Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究

張澤鋒，王啟儀，沙衛(wèi)紅

1.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東 汕頭515041；2.廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)消化內(nèi)科

Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究

張澤鋒1,2，王啟儀2，沙衛(wèi)紅2

1.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東 汕頭515041；2.廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)消化內(nèi)科

癌基因Bmi-1是多梳基因(PcG)家族中的一員，廣泛表達(dá)于血液腫瘤和多種實(shí)體瘤。Bmi-1對(duì)腫瘤干細(xì)胞具有促進(jìn)和維持作用，并通過PTEN-PI3K/AKT等信號(hào)通路影響腫瘤的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，使細(xì)胞出現(xiàn)形態(tài)學(xué)和基因型上的改變。腫瘤干細(xì)胞和EMT也存在相互作用，共同參與腫瘤的形成、浸潤和轉(zhuǎn)移過程，并介導(dǎo)放化療抵抗性。本文就Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞和EMT的研究現(xiàn)狀作一概述。

Bmi-1；結(jié)腸癌；干細(xì)胞；上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

多梳基因(PcG)家族是首次在果蠅中發(fā)現(xiàn)、能夠重塑染色質(zhì)而表觀遺傳沉默基因的蛋白質(zhì)家族；其在胚胎發(fā)育、腫瘤發(fā)生和干細(xì)胞維持中起重要作用。1991年首次在鼠淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)Bmi-1基因(B cell-specific MLV inte-gration site-1)，現(xiàn)已證實(shí)廣泛參與多種實(shí)體瘤的發(fā)生、發(fā)展過程[1-3]。腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells,CSCs)是指具自我更新能力并能產(chǎn)生異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞[4]；上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transformation,EMT)是指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程[5]。研究發(fā)現(xiàn)，癌基因Bmi-1與腫瘤干細(xì)胞和EMT三者間存在交互性聯(lián)系。本文就Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞EMT的研究進(jìn)行概述。

1 Bmi-1的基因結(jié)構(gòu)和功能

人Bmi-1基因位于10p11.23，DNA大小為4.9 kb,含10 276個(gè)堿基；其蛋白表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)、染色質(zhì)或染色體。Bmi-1蛋白N-末端的環(huán)指結(jié)構(gòu)和中心區(qū)的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋-轉(zhuǎn)角DNA保守結(jié)合模序(H-T-H-T)，兩者在延長細(xì)胞生存期和抑制P16上是不可或缺的，敲除后Bmi-1基因出現(xiàn)失活和早衰[6]。

隨后研究表明，Bmi-1蛋白是PcG PRC1復(fù)合體(Bmi-1和RING1A)成員之一，通過提高催化額外亞單元RNF2/RING2的E3泛素蛋白酶活性，引起染色質(zhì)重塑和組蛋白修飾，介導(dǎo)組蛋白H2A Lys-119的泛素化，使染色質(zhì)發(fā)生表觀遺傳學(xué)改變，從而抑制其他基因轉(zhuǎn)錄[7-8]。

2 結(jié)腸癌的臨床特征

大腸癌發(fā)病率及病死率居惡性腫瘤第三位，每年新發(fā)120萬例，死亡人數(shù)每年超過60萬例[9]。大腸癌的發(fā)生是多階段、多基因改變積累的復(fù)雜過程；約20%歸因危險(xiǎn)度與遺傳背景相關(guān)，包括林奇綜合征和家族性腺瘤樣息肉增生；傳統(tǒng)上認(rèn)為結(jié)腸癌與APC、MCC、K-ras等基因的突變以及DCC、P53、MMR等基因的失活相關(guān)；近期研究發(fā)現(xiàn)，參與結(jié)腸癌發(fā)病過程還包括Bmi-1、ADAM8、DDX46、FRAT1、SLC12A5、Notch4等基因。其中，Bmi-1被證實(shí)在結(jié)腸癌組織中高表達(dá)，并與腫瘤的分化、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[10]。

