Hiwi基因在肿瘤形成中的意义

130021吉林大学第一医院血液肿瘤中心

（长春）

摘 要 肿瘤干细胞学说的提出为肿瘤发生的分子机制、诊断及治疗提供了新的思路。近年来的研究发现，Hiwi基因作为Piwi基因家族的一员，参与干细胞的自我更新、增殖及分化工程的调控，对肿瘤治疗及预后评估等具有重要的意义。本文就Hiwi基因在肿瘤形成中的意义作一综述。

关键词 Hiwi基因 Piwi 肿瘤 干细胞

doi:10.3969/j.issn.1007-614x.2011.06.006

肿瘤特别是恶性肿瘤，是目前危害人类健康最严重的疾病。近年来，随着对肿瘤研究的深入，提出了肿瘤干细胞（TSC）学说。目前已在血液系统肿瘤、胃肠道肿瘤、乳腺肿瘤等多种肿瘤中证实肿瘤干细胞的存在。它具有干细胞样自我更新、无限增殖及分化潜能，是肿瘤发生、发展、侵袭、转移及耐药的决定性因素。

Piwi基因是Lin等于1997年首先在果蝇的生殖干细胞（GSC）内发现的，其在进化过程中高度保守，在从拟南芥到人类不同种属生物的干细胞自我更新、形成及RNA干扰中发挥至关重要的作用。Piwi基因家族包含一个保守结构，由位于中间的PAZ（Piwi/Argonaute/Zwille）结构域和位于C'末端的Piwi box结构域组成，其中Piwi结构域由300个氨基酸组成，和RNaseⅢ核酸内切酶具有结构上的同源性。在小鼠的基因组中，已经证实了两种Piwi同系物，即Miwi I和Piwi L2；在人类也已经确立了Piwi家族的4种成分，即Piwi L1（Hiwi）、Piwi L2（Mili）、Piwi L3和PiwiL4（Hiwi2）。

Hiwi基因的发现及结构

对干细胞调控基因的研究多在低等生物中进行，目前获得的大部分Piwi基因的信息同样也是来自低等生物。但是在人的组织中同样也发现了Piwi的同源物，命名为Hiwi。Hiwi首先在组织中检测到，通过FISH检测将其定位于第12号染色体长臂。Hiwi基因内含子为3.6kb，编码相对分子质量 （Mr）为98.5KD的蛋白，这个蛋白由861个氨基酸组成，与Piwi有52%的同源性，像其他Piwi基因家族成员一样也具有中部保守的结构域和C'末端的Piwi box结构域。

Hiwi基因的表达

Hiwi基因在组织中广泛表达，包括前列腺、卵巢、脑、肝脏、心脏、肾脏和骨骼肌等，其中在胎儿的肾组织中表达水平很高，在成人组织中表达最高；仅在骨髓CD34【sup】+【/sup】细胞中表达，而在间充质干细胞和骨髓基质细胞中则无表达。段永刚等【sup】［1］【/sup】应用免疫组织化学的方法检测发现，在大鼠和附睾组织内也有Hiwi基因的表达，6月龄和12月龄大鼠各级生精细胞支持细胞、间质细胞、类肌细胞和血管内皮细胞均为免疫反应强阳性细胞，附睾上皮细胞有Hiwi基因阳性表达，但24月龄大鼠和附睾组织中Hiwi基因表达下调。陈岐辉等【sup】［2］【/sup】研究发现，Hiwi基因在膀胱癌细胞株T24、BIU-87细胞株中有表达，而在EJ、MGH-U1膀胱癌细胞株中没有表达；正常膀胱组织中低表达，而在膀胱癌组织中高表达。另外，田瑞卿等【sup】［3］【/sup】研究发现，Hiwi在前列腺癌低转移细胞系PC-3M-2B4，卵巢癌细胞ES-2，子宫内膜癌细胞RL-952及胃癌细胞MGC803中的表达水平相对较高，正常淋巴细胞及人胚肾HEK293中也有较弱的表达。因此，推测Hiwi也可能存在于多种正常组织或细胞中，但含量很低而不易检测到。

Hiwi及Piwi基因家族的生物学功能

Piwi家族从属于Argonaute蛋白家族，Argonaute家族蛋白是小RNA复合体的基本组成成员之一，在生物物种中高度保守。当小RNA与具有同源序列的靶mRNA或靶DNA结合后，Argonaute家族蛋白则诱导组蛋白或区域DNA甲基化，以删除部分DNA序列、降解mRNA、抑制翻译活动从而发挥基因沉默作用。人类Argonaute蛋白家族包括Ago亚家族蛋白及与Piwi亚家族，前者与RNA干扰密切相关，参与异染色质沉默，具有切割活性，是RNAi中mRNA断裂必须的；而后者是干细胞保持自我更新、不对称分裂所必需的。Piwi基因过表达影响干细胞的特性，引起干细胞增殖、分裂；Piwi家族基因还参与RNA转录和转录后调控，并且与肿瘤关系密切，其中的Piwi L1（Hiwi）及Piwi L2（Mili）已被证实与肿瘤相关。

