印 滇,楊 莉,張 亮,繆亞軍,馮 秀,王以浪
miR-21通過PDCD4調(diào)控肝癌細胞的生長和侵襲
印 滇,楊 莉,張 亮,繆亞軍,馮 秀,王以浪
目的 探討miR-21在原發(fā)性肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)組織和細胞中的表達及其可能調(diào)控的靶基因。方法 檢測miR-21在HCC組織和細胞系中的表達,使用miR-21抑制劑后,觀察HCC細胞活力和侵襲能力的變化;運用生物信息學分析預測miR-21可能的靶基因。應用miR-21抑制劑后,雙熒光素酶報告基因系統(tǒng)檢測其對靶基因活性的影響。結(jié)果 HCC組織中miR-21表達水平顯著高于癌旁組織(P<0.05);HCC細胞中miR-21的表達水平顯著高于肝細胞(P<0.01)。抑制miR-21后,HCC細胞的活力和侵襲能力降低(P<0.01)。抑癌基因程序性死亡因子4(programmed cell death 4, PDCD4)在HCC組織中的表達顯著低于癌旁組織(P<0.01),在肝癌細胞中的表達水平顯著低于肝細胞(P<0.01)。干擾PDCD4后,肝癌細胞的活力和侵襲能力提高(P<0.05)。雙熒光素酶報告基因檢測顯示,使用miR-21抑制劑后,PDCD4表達上調(diào)(P<0.01),肝癌細胞的侵襲和增殖能力降低(P<0.01)。干擾PDCD4后,肝癌細胞的侵襲和增殖能力升高(P<0.001)。結(jié)論 miR-21可通過PDCD4調(diào)控肝癌細胞的生長和侵襲。
肝腫瘤;miR-21;PDCD4
原發(fā)性肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的病死率在全球惡性腫瘤中位居第3位,國內(nèi)位居第2位。由于其侵襲性高,易肝內(nèi)轉(zhuǎn)移和復發(fā),HCC患者預后一般較差,術(shù)后5年生存率通常不超過40%[1]。微小RNA(miRNA)是近年來發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性單鏈非編碼RNA,長17~25個核苷酸,以互補配對方式與靶基因的堿基結(jié)合。其與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān),在腫瘤發(fā)生過程中既可以扮演癌基因也可扮演抑癌基因的角色[2-3]。miR-21是miRNA中具有代表性的基因,通過多種途徑抑制基因轉(zhuǎn)錄,發(fā)揮類似癌基因的作用,影響細胞的增殖、分化和凋亡等過程[4]。miR-21在外周血中可以穩(wěn)定地存在,血清中高水平的miR-21往往提示預后不良[5]。目前已明確抑癌基因程序性死亡因子4(programmed cell death 4, PDCD4)是miR-21的靶基因之一。本文探討miR-21在HCC組織和細胞中的表達,及其對PDCD4的調(diào)控作用。
1.1 材料 選取2015年6月~2016年6月南通市第一人民醫(yī)院病理科存檔的16例HCC組織,另取相應癌旁組織(距腫瘤病變5 cm以上,經(jīng)HE染色證實無癌細胞浸潤)作為對照組,術(shù)前患者均未接受肝動脈化療栓塞治療等治療。16例患者年齡38~71歲,平均(45±3.3)歲;其中男性12例,女性4例。本實驗標本采集經(jīng)我院倫理委員會同意,患者均簽署知情同意書。
1.2 方法
1.2.1 細胞培養(yǎng) 人肝細胞系THLE2和人肝癌細胞系HepG2、Huh7均購自中國科學院典型培養(yǎng)物保藏委員會細胞庫。細胞培養(yǎng)于含10%胎牛血清(fetal bovine serum, FBS)的DEDM(Gibco公司)培養(yǎng)基,于37 ℃ 5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
