Bmi-1与结肠癌干细胞上皮-间质转化的研究

张泽锋，王启仪，沙卫红

1.汕头大学医学院，广东 汕头515041；2.广东省人民医院(广东省医学科学院)消化内科

Bmi-1与结肠癌干细胞上皮-间质转化的研究

张泽锋1,2，王启仪2，沙卫红2

1.汕头大学医学院，广东 汕头515041；2.广东省人民医院(广东省医学科学院)消化内科

癌基因Bmi-1是多梳基因(PcG)家族中的一员，广泛表达于血液肿瘤和多种实体瘤。Bmi-1对肿瘤干细胞具有促进和维持作用，并通过PTEN-PI3K/AKT等信号通路影响肿瘤的上皮-间质转化(EMT)，使细胞出现形态学和基因型上的改变。肿瘤干细胞和EMT也存在相互作用，共同参与肿瘤的形成、浸润和转移过程，并介导放化疗抵抗性。本文就Bmi-1与结肠癌干细胞和EMT的研究现状作一概述。

Bmi-1；结肠癌；干细胞；上皮-间质转化

多梳基因(PcG)家族是首次在果蝇中发现、能够重塑染色质而表观遗传沉默基因的蛋白质家族；其在胚胎发育、肿瘤发生和干细胞维持中起重要作用。1991年首次在鼠淋巴瘤中发现Bmi-1基因(B cell-specific MLV inte-gration site-1)，现已证实广泛参与多种实体瘤的发生、发展过程[1-3]。肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)是指具自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞[4]；上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transformation,EMT)是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程[5]。研究发现，癌基因Bmi-1与肿瘤干细胞和EMT三者间存在交互性联系。本文就Bmi-1与结肠癌干细胞EMT的研究进行概述。

1 Bmi-1的基因结构和功能

人Bmi-1基因位于10p11.23，DNA大小为4.9 kb,含10 276个碱基；其蛋白表达在细胞质、染色质或染色体。Bmi-1蛋白N-末端的环指结构和中心区的螺旋-转角-螺旋-转角DNA保守结合模序(H-T-H-T)，两者在延长细胞生存期和抑制P16上是不可或缺的，敲除后Bmi-1基因出现失活和早衰[6]。

随后研究表明，Bmi-1蛋白是PcG PRC1复合体(Bmi-1和RING1A)成员之一，通过提高催化额外亚单元RNF2/RING2的E3泛素蛋白酶活性，引起染色质重塑和组蛋白修饰，介导组蛋白H2A Lys-119的泛素化，使染色质发生表观遗传学改变，从而抑制其他基因转录[7-8]。

2 结肠癌的临床特征

大肠癌发病率及病死率居恶性肿瘤第三位，每年新发120万例，死亡人数每年超过60万例[9]。大肠癌的发生是多阶段、多基因改变积累的复杂过程；约20%归因危险度与遗传背景相关，包括林奇综合征和家族性腺瘤样息肉增生；传统上认为结肠癌与APC、MCC、K-ras等基因的突变以及DCC、P53、MMR等基因的失活相关；近期研究发现，参与结肠癌发病过程还包括Bmi-1、ADAM8、DDX46、FRAT1、SLC12A5、Notch4等基因。其中，Bmi-1被证实在结肠癌组织中高表达，并与肿瘤的分化、转移密切相关[10]。

早期结肠癌无明显症状，晚期主要以排便行为改变、腹部症状及肠外转移表现而就诊。尽管结肠癌根治性手术5年生存率达50%以上，但确诊时已有15%～25%患者出现肝转移，而最终50%～60%患者伴有转移，并有80%～90%患者发生不可切除性肝转移。发生转移后患者的5年生存率低于10%。从结肠癌截然相反的生存率和生物学特性上看，转移成为治疗结肠癌的关键问题，也是面临的棘手问题。进一步探讨结肠癌转移的信号机制，将能早期或及时终止结肠癌的转移和侵袭，并以此为新的治疗靶点给结肠癌患者带来新希望。

3 Bmi-1与结肠癌干细胞

2007年，O’ Brien[11]首次成功分离出CD133+结肠癌干细胞，随后CD44、CD166、CD29、EpCAM、Lgr5、ALDH1等结肠癌干细胞标记物被发现，提示结肠癌也是一种干细胞疾病。肿瘤干细胞是指少数具有自我更新能力并能产生异质性细胞的肿瘤细胞。目前认为，肿瘤干细胞是肿瘤发生、复发、转移和耐药的启动细胞，并作为肿瘤治疗研究的重要靶细胞。由于多数肿瘤干细胞处于静止期，表达ABC转运蛋白ABCG2，因而能有效排出药物而产生抵抗性。此外，研究发现Bmi-1能介导肿瘤干细胞产生放化疗抵抗性[12-13]。

Bmi-1在结肠癌组织中呈高表达，而既往研究表明Bmi-1能调节正常干细胞生长，因而Bmi-1对结肠癌干细胞的作用更具有研究意义。2006年，Haraguchi等[14]发现标记CD133+的结肠癌SP细胞(侧群细胞)中Bmi-1表达明显增高。2013年，Zhang等[15]提出Bmi-1与结直肠癌干细胞有密切关系。上述研究结果提示Bmi-1很可能通过某类介质或信号通路调节结肠癌干细胞的致癌和转移侵袭过程，寻找两者的相关介质和信号通路将能更好地解释结肠癌的发病模式。

