转录因子Oct-4的研究进展

第６期农垦医学第３１卷转录因子Ｏｃｔ－４的研究进展符毓豪王菊谢松松周宗瑶＋（石河子大学医学院组织胚胎学教研室／石河子大学医学院新疆地方与民族高发病教育部重点实验室，新疆石河子，８３２００２）【摘要】ｏｃｔ４是维持干细胞多能性和自我更新的转录因子，它通过结合靶基因调控区，选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。

通常只在多能干细胞中表达，在分化细胞中不表达；它最终决定干细胞是保持多能性还是分化，以及向哪个方向分化。

此外。

Ｏｃｔ－４在生殖细胞肿瘤研究中也发挥重要作用。

【关键词】０ｃｔ４；多能性干细胞；研究进展中图分类号：Ｑ７５４文献标识码：ＡＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌｆａｃｔｏｒＯｃｔ－４ＦＵＹｕ－ｈａｏ，ＷＡＮＧＪｕ，ＸＩＥＳｏｎｇ—ｓｏｎｇ，ＺＨＯＵＺｏｎｇ—ｙａｏ术（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｉｓｔｏｌｏｇｙａｎｄＥｍｂｒｙｏｌｏｇｙ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｓｃｈｏｏｌｏｆｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｓｈｉｈｅｚｉＸｉｎｊｉａｎｇ，８３２００２）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＯｃｔＭｉｓａｃｒｉｔｉｃａｌｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌｆａｃｔｏｍｔｏｋｅｅｐｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙａｎｄｓｅｌｆ－ｒｅｎｅｗａｌｏｆｓｔｅｍｃｅｉｌｓｉｎｖｉｖｏａｎｄｉｎｖｉｔｍ，ａｎｄｉｔｕｓｕａｌｌｙｅｘｐｒｅｓｓａｓｏｎｌｙｉｎｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔｃｅｌｌｓ．Ｉｔｂｉｎｄｓｔｏｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｒｅｇｉｏｎｓｏｆｔａｒｇｅｔｅｄｇｅｎｅ．Ｉｔｆｉｎａｌｌｙｄｅｔｅｒ－ｍｉｎｅｓｔｈｅｃｅｌｌｓｄｅｓｔｉｎｙ：ｋｅｅｐｉｎｇｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙｏｒｔｕｒｎｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ．Ａｌｓｏ，ｉｔｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｔｈｅＧｅｒｍｃｅｌｌｔｕｍｏｒ．【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】Ｏｃｔ４；ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＯｃｔ－４是具有较强特异性的胚胎干细胞标志物，它参与胚胎发育过程中多向性分化的调节。

胚胎干细胞自我更新分子机制是干细胞研究的前沿及热点课题。

除外源性信号如ＬＩＦ、ＢＭＰ、Ｗｎｔ能维持干细胞的未分化状态外，转录因子Ｏｃｔ－４特异性表达于全能胚胎干细胞，并与其它转录因子如Ｓｏｘ２一起构成调控网络，共同调控与胚胎干细胞多能性相关的一系列重要分子，是保持胚胎干细胞自我更新和多潜能性的关键分子。

１Ｏｃｔ－４的结构Ｏｃｔ－４是由Ｐｏｕ５Ｆ１基因编码产生的，是含ＰＯＵ（Ｐｉｔ．Ｏｃｔ—Ｕｎｃ）结构域的转录因子家族中的一员。

Ｏｃｔ－４基因定位于人类染色体６ｐ２１．３，其编码的蛋白Ｏｃｔ－４（也叫Ｏｃｔ－３）是一种ＰＯＵ转录因子，属于Ｖ类ＰＯＵ蛋白。

ＰＯＵ转录因子是ＤＮＡ结合蛋白，由ＰＯＵ特异域（ＰＯＵＳ）和ＰＯＵ同源域（ＰＯＵＨ）的双枝结构构成。

ＰＯＵ特异域位于Ｎ端，由富含脯氨酸和酸性残基的７５个氨基酸组成；ＰＯＵ同源域位于ｃ端，由富含脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸的６０个氨基酸组成。

这两个亚区间通过含有１５—５６个氨基酸组成的易变区相连接，经螺旋一转角一螺旋结构与ＤＮＡ结合位点发生联系，激活启动子或增强子区域内带有顺式反应元件基因的转录。

后者的特征性结构为ＡＴＧＣＡＡＡＴ八聚体结构域，又称为Ｏｃｔ结构。

它通过结合含ＡＴＧＣＡＡＡＴ的八聚体结构域而活化相应靶基因，激活或抑制干细胞分化过程中基因表型的转变。

２Ｏｃｔ－４的上游调控机制Ｏｃｔ－４的表达由定位于其基因上游的顺式作用元件在转录水平进行调控。

①增强子：Ｏｃｔ－４基因有两个增强子ＤＥ和ＰＥ。

发育中Ｏｃｔ－４的表达依次由ＤＥ（桑椹胚、ＩＣＭ）＿÷ＰＥ（上胚层）一ＤＥ（ＰＧＣｓ）控基金项目：兵团科技攻关计划项目项目编号：２００６ＧＧ３３ｔ通讯作者：周宗瑶，组织胚胎学教授，从事生殖与发育方面研究。

