LDR-qPCR法檢測(cè)miRNA122a的表達(dá)及其與乳腺癌雌激素調(diào)控的關(guān)系

惲 文， 季明華， 李文靜， 李 建， 鐘山亮， 唐金海，趙建華

微小RNA(miRNA)是一類新近發(fā)現(xiàn)的存在于真核細(xì)胞中的非編碼小分子RNA，通過下調(diào)蛋白編碼基因的表達(dá)而對(duì)不同細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化或發(fā)育過程起關(guān)鍵調(diào)控作用。分析細(xì)胞或組織樣本中miRNAs的表達(dá)可為研究這類分子的生物學(xué)功能提供重要的信息。成熟miRNAs片段小，沒有poly(A)尾巴，家族成員間通常只有一兩個(gè)堿基的差別，并且在細(xì)胞中的表達(dá)水平普遍較低，這些特性給miRNA定量檢測(cè)方法的建立帶來了困難和挑戰(zhàn)。為此，本文統(tǒng)一采用SYBR Green I的熒光模式，在Li等［1］報(bào)道的基礎(chǔ)上建立一種新的基于連接酶依賴性反應(yīng)的miRNA實(shí)時(shí)定量PCR方法(LDR-qPCR法)，并與莖環(huán)逆轉(zhuǎn)錄的SYBR GREEN實(shí)時(shí)定量PCR法［2］(莖環(huán)RT-qPCR法)進(jìn)行比較，希望能為miRNA的研究提供敏感而準(zhǔn)確的檢測(cè)工具。目前miR-122的研究主要集中在肝臟疾病上，已被認(rèn)為是一個(gè)調(diào)節(jié)肝臟代謝和發(fā)育的“肝特異性miRNA”。不過，最近Sun等［3］通過芯片篩選和RT-qPCR法確認(rèn)，證實(shí) miR-122a在乳腺癌干細(xì)胞中的表達(dá)水平較乳腺癌MCF-7細(xì)胞明顯增高;靶基因預(yù)測(cè)分析顯示其潛在靶點(diǎn)涉及腫瘤發(fā)生、DNA修復(fù)、細(xì)胞周期調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)過程，提示miR-122a很可能是乳腺癌細(xì)胞、特別是癌干細(xì)胞的重要調(diào)控因子。已知乳腺癌是激素依賴性腫瘤，對(duì)雌激素的依賴性最大;其發(fā)生發(fā)展與內(nèi)分泌功能失調(diào)密切相關(guān)，該過程有多種miRNAs參與，如 Wickramasinghe等［4］發(fā)現(xiàn)在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，雌二醇可抑制miR-21的表達(dá)，這種抑制作用可被內(nèi)分泌治療藥物如他莫昔芬和氟維斯群等阻斷。乳腺癌細(xì)胞miR-122a的表達(dá)是否也與雌激素調(diào)控有關(guān)，本文亦對(duì)此進(jìn)行初步研究。

1 資料與方法

1.1 材料與試劑

人肝癌細(xì)胞株HepG2由南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳系惠贈(zèng);人乳腺腺癌上皮細(xì)胞株MCF-7購(gòu)自中科院上海細(xì)胞所;DMEM和無酚紅DMEM購(gòu)自GIBCO公司;胎牛血清(FBS)和活性碳處理的FBS購(gòu)自Boind公司;Taq DNA連接酶和Taq酶購(gòu)自NEB公司;Trizol、cDNA第一鏈合成試劑盒和SYBR Green Mix購(gòu)自Biouniquer公司;17β-雌二醇購(gòu)自sigma公司;引物和探針由上海閃晶生物公司合成，PAGE法純化。

1.2 儀器與設(shè)備

熒光定量PCR儀:配有IQ5數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，美國(guó)Bio-Rad公司;超微量紫外分光光度計(jì):配有NanoDrop2000軟件，美國(guó)NanoDrop公司;凝膠成像儀:配有141萬像素全自動(dòng)數(shù)碼凝膠成像分析系統(tǒng)，上海培清科技有限公司;瓊脂糖水平電泳槽(中號(hào)):美國(guó)伯樂公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 總 RNA的提取 收集對(duì)數(shù)期 HepG2或MCF-7細(xì)胞，加Trizol提取總RNA;3%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)其完整性，紫外分光光度儀測(cè)定其吸光度(A)，A260/A280 為 1.8 ～2.0，純度符合要求，以A260值計(jì)算核酸濃度。