1.2.2 細胞轉(zhuǎn)染 細胞轉(zhuǎn)染前一天6孔培養(yǎng)板中接種適當數(shù)量的細胞,每孔加入2 mL不含抗生素的培養(yǎng)基,轉(zhuǎn)染時的細胞密度達50%~60%。次日棄去6孔板中的舊培養(yǎng)基,用不含血清的Opti-MEMI培養(yǎng)基洗滌2次,每孔加入Opti-MEMI 1.5 mL。共同轉(zhuǎn)染分為miR-21 inhibitor陰性對照+siRNA陰性對照組、miR-21 inhibitor+siRNA陰性對照組、miR-21 inhibitor+PDCD4 siRNA組。用250 μL不含血清培養(yǎng)基Opti-MEMI稀釋10 μL siRNA、miR-21 inhibitor及其相應的陰性對照物,輕輕混勻,室溫孵育5 min;用250 μL不含血清培養(yǎng)基Opti-MEMI稀釋Lipofectamine 2000,輕輕混勻并室溫孵育5 min,將稀釋過的Lipofectamine 2000與上述稀釋好的siRNA和miR-21 inhibitor輕輕混勻,室溫孵育20 min使其充分混合。將制備好的轉(zhuǎn)染試劑混合液加入含有HepG2細胞以及培養(yǎng)基的6孔培養(yǎng)板各孔中,輕輕混勻;將培養(yǎng)板置于37 ℃ 5%CO2培養(yǎng)箱中孵育,6~8 h后換液,72 h后檢測PDCD4蛋白水平、細胞增殖和侵襲能力改變。
1.2.3 qRT-PCR 組織標本經(jīng)液氮研磨,提取肝癌組織和癌旁組織中的總RNA,逆轉(zhuǎn)錄后得到cDNA,qRT-PCR使用7500實時定量PCR系統(tǒng),PDCD4以β-actin作為內(nèi)參。使用miR-21檢測試劑盒(美國Applied Biosystems,ABI公司),按試劑盒說明書測定miR-21。引物序列為miR-21 F:5′-CTGCAGGGTCCGAGGT-3′;miR-21 R:5′-GCCGCTAGCTTACAGACTGATGT-3′。U6snRNA作為內(nèi)參,引物序列為U6 F:5′-CTCGCTTCGGCAGCACA-3′;U6 R:5′-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3′。PDCD4引物由上海生工公司合成,引物序列為PDCD4 F:5′-CCTGAATTAGCACTGGATACTCCT-3′,PDCD4 R:5′-CTAGCCTGCACACAATCTACAGTT-3′。
1.2.4 Western blot檢測 轉(zhuǎn)染后72 h,裂解HepG2、Huh7細胞,收集蛋白,樣品使用10%SDS-PAGE分離,而后轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,5%脫脂牛奶室溫封閉1 h,加PDCD4一抗,4 ℃過夜,次日加二抗,histone 3作為內(nèi)參,ECL法顯色。
1.2.5 細胞活力檢測 采用CCK-8法檢測細胞活力,操作步驟按試劑盒說明書進行。細胞接種于96孔板,加入HepG2細胞。分別加入inhibitor陰性對照+siRNA陰性對照、miR-21 inhibitor+siRNA陰性對照、miR-21 inhibitor+siRNA PDCD4,48 h后,檢測細胞活力。PDCD4干擾片段由上海拓然公司合成 。
1.2.6 細胞侵襲能力 細胞侵襲能力用Transwell試驗檢測。HepG2細胞以5×104/mL密度種植在24孔板上。下室加入400 μL 10%FBS。未穿過的細胞用棉球從膜的上方小心拭去。下方細胞用多聚甲醛固定,0.1%結(jié)晶紫染色,倒置顯微鏡計數(shù)。
1.2.7 雙熒光素酶報告基因試驗 根據(jù)生物信息學軟件多種靶基因在線分析,預測miR-21可能的靶基因,并獲取含有作用位點的片段序列。預測設計引物,擴增出包含有保守性結(jié)合位點的3′-UTR-WT和3′-UTR-MT,擴增產(chǎn)物行凝膠電泳,將目的基因切膠回收,再連接目的基因和載體,構(gòu)建pGL3-PDCD4-3′-UTR和PDCD4-3′-UTR-MT載體,依次進行轉(zhuǎn)化感受態(tài)菌、目的基因測序、質(zhì)粒抽提,重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)染HepG2、Huh7細胞,行雙熒光素酶報告基因分析。
2.1 miR-21在HCC組織和細胞系中的表達 qRT-PCR實驗結(jié)果表明,miR-21在HCC組織中的表達水平顯著高于癌旁組織(P<0.05)。miR-21在人肝癌細胞系HepG2、Huh7中的表達水平顯著高于肝細胞系THLE2(P<0.01,圖1)。
圖1 qRT-PCR檢測miR-21在肝組織和細胞系中的表達