・５４２・２００９年１２月第３１卷第６期农垦医学ＪｏｕｍＭｏｆＮｏｎｇｋｅｎＭｅｄｉｃｉｎｅＤｅｃ．２００９Ｖ０１．３１Ｎｏ．６制，其中ＰＥ能被ＲＡ抑制…。

②表观遗传修饰：Ｏｃｔ－４上游区域在小鼠Ｅｓ细胞中低甲基化、高乙酰化，而在外滋养层中高甲基化旧１。

③蛋白降解：小鼠泛素连接酶ｗｗＰ２可以特异结合Ｏｃｔ－４并且在体内和体外促进其泛素化并降解∞ｊ。

④磷酸化：体外培养中，Ｏｃｔ－４的Ｎ端和ｃ端是转录激活区域，其中Ｃ端活性依赖于细胞类型，似乎与特定磷酸化状态有关，可能受胞内信号级联放大的调节ＨＪ。

⑤氧化还原状态：ＰＯＵ域上半胱氨酸被氧化后，Ｏｃｔ－４结合ＤＮＡ能力被强烈抑制，能被还原性硫氧还蛋白恢复＂Ｊ。

有种观点认为，ＩＣＭ具有比外周细胞更低的氧张力，因此增强了Ｏｃｔ－４与ＤＮＡ结合力，而在植入和血管化作用中，氧张力上升，抑制ＩＣＭ中Ｏｃｔ－４结合ＤＮＡ的能力，并且允许ＦｏｘＤ３等对氧化状态不敏感的转录因子激活原肠期以后的基因表达∞ｏ。

３Ｏｃｔ－４的功能Ｏｃｔ－４是细胞全能性标志…，也是维持细胞多能性的重要转录因子，通过调控其下游靶基因而参与正常发育过程，尤其在早期胚胎发育中起重要作用。

敲除小鼠Ｏｃｔ－４基因后，细胞不再分化成内细胞团（ＩＣＭ），而只能发育到囊胚期，小鼠胚胎附植后不久死亡。

但在胚泡形成之前抑制Ｏｃｔ－４功能并不影响卵裂球细胞全能性，这表明早期鼠胚中Ｏｃｔ－４只有在ＩＣＭ变成滋养层细胞阶段为维持其全能性表型而发挥作用。

Ｎｉｗａ等旧曲１认为Ｏｃｔ－４基因与胚胎于细胞（Ｅｓ）细胞分化密切相关，Ｏｃｔ－４控制着多能干细胞的数量。

他们发现，人为调控Ｏｃｔ－４基因在ＥＳ细胞中的表达水平可使ＥＳ细胞向不同方向分化。

Ｏｃｔ－４表达水平上调使Ｅｓ细胞分化为原始内胚层和中胚层，如卵黄囊；Ｏｃｔ－４表达水平下调使Ｅｓ细胞分化为滋养层细胞；只有正常水平的Ｏｃｔ－４能保持ＥＳ细胞的未分化状态和多能性。