1.3.2 探針和引物的設(shè)計(jì) 查詢miRBase數(shù)據(jù)庫獲得成熟hsa-miR-122a序列:5'-UGGAGUGUGA↓CAAUGGUGUUUGU-3'(箭頭為連接反應(yīng)點(diǎn))。按參考文獻(xiàn)［1］設(shè)計(jì)一對(duì)含莖環(huán)結(jié)構(gòu)的探針和一對(duì)引物。探針1的3'端13個(gè)堿基和探針2的5'端10個(gè)堿基與miR-122a全序列互補(bǔ)并相鄰(粗體標(biāo)出)，探針1:5'-GGTATCCAGGGAAGTGGATACGAAGAAT GCACAAACACCATTG-OH-3'和探針 2:5'-PO4-TCACACTCCACGCTGTGTTAAAGTCGTACAGGTA TTACGACA-3';上游引物與探針1的部分序列重復(fù)，其序列為5'-GGGAAGTGGATACGAAGAATGC-3'，下游引物與探針2的部分序列互補(bǔ)，其序列為5'-CGACTTTAACACAGCGTGGAG-3'。以 U6為內(nèi)對(duì)照，同法設(shè)計(jì)，探針為5'-TATGGAACGCTTCACGAAT TTGCGTGTCATCCTTGCGCAGGGGCCATGCT-OH-3'和5'-PO4-AATCTTCTCTGTATC-GTTCCAATTTTAGTATATGTGCTGCCGAAGCGAAGA T3';上、下游引物分 別 為 5'-CTCGCTTCGGCAGCACA-3'和 5'-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3'。

1.3.3 連接反應(yīng) 取總 RNA 1 μg，加入 miR-122a或U6的探針1和探針2各25 fmol進(jìn)行雜交，反應(yīng)條件為65℃變性3min后緩慢地降至室溫(約45 min);然后加入 1 ×Taq ligase buffer、1 μL RNasin 和

0.4 μL Taq DNA 連接酶，總體積 20 μL 進(jìn)行連接反應(yīng)，45℃溫浴2 h后，90℃滅活10 min。

1.3.4 LDR-qPCR 法 以 miR-122a或 U6的連接產(chǎn)物為模板，加入相應(yīng)上、下游引物進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR，反應(yīng)體系25 μL，含模板2 μL、2 ×SYBR Green Mix 12.5 μL，上、下游引物(10 pmol/μL) 各 0.5 μL，去離子水 9.5 μL;反應(yīng)條件為 95 ℃ 變性 10 min，95 ℃5 s，60 ℃30 s，72 ℃30 s，共 40 個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)于72℃收集熒光;55℃ ～95℃每上升1℃收集一次熒光，繪制溶解曲線。同時(shí)設(shè)置HeGp2為陽性對(duì)照，水代替模板為陰性對(duì)照同步擴(kuò)增。

1.3.5 莖環(huán) RT-qPCR法 按參考文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)miR-122a的莖環(huán)逆轉(zhuǎn)錄引物:5'-GCGCGTGAGCAGGCTGGAGAAATTAACCACGCGCACAAACAC-3';U6特異逆轉(zhuǎn)錄引物的5'端不必添加延伸序列和莖環(huán)序列，且與下游引物序列相同:AACGCTTCACGAATTTGCGT。miR-122a上游引物:5'-TGGAGTGTGACAATGG-3'，U6上游引物:5'-CGCAAGGATGACACG-3'。miR-122a下游引物:5'-GAGCAGGCTGGAGAA-3'。取總 RNA 1μg，利用 miR-122a 或U6的特異性莖環(huán)逆轉(zhuǎn)錄引物，逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA;再以該 cDNA為模板，以 miR-122a或 U6的 PCR上、下游引物分別進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR，并計(jì)算miR-122a的相對(duì)表達(dá)量。

1.3.6 細(xì)胞培養(yǎng)及分組處理 (1)MCF-7細(xì)胞常規(guī)傳代培養(yǎng)于含10%FBS的DMEM培養(yǎng)基(A1組)。(2)對(duì)數(shù)期MCF-7細(xì)胞經(jīng)PBS洗滌后，加入含10%活性碳處理FBS的無酚紅DMEM中進(jìn)行激素饑餓培養(yǎng)48h(B1組)。(3)以DMSO為溶劑，將終濃度5 nmol/L的17β-雌二醇分別加入常規(guī)培養(yǎng)(A2組)和激素饑餓培養(yǎng)的MCF-7細(xì)胞中(B2組)，孵育24 h。每組設(shè)置3份平行。計(jì)A1組為校準(zhǔn)樣本(miR-122a表達(dá)量為 1)，2－ΔΔct法計(jì)算各組 miR-122a相對(duì)表達(dá)量。

