Bmi1基因与干细胞增殖和肿瘤发生研究进展_王平

动物医学进展，２０１２，３３（６）：１２２－１２５Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ　ＭｅｄｉｃｉｎｅＢｍｉ１基因与干细胞增殖和肿瘤发生研究进展王　平，庞全海＊，夏　玉，张　超，吴崇晖（山西农业大学动物科技学院，山西太谷０３０８０１） 摘　要：干细胞是一类具有自我更新能力并可向多种细胞、组织类型分化的细胞。

Ｂｍｉ１是ＰｃＧ（ｐｏｌｙ－ｃｏｍｂ　ｇｒｏｕｐ）家族重要的调控基因，该基因与干细胞的增殖和肿瘤的发生密切相关，在维持干细胞的自我更新能力中起关键的作用。

增强干细胞自我更新的能力可以改变干细胞的生物特性，继而导致肿瘤的发生。

关键词：干细胞；Ｂｍｉ１基因；肿瘤中图分类号：Ｓ８５２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－５０３８（２０１２）０６－０１２２－０４ 一般认为，肿瘤的发生是细胞自我更新和生长等功能活动中重要的基因突变累积的结果。

而干细胞本身已经具有自我更新的能力，因此其更易发生转变，突变为肿瘤干细胞。

肿瘤干细胞和肿瘤的发生、复发和转移有关。

许多分子和细胞通路与干细胞的增殖以及自我更新密切相关，这些通路包括ＰｃＧ家族基因、Ｎｏｔｃｈ信号通路、Ｗｎｔ信号通路和转化生长因子（ＴＧＦ）－β信号通路。

本文对ＰｃＧ家族基因中的Ｂｍｉ１基因与干细胞的自我更新和肿瘤发生的关系做一综述。

１　Ｂｍｉ１基因Ｂｍｉ１作为原癌基因首先在逆转录病毒引起的小鼠淋巴瘤中被发现，该基因位于小鼠２号染色体，由９个外显子和９个内含子组成。

近年研究表明，Ｂｍｉ１基因与神经干细胞、造血干细胞、人骨髓间充质细胞、白血病干细胞和胚胎肝干细胞的自我更新和增殖密切相关［１－２］。

增强Ｂｍｉ１基因的表达，能够显著增强造血干细胞在体内外的扩增和生长能力，说明Ｂｍｉ１基因ＰｃＧ家族基因中对干细胞自我更新能力的调节起最关键的作用。

Ｂｍｉ１基因能够负调控肿瘤抑制基因ｐ１６Ｉｎｋ４ａ和ｐ１９Ａｒｆ基因［１］。

ｐ１６Ｉｎｋ４ａ和ｐ１９Ａｒｆ基因编码细胞周期依赖激酶抑制剂，调控细胞周期、细胞凋亡和细胞衰老。

在Ｂｍｉ１基因缺陷鼠体内，ｐ１６Ｉｎｋ４ａ基因和ｐ１９Ａｒｆ基因显著增加，干扰二者表达后，造血干细胞和神经干细胞重新获得自我更新能力［３］。

小鼠纤维母细胞和　收稿日期：２０１２－０２－２７　基金项目：国家自然科学基金项目（３０９７２２２３）；山西农业大学基金（６１４１４４；４１２５２８）　作者简介：王　平（１９８７－），男，山西太谷人，助理兽医师，硕士，主要从事动物临床疾病及分子生物学研究。

