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Bmi1(B lymphoma Mo-MLV insertion region 1,Bmi1)是多梳基因家族(polycomb group genes,PcGs)中的核心成员之一,参与调控多种基本细胞生物学过程,包括细胞增殖、凋亡和衰老等。研究已经证实:Bmi1在多种人类恶性肿瘤中呈异常高表达,与肿瘤发生发展、干细胞稳态及患者的不良预后密切相关,因此被认为是一种新的肿瘤诊断标志物和潜在的治疗靶点。本研究中我们先通过生物信息共享数据平台(GENT,cBioPortal,Oncomine和TCGA)分析Bmi1在头颈鳞状细胞癌(head neck squamous cell carcinoma,HNSCC)组织标本中的突变信息和相对表达情况。然后选用Bmi1小分子化学抑制剂PTC-209,观察其对HNSCC细胞表型及体内移植瘤的治疗作用,并初步揭示其中的分子机制。目的:本研究中,我们旨在通过生物信息技术分析数据库中的信息,揭示Bmi1在HNSCC组织标本中扩增、突变和缺失的频率,并明确其表达高低与临床病理参数之间的关系。探索小分子化合物PTC-209抑制Bmi1的表达,通过体内外实验观察其对HNSCC细胞表型及治疗干预中的生物学作用。方法:1、下载GENT、cBioPortal、Oncomine和TCGA中Bmi1在HNSCC表达的数据信息,包括肿瘤组织和正常组织样本,统计分析Bmi1的表达情况和临床病理参数之间的关系。2、PTC-209处理头颈鳞癌细胞Cal27和FaDu后,通过WB(Western Blot,蛋白质免疫印迹)、real-time RT-PCR(实时定量逆转录聚合酶链反应)检测PTC-209干预后细胞内Bmi1的mRNA和蛋白表达变化;通过蛋白质免疫沉淀、CHX和泛素化实验来确定蛋白质-蛋白质相互作用;通过MTT、Annexin V-PI双重染色、Transwell、划痕试验等分析PTC-209处理对HNSCC细胞增殖、周期、凋亡、侵袭和迁移的影响;应用克隆形成、肿瘤球培养、流式分选等实验分析PTC-209对HNSCC肿瘤干细胞亚群的影响;应用蛋白稳定性试验、蛋白泛素化反应、IP(Protein Immunoprecipitation,蛋白免疫沉淀实验)检测PTC-209对Bmi1稳定性及其泛素化水平的影响。3、通过在裸鼠皮下注射HNSCC细胞构建异位移植瘤模型,观察PTC-209腹腔注射对移植肿瘤生长的影响;通过H&E染色、IHC染色(Immunohistochemical staining,免疫组织化学染色)观察动物组织标本中Bmi1和Ki67的表达情况;IF染色(Immunofluorescence staining,免疫荧光染色)检测CD44阳性细胞的数目。结果:1、通过在线生物信息学数据的挖掘与分析,我们发现在多种肿瘤组织标本中Bmi1 mRNA差异表达,Bmi1在HNSCC组织中的表达显著高于对应的正常组织。2、PTC-209能显著下调HNSCC细胞中Bmi1蛋白水平的表达,并具有浓度和时间依赖效应,推测可能是通过转录后抑制和泛素-蛋白酶体降解途径;PTC-209处理后uH2A(ubiquitinated histone2A,泛素化组蛋白)显著升高,抑制Bmi1转录并导致其下游靶基因p16去抑制;PTC-209体外干预可明显抑制细胞增殖,与顺铂和5-FU联用时具有协同抗癌作用;PTC-209可引起细胞周期停滞,G1期细胞数目比例增高;PTC-209促进细胞凋亡,增加凋亡细胞比例(Cal27:3.16%vs7.81%;FaDu:2.84%vs9.03%;P<0.01);PTC-209抑制细胞迁移和侵袭,侵袭能力相关EMT(Epithelial-Mesenchymal Transition,上皮间充质转变)标志物E-cadherin表达上调,而N-cadherin和Vimentin表达下调;PTC-209能显著降低细胞克隆形成率、肿瘤球形成以及ALDH~+亚群细胞比例。3、PTC-209腹腔注射可能通过下调Bmi1的表达和抑制细胞增殖,明显抑制头颈鳞癌移植瘤的生长。结论:PTC-209通过抑制Bmi1的表达,在体内外实验中均发挥了显著的抗肿瘤效应。为今后HNSCC等恶性肿瘤的治疗,尤其针对Bmi1显著高表达的病例,我们可优先考虑给予Bmi1靶向药物,不失为一种新型治疗策略。