NNK聯(lián)合LPS孵育對小鼠巨噬細胞增殖及相關(guān)基因表達影響

陳琛，卞晶晶，劉曉萍，張靜，于忠杰，楊童茜

（青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院組織胚胎學(xué)教研室，山東 青島 266021）

越來越多的研究結(jié)果表明，炎性反應(yīng)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。4－（甲基亞硝氨基）－3－吡啶－1－丁酮（NNK）是7種煙草煙霧中最強的致癌劑，經(jīng)口腔、注射、氣管支氣管灌注等途徑給予NNK，可成功建立肺癌模型［1］。脂多糖（LPS）是革蘭陰性桿菌外膜的重要組成部分，是研究中廣泛應(yīng)用的致炎因子。近年來，有學(xué)者通過給予NNK和LPS聯(lián)合刺激來制備肺癌動物模型。既往研究結(jié)果顯示，LPS單獨應(yīng)用并不能誘發(fā)小鼠肺癌發(fā)生，當與NNK聯(lián)合刺激時，NNK的致瘤效果明顯增強［1］，但其機制尚不清楚。肺內(nèi)的巨噬細胞是重要的免疫細胞，其在LPS和NNK聯(lián)合刺激誘發(fā)肺癌過程中的變化報道甚少?；罨木奘杉毎辽侔∕1、M2兩種類型：M1型巨噬細胞可分泌腫瘤壞死因子α（TNF－α）、白細胞介素（IL）－1α以及IL－6等，并可使誘生型一氧化氮合酶（iNOS）表達升高；M2型巨噬細胞是一種抑制型細胞，可分泌IL－10、IL－4等抗炎因子，精氨酸酶（Arginase）高表達為其特征［2－3］。C－myc和核轉(zhuǎn)錄因子－κB（NF－κB）是重要的轉(zhuǎn)錄因子，其基因編碼的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與細胞凋亡、細胞分化、細胞增殖及細胞周期進程密切相關(guān)［4］。C－myc基因在肺癌、宮頸癌、結(jié)腸癌、乳癌和胃癌等多種腫瘤組織過度表達［5］。本實驗在體外研究LPS、NNK以及兩者聯(lián)合應(yīng)用對小鼠巨噬細胞增殖及相關(guān)基因表達的影響，以探討炎癥促發(fā)癌癥的機制。

1 材料與方法

1.1 主要材料

Raw264.7細胞購自美國ATCC公司，LPS購自美國Sigma公司，NNK購自美國Toronto Research Chemicals公司，RNA抽提試劑盒、cDNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒及RT－PCR試劑盒均購自美國Applied biosystems公司，TNF－α與IL－6酶聯(lián)免疫試劑盒均購自美國eBioscience公司。細胞計數(shù)儀（Nexcelom Bioscience，Lawrence，MA）購自美國 Nexcelom Bioscience公司，7900HT快速實時定量PCR反應(yīng)設(shè)備購自美國Applied biosystems公司。

1.2 引物合成

根據(jù)NCBI中的基因序列，應(yīng)用Primer 5.0軟件設(shè)計引物，引物由美國Operon公司合成，引物序列見表1。

1.3 實驗方法

1.3.1 巨噬細胞培養(yǎng)及LPS、NNK濃度選擇 將RAW264.7細胞置于含有體積分數(shù)0.1胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液中，并添加105U／L青霉素和鏈霉素，置于37℃、含體積分數(shù)0.05CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)、擴增。取對數(shù)生長期細胞培養(yǎng)5h貼壁后，隨機分為對照組、NNK組和LPS組。LPS組和NNK組分別加入10μg／L、250μg／L、1mg／L、4mg／L的LPS和5、10、25、100μmol／L的NNK，對照組加入等體積的無血清DMEM培養(yǎng)液，然后孵育Raw264.7細胞24h，每組設(shè)3個平行孔，實驗重復(fù)2次。應(yīng)用氯仿－異戊醇法抽提總RNA，逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后進行實時定量PCR反應(yīng)，結(jié)果以2△△Ct表示。

表1 PCR所用引物名稱及其序列

1.3.2 巨噬細胞增殖能力檢測 取指數(shù)生長期的Raw264.7細胞，以32×106／L接種于12孔板，培養(yǎng)5h后，隨機分為對照組（A組）、NNK組（B組）、LPS組（C組）和LPS＋NNK組（D組），每組設(shè)3個平行孔。所用NNK濃度為10μmol／L，LPS濃度為1mg／L，對照組加入等體積的無血清DMEM培養(yǎng)液。培養(yǎng)24h后用細胞計數(shù)儀計數(shù)單位體積內(nèi)細胞，判定細胞增殖狀態(tài)。

