
第3l卷第3期
2009年6月
大連醫科大學學報
JournalofDalianMedical
University
Vm.3lNo.3
June2009
Bmi一1基因與腫瘤關系研究進展
劉丹丹1,張艷麗2,孟秀香1,2
(1.大連醫科大學診斷學實驗中心,遼寧大連116044;2.大連醫科大學檢驗醫學院,遼寧大連116044)
摘要:原癌基因Bmi一1屬于轉錄抑制因子Polycomb(PcG)家族,通常作用于INK4a/ARF基因位點而影響細胞增殖
及衰老。研究表明,多種成體干細胞和腫瘤干細胞的自我更新及增殖活性的維持也需要Bmi一1基因。Bmi—l基
因的表達水平還與腫瘤的侵襲、轉移、預后及復發有關,因而有望成為一種新的腫瘤分子標志物。
關鍵詞:Bmi一1;腫瘤干細胞;腫瘤
中圖分類號:R392文獻標志碼:A文章編號:1671—7295(2009)03-0355—04
Researchadvancementonrelationship
betweenBmi——I
gene
andtnnlor
LIU
Dan—danl,ZHANGYan—li2,MENGXiu—xiang1t2
(1.DiagnosticsLaboratoryCenter;2.CollegeofLaboratory
Medicine,Dalian
Medical
University,Dalian
116044,China)
Abstract:Bmi一1,a
putativeoncogene,belongstothe
polycomb
groupfamily
of
transcriptionalregulators,whichusually
affectscell
proliferation
andinsenecence
throughsuppress
oftheINK4a/ARFlocus.Itnotonlysupports
the
proliferation
of
severaladultstemcellsandtumorstemcellsbutalsois
required
fortheself—renewal
ability
of
them.Recently
re¥eal.ches
haveindicatedthatthe
expression
levelofBmi一1is
positively
correlatedtomalignant
tumor
invasion,distantmetastasis,
prognosis
andrecurrence.Ithas
prospectivepotentialtobeavaluabletumormoleculemarker.
Keywords:Bmi一1:tumor
stem
cell;tumor
多梳基因(polycombgroup
genes,PcG)家族由
多種與細胞周期和增殖相關的轉錄抑制子組成,是
一類重要的與發育相關的基因。PcG蛋白參與對同
源異型基因(Hox)的表達抑制,并且與細胞增殖及
腫瘤的發生密切相關。Bmi一1基因是PcG基因家
族的核心成員之一[1】。研究表明,Bmi一1基因的表
達水平與腫瘤的發生、發展、侵襲、預后等病理指標
相關性很高。本文就Bmi一1基因與腫瘤關系的研
究進展作一綜述。
1Bmi一1基因概述
1.1Bmi—l基因的由來和結構特征
Hqupt等㈦在1991年尋找能與癌基因c—myc
協同引發轉基因小鼠淋巴瘤的物質時發現在某一基
因附近頻繁整和了逆轉錄病毒插入位點,導致該基
因轉錄水平的過度表達,引起小鼠前B淋巴瘤發病
潛伏期明顯縮短,遂將該基因定義為Bmi一1(B—
cell——specificMoloney
