B细胞特异性莫洛尼鼠白血病病毒插入位点1在头颈部鳞状细胞癌中的研究进展△

刘智权，陈钟,2#，黄天悦，陈璎珞，曾丽萍

1厦门医学院口腔医学系，福建 厦门 361023

2口腔生物材料福建省高校工程研究中心，福建 厦门 3610230

在中国，头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）占全部恶性肿瘤的3%，它起源于上呼吸道、消化道的黏膜上皮，包括口腔癌、鼻腔癌、鼻旁窦癌、咽癌和喉癌等[1-2]。B细胞特异性莫洛尼鼠白血病病毒插入位点1（Bcell-specific moloney murine leukemia virus insertion site 1，BMI1）基因是在哺乳动物中发现的第一个多梳家族（polycomb-group，Pc-G）成员[3]，其在多种人类恶性肿瘤中表达，参与细胞的增殖、分化和衰老过程，在干细胞的自我更新过程中也发挥着重要作用[4-7]。本文回顾近年来的相关文献，从BMI1对肿瘤发生、增殖、迁移、免疫调节的作用及其抑制剂的应用进展等方面做一综述。

1 BMI1 在HNSCC 发生和肿瘤细胞自我更新中的作用

肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）是关键的肿瘤起始细胞亚群[8]。CSC 的干性具有两个主要的特征：分化，成为祖细胞从而产生异质性后代；自我更新，维持一个不断扩大的干细胞池。这两个特征保证了肿瘤的形成、生长和增殖[9-10]。BMI1与醛脱氢酶1 家族成员A1（aldehyde dehydrogenase 1 family member A1，ALDH1）、BCL11 转录因子B（BCL11 transcription factor B，BCL11B）、CD44、Nanog 同源框蛋白（Nanog homeobox，NANOG）等均为CSC 标志物，与HNSCC 中CSC 的自我更新有关[3-4]。

异常表观遗传（如甲基化）的积累被认为是肿瘤发生发展的早期事件，可使肿瘤细胞容易获得突变特性和基因组不稳定性，从而导致肿瘤发生[11]。BMI1 可以通过控制DNA 甲基化促进肿瘤细胞群内CSC 的形成[12]。BMI1 能够与DNA 甲基转移酶1 相关蛋白1（DNA methyltransferase 1 associated protein 1，DMAP1）相互作用，抑制DNA 甲基转移酶1（DNA methyltransferase 1，DNMT1）的表达，从而使NANOG启动子甲基化丧失，进而促进CSC的形成[13-14]。

一方面，BMI1 与其他CSC 标志物协同作用促进肿瘤的恶性表型，如在HNSCC 组织中，BMI1 与BCL11B 强烈共表达，BCL11B 与肿瘤的低分化有关，BMI1 和CD44 高表达与HNSCC 患者生存率较低有关[15]。另一方面，BMI1的促癌作用又受到微小RNA（microRNA，miRNA）的影响。miRNA-200c 与BMI1 的表达呈负相关，miRNA-200c 过表达降低了BMI1 的表达水平以及包括ALDH1、NANOG、八聚体结合转录因子4（octamer-binding transcription factor 4，OCT4）和性别决定区Y 框蛋白2（sex determining region Y-box 2，SOX2）在内的干细胞标志物的表达水平[16-17]。miRNA-22 也在口腔癌中抑制BMI1、ALDH1 和CD44 的表达，并与CSC 的自我更新激活有关[18-19]。

