多梳基因Bmi-1與胃癌關系研究進展

劉朋偉 綜述 陳曉宇* 審校

上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院消化科 上海市消化疾病研究所（200001）

多梳基因（polycomb group gene,PcG）家族由多種與細胞周期和增殖相關的轉錄抑制因子所組成，與胚胎發育、細胞周期調節、造血干細胞更新等密切相關。近年研究發現PcG蛋白在腫瘤的發生、發展中亦發揮重要作用[1]。Bmi（B-cell-specif i c Moloney murine leukemia virus integration site）-1是PcG家族成員之一，多種實體瘤如乳腺癌、鼻咽癌、皮膚癌、黑色素瘤、膀胱癌等證實高表達Bmi-1[2～6]，且其高表達常提示患者預后不良[7,8]。最新研究表明Bmi-1與胃癌的發生、發展、浸潤、轉移、預后等密切相關，本文就Bmi-1的分子結構、作用機制及其與胃癌關系的研究進展作一綜述。

一、Bmi-1的分子結構

Bmi-1基因由Haupt等[9]于1991年在轉基因小鼠淋巴瘤傳代中首次發現，可與c-myc協同致細胞轉化和腫瘤形成。人類Bmi-1基因定位于10p11.23，含10個外顯子，其cDNA全長3203 bp，其中位于640～1620 bp的開放讀碼框可編碼含326個氨基酸、相對分子質量為45 kDa（1 Da=0.9921 u）的核蛋白；人類Bmi-1 DNA序列與小鼠的同源性為86%[10]，氨基酸序列同源性為98%[11]。

Bmi-1蛋白包括幾個重要的結構域：①位于N端的環指結構，可使Bmi-1蛋白均勻分布于細胞核邊緣異染色質集中區，是Bmi-1發揮轉錄抑制活性的關鍵區域；②位于中心區的重復螺旋-轉角-螺旋-轉角-螺旋-轉角結構（HTHTHT結構域），可介導Bmi-1蛋白與DNA的結合；③核定位信號 KRRR和KRMK序列；④位于C端富含脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸、蘇氨酸的PEST區，與Bmi-1蛋白的胞內迅速降解有關[11]。其中N端環指結構和中心區HTHTHT結構是Bmi-1發揮作用的關鍵區域。

二、Bmi-1的作用機制

1.INK4A-ARF途徑：Jacobs等[12]通過小鼠和體外實驗證實INK4A-ARF是Bmi-1的下游靶基因，直接受Bmi-1負調控，可影響細胞的增殖和凋亡。INK4A可在不同啟動子作用下編碼 p16INK4A或 p19ARF（人類為 p14ARF），前者可通過抑制細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）4、CDK6與細胞周期蛋白（cyclin）D結合，誘導Rb去磷酸化；后者可通過與MDM2連接，抑制p53滅活，兩者均可致細胞周期停滯。

cyclin D和CDK4/6結合可激活后者的蛋白激酶活性，使Rb磷酸化，通過釋放轉錄因子E2F，活化DNA聚合酶、二氫葉酸還原酶、胸腺激酶等與DNA合成相關酶類的基因轉錄，由此使細胞從G1期進入S期，促進細胞生長和增殖；p16INK4A可與cyclin D競爭結合CDK4/6，致pRb蛋白去磷酸化，通過調控cyclin D/CDK4/CDK6/Rb/E2F通路致細胞周期停滯于G1期[13]。Bmi-1下調p16INK4A表達，由此可通過抑制上述通路促進細胞的生長和增殖。

Freedman等[14]研究發現MDM2可往返于胞核和胞質，p53經MDM2-p53復合物由胞核進入胞質，通過蛋白-蛋白酶體通路降解，MDM2則返回胞核；此外，MDM2亦可直接與p53轉錄活化區結合，以此下調p53的轉錄活性。p19ARF可結合MDM2以加速后者降解，以此恢復和穩定細胞內p53水平，使細胞周期停滯于G1和G2期[15]。Bmi-1下調 p19ARF表達，由此可通過p19ARF/MDM2/p53通路抑制細胞周期的停滯和細胞凋亡[12]。

由此推測腫瘤細胞Bmi-1表達失調間接造成pRb和p53調控異常，可能是其參與腫瘤發生的重要原因。

2.Akt/PKB途徑：Guo等[16]發現Bmi-1基因沉默可下調乳腺癌細胞MCF-7 Akt/PKB活性，由此促進腫瘤細胞凋亡。Godlewski等[17]發現以miR-128干擾Bmi-1表達可下調Akt磷酸化，并可顯著抑制神經膠質瘤細胞增殖。Qin等[18]予鼻咽癌細胞干擾Bmi-1表達并予5-氟尿嘧啶（5-Fu）治療，結果示凋亡細胞數明顯增加，且伴pAkt明顯下降。pAkt可進一步通過激活或抑制下游靶蛋白，調節細胞的增殖、分化、遷移和凋亡。CDK與CDK抑制劑（CKIs）可協同維持細胞正常周期，Akt證實可通過直接磷酸化抑制下游靶蛋白GSK3β以阻止cyclin D1降解，亦可負調節CKIs如p27Kip1、p21Cip1，通過影響p21Cip1磷酸化或與增殖細胞核抗原（PCNA）結合，由此調節p21Cip1活性，或直接磷酸化p27Kip1Thr157，致其滯留于細胞質，以抑制細胞周期的停滯[19]。