＊櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙通讯作者Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　Ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　Ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ＳｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓｓｕｉｓＳｅｒｏｔｙｐｅ　２ＷＵ　Ｌｉ－ｚｈｉ　１，２，ＷＡＮＧ　Ｊｉｎ－ｌｉａｎｇ２，ＸＩＡＯ　Ｙｕｅ－ｑｉａｎｇ２，ＬＩ　Ｓｈｕ－ｇｕａｎｇ２，ＺＵ　Ｌｉ－ｃｈｕａｎｇ２，ＷＵ　Ｘｉａｏ－ｘｉｏｎｇ１，ＳＨＥＮ　Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ｉｎ　Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ，４３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｂｉｎｚｈｏｕ　Ａｎｉｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｎｄ　Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｉｎｚｈｏｕ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，２５６６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｓｕｉｓ　ｔｙｐｅ　２（ＳＳ２）ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃ　ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｃａｕｓｅ　ａｍｐｈｉｘｅｎｏ－ｓｉｓ，ｗｈｏｓｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｃａｐｓｕｌａｒ　ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ（ＣＰＳ），ｍｕｒａｍｉｄａｓｅ－ｒｅｌｅａｓｅｄ　ｐｒｏｔｅｉｎ（ＭＲＰ），ｓｕｉｌｙｓｉｎ（Ｓｌｙ），ｆｉｂｒｏｎｅｃｔｉｎ　ｂｉｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｉｎ（ＦＢＰ），ｇｌｕｔａｍａｔｅ　ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ（ＧＤＨ）ｅｔ．，ｂｕｔ　ｔｈｅｃｌｉｎｉｃａｌ　ｓｙｍｐｔｏｍｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ＳＳ２ｄｉｄ　ｎｏｔ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｐｒｏｔｅｉｎ　Ｓａｏ，ｔｈｅ　ｔｗｏ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ（ｓａｌｋ－ｓａｌＲ）ｅｘｉｓｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　８９ｋｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ　ｉｓｌａｎｄ，ｔｈｅ　ｄｌｔＡ　ｇｅｎｅ，ｔｈｅｓｒｔＡ　ｇｅｎｅ，ｄｉｐｅｐｔｉｄｙｌ　ｐｅｐｔｉｄａｓｅ　ＩＶ（ＤＰＰ　ＩＶ），ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　Ｒ（ＣｏｖＲ），ｅｎｏｌａｓｅ，ｇｌｕｔａｍｉｎｅ　ｓｙｎ－ｔｈｅｔａｓｅ（ＧｌｎＡ）ｅｔ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ｔｈｅｓｅ　ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｎｏｓｏｇｅｎｅｓｉｓ　ｉｎ　ＳＳ２ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｓｕｉｓ　ｓｅｒｏｔｙｐｅ　２；ｖｉｒｕｌｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒ；ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ淋巴细胞缺少Ｂｍｉ１基因时，细胞内ｐ１６Ｉｎｋ４ａ基因和ｐ１９Ａｒｆ基因表达上升，细胞周期素ｃｙｃｌｉｎ　Ａ和ｃｙｃｌｉｎ　Ｅ表达下降，纤维母细胞无法进入Ｓ期；而且缺少Ｂｍｉ１基因的纤维母细胞质比例增大，转变为扁平细胞，对生长刺激因子无反应，这些都是纤维母细胞进入衰老期的标志。

经逆转录病毒转染Ｂｍｉ１基因到纤维母细胞后，ｃｙｃｌｉｎＡ和ｃｙｃｌｉｎＥ水平恢复正常。

鼠胚胎肝干细胞经逆转录病毒转染Ｂｍｉ１基因后，ｐ１６Ｉｎｋ４ａ基因和ｐ１９Ａｒｆ基因表达显著下降，肝干细胞自我更新能力增强［４］。

ｐ１６Ｉｎｋ４ａ基因是Ｂｍｉ１基因在体内作用的下游目标分子，Ｂｍｉ１基因通过负调控ｐ１６Ｉｎｋ４ａ基因和ｐ１９Ａｒｆ基因，提高干细胞的自我更新能力［３－４］。

缺乏Ｂｍｉ１基因，会导致造血干细胞和神经干细胞缺失，骨骼、造血和神经系统异常，脾和胸腺严重发育不全以及骨髓中缺乏造血细胞。

１．１　Ｂｍｉ１基因对细胞增殖的影响揭示Ｂｍｉ１在肿瘤发生过程中关键作用的第一个证据是转Ｂｍｉ１基因大鼠体内Ｔ淋巴瘤和Ｂ淋巴瘤的发生过程，该基因受Ｅμ启动子的调控［５－６］，该基因的过表达可以导致淋巴细胞的异常扩增。

同时，淋巴干细胞的增殖潜力和自我更新能力会因为Ｂｍｉ１的缺失而受损［７］。

这些证据表明Ｂｍｉ１基因对于调控新生造血细胞的增殖具有关键性作用。

在转Ｅμ－Ｂｍｉ１基因大鼠Ｂ细胞淋巴瘤的初始阶段，由于ｃ－Ｍｙｃ的过量表达，致使肿瘤发展速度加快。

由此推测，在Ｂｍｉ１和ｃ－Ｍｙｃ原癌基因之间可能存在协同作用。

该过程抑制了Ｍｙｃ诱导的ｐ１９Ａｒｆ的表达，以及由此引发的细胞凋亡［８］。

另有研究表明，Ｂｍｉ１基因在造血干细胞自我更新的过程中起关键作用，该基因可以做为治疗性改造造血干细胞的靶基因。

在体外和体内，Ｂｍｉ１表达的增加都可以刺激造血干细胞的自增殖［９］。

还发现通过反转录病毒和人乳头瘤病毒将Ｂｍｉ１及Ｅ６、Ｅ７和人端粒末端转移酶基因导入分离到的人间充质干细胞中，可以使间充质干细胞在体外增殖达１５０代，且继代后的间充质干细胞能正常被诱导分化为心肌细胞［２］。