Piwi L1（Hiwi）：Sharma等发现，人Hiwi在骨髓CD34【sup】+【/sup】细胞中表达较丰富，随着CD34【sup】+【/sup】细胞的分化，其表达逐渐减少。Hiwi的表达与永生化的白血病细胞KG1丧失增殖能力相关，过表达可导致KG1的凋亡；Qiao等认为Hiwi基因对于生殖细胞肿瘤可能扮演了癌基因的角色。陈歧辉等研究证实通过shRNA高效沉默膀胱癌T24细胞中Hiwi基因的表达，能够造成肿瘤细胞的G1和G2期阻滞，抑制细胞增殖，提示Hiwi基因可能与膀胱癌细胞周期调控相关联。Taubert等发现，Hiwi基因mRNA在预后不佳的病人中表达增加，Hiwi基因的高表达被认为与肿瘤相关的高风险死亡相关。探究其原因，可能Hiwi基因在干细胞自我更新和分化中起平衡作用，且与小RNA途径有关。Grochola等【sup】［4］【/sup】通过研究胰腺导管腺癌（PDCA）患者中Hiwi基因mRNA的水平，揭示了Hiwi基因mRNA的表达水平可能与肿瘤细胞的侵袭能力相关，从而影响PDCA患者的预后。另外，Liu等也证实Hiwi基因可能通过阻滞肿瘤细胞于G2/M期，从而抑制肿瘤细胞增殖。

Piwi L2（Mili）：Lee等已经报道，Mili在前列腺癌、乳腺癌、胃肠癌、卵巢癌等多种肿瘤中广泛表达。小鼠Mili定位在精原细胞的细胞核及精母细胞的胞浆中，人Mili也仅在减数分裂前的生殖细胞中表达。而对于小鼠恶性转化的精原细胞GC-1和人乳腺癌细胞MDA-MB-231而言，Mili表达则仅限于细胞浆。Mili同Hiwi相似，其过表达与肿瘤的发生相关，通过检测NIH-3T3细胞中Mili过表达及应用RNAi技术使Mili沉默时Bcl-XL及Stat3的表达水平，揭示了Mili通过刺激内源性的RNA干涉机制间接激活Stat3/Bcl-XL途径，从而抑制细胞的凋亡过程。Lee等通过干细胞阵列技术研究表明Mili通过调节其他涉及包括干细胞增殖（Pdgfrb）、能量代谢（Slc2al）、黏附（Intga6）及信号传导（Thy-1）的蛋白来调控精原干细胞表型。 piRNA：piRNA是近年来在哺乳动物组织中发现的一类特异表达的内源性小分子RNA，主要存在于哺乳动物的生殖细胞和干细胞中，分子大小集中在26-31nt，特异性地同Argonaute蛋白家族中的Piwi亚家族蛋白结合，对维持生殖系DNA完整、抑制转座子转录、抑制翻译、参与异染色质的形成、执行表观遗传调控和生殖细胞发生等具有重要作用。 干细胞分裂过程涉及广泛的分子机制，其中许多方面都还是未开发的领域。干细胞研究的最终目的是要造福于人类，以Piwi的研究为基础，Hiwi基因特殊的表达模式以及它在造血系统中和其他组织中的表达将为研究人类干细胞分裂和肿瘤形成的机制提供重要而新颖的模式，并为肿瘤的靶向治疗提供新的思路。 参考文献 1 段永刚,熊忠明,李坚雄,等.年龄相关分子c-kit、Hiwi和波形蛋白在不同月龄大鼠和附睾中的表达［J］.中华男科学杂志,2007,13（11）:992-996. 2 陈歧辉,卢绩,姜凤明,等.HIWI基因在膀胱移行细胞癌细胞株中的表达［J］.中国老年学杂志,2009,（02）:171-173. 3 田瑞卿,刘民,李欣,等.PIWIL1在不同肿瘤细胞中的差异性表达［J］.中国生物化学及分子生物学学报,2008,24（11）:1072-1075. 4 Grochola LF,Greither T,Tauber T,et al.The stem cell associated Hiwi gene in human adenocarcinoma of the pancreas: expression and risk of tumour-related death［J］.Br J Cancer,2008,99（7）:1083-1088.