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    TNF—α通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬并促進(jìn)增殖的研究

    2017-05-30 10:48:04雷一鳴楊逸冬譚嗣偉林顯藝吳斌
    新醫(yī)學(xué) 2017年11期
    關(guān)鍵詞:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激肝細(xì)胞癌自噬

    雷一鳴 楊逸冬 譚嗣偉 林顯藝 吳斌

    【摘要】目的研究腫瘤壞死因子α(TNFα)通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路對(duì)肝癌細(xì)胞自噬和增殖的作用。方法利用免疫組織化學(xué)檢測(cè)原發(fā)性肝細(xì)胞癌患者癌灶組織、配對(duì)的癌旁組織,以及肝血管瘤患者瘤旁正常肝組織中TNFα、BECN1、LC3B、PCNA的表達(dá)水平。用人源TNFα重組因子刺激肝癌細(xì)胞株HepG2后,通過(guò)蛋白免疫印跡法檢測(cè)自噬相關(guān)蛋白BECN1、LC3B以及細(xì)胞增殖標(biāo)志物PCNA表達(dá)水平,并利用自噬抑制劑3MA抑制HepG2細(xì)胞自噬后,檢測(cè)TNFα刺激后的細(xì)胞活性及PCNA蛋白水平的改變情況。通過(guò)蛋白免疫印跡法檢測(cè)TNFα刺激HepG2細(xì)胞后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路相關(guān)蛋白eIF2α、peIF2α的表達(dá)水平。結(jié)果肝細(xì)胞癌患者癌灶和癌旁組織中TNFα、BECN1、LC3B、PCNA蛋白表達(dá)量均較正常人肝組織升高。TNFα刺激HepG2細(xì)胞后,細(xì)胞內(nèi)BECN1、LC3B、PCNA蛋白表達(dá)水平升高,細(xì)胞活性增強(qiáng),使用3MA 抑制HepG2細(xì)胞自噬后,細(xì)胞PCNA蛋白表達(dá)水平以及細(xì)胞活性下降,TNFα刺激HepG2細(xì)胞后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激活性標(biāo)志物eIF2α磷酸化水平明顯增加。結(jié)論 TNFα通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬,從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖。

    【關(guān)鍵詞】肝細(xì)胞癌;腫瘤壞死因子α;自噬;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

    TNFα induces autophagy and promotes proliferation of liver cancer cells via ER stress signaling pathwayLei Yiming, Yang Yidong, Tan Siwei, Lin Xianyi, Wu Bin Department of Gastroenterology, the Third Affiliated Hospital of Sun Yatsen University, Guangzhou 510630, China

    Corresponding author, Wu Bin, Email: binwu001@hotmailcom

    【Abstract】ObjectiveTo investigate the effect of tumor necrosis factorα (TNFα) upon the autophagy and proliferation of liver cancer cells through endoplasmic reticulum stress signaling pathway MethodsThe expression levels of TNFα, BECN1, LC3B and PCNA in the cancerous and paracancerous tissues of patients with primary hepatocellular carcinoma, and the normal tissues adjacent to tumors of patients with hepatic hemangioma were determined by immunohistochemistry After the HepG2 was treated with recombinant human TNFα cytokine, the expression of autophagyrelated proteins of BECN1 and LC3B, and the cell proliferation marker of PCNA were quantitatively measured by Western blot After the treatment with autophagy inhibitor 3MA, the changes in the HepG2 cell viability and PCNA expression were observed following TNFα stimulation After the HepG2 cells were treated with TNFα, the expression levels of eIF2a and peIF2a related to the ER stress signaling pathway were detected by Western blot ResultsThe expression levels of TNFα, BECN1, LC3B and PCNA proteins in the cancerous and paracancerous tissues of hepatocellular carcinoma patients were significantly upregulated compared with those in the normal liver tissue Following the HepG2 cells were treated with TNFα, the expression levels of BECN1, LC3B and PCNA proteins were upregulated, and the cell viability was increased After the treatment with autophagy inhibitor 3MA, the expression of PCNA protein and cell viability were downregulated After the treatment with TNFα, the phosphorylated level of eIF2a was significantly enhanced ConclusionTNFα can induce the autophagy of liver cancer cells via the endoplasmic reticulum stress signaling pathway, thereby promoting the proliferation of liver cancer cells