早期結(jié)腸癌無明顯癥狀，晚期主要以排便行為改變、腹部癥狀及腸外轉(zhuǎn)移表現(xiàn)而就診。盡管結(jié)腸癌根治性手術(shù)5年生存率達(dá)50%以上，但確診時(shí)已有15%～25%患者出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移，而最終50%～60%患者伴有轉(zhuǎn)移，并有80%～90%患者發(fā)生不可切除性肝轉(zhuǎn)移。發(fā)生轉(zhuǎn)移后患者的5年生存率低于10%。從結(jié)腸癌截然相反的生存率和生物學(xué)特性上看，轉(zhuǎn)移成為治療結(jié)腸癌的關(guān)鍵問題，也是面臨的棘手問題。進(jìn)一步探討結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的信號(hào)機(jī)制，將能早期或及時(shí)終止結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲，并以此為新的治療靶點(diǎn)給結(jié)腸癌患者帶來新希望。

3 Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞

2007年，O’ Brien[11]首次成功分離出CD133+結(jié)腸癌干細(xì)胞，隨后CD44、CD166、CD29、EpCAM、Lgr5、ALDH1等結(jié)腸癌干細(xì)胞標(biāo)記物被發(fā)現(xiàn)，提示結(jié)腸癌也是一種干細(xì)胞疾病。腫瘤干細(xì)胞是指少數(shù)具有自我更新能力并能產(chǎn)生異質(zhì)性細(xì)胞的腫瘤細(xì)胞。目前認(rèn)為，腫瘤干細(xì)胞是腫瘤發(fā)生、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥的啟動(dòng)細(xì)胞，并作為腫瘤治療研究的重要靶細(xì)胞。由于多數(shù)腫瘤干細(xì)胞處于靜止期，表達(dá)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCG2，因而能有效排出藥物而產(chǎn)生抵抗性。此外，研究發(fā)現(xiàn)Bmi-1能介導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞產(chǎn)生放化療抵抗性[12-13]。

Bmi-1在結(jié)腸癌組織中呈高表達(dá)，而既往研究表明Bmi-1能調(diào)節(jié)正常干細(xì)胞生長，因而Bmi-1對(duì)結(jié)腸癌干細(xì)胞的作用更具有研究意義。2006年，Haraguchi等[14]發(fā)現(xiàn)標(biāo)記CD133+的結(jié)腸癌SP細(xì)胞(側(cè)群細(xì)胞)中Bmi-1表達(dá)明顯增高。2013年，Zhang等[15]提出Bmi-1與結(jié)直腸癌干細(xì)胞有密切關(guān)系。上述研究結(jié)果提示Bmi-1很可能通過某類介質(zhì)或信號(hào)通路調(diào)節(jié)結(jié)腸癌干細(xì)胞的致癌和轉(zhuǎn)移侵襲過程，尋找兩者的相關(guān)介質(zhì)和信號(hào)通路將能更好地解釋結(jié)腸癌的發(fā)病模式。

4 EMT與結(jié)腸癌干細(xì)胞

EMT是指上皮細(xì)胞失去極性，經(jīng)過細(xì)胞骨架重塑，轉(zhuǎn)變成具有遷移能力的間充質(zhì)表型過程。其過程伴隨著E-鈣黏素、角蛋白等上皮標(biāo)志物的減少和波形蛋白、纖維連接素、鈣黏蛋白等間質(zhì)標(biāo)志物的增加。相關(guān)研究表明，EMT參與了腫瘤惡性表型轉(zhuǎn)化的啟動(dòng)過程，是腫瘤開始轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟[16]。

