郭玉萍2，李恩中1，李澜3，李德雪3
［摘要］ Nanog 是近年来在胚胎干细胞( ES 细胞) 内发现的一个重要转录因子，该因子对维持ES 细胞的自我更新
及全能性起着关键作用。本文简要综述了Nanog 对细胞增殖的作用及其机制。
［关键词］ Nanog; 细胞增殖; 作用机制; 胚胎干细胞; 转录因子; 基因，同源盒; 基因表达
［中图分类号］ Q25 ［文献标志码］ A
［文章编号］ 1674-9960( 2011) 07-0546-03
Advances in the biological functions of Nanog
GUO Yu-ping 2，LI En-zhong 1* ，LI Lan3，LI De-xue 3*
( 1.Huanghuai College，Zhumadian 463000，China; 2． Anyang Normal College，Anyang 455002，China; 3． Beijing Institute of Basic Medical Sciences，Beijing 100850，China)
［Abstract］ Nanog，a master transcription factor，was found in embryonic stem cells ( ESCs) in recent years． Nanog is vitally important for self-renewal and pluripotency of ESCs． In the present paper，we summarized the effect of Nanog on cell proliferation and its mechanism．
［Key words］ Nanog; cell proliferation; mechanism of action; embryonic stem cells; transcription factors; genes，homeobox;gene expression.
2003 年Chambers 等［1］和Mitsui 等［2］分别在胚胎干细胞( ES 细胞) 内发现并报道了一个新的转录因子，该因子可维持ES 细胞的自我更新及全能性，从而使ES 细胞得以长生不衰，因此该因子被命名为Nanog。Nanog 属于ANTP 类，NK 基因家族，Nanog 基因属于同源盒基因。其同源域在不同品系小鼠中有94%同源，在不同人种中有87% 同源，小鼠和大鼠、小鼠和人之间各具有94% 和87% 的同源性。鼠Nanog 蛋白由305 个氨基酸构成，包含同源域( homeodomain)、N 端和C 端等3 个区域。其中同源域是蛋白质和DNA 的结合区域，N 端富含苏氨酸和丝氨酸，可能参与磷酸化作用，C 端含有W 重复序列。人Nanog 基因位于12 号染色体，全长7． 84 Mb; 小鼠Nanog 基因位于6F2 区域，全长7.1 kb，含4 个外显子，剪接位点符合GT-AG 规则，同源框序列位于第2 和第3 外显子。近年来，对Nanog 基因的研究取得了很大进展。本文就该基因对细胞增殖的影响及促进细胞增殖的机制进行简要总结和评述，并对其研究前景进行展望。
1 Nanog 的组织表达特征
Nanog 主要表达于胚泡的内细胞团( inner cell mass，ICM) ［3］。在早期胚胎、胚胎生殖细胞、未分化的ES 细胞中高表达［1，4-6］，在ES 细胞分化过程中其表达下调［1，4］，在人角膜缘基底层中也检测到Nanog 的表达［7］，在小鼠睾丸、卵巢、肝、脾、肾、脑等成体组织中有微量表达，而在成纤维细胞、骨骼等已分化的细胞和成体组织中未检测到Nanog 基因的表达［8］。这些结果表明，Nanog 基因表达与细胞的分裂、分化情况以及细胞的干细胞特性密切相关。在分裂旺盛的细胞中，Nanog 基因高表达，而随着细胞分化程度的加深 Nanog 基因的表达量降低，直至在完全分化的细胞中不表达。因此，深入研究成体组织中Nanog 的表达情况具有重要意义，有利于了解成体干细胞的分子生物学特性及其分裂分化机制。