    【Key words】 Hepatocellular carcinoma; Tumor necrosis factorα; Autophagy;

    Endoplasmic reticulum stress

    原發(fā)性肝細(xì)胞癌是嚴(yán)重威脅人類生命健康的惡性腫瘤之一,盡管近年來(lái)該病的基礎(chǔ)研究和臨床研究均取得了巨大進(jìn)展,但其防治效果仍不盡如人意,肝細(xì)胞癌相關(guān)分子機(jī)制仍未清楚是重要的原因之一。自噬是細(xì)胞在受到刺激后,吞噬體內(nèi)細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞器形成自噬體,自噬體內(nèi)的內(nèi)容物在溶酶體作用下降解、再利用的過(guò)程,可分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬[1]。近年大量研究發(fā)現(xiàn)自噬在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、耐藥、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后等過(guò)程中發(fā)揮著重要意義,腫瘤細(xì)胞可通過(guò)自噬抵御炎癥和藥物損傷,從而不斷異常分裂、增殖,甚至產(chǎn)生耐藥和逃逸[23]。腫瘤壞死因子α(TNFα)是一種主要由巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子,具有多種生物活性。真核細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)因錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白聚集,或者鈣離子平衡紊亂可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,對(duì)于調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生存、凋亡發(fā)揮著重要作用。研究已發(fā)現(xiàn)TNFα作為重要的炎癥因子,在肝癌細(xì)胞的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用,但其對(duì)肝癌細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及自噬的作用報(bào)道較少[45]。本研究旨在觀察TNFα在肝癌細(xì)胞中對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬及細(xì)胞增殖的作用,試圖探討可能存在的作用機(jī)制。

    材料與方法

    一、材料來(lái)源

    收集2014年4月至12月在中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院進(jìn)行肝血管瘤或肝細(xì)胞癌手術(shù)切除標(biāo)本各10例,正常肝組織取自肝血管瘤患者距離血管瘤邊緣2 cm以上的部位組織,肝細(xì)胞癌患者配對(duì)癌旁組織選取自距離癌灶邊緣2 cm以上部位,所有組織標(biāo)本均經(jīng)蘇木素伊紅染色進(jìn)行組織學(xué)確認(rèn)。本研究遵循的程序符合中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究倫理委員會(huì)所制定的倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn),得到該委員會(huì)批準(zhǔn),征得患者的知情同意并簽署知情同意書(中大附三醫(yī)倫[2014]27號(hào))。

    二、實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

    1主要試劑及抗體

    DMEM培養(yǎng)液(Gibco, US)、TNFα重組因子(Pepro Tech, US)、TNFα 抗體(Santa Cruz, US)、PCNA 抗體(Santa Cruz, US)、BECN1 抗體(Abcam, US)、LC3B抗體(Sigma, US)、βarrestin1抗體(Abcam, US)、GAPDH抗體(Santa Cruz, US)、eIF2α和peIF2α抗體(Cell Signaling Technology, US)、DAB顯色液(DAKO, Denmark);CCK8試劑盒(Dojindo, Japan)。人肝癌細(xì)胞系HepG2由中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室惠贈(zèng)。

    2主要儀器

    顯微鏡(Leica , Germany),SDSPAGE電泳槽(BIORAD, US),轉(zhuǎn)膜儀(BIORAD, US),PCR儀(Labnet, US ),Nanodrop 2000微量紫外分光光度計(jì)(Thermo Scientific, US),低溫高速冷凍離心機(jī)(Eppendorf 公司, Germany)等。

    三、實(shí)驗(yàn)方法

    1免疫組織化學(xué)染色

    人體組織標(biāo)本經(jīng)甲醛固定、乙醇梯度脫水、二甲苯透明以及浸蠟后制成石蠟切片。石蠟切片經(jīng)脫蠟和階梯水化后,置于3%雙氧水中10 min去除過(guò)氧化物酶,在pH 60的檸檬酸鈉修復(fù)液中高溫高壓修復(fù)2 min,血清封閉10 min,分別滴加一抗:抗TNFα(1∶100)、抗BECN1(1∶200)、抗LC3B(1∶200)、抗PCNA(1∶200)4℃孵育過(guò)夜;PBST浸泡5 min,二抗37℃孵育2 h,滴加DAB顯色,適時(shí)清水終止反應(yīng),蘇木素伊紅染色后樹脂封片,顯微鏡下觀察。

