Bmi-1在肝脏再生、肝干细胞自我更新和肝脏肿瘤发生中的作用研究

肝脏疾病是威胁中国人群健康的重大疾病，我国仅乙肝病毒携带者就超过一亿人，而其中相当一部分人会逐渐发展为肝纤维化和肝癌。近期的一些实验证据表明，在白血病以及一些实体肿瘤中，只有一小部分肿瘤细胞具有无限的增殖能力，并由此而能够形成新的肿瘤。这些具有肿瘤形成能力的细胞就被称为癌干细胞。尽管目前对于肝癌干细胞是否普遍参与肝癌发生还没有定论，但是已经有一些实验证据表明肝脏损伤条件下诱导产生的具有肝干细胞特性的卵圆细胞可能参与肝癌的发生。在本实验室前期研究中，我们发现Bmi-1在肝脏卵圆细胞中高表达。本课题拟利用Bmi-1基因剔除小鼠，研究Bmi-1对卵圆细胞增值和分化的影响；评价Bmi-1-/-成熟肝细胞在FAH-/-小鼠肝再植模型中的再生能力和Bmi-1缺失后小鼠肝肿瘤发生的影响。本研究的顺利开展将有助于深入的认识肝干细胞、肝再生和肝脏肿瘤发生的机制。

在国家自然科学基金(No 31071298)的资助下，我们利用Bmi-1条件性基因剔除小鼠、体外培养的小鼠肝母细胞（hepatoblasts）和肝脏肿瘤细胞系研究了BMI1对于肝脏再生，肝干细胞增殖和肝脏肿瘤发生的作用。通过获得诱导型Bmi-1基因剔除小鼠，研究Bmi-1缺失对DDC诱导的卵圆细胞发生的影响和2/3肝切除后肝脏再生的影响，但是超过90%的基因缺陷小鼠在DDC饮食三周后死亡，100%的小鼠在2/3肝脏切除后死亡。目前小鼠的死亡原因尚不清楚，但是该表型提示了BMI1剔除后对小鼠肝功能可能存在显著影响。进而，我们利用化学生物学手段，建立了一种化学成分明确的培养体系，可维持ED12胎鼠肝母细胞的长期稳定培养。该细胞共表达ALB和CK19，并表达肝干细胞的标志分子BMI1，DLK1，HNF4α， FoxA2和上皮细胞特有的细胞间连接相关分子β-Catenin和E-Cadherin。我们将该细胞命名为eHBs，该细胞具有双向分化潜能，单细胞来源的细胞集落可自发分化为ALB和CK19阳性的细胞群。eHBs在三维Matrigel中培养可分化为胆管样结构，分化后的胆管样结构显示出于正常胆管类似的超微结构和基因表达特征。将GFP标记的eHBs移植到四氯化碳损伤的小鼠体内后， eHBs可参与损伤肝脏的重建并分化为成熟肝细胞。利用表达BMI-1shRNA的慢病毒载体包装获得慢病毒感染体外培养的eHBs后，细胞增值的标志分子Ki-67的细胞表达率也显著下降，表明Bmi-1对肝母细胞的自我更新至关重要。knockdown BMI1以后对细胞的分化潜能没有显著的影响。我们进一步研究了BMI1对肝癌肿瘤发生的影响，我们发现BMI1在肝癌细胞系中普遍高表达；发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以显著下调BMI1基因的表达水平；给予Hepa1-6荷瘤小鼠组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA可显著移植肿瘤细胞的增殖，提示该类化合物可能具有抗肝癌发生的作用；初步的机制研究提示SAHA可能通过下调SP1间接下调了BMI1的表达。