A.HCC與癌旁組織中miR-21的表達,*P<0.05;B. miR-21在不同細胞系中的表達,**P<0.01
2.2 miR-21對HCC細胞活力和侵襲能力的影響 與對照組相比,使用miR-21抑制劑后,HepG2細胞的侵襲能力下降,Transwell穿過的細胞數(shù)目分別為120±5和46±8(P<0.01)。與對照組相比,miR-21抑制劑組HepG2細胞活力下降,CCK-8檢測細胞的相對活力分別為1±0.02和 0.48±0.15(P<0.01,圖2)。
圖2 miR-21抑制劑處理對HepG2細胞活力和侵襲能力的影響
A.Transwell檢測miR-21抑制劑處理對HepG2細胞侵襲功能的影響,**P<0.01;B.CCK-8檢測miR-21抑制劑處理48 h對HepG2細胞活力的影響,**P<0.01
2.3 PDCD4在HCC組織和細胞系中的表達 Western blot檢測結(jié)果顯示,HCC組織中PDCD4表達水平顯著低于癌旁組織(P<0.01)。HepG2、Huh7細胞中的PDCD4表達水平顯著低于THLE2(P<0.01,圖3)。
2.4 miR-21抑制劑對PDCD4表達的影響 使用miR-21抑制劑后,HepG2、Huh7中的PDCD4蛋白表達量明顯升高(圖4)。
2.5 熒光素酶報告基因檢測 PDCD4-3′-UTR-WT共轉(zhuǎn)染組,轉(zhuǎn)染miR-21抑制劑后熒光素酶相對活性明顯增加,與對照組及PDCD4-3′-UTR-MT組相比差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。PDCD4-3′-UTR-MT組轉(zhuǎn)染miR-21抑制劑后,熒光素酶活性與對照組相比,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),表明PDCD4是miR-21的靶基因之一(圖5)。
圖3 miR-21對PDCD4的調(diào)控作用
A.Western blot檢測PDCD4在組織中的表達,**P<0.01;B.Western blot檢測PDCD4在細胞系中的表達,**P<0.01
圖4 miR-21抑制劑對HepG2和Huh7細胞中PDCD4表達的影響1.anti-miR-N;2.anti-miR-21
圖5 雙熒光素酶報告基因檢測 **P<0.01
2.6 PDCD4介導miR-21對細胞活力和侵襲性的影響 使用miR-21抑制劑和siRNA-PDCD4處理HepG2細胞后,Transwell檢測的miR-21抑制劑對照+siRNA對照組、miR-21抑制劑+siRNA對照組、miR-21抑制劑+siRNA-PDCD4 組穿過的細胞數(shù)目分別為183±2、76±5、231±3(P<0.01,P<0.001);CCK-8檢測的三組細胞相對活力分別為1.0±0.1、0.48±0.08、1.47±0.23(P<0.01,P<0.001,圖6)。這提示PDCD4介導了miR-21對細胞活力和侵襲能力的調(diào)控。
圖6 Transwell和CCK-8檢測miR-21抑制劑和siRNA PDCD4處理后對HepG2細胞侵襲能力和活力的影響
**P<0.01,***P<0.001
miRNAs通過與目標基因的mRNAs 3′UTR互補配對來抑制其蛋白表達,因此miRNAs介導調(diào)控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展的途徑可能有以下幾種:與抑癌基因結(jié)合的miRNAs過表達或信號放大,與癌基因結(jié)合的miRNAs內(nèi)源性丟失。盡管原發(fā)性肝癌的診治技術(shù)近年來有所改善,但由于其易發(fā)生肝內(nèi)外轉(zhuǎn)移,肝癌的預后仍較差。因此,了解肝癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移機制在惡性腫瘤的治療中顯得尤為重要。Medina等[6]的研究證實:miR-21是一種癌基因性質(zhì)的RNA,一些腫瘤的生長對其有明顯的依賴性。研究表明,miR-21在非小細胞肺癌、乳腺癌、胃癌等多種惡性腫瘤中過表達,可抑制靶基因的表達,與腫瘤細胞生長、增殖、侵襲轉(zhuǎn)移等生物學行為密切相關(guān)。有研究表明miR-21高表達亦預示著乳腺癌、結(jié)腸癌患者預后不良。其在HCC組織中的水平是癌旁組織的近3倍,與HCC患者術(shù)后預后密切相關(guān)(HR=1.684 7)[7]。本實驗亦證明miR-21在HCC組織中的表達水平比癌旁組織高,在肝癌細胞系中的表達水平比肝細胞系高,這與文獻報道相一致。在肝癌細胞系HepG2中,通過轉(zhuǎn)染化學合成的miR-21抑制劑,使miR-21低表達可抑制HepG2細胞的活力和侵襲能力,促進細胞凋亡。
