全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第21卷 第1期
2009年2月
Vol. 21, No. 1
Feb., 2009
文章编号 ：1004-0374(2009)01-0081-05
转录因子Rex-1：结构、表达谱和
干性(stemness)调控功能
蹇 锐1，刘 兵2，胡福泉1*，程小星3*
（1 第三军医大学微生物学教研室，重庆 400038；2 解放军307 医院肿瘤学研究室，北京 100071；
3解放军总医院309 临床部，北京 100091）
摘 要：Rex-1(reduced expression 1)又称Zfp-42(zinc finger protein 42)，是一种酸性锌指结构蛋白，在
胚胎干细胞和部分成体干细胞中高表达，并随维甲酸(retinoid acid, RA)诱导干细胞分化而迅速下调。 该
分子的结构特点提示其具有转录调控的功能，对决定干细胞的状态和发育阶段发挥重要作用。
关键词：R e x - 1；干细胞；分化；转录调控
中图分类号：Q2; Q7; R394 文献标识码：A
Transcription factor Rex-1: structure, expression profile and
stemness regulatory function
JIAN Rui1, LIU Bing2, HU Fu-quan1*, CHENG Xiao-xing3*
(1 Department of Microbiology, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China;
2 Laboratory of Oncology, the 307th Hospital of PLA, Beijing 100071, China;
3 309th Clinical Division, PLA General Hospital, Beijing 100091, China)
Abstract: Rex-1 (reduced expression 1), also known as Zfp-42(zinc finger protein 42), encodes a protein containing
four repeats of the zinc finger motif and an acidic domain. These structural features imply a possible regulatory
function for Rex-1. Expression of Rex-1 is high in embryonic and several adult stem cells, and rapidly reduced
after RA-induced differentiation. The unique expression profile of Rex-1 suggests that it may play an important
role in deciding the status and fate of stem cells.
Key words: Rex-1; stem cells; differentiation; transcriptional regulation
收稿日期：2008-09-10；修回日期：2008-10-29
基金项目：国家自然科学基金项目(30700418)
*通讯作者：胡福泉，Tel: 023-68752240, E-mail:
hoofuquan@yahoo.com.cn；程小星，Tel: 010-
66775493, E-mail: xc36cn@yahoo.com.cn
在维甲酸(retinoid acid, RA)诱导小鼠畸胎瘤细
胞分化调控机制的研究中，Hosler等[1]利用cDNA文
库筛选并分离到一个随RA刺激而表达明显下调的新
分子，遂将其命名为Rex-1。后发现它在胚胎干细
胞(embryonic stem cells, ES细胞)等发育早期的细胞
中特征性表达[2-4]。目前，该分子已作为鉴定干细
胞自我更新状态和发育阶段的重要标志而被广泛应
用[5-7]。本文重点就Rex-1 分子的结构、功能及其
相关调控机制展开综述。
1 Rex-1的结构
Rex-1/Zfp42属于锌指蛋白C2H2家族，是转录
因子YY1(Yin Yang 1)亚家族成员之一[2]。小鼠的
Rex-1基因定位于8号染色体，其cDNA由 1 741个
核苷酸组成，含4 个外显子，开放阅读框位于第4
外显子(图1)。该基因编码分子量约32.3kDa的酸性
蛋白质，共编码288个氨基酸，其氨基末端从Asp56
至Glu103的48个氨基酸残基组成的阴离子区域可能
8 2 生命科学 第21卷
是真核细胞调节蛋白的酸性激活因子结构域；羧基
末端有 4 个重复的 C2H2 锌指基序(从 Cys172 至
His281)，每个锌指之间由 4 个氨基酸残基间隔。
Rex-1 蛋白的结构特点是，具有与DNA 相互作用并
参与转录调节的功能[1-3,8]。
小鼠与人Rex-1蛋白氨基酸序列同源性为57%，