murineleukemiavirus
integra—-
tionsite1)基因。
人類Bmi—l基因定位于10p11.23,由十個外
顯子組成,cDNA全長3251
bp,位于506—1486bp
之間的開放閱讀框編碼一個含326個氨基酸,相對
分子量為45kD的核蛋白質。序列對比顯示,人和
小鼠的Bmi一1在DNA水平和氨基酸水平上同源性
可達86%和98%。
1.2Bmi—l基因的下游調控位點
Jacqueline等b1通過小鼠和體外試驗證實
INK4a/ARF位點是Bmi一1基因的下游調控位點,
收稿日期:2008—12—10;修回日期:2009一02一13
作者簡介:劉丹丹(1964一),女,遼寧營口人,實驗師。
通信作者:孟秀香。吉林通化人,教授。E—mail:xiuxiang_meng@sins.eom
萬方數據
356大連醫科大學學報第3l卷
直接受Bmi一1的負調控而影響細胞增殖和衰老。
INK4a/ARF位點編碼兩種細胞增殖抑制相關蛋白:
p16INK4a和p19ARF(人類為p14ARF),這兩種蛋
白分別通過腫瘤抑制蛋白pRb和轉錄因子p53相
關的細胞周期調節途徑發揮作用。
當Bmi—l基因缺失時,p16INK4a表達上調,去
磷酸化狀態的pRb和轉錄網子E2F結合而阻止細
胞進入S期,導致細胞出現提前衰老和凋亡現象。
反之,Bmi一1基兇過表達時,p16INK4a表達下調而
pRb高磷酸化,加速細胞周期的進行。同樣,Bmi—l
基因可負調控p19ARF的表達而影響鋅指蛋白
MDM2與轉錄因子p53的結合,從而控制細胞增殖
和衰老等過程。由此推測,腫瘤細胞中表達失調的
Bmi一1基因間接對pRb和P53的異常調控可能是
其pRb和P53腫瘤抑制途徑頻繁受阻的原兇之一。
此外,Bmi一1基因可間接激活人端粒酶逆轉錄酶
(hTERT)的活性而永生化人乳腺上皮細胞一J,這可
能是Bmi—l基因參與腫瘤形成的另一途徑。
2Bmi一1與腫瘤的發生、發展
干細胞是指在功能上具有無限自我更新能力和
多潛能的一類細胞。腫瘤干細胞學說認為腫瘤組織
中存在極少量的瘤細胞,在腫瘤中充當干細胞的角
色,具有無限增殖的潛能,在肩動腫瘤形成和生長中
起決定性作用口J。近年來發現,Bmi一1基因在多種
成體干細胞和已分離鑒定出的白IIIL病、神經、乳腺腫
瘤十細胞的自我更新中發揮蘑要作用。
2.1Bmi一1基兇與造血十細胞及白血病干細胞
Bmi一1基因在純化的鼠和人類造血干細胞中
高度表達∞o。PcG家族成員中Bmi一1基因缺失優
先與造血干細胞自我更新能力嚴重受損相關聯,外
源表達Bmi一1能增強HSC(hematopoieticstemcell)
的對稱分裂一j。Lessard等【81將14.5d胎齡的Bmi
一1“一鼠的胎肝細胞移入受致死量照射的小鼠體
內,它們只能暫時鶯建部分髓系細胞,移植lO周后,
供體來源的造JlIL細胞將不能被檢測到,移植16周
時,這些細胞的長期重建造血能力嚴格依賴于逆轉
錄病毒表達的Bmi一1,推測Bmi一1“一小鼠造m不
良可能是由于造血干細胞自我更新能力下降所致。
Lessard等悼1用攜帶癌基因Meisla和Hoxa9的
逆轉錄病毒分別感染Bmi一1“+鼠和Bmi—l“一鼠
胎肝細胞,再將其移植入受亞致死量照射的同系基
因小鼠體內,結果發現它們能在相近的潛伏期內發
展成急性髓I生細胞白血病。將受體小鼠骨髓白血病
細胞分別二次移植入同系基因小鼠后,接受Bmi一
1“一鼠白血病細胞移植的小鼠卻無一例發展成白血
病,而接受少至1000個Bmi一1“+白血病細胞的
對照組小鼠在移植27
d左右就能患上自血病。接
受Bmi—l。一鼠胎肝細胞的受體鼠其外周血白血病