1.3.3 巨噬細胞相關(guān)基因表達的檢測 取對數(shù)生長期的Raw264.7細胞，培養(yǎng)5h貼壁后隨機分組，分組及用藥方法同1.3.2。孵育24h抽提RNA，進行實時定量 PCR 反應(yīng)，檢測 C－myc、NF－κB、Arginase、iNOS、IL－6和IL－1αmRNA 表達。每組設(shè)3個平行孔，實驗重復(fù)2次。

1.3.4 巨噬細胞IL－6和TNF－α蛋白表達檢測 取8×104個對數(shù)生長期的Raw264.7細胞接種于6孔板，培養(yǎng)5h，分組及用藥同1.3.2。于培養(yǎng)24h收集細胞，提取樣品蛋白，使用TNF－α與IL－6酶聯(lián)免疫試劑盒定量檢測IL－6和TNF－α蛋白含量。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

采用Graphpad Prism 6.0統(tǒng)計軟件進行分析。計量數(shù)據(jù)均以表示，應(yīng)用析因設(shè)計的方差分析觀察組間是否存在交互作用，析因結(jié)果存在交互作用時使用One way ANOVA檢驗進一步分析各因素的單獨效應(yīng)。以P＜0.05為差異有顯著性。

2 結(jié) 果

2.1 LPS和NNK實驗濃度選擇

以濃度為10μg／L、250μg／L、1mg／L、4mg／L的LPS孵育Raw264.7細胞24h，細胞C－myc mRNA相對表達量分別為22.89±1.71、41.73±2.22、61.35±11.24、41.80±5.71；對照組細胞C－myc mRNA相對表達量為1.00±0.16。LPS可上調(diào) Raw264.7細胞C－myc mRNA的相對表達量，其中濃度為1mg／L的LPS作用最顯著（F＝605.6，P＜0.01）。5、10、25、100μmol／L的NNK孵育Raw264.7細胞24h，細胞C－myc mRNA的相對表達量分別為0.71±0.23、0.99±0.17、0.83±0.14、0.70±0.16，呈 下 降 趨勢，但與對照組（1.00±0.16）相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。故選擇1mg／L的LPS和10μmol／L的NNK用于下一步實驗。

2.2 各組細胞增殖能力比較

C組Raw264.7細胞的增殖與A組相比差異有顯著性（F＝5.28，q＝3.18，P＜0.05），而B組與 A組比較、D組與C組相比較差異均無顯著性（P＞0.05）。見表2。

2.3 各組細胞相關(guān)基因表達比較

B組Raw264.7細胞各基因表達與A組比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。C、D組Raw264.7細胞各基因表達均較 A組顯著升高（F＝19.4～5 895.0，t＝4.04～97.53，P＜0.05）。D組 C－myc mRNA 的表達顯著低于C組（t＝4.80，P＜0.01），而 NF－κB和IL－1αmRNA的表達則均顯著高于C組（t＝3.76、2.81，P＜0.05）。見表2。

2.4 各組細胞IL－6和TNF－α蛋白表達比較

B組細胞IL－6和TNF－α蛋白表達與A組比較差異無顯著意義。C、D組細胞IL－6和TNF－α蛋白表達較 A組顯著升高（F＝1 213.0、110.2，t＝29.40～44.76，P＜0.01）；D 組 TNF－α蛋白表達顯著低于 C組（t＝3.74，P＜0.01）。見表3。

表2 各組小鼠巨噬細胞增殖及相關(guān)基因mRNA表達比較（n＝6，）

表2 各組小鼠巨噬細胞增殖及相關(guān)基因mRNA表達比較（n＝6，）

組別 細胞增殖（ccell／105·L－1） C－myc NF－κB iNOS Arginase IL－6 IL－1α A 組 7.00±0.63 1.00± 0.31 1.00±0.17 1.00± 0.16 1.00± 0.32 1.00± 0.24 1.00±0.26 B 組 7.17±0.89 1.00± 0.17 0.94±0.08 1.21± 0.38 1.06± 0.43 3.09± 0.50 0.97±0.36 C 組 5.02±0.26 61.35±11.24 4.85±1.40 539.50±113.00 28.45±10.70 67 143.00±16 146.00 3.19±0.25 D 組 5.85±1.04 37.79± 8.54 6.30±1.68 624.60±185.90 19.66±10.97 92 576.00±13 288.00 2.45±0.32

