基因定位于细胞核边缘所必需的，通过与其他蛋白形成多聚复合物，参与信号转导和病毒复制等过程；②中间的螺旋-转角-螺旋结构域（helix-turn-helix domain，HTH），是BMI1基因发挥转录抑制效应的关键结构；③C端的富含脯氨酸结构域，与BMI1在细胞核中的定位和核内降解有关。

2 BMI1的生物学功能

2.1 参与干细胞的维持和自噬过程

研究表明，BMI1对出生后神经干细胞（neural stem cell，NSC）的自我更新十分重要，而不是胚胎，并已确定细胞周期抑制剂p16/p19是其分子靶点。Fasano等通过在体外和体内使用慢病毒转染的短发夹RNA（short hairpin RNA，shRNA）确定了BMI1对胚胎NSC的自我更新也很重要。该研究发现，从胚胎到成年的发育过程中，神经祖细胞越来越依赖于BMI1进行增殖。shRNA介导的BMI1减少会导致胚胎和成人NSC增殖和自我更新的缺陷，而这些缺陷意外地由另一种细胞周期抑制剂p21介导。基因阵列分析揭示了BMI1在p21-Rb细胞周期调节通路中控制基因的表达，表明BMI1能够激活NSC的自我更新能力且p21是NSC中一个重要的BMI1靶点。

Zhou等为了研究BMI1是否通过抑制p16、p53和（或）维持氧化还原平衡决定肾干祖细胞（renal stem or progenitor cell，RSC）的干性，通过分离、培养RSC并分析其干性特征。结果发现，缺乏BMI1可导致RSC的干细胞特性降低，细胞凋亡增加；乙酰半胱氨酸治疗或p16/p53缺失分别通过维持氧化还原平衡和抑制细胞周期阻滞改善了BMI1缺乏小鼠的RSC自我更新能力；氧化应激（oxidative stress，OS）可负反馈调控BMI1、p16和p53 mRNA表达。BMI1通过维持氧化还原平衡和抑制细胞周期阻滞决定RSC的干性。BMI1信号分子将成为维持RSC和抑制肾脏疾病进展以防止肾功能衰竭的新的治疗靶点。

2.2 激活WNT信号通路

WNT信号通路在决定细胞命运、组织发育和干细胞维持中发挥重要作用，该通路的异常激活可导致多种人类恶性肿瘤的发生。Yu等研究了BMI1与结肠癌发生的关系，采用免疫组织化学染色法和蛋白质印迹法检测BMI1在结肠癌及癌旁正常组织中的表达情况，发现BMI1在结肠癌组织中的表达水平明显高于癌旁正常组织，且过表达的BMI1促进了NCM460细胞的生长及细胞周期蛋白D1（cyclin D1）和c-myc的表达。而在结肠癌细胞中，敲除BMI1后，细胞生长及cyclin D1和c-myc的表达均受到抑制，说明BMI1可能通过激活WNT信号通路参与了结肠癌的发生。研究者通过免疫组织化学染色法检测了BMI1和IDAX（一种WNT拮抗剂）在原发性结肠癌组织中的表达情况，结果发现，IDAX在BMI1高表达的组织中表达下调，而在BMI1低表达的组织中表达上调。为了证实IDAX是否直接受BMI1调控，又通过染色质免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation，ChIP）检测了BMI1与IDAX启动子的相互作用，结果证明BMI1确实富集于IDAX启动子区域。而IDAX在结肠癌中通过抑制WNT信号通路发挥抑癌作用，说明在结肠癌中BMI1主要通过下调IDAX的表达激活WNT信号通路，揭示了结肠癌细胞中WNT信号通路激活的一种新的表观遗传学机制，BMI1-IDAX-WNT可能为结肠癌提供一个潜在的诊断标志物和治疗靶点。

2.3 调控NOTCH信号通路

BMI1在多种恶性肿瘤中表达上调，包括急性白血病。Ohtaka等使用3种BMI1抑制剂（青蒿素、PTC-209和PRT4165）以及6个白血病细胞系（THP-1、TMD7、OCI/AML2、OCI/AML5、Jurkat和KOPT-K1），研究BMI1在白血病细胞生长中的作用以及潜在的分子机制，结果发现，在使用的浓度范围内，BMI1抑制剂不影响正常淋巴细胞的生存能力及细胞形态，而BMI1抑制剂的处理影响了NOTCH信号通路蛋白的表达和活性，使用干扰小RNA（small interfering RNA，siRNA）敲低 BMI1的表达也能够抑制NOTCH1信号通路。BMI1抑制剂是否通过抑制NOTCH相关的细胞凋亡减缓白血病细胞的增殖，需要进行更多的研究来进行验证。

2.4 调控磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路

卵巢癌是妇科恶性肿瘤的主要死亡原因，大多数患者诊断时已为晚期。Zhao等通过利用CRISPR/Cas9系统成功阻断了上皮性卵巢癌细胞中BMI1的表达，为靶基因的研究提供了一个理想的细胞模型。沉默BMI1可抑制细胞生长和转移，促进细胞凋亡，增强上皮性卵巢癌细胞的铂敏感性。BMI1可能通过调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，又称AKT）信号通路改变肿瘤细胞外基质结构和血管生成。BMI1在卵巢癌治疗中是一个潜在的生物标志物，特别是对于肿瘤进展、化疗耐药的患者。

2.5 其他分子机制

结直肠癌是全球常见的恶性肿瘤之一，尽管在治疗方面取得了进展，但目前还没有针对不同结直肠癌表型的治疗方法。此前有报道称BMI1在结直肠癌肿瘤干细胞和细胞周期调控中发挥重要作用。然而，BMI1在结直肠癌个体化治疗中的作用仍不清楚。Tsai等研究表明，紫杉醇的凋亡作用在BMI1缺失的细胞中更为明显。在BMI1沉默的细胞中采用紫杉醇处理，可通过促进胱天蛋白酶8（caspase 8）独立凋亡通路发挥凋亡作用。与caspase 8抑制剂单独预处理相比，caspase抑制剂预处理可完全恢复上述作用。而且，沉默BMI1能够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与恶性肿瘤