    2細(xì)胞培養(yǎng)及處理

    接種細(xì)胞于6孔板中,用含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng),待細(xì)胞密度達(dá)80%時(shí),將細(xì)胞分為4組。TNFα處理組:TNFα(40 ng/ml)處理細(xì)胞8 h;3MA組:3MA(10 mmol/L)處理細(xì)胞8 h;3MA+ TNFα處理組:同時(shí)用TNFα(40 ng/ml)和3MA(10 mmol/L)處理細(xì)胞8 h;空白組:加入DMEM。

    3細(xì)胞總蛋白提取以及蛋白電泳

    在6孔板中加入適量含有蛋白酶抑制劑的裂解液,用細(xì)胞刷輕輕刮下細(xì)胞,混勻裂解液,冰上作用30 min,BCA法測(cè)蛋白濃度,100℃加熱變性5 min后,-80℃保存。取適量蛋白進(jìn)行蛋白電泳,牛奶封閉2 h,分別滴加一抗:抗BECN1(1∶2 000)、抗LC3B(1∶2 000)、抗PCNA(1∶2 000)、抗eIF2α(1∶2 000)、抗peIF2α(1∶2 000),4℃搖床孵育過(guò)夜,TBST洗滌15 min,滴加二抗常溫孵育2 h,TBST洗滌15 min,暗房壓片曝光。膠片條帶用Image J 圖像分析軟件進(jìn)行灰度分析。

    4細(xì)胞活性測(cè)定

    將細(xì)胞接種于96孔板,每孔約1 000個(gè)細(xì)胞(200 μl/孔),每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。按照分組對(duì)細(xì)胞進(jìn)行處理,一定時(shí)間后將培養(yǎng)基吸出,待測(cè)孔每孔加入10 μl CCK8溶液和90 μl DMEM培養(yǎng)液。在細(xì)胞培養(yǎng)箱繼續(xù)孵育3 h后,用酶標(biāo)儀測(cè)定在490 nm處的吸光值,記為該孔的細(xì)胞增殖活性。

    四、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

    應(yīng)用SPSS 200軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以±s表示,2組獨(dú)立樣本間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),配對(duì)樣本間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),多組獨(dú)立樣本間比較應(yīng)用單因素方差分析法,進(jìn)一步兩兩比較采用LSDt檢驗(yàn)法分析,P<005為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

    結(jié)果

    一、 人肝癌癌灶組織、癌旁組織和正常肝組織相關(guān)蛋白分析

    對(duì)3種人樣本組織進(jìn)行石蠟包埋、切片、免疫組織化學(xué)染色,發(fā)現(xiàn)TNFα、自噬相關(guān)蛋白BECN1、LC3B主要在組織細(xì)胞胞漿中彌漫性表達(dá),PCNA主要在胞核中表達(dá),DAB染色為棕黃色陽(yáng)性信號(hào)。TNFα在正常肝組織中的陽(yáng)性信號(hào)少于癌旁和癌灶組織,BECN1、LC3B、PCNA蛋白在癌灶組織和癌旁組織中陽(yáng)性信號(hào)明顯多于正常肝組織,見圖1。每組組織樣品各10例進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色隨機(jī)計(jì)數(shù)900個(gè)細(xì)胞,經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),TNFα在癌灶組織[(205±78)%]和癌旁組織[(243±102)%]中的表達(dá)高于正常肝組織[(34±52)%];同樣的,自噬相關(guān)蛋白BECN1在癌灶組織[(751±83)%]和癌旁組織[(743±125)%]中的表達(dá)高于正常肝組織[(205±138)%];LC3B在正常肝組織[(207±121)%]中表達(dá)少于癌灶組織[(806±96)%]和癌旁組織[(833±104)%];PCNA在癌灶組織[(163±63)%]和癌旁組織[(178±94)%]中表達(dá)高于

    圖1人肝癌癌灶、癌旁組織和正常肝組織中相關(guān)蛋白水平(×200)