4 EMT与结肠癌干细胞

EMT是指上皮细胞失去极性，经过细胞骨架重塑，转变成具有迁移能力的间充质表型过程。其过程伴随着E-钙黏素、角蛋白等上皮标志物的减少和波形蛋白、纤维连接素、钙黏蛋白等间质标志物的增加。相关研究表明，EMT参与了肿瘤恶性表型转化的启动过程，是肿瘤开始转移的关键步骤[16]。

在乳腺癌、前列腺癌等研究中，发现诱导EMT过程中能增加肿瘤启动细胞的数量、促进干性特征和表面标志物表达。这提示EMT具有产生干细胞表型能力，并在肿瘤的转移和放化疗抵抗性中扮演了重要角色。Bhat-Nakshatri等[17]研究证实了上述观点，EMT介导中的CD44+CD24-或CD44+CD24+细胞取决于基因诱导或与EMT有关。CD44是结肠癌干细胞的重要标志物，因而在结肠癌细胞的EMT可能产生结肠癌干细胞，然而尚缺乏相关直接研究证据。EMT能产生干细胞表型，CSCs同样具有EMT特征。2013年，冷政伟等[18]培养出具有CSCs特征的结肠癌细胞球，其转移特性与EMT有密切关系。此外也有报道称EMT和CSCs在干细胞巢中可以出现转化。上述研究结果提示CSCs和EMT存在相互作用，两者共同参与肿瘤的转移、侵袭和治疗抵抗过程。

5 结肠癌干细胞的信号通路

Wnt/β-catenin、TGF-β、Notch、Hedgehog等信号通路在维持肿瘤干细胞的生长和功能完整性上起重要作用。Wnt/β-catenin信号通路参与包括结肠癌等多种上皮肿瘤干细胞的自我更新，并且突变的APC 基因更容易引起Wnt 信号通路的激活[19]，这也解释了在家族性腺瘤病的患者中更容易罹患结肠癌。在结肠癌干细胞的亚群中，Wnt 信号通路呈现持续的激活状态[20]。研究发现，Notch 信号在结肠癌干细胞或结肠癌初始细胞的表达较结肠癌细胞系中高10～30 倍，并进一步提出Notch信号能够通过抑制p27阻止结肠癌干细胞凋亡[21]。Hedgehog和TGF-β信号通路在结肠癌干细胞的增殖、分化和转移上同样发挥了重要作用。然而以上通路在维持正常干细胞特性也具有较强作用[22]，因此，寻找结肠癌干细胞的特异信号通路、协同介质、调控靶基因等将有助于发现新的治疗靶点和提高治疗效果。

6 EMT的转录因子和信号通路

EMT的转录因子包括Snail、Slug、NF-κB、Twist等，其中Snail是多条转导通路的调控信号节点，包括基质金属蛋白酶(MMPs)诱导EMT的相关过程。Yook等[23]发现在Wnt信号通路中通过表达Snail而诱导乳腺癌细胞EMT形成。Jethwa等[24]研究发现Slug是诱导食管腺癌EMT的唯一转录因子。Huber等[25]研究发现NF-κB是诱导和维持乳腺癌EMT的必须因素。Lee等[26]研究发现Twist的过度表达与肝癌转移和诱导EMT相关。

EMT的主要信号通路包括TGF-β、Wnt、Notch、Hedgehog、PI3K/蛋白激酶B、NF-κB和MAPK信号通路[27]。然而，肿瘤的EMT并不局限于单一信号通路，各通路中还存在串流，这也间接提供了肿瘤产生放化疗抵抗的相关分子基础。

7 Bmi-1与结肠癌干细胞的EMT信号通路

在头颈部肿瘤、鼻咽癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、子宫内膜癌等研究中发现，下调或干扰Bmi-1表达能抑制肿瘤的EMT，敲除该基因后可减少癌细胞的扩散和转移[28-31]。近期发现下调或干扰Bmi-1后，同样能够减少结肠癌干细胞表达和/或抑制其发生EMT。

基于上述研究，结肠癌干细胞和EMT存在相同的信号通路，这提示两者很可能存在相互作用；然而Bmi-1同时调节结肠癌干细胞和EMT的信号通路仍未明确。在鼻咽癌、乳腺癌、肝细胞癌等研究中发现，Bmi-1通过下调AKT或抑制PTEN基因而影响EMT。2012年，廖雯婷等[32]报道在结直肠癌中Bmi-1与PTEN和E-钙黏素呈负相关，这从组织学水平上证实Bmi-1对PTEN及E-钙黏素的调控关系，而E-钙黏素的下降认为是EMT的标志性事件，从而间接提出Bmi-1 可能通过PTEN-PI3K/AKT信号通路调控结肠癌干细胞的EMT。然而，PTEN-PI3K/AKT信号通路如何介导结肠癌干细胞的EMT以及是否存在其他通路的串流需要后续更加深入的研究加以证实。

8 展望

Bmi-1参与结肠癌的表达，并与肿瘤的临床分期、浸润深度和转移程度密切相关。针对结肠癌治疗时出现的转移、放化疗抵抗性等难题，将CSCs、EMT共同调控两者的靶基因Bmi-1相结合的研究，势必能从多方面更加有效阻止肿瘤进展。由于肿瘤转移中复杂的信号通路，目前尚未完全阐明相关机制。后续更加深入和全面的研究将揭开结肠癌转移的真面目，并以此为靶点提供一种更及时有效的治疗模式，造福于结肠癌患者。

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(责任编辑：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

张泽锋，医师，在读硕士，研究方向：消化道肿瘤等疾病。E-mail: 503274480@qq.com

王启仪，主任医师，研究方向：消化道肿瘤等疾病。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