BMI1在几个关键的细胞过程中扮演着重要角色，当这些过程出错时会导致恶性肿瘤。BMI1在几种类型恶性肿瘤中的表达是失调的，并且在几种恶性肿瘤干细胞中过表达。由于BMI1在细胞正常生理过程中具有重要作用，以及在各种类型的恶性肿瘤中经常出现表达失调，BMI1的表达和过度激活被认为是几种类型恶性肿瘤的生物标志物。

3.1 BMI1与乳腺癌

Srinivasan等将小分子BMI1抑制剂和转染BMI1的特异性shRNA质粒作用于鼠乳腺癌干细胞，发现BMI1 mRNA和BMI1蛋白表达明显受到抑制，这些细胞中BMI1的表达破坏了干细胞的特异性，显著降低了动物体内肿瘤的生长。Griffith等探讨了沉默BMI1对乳腺癌细胞放射治疗的潜在疗效和放射增敏的机制，采用稳定转染BMI1的shRNA（shBMI1）慢病毒载体或对照shRNA（shControl）或短暂转染BMI1特异性siRNA至人MDA-MB-231和SUM159PT乳腺癌细胞。结果发现，BMI1的沉默导致BMI1在mRNA和蛋白水平上的表达显著降低，且细胞迁移显著减少。此外，BMI1基因敲低显著增强了DNA损伤，从而导致剂量依赖的辐射敏感效应。BMI1是乳腺癌的一个重要治疗靶点，抑制BMI1的表达可产生辐射敏感性。此外，BMI1靶向治疗联合放疗可能对三阴性乳腺癌患者有益。

3.2 BMI1与宫颈癌

Xu等研究了BMI1沉默和过表达对宫颈癌细胞肿瘤球形成和致瘤性的影响，结果发现，过表达BMI可显著降低肿瘤形成和肿瘤球形成，此外，BMI1上调了性别决定区Y框蛋白2（sex determining region Y-box 2，SOX2）的表达，双荧光素酶报告基因检测和ChIP显示，BMI1通过与SOX2启动子中的两个E-box基序结合，使SOX2被激活，BMI1通过增强SOX2基因的转录调控，作为参与宫颈癌发生的潜在致瘤因子，使宫颈癌产生致瘤性和肿瘤球形成。

3.3 BMI1与结直肠癌

Yu等为了证实BMI1与结肠癌发生的关系，通过免疫组织化学染色法检测BMI1在结肠癌及癌旁正常组织中的表达情况，发现BMI1在结肠癌组织中的表达水平明显高于癌旁正常组织，并且发现BMI1可能通过激活WNT信号通路参与结肠癌的发生。另有研究发现，结直肠癌组织中BMI1的表达水平明显高于癌旁正常组织，且BMI1的表达与结直肠癌组织的淋巴结转移情况和肿瘤分期显著相关，而与患者的性别、年龄、肿瘤部位及大小、病理分级、侵袭深度无关，提示BMI1表达水平越高，淋巴结转移风险越大，肿瘤分期越晚，患者的预后越差。

3.4 BMI1与食管鳞状细胞癌

BMI1是一种重要的干细胞自我更新因子，参与多种致瘤过程，包括细胞迁移、侵袭、上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和化疗耐药。研究表明，BMI1的表达与食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）的进展和侵袭有关，并且还是早期诊断ESCC的潜在生物标志物。BMI1基因敲除后可导致ESCC细胞凋亡增加，细胞增殖减少，干细胞特性减弱，在ESCC中，BMI1阳性肿瘤细胞导致上皮克隆的进行性生长，BMI1阳性肿瘤细胞为肿瘤起始细胞，并且顺铂联合BMI1靶向药物可有效抑制ESCC的生长。

3.5 BMI1与非小细胞肺癌

BMI1在调控基因表达和细胞生理过程中发挥重要作用，包括细胞周期调控、DNA损伤修复和EMT。研究发现，抑制BMI1的表达可诱导肿瘤细胞凋亡，提高舌癌和乳腺癌细胞对放化疗的敏感性。Shen等首次发现来自A549细胞的培美曲塞耐药非小细胞肺癌（non-small cell lung carcinoma，NSCLC）细胞比亲代细胞表现出更高的肿瘤干细胞活性，抗培美曲塞的NSCLC细胞中肿瘤干细胞相关蛋白（如BMI1或CD44）的表达升高且EMT特征更明显。该研究还发现，A549细胞中过表达的BMI1导致了培美曲塞的抗性和小分子抑制剂PTC-209对BMI1的抑制，转染BMI1特异性shRNA抑制了培美曲塞抗性A549细胞的生长和胸苷酸合成酶的表达。

4 小结与展望

BMI1在几乎所有类型的组织中广泛表达，然而，它在大脑、肺、胸腺、肾、性腺、唾液腺、胎盘、血液、骨髓和干细胞中都有很高的表达水平，在几种恶性肿瘤亚型中过表达，并作为这些恶性肿瘤的生物标志物。BMI1在细胞生理学过程中发挥重要作用，在不同的细胞类型中，BMI1的mRNA和蛋白水平受到严格调控，许多研究者试图了解BMI1在转录、转录后和翻译后水平的调控，然而，关于BMI1在不同机制下的调控作用目前还缺乏全面的认识。希望通过对BMI1研究的不断深入，全面揭示BMI1的功能，为临床中肿瘤的治疗提供新的靶点。