    A、B、C:正常肝組織(Normal)、癌旁組織(Paracancer)、肝癌癌灶組織(HCC)TNFα免疫組織化學(xué)染色;D、E、F:正常肝組織、癌旁組織、肝癌癌灶組織BECN1免疫組織化學(xué)染色;G、H、I:正常肝組織、癌旁組織、肝癌癌灶組織LC3B免疫組織化學(xué)染色;J、K、L:正常肝組織、癌旁組織、肝癌癌灶組織PCNA免疫組織化學(xué)染色

    正常肝組織[(52±81)%]。癌灶組織與正常肝組織比較,tTNFα=862、tBECN1=743、tLC3B=628、tPCNA=881,P均<005;癌旁組織與正常肝組織比較,tTNFα=655、tBECN1=931、tLC3B=856、tPCNA=834,P均<005;癌旁組織與癌灶組織比較,tTNFα=206、tBECN1=168、tLC3B=197、tPCNA=853,PPCNA<005、PTNFα、PBECN1、PLC3B均>005。

    二、 HepG2細(xì)胞相關(guān)蛋白分析及細(xì)胞活性檢測(cè)

    利用TNFα刺激HepG2細(xì)胞8 h后提取蛋白,蛋白免疫印跡法分析顯示TNFα刺激組細(xì)胞中BECN1、LC3B、PCNA蛋白水平升高。相對(duì)TNFα刺激組而言,TNFα+3MA處理組中PCNA蛋白水平并未見明顯升高。利用CCK8試劑盒檢測(cè)細(xì)胞增殖活性,TNFα刺激組細(xì)胞活性較空白對(duì)照組明顯升高,然而加入自噬抑制劑3MA后細(xì)胞活性升高不明顯,見圖2。

    三、HepG2細(xì)胞peIF2α/eIF2α蛋白表達(dá)情況

    研究已顯示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)引起細(xì)胞自噬水平升高,而eIF2α蛋白磷酸化水平升高亦提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增強(qiáng)。提取細(xì)胞蛋白,通過(guò)蛋白免疫印跡法和灰度分析檢測(cè)各分組中peIF2α及eIF2α蛋白表達(dá)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,不論是否使用TNFα因子刺激細(xì)胞,細(xì)胞中eIF2α蛋白水平并無(wú)明顯改變。而對(duì)于未加TNFα刺激組,peIF2α表達(dá)量較低,eIF2α蛋白磷酸化水平低。在TNFα刺激下,細(xì)胞中eIF2α蛋白磷酸化水平明顯增強(qiáng),peIF2α蛋白表達(dá)量升高,見圖3。

    圖2不同處理?xiàng)l件下HepG2細(xì)胞相關(guān)蛋白檢測(cè)及細(xì)胞活性實(shí)驗(yàn)

    A:空白對(duì)照組和TNFα處理組中BECN1、LC3B、PCNA蛋白免疫印跡電泳圖;B:空白對(duì)照組、TNFα處理組、3MA處理組、TNFα+3MA處理組中PCNA蛋白水平;C:空白對(duì)照組(Vehicle)、TNFα處理組、3MA處理組、TNFα+3MA處理組細(xì)胞活性檢測(cè),方差分析結(jié)果F值=821,與對(duì)照組比較, LSDtTNFα組=638,LSDt3MA組=412,LSDtTNFα+3MA組=356;與TNFα組比較,LSDtTNFα+3MA組=372;與空白對(duì)照組比較,*P<005;與TNFα處理組比較,#P<005

    圖3HepG2細(xì)胞peIF2/eIF2蛋白表達(dá)情況

    A:不同處理?xiàng)l件下HepG2細(xì)胞peIF2α/eIF2α蛋白免疫印跡電泳圖;B:peIF2α/eIF2α灰度值分析;與空白對(duì)照組(Vehicle)比較,*P<005