Ｏｃｔ－４有别于以“开”或“关”调控方式起作用的调控因子。

Ｏｃｔ－４对特异性靶基因具有抑制作用。

桑椹胚外周细胞中Ｏｃｔ－４表达下调，减弱了对ＨＣＧ基因的抑制，这可能是早期在向滋养层分化时启动的基因表达的方式。

４Ｏｃｔ－４在不同发育阶段的表达Ｏｃｔ－４在全能性胚胎细胞中表达¨…，是细胞全能性的标记，也是维持细胞多能性的转录因子。

Ｏｃｔ－４通过调控下游靶基因而参与正常发育过程，尤其在早期胚胎发育过程中起重要作用。

①从靶细胞到桑椹胚致密化前，Ｏｃｔ－４蛋白在胚胎所有细胞中高水平均一表达。

②致密化桑椹胚到早期囊胚的第一次分化中，外滋层细胞中Ｏｃｔ－４表达下调，ＩＣＭ中维持高表达。

③早期到晚期囊胚的第二次分化后，Ｏｃｔ－４只在上胚层表达，随后进一步分化成内胚层，Ｏｃｔ－４表达消失。

④原肠期Ｏｃｔ－４在上胚层的表达从前端向后端逐渐减弱。

生殖祖细胞从上胚层边缘迁徙至生殖瘠，成为原生殖细胞ＰＧＣ。

ＰＧＣ是原肠期后唯一保留Ｏｃｔ－４表达的细胞，其独特的脱甲基活性可擦除双亲基因组印记。

Ｏｃｔ－４基因的甲基化与细胞分化有关；ＲＡ诱导人ＮＴ２细胞分化为神经细胞，伴随Ｏｃｔ－４基因５７端序列的甲基化和基因表达永久性下调¨１３。

而胚胎可能在原肠期普遍重新甲基化，导致Ｏｃｔ－４表达普遍下调¨２｜。

⑤发育中，丧失Ｏｃｔ－４表达的细胞分化为体细胞，而维持Ｏｃｔ－４表达的细胞则维持多能性，发育为生殖细胞并增殖，直到第１次减数分裂开始，Ｏｃｔ－４下调。

卵母细胞减数分裂完成时，Ｏｃｔ－４恢复表达，作为母系转录因子调节后代胚胎发育，这个过程即全能种系循环。

Ｏｃｔ－４在第１次胚胎分化中阻止ＩＣＭ向滋养外胚层分化，而在第２次分化中促进ＩＣＭ向内胚层和生殖谱系分化。

这些证据表明，Ｏｃｔ－４对抑制ＩＣＭ分化，维持未分化状态是必需的。

转录因子Ｏｃｔ－４的精确表达是维持胚胎干细胞多能性的重要指标，过表达或低表达都会改变胚胎干细胞自我更新状态。

Ｏｃｔ－４与其他转录因子如Ｓｏｘ、ＦｏｘＤ３结合，共同作用于许多下游靶基因的启动子或增强子，正／负调控下游靶基因的表达，从而维持胚胎干细胞的自我更新状态¨３｜。

５Ｏｃｔ－４在成体组织中的表达目前，在成体组织中亦发现Ｏｃｔ－４表达阳性的细胞，可能与适当的体细胞克隆的能力相关。

ＪｉａｎｇＹ等¨４１在人乳腺、肝脏、胰腺、肾脏、间充质和胃等组织的干细胞及人和狗的皮肤基底层发现Ｏｃｔ－４阳性表达的细胞，认为这些Ｏｃｔ－４阳性细胞是多能性干细胞。

另外，又在正常的横纹肌组织和皮肤组织中发现Ｏｃｔ－４表达。

应用人胚胎干细胞培养条件，在人毛囊组织中发现Ｏｃｔ－４阳性的上皮于细胞和黑色素干细胞，能自我修复和分化成多种细胞系。

由于Ｏｃｔ－４阳性表达的细胞已被提示与细胞的干细胞特性相关，因此，其成为组织工程学领域重要的研究内容之一。

在成体组织中，Ｏｃｔ－４在分化的细胞中表达下降或缺如。

Ｉ型乳腺上皮干细胞分化成Ⅱ型细胞时・５４３・第６期农垦医学第３１卷Ｏｃｔ－４的表达明显下降。

人胰腺干细胞分化成内分泌性细胞后便失去Ｏｃｔ－４表达，开始分泌胰岛素。

另外，将Ｏｃｔ－４阳性的鼠神经干细胞移植到成体鼠大脑中，下降调节Ｏｃｔ－４能促进其在活体内分化。

移植Ｏｃｔ－４阳性肾脏干细胞到缺血再灌注损伤肾脏中能分化成肾小管。

因此，研究成体干细胞的分子生物学特性及其生长和分化调节机制将是器官移植领域的研究重点之一。

Ｙｏｕｎｇ等¨纠在出生后的猪和鼠体内分离出的无性系细胞中发现Ｏｃｔ－４有表达。

在出生后的龋齿类动物间充质干细胞中亦检测到Ｏｃｔ－４表达，但与胚胎多能性细胞相比其Ｏｃｔ－４表达量降低１０００倍，这种下降可能与干细胞数量在成体细胞中明显减少有关，加之Ｏｃｔ－４在成体细胞中的表达水平能阻止神经干细胞和乳腺、胰腺干细胞分化，说明低水平的Ｏｃｔ－４表达在成体多能性干细胞中起重要作用，能自我修复来维持干细胞多能性。

６Ｏｃｔ－４与生殖细胞肿瘤原始生殖细胞来源的肿瘤可以衍化为精原细胞瘤（男性）、无性细胞瘤（女性）、胚胎性癌、卵黄囊瘤（内胚窦瘤）、绒毛膜癌、未成熟畸胎瘤、成熟囊性畸胎瘤、卵巢甲状腺肿、类癌等。

其中有的类型又包含多种亚型，常可见到两种以上类型并存，因此，易产生病理学诊断混乱。

而区别不同类型成分，尤其恶性成分，对于临床治疗和判断预后具有重要指导意义。

Ｏｃｔ－４选择性地在生殖细胞肿瘤中的一些特殊类型中表达，而在其它类型或非生殖细胞肿瘤中不表达。

Ｌｏｏｉｊｅｎｇａ等¨刮对包括１００种以上不同类型肿瘤及３６００例癌的多肿瘤组织微阵列分析证实，Ｏｃｔ－４只特异表达于成人生殖细胞肿瘤的特殊类型。

无论患者对化疗是否敏感，总可以检测到精原细胞瘤、无性细胞瘤、性腺母细胞瘤中的Ｏｃｔ－４免疫组化阳性表达，并且这些肿瘤都显示了核染色，而所有的非肿瘤细胞则没有染色。