Bmi1驱动肝癌发生发展的新机制：TGFβ/SMAD信号通路介导的细胞周期调控研究

Bmi1 is a driver oncogene and potential therapeutic target of hepatocellular carcinoma (HCC). Since Bmi1 is also essential for the proliferation of hepatic progenitor cells in livers, uncovering the molecular mechanisms underlying hepatic carcinogenesis driven by Bmi1 will favor the gene therapy targeting Bmi1. In our previous study, we found that Bmi1 maintains the proliferation of liver progenitor cells (oval cells) by repressing Ink4A/Arf. However, Bmi1 promotes the hepatic carcinogenesis and HCC growth independent of Ink4A/Arf. We also found that knockdown of Bmi1 in HCC cells will significantly up-regulate the expression level of TGFβ2 and its downstream molecules. In Bmi1 knockout mice, the TGFβ/SMAD signaling is comprehensively up-regulated as well. These results suggest that TGFβ/SMAD signaling plays an important role in mediating the growth of HCC cells drived by Bmi1. Here, in this proposal, we are trying to uncover the role and mechanism of TGFβ/SMAD signaling for the HCC formation and growth promoted by Bmi1. This study will promote our understanding of the function and mechanism of Bmi1 signaling during HCC initiation and progression, and also accelerate the therapeutic study targeting Bmi1 in HCC.

Bmi1是肝癌发生的一个重要驱动基因及潜在治疗靶点。但由于Bmi1也为肝脏祖细胞增殖所必需，因此有必要研究Bmi1调控肝癌生长分子机制并据此进行针对性治疗。前期研究中发现，Bmi1通过抑制Ink4A/Arf维持肝脏祖细胞增殖，但并不通过Ink4A/Arf驱动肝癌发生发展。在肝癌细胞中沉默Bmi1会显著上调TGFβ2及其下游分子，在Bmi1敲除小鼠肝细胞中TGFβ/SMAD信号分子也普遍上调。同时我们发现Bmi1通过推进细胞周期促进肝癌发生发展，文献亦报道TGFβ/SMAD途径可以在肿瘤中调控细胞周期。这些结果都提示TGFβ/SMAD信号通路可能介导了Bmi1对肝癌的生长调控。在本研究中，我们将研究TGFβ/SMAD信号通路在介导Bmi1驱动肝癌发生发展中的作用和分子机制。本研究的开展将有助于阐明Bmi1在肝癌发生发展中的作用机制，并促进针对Bmi1靶点的肝癌生物治疗研究。

Bmi1在三分之一的肝细胞癌（HCC）患者中高表达，在肝癌发生过程中起癌基因的作用。然而，其根本机制尚不清楚，同时TGFβ信号在HCC中的作用尚未明确。通过本研究，我们发现TGFβ2是肝癌中Bmi1的靶点，具有抑瘤作用。在Bmi1基因敲除小鼠肝脏和肝癌细胞系中，TGFβ2/SMAD级联蛋白表达上调。人和小鼠肝癌组织中TGFβ2的表达与Bmi1的表达呈负相关。在体外，Bmi1基因敲除激活TGFβ2/SMAD信号，通过上调p15和p21导致细胞凋亡。抑制TGFβ2挽救了Bmi1基因敲除对肝癌细胞存活、增殖和细胞周期进程的抑制作用。在体内，TGFβ2表达的阻断了Bmi1/Ras诱导的小鼠肝癌发生。染色质免疫沉淀和荧光素酶报告分析显示，Bmi1作为多克隆抑制复合物1的共同因子与启动子结合，抑制TGFβ2的表达。我们的发现阐明了肝脏Bmi1驱动的癌变的分子机制，并强调了TGFβ2作为肿瘤抑制因子在肝癌发生发展中的重要性。