在乳腺癌、前列腺癌等研究中，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)EMT過程中能增加腫瘤啟動(dòng)細(xì)胞的數(shù)量、促進(jìn)干性特征和表面標(biāo)志物表達(dá)。這提示EMT具有產(chǎn)生干細(xì)胞表型能力，并在腫瘤的轉(zhuǎn)移和放化療抵抗性中扮演了重要角色。Bhat-Nakshatri等[17]研究證實(shí)了上述觀點(diǎn)，EMT介導(dǎo)中的CD44+CD24-或CD44+CD24+細(xì)胞取決于基因誘導(dǎo)或與EMT有關(guān)。CD44是結(jié)腸癌干細(xì)胞的重要標(biāo)志物，因而在結(jié)腸癌細(xì)胞的EMT可能產(chǎn)生結(jié)腸癌干細(xì)胞，然而尚缺乏相關(guān)直接研究證據(jù)。EMT能產(chǎn)生干細(xì)胞表型，CSCs同樣具有EMT特征。2013年，冷政偉等[18]培養(yǎng)出具有CSCs特征的結(jié)腸癌細(xì)胞球，其轉(zhuǎn)移特性與EMT有密切關(guān)系。此外也有報(bào)道稱EMT和CSCs在干細(xì)胞巢中可以出現(xiàn)轉(zhuǎn)化。上述研究結(jié)果提示CSCs和EMT存在相互作用，兩者共同參與腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵襲和治療抵抗過程。

5 結(jié)腸癌干細(xì)胞的信號(hào)通路

Wnt/β-catenin、TGF-β、Notch、Hedgehog等信號(hào)通路在維持腫瘤干細(xì)胞的生長和功能完整性上起重要作用。Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與包括結(jié)腸癌等多種上皮腫瘤干細(xì)胞的自我更新，并且突變的APC 基因更容易引起Wnt 信號(hào)通路的激活[19]，這也解釋了在家族性腺瘤病的患者中更容易罹患結(jié)腸癌。在結(jié)腸癌干細(xì)胞的亞群中，Wnt 信號(hào)通路呈現(xiàn)持續(xù)的激活狀態(tài)[20]。研究發(fā)現(xiàn)，Notch 信號(hào)在結(jié)腸癌干細(xì)胞或結(jié)腸癌初始細(xì)胞的表達(dá)較結(jié)腸癌細(xì)胞系中高10～30 倍，并進(jìn)一步提出Notch信號(hào)能夠通過抑制p27阻止結(jié)腸癌干細(xì)胞凋亡[21]。Hedgehog和TGF-β信號(hào)通路在結(jié)腸癌干細(xì)胞的增殖、分化和轉(zhuǎn)移上同樣發(fā)揮了重要作用。然而以上通路在維持正常干細(xì)胞特性也具有較強(qiáng)作用[22]，因此，尋找結(jié)腸癌干細(xì)胞的特異信號(hào)通路、協(xié)同介質(zhì)、調(diào)控靶基因等將有助于發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)和提高治療效果。

6 EMT的轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路

EMT的轉(zhuǎn)錄因子包括Snail、Slug、NF-κB、Twist等，其中Snail是多條轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控信號(hào)節(jié)點(diǎn)，包括基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)誘導(dǎo)EMT的相關(guān)過程。Yook等[23]發(fā)現(xiàn)在Wnt信號(hào)通路中通過表達(dá)Snail而誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞EMT形成。Jethwa等[24]研究發(fā)現(xiàn)Slug是誘導(dǎo)食管腺癌EMT的唯一轉(zhuǎn)錄因子。Huber等[25]研究發(fā)現(xiàn)NF-κB是誘導(dǎo)和維持乳腺癌EMT的必須因素。Lee等[26]研究發(fā)現(xiàn)Twist的過度表達(dá)與肝癌轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)EMT相關(guān)。

EMT的主要信號(hào)通路包括TGF-β、Wnt、Notch、Hedgehog、PI3K/蛋白激酶B、NF-κB和MAPK信號(hào)通路[27]。然而，腫瘤的EMT并不局限于單一信號(hào)通路，各通路中還存在串流，這也間接提供了腫瘤產(chǎn)生放化療抵抗的相關(guān)分子基礎(chǔ)。