2 BMI1诱导的干性在HNSCC细胞增殖中的作用

干性相关通路和细胞增殖能力密切相关，肿瘤细胞中干性通路的遗传异常往往导致肿瘤细胞增殖并侵犯周围组织，引发肿瘤恶性转化。

RNA 干扰BMI1会在一定程度上抑制HNSCC中CSC 的增殖[20]。一方面，BMI1敲除通过上调磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表达间接或直接抑制蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）的激活，而PTEN缺失通过影响磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/AKT 信号通路促进大多数肿瘤的发生发展[21]。另一方面，BMI1 对肿瘤细胞增殖的促进作用与细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶抑制剂4a（inhibitor of cyclindependent kinase 4a，INK4a）/可变阅读框（alternative reading frame，ARF）重叠基因有关，该基因的产物——细胞周期调控蛋白p16INK4a和p14ARF在细胞增殖过程中发挥重要作用[20]。BMI1 通过p16INK4a依赖的途径调节HNSCC 进展过程中的细胞增殖：p16 能够抑制周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）4/CDK6 介导的视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）基因的磷酸化，从而阻止细胞从G1期进入S 期，进而抑制肿瘤细胞增殖[22]。Kim等[23]研究指出，BMI1 也可以通过上调p15INK4b和p57KIP2（CDK 抑制剂）的表达抑制转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信号转导，延长肿瘤细胞的增殖寿命。

BMI1 可以诱导端粒酶激活，其螺旋-转角结构域（helix-turn domain，HT）和N-末端的环指结构域（ring finger domain，RF）对于鼻咽癌细胞HMEC 的端粒酶诱导至关重要。此外，BMI1 还通过影响苯并咪唑出芽抑制解除同源物蛋白1（budding uninhibited by benzimidazoles 1，BUB1）、极光激酶A（aurora kinase A，AURKA）、癌症高表达蛋白（highly expressed in cancer，HEC1）、Ki-67、B 细胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）和Bcl-2 相关X 蛋白（Bcl-2-associated X protein，BAX）等基因表达发挥促进肿瘤细胞增殖的作用[21]。

与此同时，也存在截然不同的研究结果，Häyry等[24]的免疫组化结果表明，BMI1免疫表达缺失促进了舌癌的发展，说明BMI1具有抑制肿瘤的功能。

3 BMI1 诱导的干性与上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）

细胞干性与肿瘤转移能力密切相关，肿瘤细胞干性基因主要通过调控EMT 相关通路影响肿瘤转移。BMI1 的过度表达与口腔上皮细胞的EMT 和预后不良显著相关[4,25]。一方面，BMI1 始终与TWIST1 协同抑制E-钙黏蛋白和p16INK4a的表达，促进EMT 及口腔癌、咽癌的发生，且与预后不良相关[26]；另一方面，BMI1 可以通过调节Snail 的表达和增加Snail 的稳定性，直接促进EMT 和恶性鼻咽癌的发生[27]。Chou 等[28]研究表明，BMI1 通过上调AURKA 的表达诱导EMT，从而将CSC、染色体不稳定性（chromosomal instability，CIN）和EMT 联系起来。

此外，BMI1 还可以直接靶向PTEN，激活PI3K/AKT/Snail 信号通路，最终抑制E-钙黏蛋白的表达，导致上皮细胞侵袭能力增强。然而，关于鼻咽癌的研究却有不同的发现，PTEN 可能抑制了BMI1 诱导的细胞迁移和侵袭[27]。

4 BMI1 诱导的干性在免疫调节中的作用

BMI1 参与调节HNSCC 中免疫细胞的作用。Hosokawa 等[29]的小鼠实验结果显示，BMI1 是表达辅助性T 细胞（helper T cell，Th）2 相关细胞因子以及调节Th2 分化所必需的，在CD4+T 细胞分化和功能中发挥一定作用。BMI1 还参与成熟CD8+T 淋巴细胞增殖、细胞周期和衰老的调节[30]。同时，BMI1 可以促进T 细胞前体即胸腺T 细胞的发育[31]。

此外，CSC 可能是HNSCC 发生免疫逃逸的原因[32]。免疫逃逸在HNSCC 进展和转移过程中具有关键作用，肿瘤细胞经常转移至富含免疫细胞的颈部淋巴结[33]。在HNSCC 中，膜蛋白CD200 通过调节BMI1 获得干性，并抑制巨噬细胞活化，诱导Th1 转换为Th2，抑制肿瘤特异性T 细胞免疫反应，从而促进免疫逃逸[34]。