1.3.7 LDR-qPCR方法學(xué)評(píng)價(jià) (1)擴(kuò)增產(chǎn)物特異性:結(jié)合熔解曲線、3%瓊脂糖凝膠電泳和擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序，分析其特異性。(2)重復(fù)性:以 MCF-7和HeGp2細(xì)胞作為待測(cè)樣本，每份樣本從總RNA提取開始重復(fù)3次，以ΔCt=Ctu6-CtmiR-122a代表各反應(yīng)管檢測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)檢測(cè)反應(yīng)的重復(fù)性。(3)檢測(cè)范圍和靈敏度:以MCF-7細(xì)胞為樣本，10倍倍比稀釋miR-122a的連接產(chǎn)物或cDNA，檢測(cè)各稀釋系列樣本。各樣本均設(shè)3個(gè)復(fù)管。比較LDR-qPCR法與莖環(huán)RT-qPCR法的線性檢測(cè)范圍和靈敏度。(4)相關(guān)性:對(duì)下述 A1、A2、B1、B2組 MCF-7細(xì)胞進(jìn)行 miR-122a表達(dá)量的檢測(cè)，分析LDR-qPCR法與莖環(huán)RT-qPCR法的相關(guān)性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS17.0軟件進(jìn)行Paired-t test和雙變量相關(guān)性分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 方法學(xué)評(píng)價(jià)

2.1.1 特異性 LDR-qPCR法檢測(cè)miR-122a或U6的熔解曲線為單一熔解峰，電泳為單一清晰條帶，且峰值、電泳條帶大小均與陽性對(duì)照一致，陰性對(duì)照無相應(yīng)熔解峰和條帶(圖1);擴(kuò)增產(chǎn)物測(cè)序與 hsamiR-122a公布序列一致。

圖1 LDR-qPCR法的擴(kuò)增結(jié)果

2.1.2 重復(fù)性 LDR-qPCR法檢測(cè)的批內(nèi)變異系數(shù)均小于10%，與莖環(huán)RT-qPCR法基本相當(dāng)(表1)。

表1 LDR-qPCR法檢測(cè)miR-122a的重復(fù)性(± s，n=3)

表1 LDR-qPCR法檢測(cè)miR-122a的重復(fù)性(± s，n=3)

LDR-qPCR 4.96 ±0.49 9.87 3.18 ±0.29 9.12_莖__環(huán)RT-qPCR____5.87 ±0.54_______9.20________________________3.74_±0.338.86

2.1.3 檢測(cè)范圍和靈敏度 各稀釋系列樣本檢測(cè)結(jié)果見圖2。LDR-qPCR法與莖環(huán)RT-qPCR法檢測(cè)miR-122a的檢測(cè)最低限為10－4稀釋度(RNA濃度為5 pg/μL)，莖環(huán) RT-qPCR 法為10－3稀釋度(RNA濃度為50 pg/μL)，前者比后者敏感10倍。

圖2 LDR-qPCR法(上圖)與莖環(huán)RT-qPCR法(下圖)的線性檢測(cè)范圍

2.1.4 相關(guān)性 分別用LDR-qPCR法與莖環(huán)RT-qPCR法檢測(cè)A1、A2、B1、B2組細(xì)胞 miR-122a表達(dá)量，二者結(jié)果具有良好的相關(guān)性(r=0.996，P=0.542)。

2.2 雌激素對(duì)miR-122a表達(dá)的調(diào)節(jié)

經(jīng)LDR-qPCR法檢測(cè)，miR-122a表達(dá)水平隨著雌激素含量的增加而下調(diào)，呈負(fù)相關(guān)(r=－0.960)。激素饑餓培養(yǎng)的MCF-7中miR-122a表達(dá)上調(diào)，約為常規(guī)培養(yǎng)細(xì)胞的3.65倍;經(jīng)5 nmol/L雌二醇處理后miR-122a的表達(dá)又出現(xiàn)明顯下調(diào)(P=0.040)，但未能回到常規(guī)培養(yǎng)細(xì)胞水平(圖3)。莖環(huán)RT-qPCR法檢測(cè)結(jié)果亦顯示相似的變化趨勢(shì)。

3 討論

圖3 LDR-qPCR法(上圖)與莖環(huán)RT-qPCR法(下圖)檢測(cè)A1、A2、B1、B2組MCF-7細(xì)胞miR-122a表達(dá)的結(jié)果

miRNAs種類多、序列短且同源性高，實(shí)時(shí)定量PCR法需經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)或樣本處理才能用于miRNA的檢測(cè)，其中Chen等［2］設(shè)計(jì)的莖環(huán)RT引物不僅解決了miRNAs短小難以擴(kuò)增的問題，還可區(qū)分堿基差別在3'端的同家族成員，配合Taqman探針特異性高、費(fèi)時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，是目前檢測(cè)miRNAs普遍采用的方法，但成本較高。在本研究中，我們建立了LDR-qPCR法，不需經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄過程，僅依賴于一對(duì)莖環(huán)結(jié)構(gòu)探針與靶miRNA的特異性雜交以及連接酶的忠實(shí)性連接，就能非常特異地識(shí)別出序列間的差異;兩探針相連端莖環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能有效地防止靶miRNA序列不存在時(shí)探針的自身連接，避免假陽性結(jié)果［1］。擴(kuò)增產(chǎn)物凝膠電泳和熔解曲線分析僅出現(xiàn)單一條帶或預(yù)期熔解峰，測(cè)序分析為miR-122a序列，均證明其特異性。如此，在后續(xù)的實(shí)時(shí)定量PCR過程中只需采用通用型熒光燃料SYBR Green I即可進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，大大降低了成本。同時(shí)，我們的結(jié)果還顯示此方法重復(fù)性好，與莖環(huán)RT-qPCR法檢測(cè)結(jié)果具有良好的相關(guān)性(r=0.996)，且檢測(cè)范圍更寬、靈敏度更高。