3.其他：Bmi-1亦可間接激活人端粒酶逆轉錄酶（hTERT）活性，使人乳腺上皮細胞永生化[20]，可能是Bmi-1參與腫瘤形成的另一途徑。此外，Bmi-1亦可通過調控cyclin D1-p27途徑以調節細胞中心體擴增[21]。

三、Bmi-1與胃癌

1.Bmi-1與胃癌細胞增殖的關系：肖軍等[22]以慢病毒為載體介導shRNA干擾以抑制人胃癌細胞株AGS的Bmi-1表達，MTT法檢測示敲除Bmi-1基因的AGS細胞增殖明顯受抑；PI單染法流式細胞術檢測示細胞凋亡率由0.915%增至3.865%，S期細胞比例明顯上升，G2/M期細胞比例明顯下降；細胞侵襲實驗示細胞侵襲遷移能力明顯下降。張曉偉等[23]以RNAi技術干擾人胃癌細胞株AGS的Bmi-1表達，細胞衰老β-半乳糖苷酶染色法檢測示轉染組平均細胞衰老率明顯高于對照組（28%±3.5%對 16%±2.7%，P＜0.01），軟瓊脂克隆形成實驗示轉染組細胞平均克隆形成數明顯少于對照組[（3.4±1.4）個對（11±2.3）個，P＜0.01）]；轉染組 Bmi-1 及其相關蛋白pAkt表達水平較對照組明顯下降，但p16INK4A表達則明顯升高。進一步提示Bmi-1可通過提高Akt/PKB活性、下調p16INK4A蛋白表達以促進胃癌細胞的增殖、延緩細胞凋亡。高鳳蘭等[24]以siRNA干擾胃癌細胞株BGC823的Bmi-1表達，結果示轉染組衰老細胞百分率顯著升高、穿透Matrigel的細胞數顯著下降，與未轉染組和轉染空載體組比較差異有統計學意義（P＜0.01）。由此說明抑制胃癌細胞株Bmi-1基因表達可促進細胞凋亡、降低細胞的侵襲和轉移能力。

2.Bmi-1與胃癌浸潤和轉移的關系：國內趙晶等[7]研究發現，胃癌組織Bmi-1表達明顯高于正常胃黏膜組織（52.5%對21.6%,P＜0.05），且胃癌組織 Bmi-1表達與 Lauren分型、Borrmann分型、胃癌臨床病理分期相關，間接提示Bmi-1與胃癌的浸潤和轉移相關。黃開紅等[25]以RT-PCR法測定42例胃癌手術標本的Bmi-1表達，結果示29例腫瘤組織Bmi-1 mRNA表達明顯高于癌旁正常胃組織，且Bmi-1表達與腫瘤大小、淋巴結轉移、浸潤深度密切相關，但與患者性別、年齡、腫瘤分化程度、Borrmann分型、臨床分期無關。Liu等[26]以免疫組化法測定146例胃癌手術切除標本的Bmi-1表達，結果示腫瘤組織較臨近非腫瘤組織的Bmi-1表達明顯上調，并證實Bmi-1表達與腫瘤大小、臨床分期、淋巴結轉移、浸潤深度等密切相關（P＜0.05），但與遠處轉移不相關。Xiao等[27]以RNAi技術干擾人胃癌細胞株AGS的Bmi-1表達，結果示轉染組細胞侵襲力明顯下降，再次說明Bmi-1表達水平與胃癌的浸潤顯著相關。

3.Bmi-1與胃癌患者預后的關系：Liu等[26]對146例胃癌術后患者隨訪3年發現，87例死于胃癌復發；生存分析示Bmi-1陽性表達者的平均生存期明顯低于陰性表達者（21.4個月對35.4個月，P＜0.01），3年生存率亦明顯低于陰性表達者（P＜0.01）。多因素分析示Bmi-1陽性表達是胃癌患者的獨立預后因素，由此說明Bmi-1高表達與胃癌患者預后不良相關。Zhang等[28]采用免疫組化法檢測示人胃癌組織Bmi-1陽性表達率為83.6%，多因素分析示Bmi-1高表達和胃癌臨床分期、患者預后相關，且是影響患者預后的獨立危險因素。

四、結語

胃癌的發生、發展是一個多階段、多步驟、多因素參與的過程。Bmi-1作為PcG家族的一員，在胃癌的發生、發展中發揮重要作用，且其高表達與胃癌的浸潤、轉移、預后等臨床病理特征關系密切，因此有望成為胃癌早期診斷和預后判斷的重要分子標記物，且可為胃癌的分子生物學治療提供新的靶點。

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