細胞逐漸減少,將Bmi一1基因導人Bmi一1。一的
胎肝細胞中可恢復外周血白血病細胞的數量,說明
Bmi一1基岡對白【IIL病的產生并不重要,但白血病干
細胞的自我更新卻依賴于Bmi—l基兇的存在。
2.2Bmi一1基因與神經干細胞及神經腫瘤干細胞
Leung等一1發現Bmi—l基因在人及小鼠多潛
能小腦前體細胞尤其是顆粒性小神經膠質細胞中呈
高表達狀態。Bmi一1“一小鼠出生后8d其顆粒性
小神經膠質細胞前體細胞克隆擴增能力受抑制,2
個月后小腦體積明顯縮小。Molofsky等¨0J發現Bmi
一1基因對端腦及外周神經系統的神經干細胞的自
我更新能力是必需的。一項新的研究發現¨1|,Bmi
—l基因還可以調控胚胎中神經干細胞的自我更
新,shRNA介導的Bmi一1表達下降會導致胚胎和
成體神經干細胞增殖和自我更新的缺陷,神經祖細
胞的增殖對Bmi一1的依賴從胚胎期到成體期逐漸
增強。
I型神經母細胞瘤細胞具備干細胞的典型特
征,雖然有研究發現Bmi一1基岡是以濃度依賴方
式來維持I型神經母細胞瘤細胞BE(2)一C細胞株
自我更新和分化之問的平衡,當Bmi一1過表達時,
BE(2)一C細胞株有向神經元分化的傾向,而當
Bmi一1基因表達下調后,BE(2)一C細胞株便不能
在軟瓊脂上形成克隆,并向膠質細胞分化。但當
Bmi一1表達適量時,BE(2)一C細胞株具有很高的
軟瓊脂克隆形成率和體內致瘤能力,這說明Bmi一1
基因對維持其自我更新特征還是必需的u引。
2.3Bmi一1基因與乳腺干細胞及乳腺腫瘤干細胞
Liu等¨到發現Bmi一1mRNA在乳腺干細胞中
的表達量是分化的乳腺細胞中的3.5倍。在乳腺干
細胞中過表達Bmi一1基因后,乳腺球形成率及乳
腺球細胞數目分別提高了80%和67%。RNA干擾
下調Bmi一1基因后,乳腺球形成率明顯下降,其體
積也明顯縮小。分別將Bmi一1基因過表達和沉默
后的人乳腺球移植入NOD—SCID小鼠的頰脂墊
中,8周后分別取其乳腺進行組織學檢查,發現過表
達Bmi一1基因的乳腺球形成的乳腺導管及腺泡明
顯增多,而Bmi—l基因被沉默的乳腺組織發育明
顯受抑制,說明Bmi一1基因參與了乳腺干細胞的
自我更新過程。
A1一Hajj等¨41建立了異種乳腺癌細胞移植動
物模型,利用細胞表面標志物首次鑒定分離出了乳
腺腫瘤干細胞。實時熒光定量RT—PCR技術發
萬方數據
第3期
劉丹丹,等:Bmi一1基因與腫瘤關系研究進展357
現‘133,Bmi一1基岡在乳腺腫瘤干細胞中的表達量
是非致瘤性腫瘤細胞的5倍,提示Bmi一1基因可能
在干細胞水平參與了乳腺癌的發生發展。
3Bmi一1基因與腫瘤侵襲、轉移、預后
癌基因Bmi一1信號傳導通路上的11個基因既
調節正常干細胞的增殖,也在大鼠前列腺腫瘤模型
和患者的腫瘤轉移灶中呈現出干細胞樣表達模式。
這11個基因的表達模式可預測多種不同類型腫瘤
的轉移、復發及死亡等預后情況【l引。大量文獻報道
Bmi一1基因在多種惡性腫瘤如白血病、結腸癌、乳
腺癌、肺癌、前列腺癌等中高表達,并且與這些腫
瘤的侵襲、轉移、預后等一系列病理過程有關。
3.1血液系統腫瘤
Mihara等11刮發現Bmi一1基因可預測骨髓增生
異常綜合征(MDS)的進展及預后情況,免疫組織化
學技術分析表明,Bmi一1蛋白主要集中在未成熟細
胞過多的難治性貧血(RAEB)期和急性白血病過渡
期患者骨髓CD34+細胞中,對于處于疾病初期的
MDS患者而言,Bmi一1蛋白表達越高,越易向
RAEB期發展。Mohamad等Ⅲo應用實時定量RT—
PCR技術發現,加速期和急變期慢性白血病患者骨
髓CD34+細胞與外周血單個核細胞總Bmi一1mR.