其中 C 末端锌指结构域同源性达 7 7 %，N 末端为
44%，而同一物种的Rex-1 又均与YY1 蛋白有较高
的同源性。YY1 是一个广泛存在的转录调节分子，
但对Rex-1 调控功能的了解却比较欠缺。通过生物
信息学分析发现，Rex-1 与 YY1 的同源性较高主要
是由于两者的 C 末端锌指区域具有较大的相似性
(75%)，而N 末端尚未发现与基因组中任何已知基
因同源，因此推断Rex-1 蛋白的N 端决定了其特殊
的表达方式。利用分子建模技术比较Rex-1 与 YY1
的锌指结构，发现两者存在7 个锌指残基差异，而
这些差异在不同物种Rex-1蛋白间却高度保守[2]，提
示 Rex-1 与 YY1 蛋白具有相似的与 DNA 结合的方
式，但调节基因转录的功能却并不相同。
2 Rex-1的表达谱及其功能
Rex-1最先是从具有干细胞特征的小鼠畸胎瘤细
胞系F9中分离得到的，其转录水平随RA诱导F9细
胞分化而迅速下调[1]。进一步的研究发现，Rex-1
只在少数的细胞或组织中表达，包括小鼠 ES 细胞
和畸胎瘤细胞、CD34+ 的造血干细胞、胎盘以及成
体的睾丸组织[2,3] ；而在人类，迄今为止只在ES细
胞、部分组织来源的成体干细胞以及脐带血
CD133+ 细胞中检测到Rex-1 的表达[9-11]。因此，推
测Rex-1能反映干细胞多能性(pluripotential)。
在小鼠胚胎的发育过程中，受精卵分裂产生卵
裂球，此时的细胞具有同等的发育潜能。第一次分
化发生在胚胎期2.5－3.5d，分别产生内细胞团(inner
cell mass, ICM)和滋养外胚层(trophectoderm)，后者
发育成胎盘组织，是胚胎植入所必需的；而从前者
中则可分离到ES细胞，最终可发育为一个完整的胚
胎。胚胎期4d，ICM继续分化产生外胚体(epiblast)
和原始内胚层(primitive endoderm)，一旦植入后，
外胚体内部的细胞凋亡形成囊腔，外层存活的柱状
上皮细胞即原始外胚层(primitive ectoderm)发育为胚
体。原始外胚层细胞是该发育阶段惟一保持多能性
的细胞，可进一步分化产生内、中、外胚层体细
胞和生殖细胞，但缺乏分化为胚外组织、原始内胚
层以及滋养外胚层细胞的能力[12,13]。
Rex-1在早期囊胚(blastocyst)的ICM和极滋养
层(polar trophoblast)中均有表达；晚期囊胚只在滋
养外胚层发育产生的绒膜锥(ectoplacental cone)和胚
外外胚层(extraembryonic ectoderm, ExE)中可检测到
Rex-1，而在ICM 发育的胚胎外胚层中其丰度明显
降低(图2)。到发育后期，只有在来自于滋养层的
细胞(如小鼠18d胎盘)中可检测到Rex-1，而成体组
图1 Rex-1基因结构示意图
图2 胚胎发育阶段Rex-1基因表达变化
8 3第1期 蹇 锐，等：转录因子Rex-1：结构、表达谱和干性(stemness)调控功能
织中只有睾丸能检测到Rex-1，并且其表达只局限
于精母细胞(经历减数分裂的生殖细胞)[3,14]。这些结
果显示：Rex-1 分子的表达主要发生在胚胎发育的
早期阶段，并且其功能很可能与滋养外胚层以及生
殖细胞的发育有密切关系。
最近，陆续有文献报道Rex-1分子在不同组织
细胞中的表达谱。除骨髓、心脏来源的成体多能干
细胞之外，Mongan等[2]和Beltrami等[4]在具有较强
再生能力的人表皮角质化细胞、前列腺及肺来源的
上皮细胞中均检测到Rex-1 的表达，但随细胞传代
次数增加而逐渐消失，提示Rex-1 的表达与细胞的
自我更新能力密切相关。Kristensen等[14]发现Rex-1
表达于男性睾丸和女性卵巢中的减数分裂细胞，提
示Rex-1 可能在减数分裂中发挥作用。Raman 等[15]
的研究结果显示：在高于90%的正常肾组织样本中
检测到Rex-1 的表达，而在肾肿瘤样本中检出阳性
率为36%；而另一个干细胞标志性分子Oct-4 的表
达分布却没有差别。另一个值得引起注意的是Rex-1
的表达并不是只局限于核内，而是在不同的发育时
期或细胞类型可观察到胞浆定位，提示Rex-1 蛋白
可能并不仅仅是一个转录因子，而是在不同的细胞
发育阶段或状态下发挥不同的功能[14,15]。
3 Rex-1对 ES细胞自我更新和分化的影响
由于Rex-1 在 ICM中高丰度表达，而在外胚体
和原始外胚层中迅速下调，因此，Rex-1 通常被认
为是干细胞多能性的标志性分子。然而，该分子是
否具有与Nanog及Oct-3/4同等重要的核心地位尚缺
乏足够的证据，后者的表达变化可直接决定 ES 细
胞的状态及分化方向[16]。
F9 细胞具有与多能性干细胞相似的生物学特
性，是体外研究 ES 细胞分化的理想细胞模型。正
常的F9 细胞在RA 和不同培养条件的诱导下，可选
择性地分化为原始内胚层、腔壁内胚层(parietal
endoderm, PE)或内脏内胚层(visceral endoderm,
VE)。与之相比，Rex-1 基因敲除(Rex-1−/−)的 F9细
胞只能分化产生PE，预示Rex-1分子在胚胎发育早
期可控制分化方向[8]。然而，该结果并未获得进一