7 Bmi-1與結(jié)腸癌干細(xì)胞的EMT信號(hào)通路

在頭頸部腫瘤、鼻咽癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、子宮內(nèi)膜癌等研究中發(fā)現(xiàn)，下調(diào)或干擾Bmi-1表達(dá)能抑制腫瘤的EMT，敲除該基因后可減少癌細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移[28-31]。近期發(fā)現(xiàn)下調(diào)或干擾Bmi-1后，同樣能夠減少結(jié)腸癌干細(xì)胞表達(dá)和/或抑制其發(fā)生EMT。

基于上述研究，結(jié)腸癌干細(xì)胞和EMT存在相同的信號(hào)通路，這提示兩者很可能存在相互作用；然而Bmi-1同時(shí)調(diào)節(jié)結(jié)腸癌干細(xì)胞和EMT的信號(hào)通路仍未明確。在鼻咽癌、乳腺癌、肝細(xì)胞癌等研究中發(fā)現(xiàn)，Bmi-1通過下調(diào)AKT或抑制PTEN基因而影響EMT。2012年，廖雯婷等[32]報(bào)道在結(jié)直腸癌中Bmi-1與PTEN和E-鈣黏素呈負(fù)相關(guān)，這從組織學(xué)水平上證實(shí)Bmi-1對(duì)PTEN及E-鈣黏素的調(diào)控關(guān)系，而E-鈣黏素的下降認(rèn)為是EMT的標(biāo)志性事件，從而間接提出Bmi-1 可能通過PTEN-PI3K/AKT信號(hào)通路調(diào)控結(jié)腸癌干細(xì)胞的EMT。然而，PTEN-PI3K/AKT信號(hào)通路如何介導(dǎo)結(jié)腸癌干細(xì)胞的EMT以及是否存在其他通路的串流需要后續(xù)更加深入的研究加以證實(shí)。

8 展望

Bmi-1參與結(jié)腸癌的表達(dá)，并與腫瘤的臨床分期、浸潤深度和轉(zhuǎn)移程度密切相關(guān)。針對(duì)結(jié)腸癌治療時(shí)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移、放化療抵抗性等難題，將CSCs、EMT共同調(diào)控兩者的靶基因Bmi-1相結(jié)合的研究，勢(shì)必能從多方面更加有效阻止腫瘤進(jìn)展。由于腫瘤轉(zhuǎn)移中復(fù)雜的信號(hào)通路，目前尚未完全闡明相關(guān)機(jī)制。后續(xù)更加深入和全面的研究將揭開結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的真面目，并以此為靶點(diǎn)提供一種更及時(shí)有效的治療模式，造福于結(jié)腸癌患者。

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(責(zé)任編輯：李 健)

Research on the interaction between Bmi-1 and epithelial-mesenchymal transition of colon cancer stem cells

ZHANG Zefeng1,2,WANG Qiyi2,SHA Weihong2

1.Shantou University Medical College,Shantou 515041; 2.Department of Gastroenterology,Guangdong General Hospital (Guangdong Academy of Medical Sciences),China

The Bmi-1 oncogene,member of the Polycomb gene (PcG) family,is widely expressed in hematologic malignancies and many solid tumors. Recent studies have found that,Bmi-1 can promote and maintain the features of cancer stem cells,also affect the epithelial-mesenchymal transition of cancers through the PTEN-PI3K/AKT signaling pathway,resulting in morphological changes and genetic alterations of cancer cells. There still exist interactions between cancer stem cells and epithelial-mesenchymal transition,which together play a vital role in the formation,invasion and metastasis of cancers and mediating chemotherapy and radiotherapy resistance. This paper is to present an overview upon the research status of Bmi-1 and epithelial-mesenchymal transformation with colon cancer stem cells.

Bmi-1; Colon cancer; Stem cells; Epithelial-mesenchymal transition

張澤鋒，醫(yī)師，在讀碩士，研究方向：消化道腫瘤等疾病。E-mail: 503274480@qq.com

王啟儀，主任醫(yī)師，研究方向：消化道腫瘤等疾病。E-mail: qiyiw@163.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.02.003

R735.3+4

A

1006-5709(2016)02-0130-04

2015-04-16