NA水平都明顯高于慢性期患者。臨床隨訪發現,
Bmi一1的表達水平與疾病急變時間負相關,患者總
體生存率的提高也依賴于Bmi一1表達水平的降
低。因此,Bmi一1基因可作為預測慢性白血病預后
情況的一個內源性分子標志物。
3.2鼻咽癌和胃癌
研究發現¨引,Bmi一1蛋白在38.7%的鼻咽癌
患者腫瘤細胞中和分散的浸潤淋巴組織中高表達,
癌旁非腫瘤上皮細胞中則完全不表達;分析表明,
Bmi一1與患者年齡、性別、臨床處理等因素無關;
84.2%的Bmi一1陽性組患者能達到5年以上生存
率,而陰性組只有47.6%。該實驗室最近在對胃癌
組織中Bmi一1基因的分析中也發現【l9|,69%的腫
瘤組織標本中Bmi—l基因mRNA表達明顯高于癌
旁正常胃組織。Bmi一1mRNA的表達與胃癌大小、
淋巴結轉移和浸潤深度密切相關啪】,而與患者的性
別、年齡、腫瘤分化程度等無關,并且Bmi一1mRNA
陽性表達者生存率明顯低于陰性者,Bmi—l基因可
望作為鼻咽癌和胃癌病情發展及指導臨床治療的標
記物之一。
3.3前列腺癌
Olga等口u采用免疫熒光技術發現,Bmi一1和
Ezh2雙陽性細胞在裸鼠淋巴結轉移性人前列腺癌
細胞系PC一3—32中占22.4%,而原代非轉移性人
前列腺癌細胞系PC一3中為1.5%。動物實驗證
明,Bmi一1和Ezh2基因被沉默后的人惡性前列腺
癌細胞體內致瘤和轉移能力均明顯下降,基因未敲
除的腫瘤細胞移植入小鼠體內后,3周之內就在其
前列腺部位形成侵襲性高,高轉移性的腫瘤組織,50
d以后,這些小鼠全部死亡。然而,移植基因敲除的
腫瘤細胞的受體小鼠中只有20%能形成肉眼可見
的腫瘤,它們在移植第150天時存活率還高達
83%,說明這些腫瘤惡性程度低。微陣列分析表明,
前列腺癌患者Bmi一1和Ezll2mRNA的表達水平與
手術治療的成功率呈負相關。
3.4乳腺癌
Kim等舊1檢測到Bmi一1基因及其蛋白在浸潤
性導管型乳腺癌腫瘤組織中的陽性表達率分別為
85%和62%。免疫組織化學染色發現,Bmi一1蛋白
陽性信號集中分布于腫瘤浸潤部分,很少位于原發
腫瘤中心部位。多變量分析顯示,Bmi一1基因與乳
腺癌腋窩淋巴結轉移及雌激素受體的表達呈正相
關,說明Bmi一1基因可能參與了浸潤性導管型乳
腺癌的發展及轉移過程。Silva等∽1首次對111名
乳腺癌患者和20名健康者血漿中Bmi一1基岡表達
水平做了實時定量RT—PCR檢測。兩組陽性標本
中Bmi一1mRNA表達量比較發現,腫瘤組明顯高于
健康組(P=0.019),進一步分析發現,Bmi一
1mRNA表達量還與乳腺癌預后不良指標如陽性
P53、陰性孕酮受體呈正相關。因此,血漿Bmi一
1mRNA表達量的非侵人性測定將成為預測乳腺癌
患者預后的一種新方法。
3.5惡性黑色素瘤
研究發現,Bmi一1基因在64例原發性惡性黑色
素瘤組織、165例轉移性惡性黑色素瘤組織及53種惡
性黑色素瘤細胞系的陽性表達率分別為64%、71%和
28%,在腫瘤原發灶和淋巴結轉移灶中則分別為52%
和83%;統計分析表明,Bmi—l在轉移性黑色素瘤細
胞系中的表達率要明顯高于原發性腫瘤來源的細胞
系(P=O.001),Bmi—l基因表達與腫瘤轉移之間有
明顯的關聯性(P=0.02)Ⅲo。因此,高表達Bmi一1
基因可能誘導惡性黑色素瘤發生轉移。
Bmi一1基因不僅在多種惡性腫瘤中高表達,而
且作為一種潛在的腫瘤干細胞自我更新因子參與腫
瘤的發生發展,結合I臨床病理分析還發現與腫瘤的
侵襲、轉移及預后等有關,因而,有望成為一種新的
腫瘤分子標志物。
萬方數據
358大連醫科大學學報第31卷
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