步的实验支持。近期，Niwa 实验室则提出了不同
的观点。他们发现：Rex-1−/− ES 细胞系能够建立，
且可在体内或体外正常分化；尽管一些 VE 标记分
子的诱导受到影响，但仍可通过常规的方法建立
Rex-1 基因缺失的小鼠。因此，Rex-1 分子并不是
维持干细胞自我更新与胚胎发育所必需的[12,17]。
上述看似矛盾的研究中有两个现象尤其值得关
注：首先， Rex-1−/− F9 细胞的增殖能力明显高于
Rex-1+/−和野生型F9细胞，特别是当加入RA后，后
者表现为完全生长停滞，而前者几乎不受影响[8]，
提示Rex-1 有可能通过控制细胞周期和凋亡来影响
干细胞的命运；其次，Niwa 等的研究发现，体外
培养的ES细胞并不是均质性的，至少包括Rex-1−/
Oct-3/4+和Rex-1+/Oct-3/4+两种类型，两类细胞可
相互转变，但Rex-1−/Oct-3/4+更易于分化为体细胞
系，而Rex-1+/Oct-3/4+主要分化为原始外胚层，并
且形成嵌合体小鼠的能力也更强。该结果已得到
Carter等研究的支持，表明体外培养的ES细胞实际
上是由小范围内不同发育阶段的多能性细胞构成(主
要包括ICM、外胚体和原始外胚层)[12,18]。这些现
象提示，Rex-1 可能是胚胎发育早期(从受精卵到
ICM)特定阶段的功能分子，它的缺失可能对ES 细
胞的分化方向不产生直接影响，但它的存在必定赋
予 ES 细胞某种特殊的生理学特性，对决定干细胞
的状态和发育阶段至关重要。
4 Rex-1的调控机制
Rex-1 分子的结构特点提示其具有结合DNA 并
调节基因转录的功能，而特殊的表达谱变化又表明该
分子的转录表达受其他信号的严密调控。对Rex-1基
因启 动 子的 分 析结 果 显 示，该启 动 子缺 乏
“TATA”盒并有多个转录起始位点[19]。虽然已发
现多个转录因子的结合位点，但目前得到充分证据
支持的主要是Oct-3/4。Oct-3/4属于POU转录因子
家族，与Nanog、Sox-2 共同调控ES 细胞自我更
新与分化，位于细胞全能性调控网络的顶端[20-22]。
在Rex-1启动子的−234－−204区域存在Oct-3/4的
结合位点(ATTTGCAT)，突变该位点导致启动子活
性下降，表明该八聚体元件(octamer element)是
Rex-1 基因转录激活所必需的。如前所述，F9细胞
接受RA 刺激后Rex-1 的表达迅速下调，但RA 并不
直接调控 Rex-1 转录水平的变化，而是通过下调
Oct-3/4对Rex-1的表达产生影响，即使无RA刺激，
Rex-1 的表达也会随细胞发生分化而下降[19]。该结
论得到Rosfjord和Rizzino[23] 及Ben-Shushan等[24]研
究的支持，并认为低水平的Oct-3/4 蛋白表达激活
Rex-1启动子的活性，高水平的Oct-3/4反而抑制其
活性。另外，Nanog 和 Sox-2 可能也参与对Rex-1
分子的直接调控，Shi 等[25]的研究发现，Nanog 蛋
白C末端CD2(C-terminal domain 1)和WP(W-repeat
8 4 生命科学 第21卷
domain)是激活Rex-1的功能域，并且与Sox-2有协
同效应，其反应元件位于Rex-1启动子−286－−187
区域。
相比而言，对于Rex-1下游的分子调控机制尚
缺乏足够的了解。有证据显示，Rex-1 与 Oct-3/4
之间可能存在负反馈调控关系，干扰Rex-1 会导致
Oct-3/4表达上调，从而进一步抑制Rex-1的表达并
诱导ES细胞分化[26]。Xu等[27]的研究则表明，Rex-1
能通过抑制JAK/STAT(Janus kinase /signal transducer
and activator of transcription)信号传导通路调节F9细
胞分化，该信号通路对控制 ES 细胞的自我更新也
同样发挥重要作用。
系统进化分析的结果显示，Rex-1 分子是YY1
通过逆转座产生的复制本基因，两者具有亲缘关
系。YY1 是 Gli-Kruppel 型锌指蛋白，其C 末端为
DNA 结合功能域，而位于N 末端的调节结构域显示
其具有抑制、激活以及蛋白 / 蛋白相互作用的功
能。Rex-1 与 YY1 蛋白分子的C 末端高度同源，然
而由于在进化过程中承受不同的选择压力，其DNA
结合基序已发生改变，但核心区(5-CCAT-3)域仍
具有相似性。体外实验表明，YY1 的 DNA 结合位
点(CGCCATNTT)非常保守，而与 Rex-1 结合的序
列包括两种类型：5-GGCAGCCATTA-3 和 5-
GGCCATTA-3，亲和力相对较低，分析认为5 端
的-GGC-以及3端的A均有助于提高与Rex-1蛋白
结合的亲和力[2,28]。
5 结语
Rex-1分子在胚胎发育过程中可能扮演了非常特
殊的角色，对 ES 细胞自我更新与多向分化的调节
可能也发挥重要的作用，但迄今为止对其功能的认
识还比较局限，深入了解其分子调控机制必将有助
于最终揭示干细胞多能性的复杂调控网络。
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