5 BMI1 抑制剂在HNSCC 治疗中的作用

在HNSCC 中，BMI1 通过调节肿瘤细胞的干性导致多方面的变化，包括肿瘤起始、侵袭性生长、转移、免疫逃逸等，所有这些事件协同作用促进肿瘤进展[33,35-36]。一般来说，Pc-G 在发育期细胞中高度表达，但在成熟期的干细胞中数量有限[37]。因此，BMI1 抑制剂PTC-209 在抑制HNSCC，尤其是早期HNSCC 恶性表型方面具有一定作用。

5.1 抑制肿瘤起始

Nör 等[35]研究发现，在体外实验中，顺铂可以诱导BMI1 表达并增加HNSCC 中CSC 的比例，提示BMI1 与化疗耐药性有关，而BMI1 抑制剂PTC-209 能够降低CSC 的比例，有效对抗耐药性。同时，在体内实验中，BMI1 抑制剂治疗人口腔癌异种移植小鼠能够延缓肿瘤进展，并降低CSC 的比例[38]。研究表明，与顺铂相比，PTC-209能够有效抑制淋巴结中CSC 衍生的肿瘤细胞的生长；并且，与单独PTC-209 或顺铂治疗相比，顺铂联合PTC-209 治疗对淋巴结中转移性肿瘤细胞生长的抑制作用更大[39]。除此之外，还可以将PTC-209 与程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）抑制剂联合使用，有效地减少HNSCC 中的BMI1+CSC，抑制肿瘤生成，从而针对性解决PD-1 阻断免疫疗法治疗效果欠佳、肿瘤复发率高的问题[33,39-41]。因此，BMI1抑制剂在与其他药物联合使用时能够发挥更大的治疗潜能。

5.2 抑制肿瘤细胞增殖、迁移

抑制BMI1 的表达可以导致喉癌HEP2 细胞周期G0/G1和亚G0相中细胞的积累，显著降低细胞周期蛋白D1（cyclin D1）的表达，进而抑制肿瘤细胞的增殖能力并促进肿瘤细胞凋亡[20,42]。在抑制肿瘤迁移方面，BMI1 抑制剂能够促进PD-1 阻断治疗的效果，抑制HNSCC 侵袭性生长，并显著减少HNSCC 复发和淋巴结转移[33]。

5.3 肿瘤免疫治疗

PTC-209 能够通过抑制BMI1 的表达刺激肿瘤细胞中的趋化因子，招募和激活CD8+T 细胞，强烈诱导肿瘤细胞的免疫反应。具体机制包括：①通过抑制BMI1 的表达激活环状GMP-AMP 合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）/干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）信号转导通路，并激活干扰素调节因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3）的转录；②通过抑制BMI1 的表达擦除趋化因子启动子上的抑制性标记——组蛋白H2A 第119 位赖氨酸位点的单泛素化（H2AK119ub1）[43]。将PTC-209 与免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）治疗相结合，能够通过表观遗传触发CSC 衰老和分化程序并重建免疫监视，从而耗竭CSC 并促进肿瘤消退[33]。

然而，BMI1敲除会导致胸腺T细胞发育减少[44]、CD4+CD8+胸腺细胞水平降低[45]、外周B 淋巴细胞数量减少[46]。因此，虽然短期抑制BMI1 可以有效清除HNSCC 中的CSC，但是长期使用BMI1 抑制剂可能对T 细胞产生消极影响，反而不利于抗肿瘤免疫反应。

6 小结与展望

在HNSCC 中，BMI1 能够通过影响肿瘤细胞的干性调节各种恶性表型。BMI1 通过甲基化等途径促进CSC 形成，与其他CSC 标志物、miRNA 等协同作用促进肿瘤发生，还可通过与TWIST1 和Snail等共同表达调节EMT，通过调节PTEN和INK4AARF基因座促进肿瘤细胞增殖。基于BMI1 在HNSCC 中的作用，BMI1 抑制剂的使用可降低CSC 比例，抑制肿瘤细胞增殖、迁移，有望成为免疫治疗的新方向。