PDCD4是AKT/PI3K/mTOR通路下游重要的靶點之一,研究發(fā)現(xiàn)其是一種新的抑癌基因。人的PDCD4基因定位于10q24,編碼的蛋白約含469個氨基酸。大量研究發(fā)現(xiàn)PDCD4通過影響癌細胞的增殖、轉(zhuǎn)移和抗凋亡能力發(fā)揮其抗腫瘤效應。Matsuhashi等[8]報道PDCD4是轉(zhuǎn)化生長因子TGF-βl誘導HCC凋亡所必需的分子。Wei等[9]研究卵巢癌發(fā)現(xiàn),PDCD4表達與腫瘤惡性程度和預后相關(guān)。Zhu等[10]研究124例肺癌組織中PDCD4的表達,發(fā)現(xiàn)有84例PDCD4表達下降或缺失。Zhang等[11]研究證實PDCD4抑制侵襲相關(guān)蛋白AKT和MAP4K1的表達和基因活性,增加轉(zhuǎn)移抑制蛋白如E-cadherin和TIMP2的釋放。
Sun等[12]研究證實PDCD4在轉(zhuǎn)錄后水平被miR-21負性調(diào)節(jié),上調(diào)的miR-21和下調(diào)的PDCD4能促進頭頸部鱗癌細胞的增殖;而轉(zhuǎn)染miR-21抑制劑后能上調(diào)PDCD4的表達,減慢細胞的分化速率。miR-21通過其靶基因PTEN、PDCD4和RECK調(diào)控肝癌細胞轉(zhuǎn)移。有研究證實,miR-21與PDCD4表達呈負相關(guān)。PDCD4低表達者腫瘤較大,易發(fā)生遠處和淋巴結(jié)遠轉(zhuǎn)移[13]。提示miR-21可能通過抑制PDCD4的表達促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。miR-21可通過miR21-PDCD4-AP-1反饋環(huán)路促進HCC的侵襲和轉(zhuǎn)移。
PDCD4基因3′端非翻譯區(qū)有高保守的miR-21結(jié)合位點,研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌細胞中miR-21可下調(diào)PDCD4基因的表達,促進腫瘤細胞的侵襲及轉(zhuǎn)移。本實驗Western blot檢測結(jié)果顯示,肝癌組織中PDCD4表達水平顯著低于癌旁組織。肝癌細胞HepG2、Huh7中的PDCD4表達水平顯著低于肝細胞THLE2;抑制miR-21后,PDCD4 mRNA變化無差異,但PDCD4蛋白表達水平則明顯增高,證明miR-21在轉(zhuǎn)錄后在蛋白水平調(diào)控PDCD4表達。本研究通過Target Scan軟件分析得知miR-21強結(jié)合PDCD4的3′UTR,熒光素酶報告基因?qū)嶒炓嘧C實了肝癌中miR-21通過結(jié)合PDCD4 mRNA的3′UTR抑制其翻譯表達。使用miR-21抑制劑處理HepG2細胞后,細胞活力和侵襲能力明顯降低;干擾PDCD4基因后,能恢復miR-21對HepG2細胞活力和侵襲的促進作用,這一結(jié)果與其他腫瘤中的研究結(jié)果相一致。
綜上所述,在肝癌中,miR-21和PDCD4表達呈負相關(guān),miR-21通過抑制PDCD4表達,促進肝癌細胞的生長和侵襲。
[1] Aino H, Sumie S, Niizeki T,etal. Clinical characteristics and prognostic factors for advanced hepatocellular carcinoma with extrahepatic metastasis[J]. Mol Clin Oncol, 2014,2(3):393-398.
[2] Braconi C, Henry J C, Kogure T,etal. The role of microRNAs in human liver cancers[J]. Semin Oncol, 2011,38(6):752-763.