2002年Lagos-Quintana等［5］對(duì)小鼠不同組織中的miRNAs進(jìn)行鑒定和分析，發(fā)現(xiàn)在其肝臟組織中miR-122高度特異表達(dá)，并克隆出其完整的堿基序列，同時(shí)在小鼠的肝臟中還克隆出miR-122的亞型，分別是miR-122a和miR-122b，兩者只是在3'末端分別多一個(gè)堿基U或A。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，miR-122/122a在人類肝臟中也高度表達(dá)，可通過調(diào)控其靶基因的表達(dá)參與肝臟的分化和功能維護(hù);實(shí)際上最為關(guān)鍵的似乎是調(diào)節(jié)肝臟膽固醇和脂肪酸的代謝［6］;而在肝癌組織或肝癌來源的各種細(xì)胞株中表達(dá)下調(diào)，是肝癌的一個(gè)潛在生物標(biāo)志［7］。不過，有關(guān)miR-122在肝外腫瘤或細(xì)胞株中的表達(dá)和功能研究還鮮有報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞MCF-7也能表達(dá)miR-122a，且其表達(dá)量與雌激素水平呈負(fù)相關(guān)性:利用活性碳處理的FBS從培養(yǎng)基中去除類固醇激素后發(fā)現(xiàn)，無激素培養(yǎng)MCF-7細(xì)胞表達(dá)miR-122a明顯上調(diào)，而加入雌二醇后miR-122a的表達(dá)又受到抑制，表現(xiàn)為一定程度的下調(diào)。據(jù)報(bào)道17β-雌二醇、胰島素以及類胰島素生長(zhǎng)因子可作為分裂素促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，其機(jī)制部分與調(diào)節(jié)脂肪酸合成有關(guān)［8］，而miR-122是脂肪酸代謝的主要調(diào)控因子，由此，我們推測(cè):miR-122可能在無激素環(huán)境下對(duì)乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和生存起重要作用，其中雌激素是關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一，值得進(jìn)一步研究。

綜上所述，本研究成功建立了檢測(cè)miR-122a的LDR-qPCR法，此方法特異性高，且檢測(cè)范圍和靈敏度均優(yōu)于莖環(huán)RT-qPCR法，有推廣應(yīng)用前景;同時(shí)我們的研究還發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞也表達(dá)miR-122a并受雌激素的調(diào)節(jié)，開辟了miR-122在肝腫瘤外的功能研究，而其具體的功能及激素調(diào)節(jié)機(jī)制還有待闡明。

［1］Li J，Yao B，Huang H，et al.Real-time polymerase chain reaction microRNA detection based on enzymatic stem-loop probes ligation［J］.Anal Chem，2009，81(13):5446-5451.

［2］Chen C，Ridzon DA，Gugler KJ，et al.Real-time quantification of microRNAs by stem-loop RT-PCR［J］.Nucleic Acids Res，2005，33(20):e179.

［3］Sun J，Lian R，Qiu J，et al.Microarray-based analysis of microRNA expression in breast cancer stem cells［J］.Exper Clin Cancer Res，2010，29:174.

［4］Wickramasinghe NS，Manavalan TT，Dougherty SM，et al.Estradiol downregulates miR-21 expression and increases miR-21 target gene expression in MCF-7 breast cancer cells［J］.Nucleic Acids Res，2009，37(8):2584-2595.

［5］Lagos-Quintana M，Rauhut R，Yalcin A，et al.Identification of tissue-specific microRNAs from mouse［J］.Curr Biol，2002，(9):735-739.

［6］Esau C，Davis S，Murray SF，et al.miR-122 regulation of lipid metabolism revealed by in vivo antisense targeting［J］.Cell Metab，2006，3(2):87-98.

［7］Diao S，Zhang JF，Wang H，et al.Proteomic identification of microRNA-122a target proteins in hepatocellular carcinoma［J］.Proteomics，2010，10(20):3723-3731.

［8］Menendez JA，Lupu R.Fatty acid synthase and the lipogenic phenotype in cancer pathogenesis［J］.Nat Rev Cancer，2007，7(10):763-777.