对Ｂｍｉ１的研究结果表明，该基因在对成体造血干细胞、成体末梢和中枢神经系统干细胞自增殖效率方面影响很大［７，１１］，但对于分化细胞的影响甚微。

例如，将缺失Ｂｍｉ１基因的胎肝细胞移植到受到破坏性照射的宿主中，可以使造血功能暂时恢复，这表明Ｂｍｉ１基因缺失的胎肝造血干细胞不能产生更多的干细胞，但它们可以产生多潜能的祖细胞，以暂时地维持造血功能。

缺失Ｂｍｉ１基因的神经干细胞在体外自我更新的能力衰竭，但特定祖细胞的增殖和存活能力并没有受到影响［１０］。

Ｂｍｉ１基因在大鼠和人的小脑前体细胞中有大量表达。

体内和体外试验均表明，该基因对粒细胞前体的扩增至关重要。

在生物体中，Ｓｈｈ信号通路的激活，可以引发成神经管细胞瘤。

试验结果表明，Ｂｍｉ１的过量表达、Ｓｈｈ靶蛋白Ｇｌｉ１的过量表达、在小脑粒细胞前体培养基中添加Ｓｈｈ都可以导致小脑粒细胞前体的大量扩增，这表明Ｂｍｉ１的过表达可能是成神经管细胞瘤的另一诱发因素［１１］。

１．２　Ｂｍｉ１信号通路Ｂｍｉ１可以通过抑制ｐ１６和急性背功能衰竭（ａ－ｃｕｔｅ　ｒｅｎａｌ　ｆａｉｌｕｒｅ，ＡＲＦ）的表达阻止肝星状细胞（ｈｅｐａｔｉｃ　ｓｔｅｌｌａｔｅ　ｃｅｌｌｓ，ＨＳＣ）的凋亡。

当Ｂｍｉ１表达缺失时，ｐ１６蛋白的表达能抑制周期蛋白Ｄ－ＣＤ４／ＣＤ６复合物的活性，从而抑制细胞周期循环。

该复合物活性同时也能被ｐ１８抑制，ｐ１８蛋白的缺失会诱导ＨＳＣ的自增殖；Ｂｍｉ１蛋白表达的缺失也会诱导ＡＲＦ的表达，ＡＲＦ能抑制ＭＤＭ２活性，从而通过抑制周期蛋白Ｅ－ＣＤ２复合物的活性激活视神经与细胞瘤蛋白（ｒｅｔｉｎｏｂｌａｓｔｏｍａ　ｐｒｏｔｅｉｎ，Ｒｂ）蛋白。

ｐ２７蛋白也能抑制周期蛋白Ｅ－ＣＤ２复合物的活性。

ｐ２１和ｐ２７蛋白表达的减少同样会诱导ＨＳＣ的自增殖。

在大鼠基因敲除模型中，ＨＳＣ通常表达Ｂｍｉ１、ｐ１８、ｐ２１、ｐ２７，但是没有检测到ｐ１６和ＡＲＦ的表达［１２］。

Ｅ２ａ－Ｐｂｘ１可能诱导Ｂｍｉ１的表达，它很难转化到Ｂｍｉ１基因缺失的造血祖细胞中。

ｐ１６Ｉｎｋ４ａ的强制表达可以改善Ｅ２ａ－Ｐｂｘ１对Ｂ细胞前体存活和分化的不利影响。

这些发现将Ｅ２ａ－Ｐｂｘ１和Ｂｍｉ１的联系定位于同一癌症通路中，此通路通过下调Ｉｎｋ４ａ－Ａｒｆ基因的表达，从而在人类淋巴白血病的发病中起关键作用［１４］。

Ｂｍｉ１的表达可能也受Ｃｉｔｅｄ２基因的诱导，敲除了Ｃｉｔｅｄ２基因的成纤维细胞的Ｂｍｉ１和Ｍｅｌ１８的表达降低。

将Ｃｉｔｅｄ２导入成纤维细胞中，可以诱导Ｂｍｉ１和Ｍｅｌ１８的表达，从而抑制Ｉｎｋ４ａ／Ａｒｆ。

将Ｂｍｉ１和Ｍｅｌ１８导入敲除了Ｃｉｔｅｄ２的成纤维细胞中，同样也能促进细胞增殖［１３］。

２　Ｂｍｉ１基因与干细胞对Ｂｍｉｌ基因进行“丧失功能”分析发现，Ｂｍｉ１基因具有维持造血干细胞的功能。

增强造血干细胞Ｂｍｉｌ基因的表达能够增强其自我更新能力，促进造血干细胞对称分化，增强对称分化的子代细胞干细胞特性；增强Ｂｍｉｌ基因能够显著增强造血干细胞在体内和体外的扩增和生长能力，而缺乏Ｂｍｉ１基因３２１王　平等：Ｂｍｉ１基因与干细胞增殖和肿瘤发生研究进展导致造血干细胞失去自我更新能力［９］。