核干细胞生长因子的研究进展

核干细胞因子的研究进展

[摘要] 干细胞和肿瘤细胞相似的自我更新机制意味着它们有一个共同的调节机制。核干细胞因子优先表达在胚胎干细胞和多数肿瘤细胞的细胞核中，它扮演着维持干细胞和肿瘤细胞自我更新和增殖的角色。因而对核干细胞因子的结构、功能和作用机制的研究，可以进一步阐明调控干细胞和肿瘤细胞自我更新的分子机制，也为肿瘤的诊断和治疗提供一个新的思路和方法。

[关键词] 核干细胞因子；干细胞；肿瘤细胞

Advances in the Research on nucleostemin

SUN Yonggang, FANG Dianchun

Department of Gastroenterology, Southwest Hospital, The Third Military Medical University, Chongqing 400038, China

[Abstract] The unique property of stem cells and tumor cells to self-renew suggests specific mechanisms that regulate their cell-cycle progression. Nucleostemin (NS) is expressed preferentially in the nucleoli of embryonic stem cells and several cancer cell lines. It is essential for stem and cancer cell proliferation and implicated in oncogenesis. therefore ,to elucidate the structure,functions and action mechanisms of NS is not only contributes to the understanding of the the mechanisms that regulate stem cells and tumor cells proliferation but also helps to develop new techniques of tumor diagnosis and treatment .this article reviews the advances in the research on nucleostemin

[Key words] nucleostemin; stem cells; tumor cells

干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化增殖潜能的原始细胞,根据干细胞的来源及分化潜能,可将干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞[1]，肿瘤细胞无限增殖特性与干细胞相似，肿瘤可能通常起源于正常干细胞的转化，相似的信号通路可能既调节干细胞也调节癌细胞的自我更新，且肿瘤细胞中可能包含有“肿瘤干细胞”[2]（cancer stem cells）----它们是一些极少的具有自我更新不定潜能的驱使肿瘤形成的细胞正是这群特异性细胞促使肿瘤的产生和发展。2002年，Tsai 和Mckay[3]在研究一些被干细胞优先表达并与细胞增殖调控有关的基因和蛋白

时，报道发现了一个新的核内蛋白。并将它命名为核干细胞因子（nucleostemin NS），本文将就NS的生物学特性及其作用机制做一综述。

1、核干细胞因子的发现及其生物学特性

Tsai等[3]在实验中发现通过无性系的分析显示中枢神经系统干细胞能够从发育的鼠脑中分离出来，在分化以前，所有的干细胞分开并表达巢蛋白，即一种神经上皮前体的特征性中间丝，在培养基中撤掉碱性成纤维细胞生长因子，增加10%的胎牛血清，8天后这些细胞有效的分化为神经元，星形胶质细胞，少突胶质细胞。利用体外中枢神经系统干细胞快速分化的特点，通过使用未分化池作为检验器分化池作为驱动器建立一个消减信息库，从这个信息库里，在皮质层干细胞中鉴定出含量丰富的两个克隆(SR204 和SR75)，一个已知的基因(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)，3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶在胆固醇合成中是个限速酶，在调节果蝇属的原生殖细胞迁移中起着胆固醇依赖性的作用。目前的研究集中在克隆SR204上，发现它在干细胞中丰富的表达，在干细胞分化后表达量迅速下调。SR204 命名为NS是因为它的核仁定位与优先表达在皮质层干细胞。兔的NScDNA包含1810核苷酸，鼠的NScDNA包含1813个核苷酸，序列分析显示全长的mRNAs由1617核苷酸的开放阅读框架，5'非翻译区(UTR)的一个框内终止密码子一个最佳的Kozak序列，3' UTR的多腺苷酸化信号，开放阅读框架编码一个538个氨基酸，分子量为61kD的蛋白，兔与鼠的NS有90%同源性和94%相似性，PROSITE分析和保守区的搜寻鉴定出两个限定GTP结合蛋白的共有基序，N末端的碱基区和C端的酸性结构域。PSORT 分析显示多重核定位系列和卷曲螺旋区，在基因数据库中blast分析显示人类的同系物与兔的序列有81%的同源性，人类的基因是从雌激素诱导的增强表达的乳腺癌细胞系中分离出来的。人的NS基因定位于3p21.1，与小鼠有81%的编码同源，NS蛋白有538个氨基酸，分子量为61KD，由一个碱性区域（B），一个双螺旋区（CC）、GTP结合构件（G4、G1）一个酸性区域（A）组成。

2、核干细胞因子的作用机制

2.1 NS功能的分子机制

为了说明NS功能的分子机制，Tsai等[3]进行了一系列的突变分析，构建了缺失碱性区域（dB；密码子2-46）、卷曲螺旋区域(dCC; 密码子61-87),G4GTP

结合基序、(dG4; 密码子177-180)、G1GTP结合基序(dG1; 密码子256-263)、酸性结构域(DA；密码子460-503)、碱性和G1区域双缺失区域的情况，当转染至U20S细胞，所有的突变体位于细胞核，但是在细胞核的分布表现出不同的分布模式，没有N末端碱性区域（dB），突变蛋白（dB）则在核浆分布更加弥散。另一方面，缺乏G4或G1-GTP结合基序的突变体与核仁区域结合形成不规则聚集物并扭曲核仁结构。为了测试这些突变体形成聚集物的能力是否依赖它们的核仁定位，制成缺失碱基和G1区域的双突变(dB/G1)，虽然这个突变蛋白仍然形成聚集物，但从核仁区域离解而dCC或DA却不能产生与细胞内NS分布或核仁形态相一致的改变，说明N末端碱性区域决定了核仁的定位，GTP结合基序则调节NS蛋白聚集状态

2.2 NS与p53

p53是个一个与应激反应有关的关键细胞周期检查点蛋白和肿瘤抑制基因，功能丧失或基因突变将导致异常的细胞周期恶性循环，细胞生长失控，促使恶性肿瘤形成。p53的功能被几种核仁蛋白调节，包括ARF、Werner 综合征蛋白。ARF是一个通过MDM2来稳定p53的肿瘤抑制因子，它和NS一样，也位于核仁，p53在干细胞群中表达而且在整个分化过程中保持不变，另一方面，ARF的表达水平在中枢神经系统干细胞中是低水平表达，当干细胞分化时候表达水平上调，表达模式与NS相反。ARF敲除的小鼠表现出对衰老的抵抗力增强，带有WRN基因突变的病人显示出基因不稳和过早老化。小鼠NS基因敲除实验和免疫共沉淀发现NS和p53存在于一个蛋白复合体，NS可能与p53相互作用并阻碍它的生长抑制能力。由于在核仁中未发现p53，NS与p53的相互作用可能发生在核质中[3]。Ma[4]等认为NS受ARF的调节，并且NS以p53依赖途径调控着细胞G1/S的转换。

2.3 NS的干扰和过表达

NS蛋白敲除实验揭示NS的功能能够保持干细胞和肿瘤细胞的增殖能力，通过RNAi敲除，8%的U20S细胞残留在细胞周期中，甚至免疫染色不能检测到NS，增殖能力的保持可能是通过剩余的NS所驱动。蔡子微[5]等用NS特异性siRNA表达载体转染Hela细胞，观察转染的Hela细胞体内外增殖的变化，发现体外培养的NS-siRNA-Hela细胞中NS表达显著降低, S期细胞的百分率明显低于正常Hela细

胞组，G0/ G1期细胞百分率显著升高，而处于S期细胞的百分率降低和G0/ G1期百分率的升高则是细胞增殖减慢的一个指标[6]。张志宏[7]等运用RNA干扰抑制膀