表3 各組細胞IL－6和TNF－α蛋白表達比較（n＝6，ρ／μg·L－1，）

表3 各組細胞IL－6和TNF－α蛋白表達比較（n＝6，ρ／μg·L－1，）

組別 IL－6 TNF－a A 組 1.512±0.239 3.368±0.142 B 組 1.613±0.364 3.392±0.500 C 組 38.510±2.290 42.770±6.211 D 組 34.920±3.430 33.110±4.670

3 討 論

在癌癥發(fā)展過程中炎癥有兩個方面的作用。一方面是殺滅腫瘤，在這種情況下，炎癥誘導(dǎo)各種免疫細胞到達腫瘤位點，誘導(dǎo)腫瘤細胞及正常細胞凋亡。如果腫瘤細胞在此階段被完全消除，炎癥減弱且組織重塑，僅引發(fā)特定區(qū)域的急性炎癥。另一方面可以刺激癌變，炎癥可導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，造成基因突變。已有研究結(jié)果表明，炎癥可以增加至少3個靶基因（Cmyc、Aurka和Pim1）的基因組不穩(wěn)定和突變；腫瘤細胞可以在炎癥環(huán)境下生存，慢性炎癥通?？梢蕴峁┯欣谀[瘤發(fā)展的微環(huán)境，促進腫瘤生長或惡變［6］。

C－myc基因是myc基因家族的成員之一，屬核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子，其編碼蛋白介導(dǎo)細胞外傳入細胞內(nèi)的生物信號向細胞核內(nèi)傳遞，參與細胞增殖和細胞凋亡的調(diào)控［7－8］。C－myc在細胞靜止期不表達，而在有絲分裂原作用下迅速表達，促使細胞增殖、浸潤，最終細胞增殖異常而癌變［9－10］。已有研究證實，C－myc基因在肝細胞癌（HCC）組織中高表達，在癌旁組織中的表達明顯下降，而在正常肝組織中則不表達，提示C－myc基因過度表達可能是誘發(fā)HCC的原因之一［11］。有研究表明，C－myc控制著45%的表型轉(zhuǎn)化相關(guān)基因，參與巨噬細胞表型的轉(zhuǎn)化，調(diào)控促癌基因的表達和細胞形態(tài)改變［8］。本文結(jié)果顯示，濃度為5～100μmol／L的 NNK 對 Raw264.7細胞 C－myc mRNA表達和增殖無顯著影響；LPS在10μg／L～4mg／L的濃度范圍則可以顯著上調(diào)Raw264.7細胞C－myc mRNA的相對表達量，以濃度為1mg／L的LPS作用最強。當LPS與NNK聯(lián)合刺激時，小鼠Raw264.7細胞C－myc mRNA也呈高表達，但較單獨LPS刺激的作用弱。同時，細胞的形態(tài)發(fā)生改變，胞核變大，細胞變大并伸出偽足狀突起，呈現(xiàn)出活化狀態(tài)。提示LPS與NNK聯(lián)合刺激可能進一步促進了巨噬細胞的活化。

我們前期研究結(jié)果顯示，應(yīng)用不同濃度的炎性啟動因子LPS體外孵育可以明顯促進人肺腺癌上皮A549細胞的增殖，進一步提示LPS有激活肺癌細胞增殖的作用［12］。為進一步驗證LPS和NNK聯(lián)合孵育對巨噬細胞的作用，本實驗分析了LPS和NNK對巨噬細胞 NF－κB、Arginase、iNOS、IL－1α、IL－6mRNA 和TNF－α、IL－6蛋白表達的影響。研究結(jié)果顯示，單獨NNK孵育對巨噬細胞相關(guān)基因和蛋白的表達無明顯影響，而LPS孵育可顯著刺激巨噬細胞高表達C－myc等相關(guān)基因和蛋白，提示LPS主要激活M1型巨噬細胞。當LPS＋NNK聯(lián)合孵育Raw264.7細胞時，NNK 強化了 LPS激活 NF－κB、IL－1α基因的作用；促進了M1型巨噬細胞的激活，進而刺激M1型細胞產(chǎn)生和分泌IL－1α。這些炎性遞質(zhì)進一步刺激巨噬細胞過表達iNOS等，從而導(dǎo)致NO合成大大增加，導(dǎo)致正常細胞DNA的損傷，阻礙DNA修復(fù)，誘導(dǎo)基因突變，刺激肺癌形成。如果改變LPS或NNK的反應(yīng)時間，是否還會發(fā)生同樣的變化尚需進一步研究。

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