［基金项目］ 国家自然科学基金资助项目( 30972090) ; 河南省自然科学基金资助项目( 102300410036) ; 河南省高校科技创新人才资助计划( 2011HASTIT031) ; 河南省高校青年骨干教师资助计划;
［作者简介］ 郭玉萍，女，安阳师范学院讲师，研究方向: 精原干细胞，E-mail: yupingguo@tom．com
2 Nanog 与干细胞自我更新和多能性维持
在ES 细胞中，Nanog 与ES 细胞的自我更新及其未分化状态的维持具有非常密切的关系。Darr 等［9，10］的研究结果显示，在Nanog 过表达的情况下人ES 细胞可以在无饲养层的条件下分裂，并保持其全能性。前述Chambers 等和Mitsui等将成年小鼠神经细胞与高表达Nanog 的ES 细胞混合培养，结果发现，其中的神经细胞也表现出胚胎干细胞的特征。Zhang 等［11］将Nanog 转染小鼠成纤维细胞，发现Nanog 的表达能够推动该高度分化的细胞重新进入S 期。Yu 等［5］利用
逆转录病毒将Nanog 基因转染人成纤维细胞，也得到类似结果。他们发现转染了Nanog 基因的人成纤维细胞发生逆转而成为多能细胞，并据此认为Nanog 在体细胞基因组程序重排方面起着重要作用。Silva 等［12］也发现在成体细胞重获全能性过程中，Nanog 起到至关重要的作用。可见，Nanog 作为维持ES 细胞自我更新和多能性的关键因子，不仅能够促进ES 细胞的自我更新，保持ES 细胞的未分化特性，而且能够使终端分化细胞重新进入细胞周期而进行增殖活动。
3 Nanog 与肿瘤发生
Nanog 在多种上皮来源的肿瘤细胞、体外培养的肿瘤细胞、异体移植物等都有不同程度的表达，其在肿瘤的表达高于正常组织。肿瘤细胞中Nanog 基因的mRNA 主要来自于一个称为NanogP8 的逆基因位点。人们对Nanog 与ES 细胞瘤及生殖细胞瘤之间的关系研究较多，Nanog 在胚胎瘤细胞、畸胎瘤组织、睾丸原位癌( testicular carcinoma in situ，CIS) 及精原细胞瘤中特异性表达［7，13］，而正常睾丸中未见Nanog 的表达［14］。Siu 等［15］发现Nanog 在绒毛膜癌细胞中的表达水平显著高于正常胎盘，并且干扰Nanog 的表达可导致绒毛膜癌细胞系JEG-3 凋亡增强。在乳腺癌、胶质瘤、膀胱癌、肺癌及人肉瘤细胞系等体细胞肿瘤中同样发现有Nanog 的表达，而且肿瘤分化级别越高，其表达越强［16-18］。另外，沉默或剔除Nanog 基因可导致细胞周期阻滞，抑制肿瘤发展，并可诱导肿瘤细胞分化。这些研究结果充分表明，Nanog 基因的表达与肿瘤分化状态密切相关，在促进肿瘤细胞的发生发展以及抗凋亡方面具有重要作用，可作为细胞全能性和肿瘤诊断的标志物。
4 Nanog 与其他转录因子的相互调控
4.1 Nanog 与gata4 /6
Nanog 维持ES 细胞多能性及自我更新的机制尚不十分清楚，其可能的机制是通过抑制分化基因gata4 和gata6 的转录而起作用。其中， gata4 失活时， gata6 表达增强，而gata6失活时，gata4 表达减弱，表明gata6 可能是gata4 的上游基因。研究显示，gata6 增强子区含有Nanog 基因的DNA 识别序列，Nanog 可结合于gata6 的增强子而直接调控gata6 的表达。Nanog 缺陷的细胞中gata6 和gata4 表达上调。这些结果表明，Nanog 抑制ES 细胞分化，维持其多能性，与抑制gata4和gata6 的表达有关。除此之外，Nanog 蛋白在ES 细胞的自我更新中与Oct4，Sox2，LIF/Stat3 以及P53 等不无协同作用关系。
4.2 Nanog 与Oct-4，Sox2