    討論

    原發(fā)性肝細(xì)胞癌的發(fā)病率和病死率均較高,其發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制尚未明確是防治效果差的重要原因之一。大量研究已經(jīng)證實(shí),在肝細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中,炎癥反應(yīng)起到了重要的推動(dòng)作用,長(zhǎng)期持續(xù)的慢性炎癥刺激會(huì)促進(jìn)肝細(xì)胞癌變,其中炎癥因子TNFα發(fā)揮著重要作用[67]。自噬是維持細(xì)胞正常生理代謝的重要信號(hào)通路,其作用具有雙面性,一方面自噬可以及時(shí)清除并再利用細(xì)胞內(nèi)無(wú)用的細(xì)胞成分、代謝產(chǎn)物而為細(xì)胞提供能量,維持細(xì)胞的正常功能而存活,但相反過(guò)強(qiáng)的自噬反應(yīng)將引起細(xì)胞損傷,導(dǎo)致細(xì)胞死亡,故也有人將其稱為凋亡與壞死外的第3種細(xì)胞“死亡”方式。相關(guān)研究顯示,腫瘤細(xì)胞在不利的細(xì)胞外環(huán)境刺激下,可以通過(guò)自噬去獲得維持生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而維持腫瘤細(xì)胞的生存、產(chǎn)生耐藥性,并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[8]。

    既往研究已發(fā)現(xiàn)炎癥和自噬的發(fā)生有著密切關(guān)系,炎癥反應(yīng)可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)自噬的發(fā)生以拮抗炎癥因子對(duì)細(xì)胞的損傷,促進(jìn)細(xì)胞的損傷修復(fù)而維持細(xì)胞生存[910]。但是,炎癥因子TNFα是否可以通過(guò)自噬促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖卻不明確,本研究首先通過(guò)對(duì)人體肝癌樣本進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在原發(fā)性肝細(xì)胞癌組織和癌旁組織中TNFα、自噬相關(guān)蛋白BENC1、LC3B以及增殖標(biāo)志物PCNA較正常肝組織均有升高,提示自噬在肝細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中可能有著重要的意義,且自噬活動(dòng)可能影響肝癌細(xì)胞增殖。為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述觀點(diǎn),我們用TNFα因子刺激HepG2肝癌細(xì)胞株,發(fā)現(xiàn)TNFα因子刺激后,HepG2細(xì)胞的自噬水平和增殖活性明顯上調(diào),同時(shí),利用自噬抑制劑3MA抑制HepG2細(xì)胞自噬后,和對(duì)照組比較發(fā)現(xiàn),TNFα刺激未引起細(xì)胞增殖活性的明顯升高,提示TNFα可能通過(guò)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的自噬促進(jìn)其增殖。

    大量研究已證實(shí),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與自噬有著密切的關(guān)系,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活并發(fā)生未折疊蛋白反應(yīng)將引起細(xì)胞內(nèi)自噬水平的上調(diào)[1112]。eIF2α作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路中的重要信號(hào)分子,參與了細(xì)胞凋亡、增殖以及炎癥調(diào)節(jié),其蛋白的磷酸化水平(peIF2α)是提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路激活的標(biāo)志物之一。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)使用TNFα刺激肝癌細(xì)胞后,細(xì)胞中peIF2α蛋白水平明顯升高,提示TNFα誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)激活了HepG2細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路。

    綜上所述,TNFα可能通過(guò)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬而促進(jìn)細(xì)胞增殖。該研究為肝癌細(xì)胞自噬的發(fā)生機(jī)制提供了新的依據(jù),為通過(guò)調(diào)節(jié)自噬抑制肝癌的發(fā)生、發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

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    (收稿日期:20170506)

    (本文編輯:楊江瑜)

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    內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在腎臟缺血再灌注和環(huán)孢素A損傷中的作用及研究進(jìn)展
    自噬在糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制中的作用
    亞精胺誘導(dǎo)自噬在衰老相關(guān)疾病中的作用
    科技視界(2016年11期)2016-05-23 08:10:09
    對(duì)比分析肝內(nèi)型膽管細(xì)胞癌與肝細(xì)胞癌采用CT的鑒別診斷
    肝細(xì)胞癌Adv—p53、AAV—HGFK1聯(lián)合轉(zhuǎn)基因治療的臨床療效和預(yù)后分析
    Rab27A和Rab27B在4種不同人肝癌細(xì)胞株中的表達(dá)
    聯(lián)合金雀異黃素和TRAIL處理對(duì)SMMC—7721肝癌干細(xì)胞樣細(xì)胞凋亡的影響
    自噬在不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)影響關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞功能中的作用
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