Oct-4 是POU 家族成员，在ES 细胞和胚胎癌( embryonalcarcinoma，EC) 细胞中均有表达，能抑制分化基因的表达，而促进多能性基因的表达，维持干细胞多能性和自我更新。在胚胎发育的不同阶段，Oct-4 的表达受到严格调节控制，从8细胞到桑葚胚致密化之前，Oct-4 在胚胎细胞中均高表达，此后表达逐渐下调，直至消失。在体外，Oct-4 和Nanog 都只在未分化的ES 细胞、EC 细胞和胚胎生殖细胞( EG 细胞) 中表达，在诱导分化时它们表达量下降。Nanog 和Oct-4 被认为是调节ES 细胞自我更新和多能性必需的转录因子［19］。Loh等［20］发现Nanog 可调控Pou5f1 和Sox2 的表达，认为Nanog通过调节Oct4 和Sox2 等的表达来维持干细胞的自我更新和多能性。普遍认为Nanog 基因功能涉及到其与Sox2、Oct-4 等因子的相互作用，Oct-4、Sox2 和Nanog 除结合自身启动子外，还经常共同结合于Nanog 的靶基因的启动子区，协同作用，形成调控网络，共同维持ES 细胞的自我更新和多能性［21］。
4.3 Nanog 与LIF/Stat3
小鼠Nanog 基因转录起点上游5 kb 处有一个Stat3 结合位点［22］。在小鼠ES 细胞自我更新和多能性的维持中，当Nanog 过表达，同时有白细胞抑制因子( LIF) 存在时，ES 细胞自我更新明显增强。说明Nanog 蛋白与信号通路LIF/gp130 /STAT3 存在协同作用。但在LIF 不存在、LIF 受体( LIFR) 基因被剔除以及加入LIFR 拮抗剂或STAT3 上游的Jak 阻断剂的情况下，Nanog 均能依旧表达，并能够维持ES细胞的自我更新。表明Nanog 不是LIF 的下游基因，也不是Stat3 的上游基因，并且Nanog 可以独立于LIF/gp130 /STAT3信号通路之外而促进ES 细胞的自我更新。
4.4 Nanog 与周期调控蛋白
Nanog 与BMP4、P53 等之间也存在相互作用，BMP4 对ES 细胞自我更新无明显促进作用，但有研究发现BMP4 可以抑制ES 细胞分化为神经细胞; 在ES 细胞分化过程中Nanog 基因表达下调［1，4］，这主要缘于Nanog 基因启动子区CpG 残基的顺序甲基化［23］及p53 和Tcf3 结合于Nanog 基因的启动子区，抑制了Nanog 的转录，从而阻止ES 细胞过度自我更新［24，25］。此外，Nanog 还同其他一些与ES 细胞自我更新和多能性的维持相关的效应物之间存在密切联系，如Nanog 可调控Foxd3、Setdb1 基因的表达，这两个基因分别与ES 细胞的增殖和存活密切关联; Nanog 还可调控其下游基因Essrb 和Rif1 等的表达，其中，Essrb 属于核激素受体超家族，而Rif1 是酵母端粒酶蛋白的直系同源基因，它们在维持小鼠ES 细胞的多能性方面起着重要作用。Zhang 等研究发现，在正常生理状态下，Nanog 蛋白的C端结合于CDK6 和CDC25A 基因的调节区，减少人ES 细胞中CDK6 和CDC25A 的表达，提示CDK6 和CDC25A 都参与了ES 细胞S 期的调节。而CDK6 和CDC25A 中的任何一个表达下调都可减缓Nanog 过表达对人ES 细胞进入S 期的促进作用。CDK6 或CDC25A 过表达都能解除Nanog 表达下调对细胞进入S 期的阻碍，表明CDK6 和CDC25A 是Nanog 调节细胞由G1期进入S 期的下游调节子。Nanog 通过CDK6和CDC25A 推动细胞由G1期进入S 期［26］。
5 展望
目前，人们对Nanog 的结构及其在ES 细胞、肿瘤细胞和生殖细胞中的表达，以及它在维持细胞未分化状态方面的研究较多，但关于Nanog 促进细胞增殖及维持细胞全能性分子机制的研究较少，尚未发现Nanog 对新生组织及再生组织作用等方面的研究。随着对Nanog 研究的深入，Nanog 将为肿瘤的起源和生物学行为的研究及肿瘤的治疗提供新途径。另外，Nanog 基因对体细胞分化潜能的影响及Nanog 在再生医学和组织工程中的应用也值得深入研究，这不仅为探索体细胞去分化和体细胞向癌细胞转变的分子机制找到新的切入点，同时又能为细胞治疗和基因治疗奠定基础。
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( 姜晓舜编辑2011 － 02 － 09 收稿)