[3] Law P T, Wong N. Emerging roles of microRNA in the intracellular signaling networks of hepatocellular carcinoma[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2011,26(3):437-449.
[4] Tüfekci K U, Meuwissen R L, Genc S. The role of microRNAs in biological processes[J]. Methods Mol Biol, 2014,1107:15-31.
[5] Wang W Y, Zhang H F, Wang L,etal. miR-21 expression predicts prognosis in hepatocellular carcinoma[J]. Clin Res Hepatol Gastroenterol, 2014,38(6):715-719.
[6] Medina P P, Nolde M, Slack F J. OncomiR addiction in an in vivo model of microRNA-21-induced pre-B-cell lymphoma[J]. Nature, 2010,467(7311):86-90.
[7] Schetter A J, Leung S Y, Sohn J J,etal. MicroRNA expression profiles associated with prognosis and therapeutic outcome in colon adenocarcinoma[J]. Jama, 2008,299(4):425-436.
[8] Matsuhashi S, Hamajima H, Xia J,etal. Control of a tumor suppressor PDCD4: degradation mechanisms of the protein in hepatocellular carcinoma cells[J]. Cell Signal, 2014,26(3):603-610.
[9] Wei N, Liu S S, Chan K K,etal. Tumour suppressive function and modulation of programmed cell death 4 (PDCD4) in ovarian cancer[J]. PLoS One, 2012,7(1):e30311.
[10] Zhu Q, Wang Z, Hu Y,etal. miR-21 promotes migration and invasion by the miR-21-PDCD4-AP-1 feedback loop in human hepatocellular carcinoma[J]. Oncol Rep, 2012,27(5):1660-1668.
[11] Zhang N, Duan W D, Leng J J,etal. STAT3 regulates the migration and invasion of a stem-like subpopulation through microRNA-21 and multiple targets in hepatocellular carcinoma[J]. Oncol Rep, 2015,33(3):1493-1498.
[12] Sun Z, Li S, Kaufmann A M,etal. miR-21 increases the programmed cell death 4 gene-regulated cell proliferation in head and neck squamous carcinoma cell lines[J]. Oncol Rep, 2014,32(5):2283-2289.
[13] Zhu S, Wu H, Wu F,etal. MicroRNA-21 targets tumor suppressor genes in invasion and metastasis[J]. Cell Res, 2008,18(3):350-359.
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MiR-21 regulates the growth and invasion of liver cancer cells through PDCD4
YIN Dian, YANG Li, ZHANG Liang, MIU Ya-jun, FENG Xiu, WANG Yi-lang
(DepartmentofOncology,theFirstPeople’sHospitalofNantong,Nantong226001,China)
Purpose To evaluate the expression of miR-21 in the tissues and cell lines of hepatocellular carcinoma, and to try to find its possible target genes. Methods The expression profile of miR-21 was detected in hepatocellular carcinoma tissues and cell lines. After miR-21 inhibitor was used, the alterations in the vitality and invasion of hepatocellular carcinoma cells were observed. The possible target gene of miR-21 was predicted by bioinformatics analysis. The influence of miR-21 inhibitors on the target gene activity was evaluated by dual luciferase reporting gene system. Results The expression level of miR-21 was significantly higher in hepatocellular carcinoma tissues than that in the adjacent ones (P<0.05). The expression level of miR-21 in hepatocellular carcinoma cells was significantly higher than that in the hepatic cells (P<0.01). After inhibiting miR-21, the viability and invasion ability of hepatocellular carcinoma cells were decreased (P<0.01). The expression level of programmed cell death 4 (PDCD4) in hepatocellular carcinoma tissues was significantly lower than that in the adjacent tissues (P<0.01). Its expression level in hepatocellular carcinoma cells was significantly lower than that in the hepatic cells (P<0.01). After interfering with PDCD4, the vitality and invasion ability of liver cancer cells were increased (P<0.05). Dual luciferase reporter gene assay indicated that by inhibiting miR-21, the expression level of PDCD4 was up-regulated (P<0.01). The vitality and invasion ability of liver cancer cells were reduced (P<0.001). Conclusion MiR-21 can regulate the growth and invasion of liver cancer cells through targeting PDCD4.
hepatocellular neoplasms; miR-21; PDCD4
南通市衛(wèi)計委青年基金(WQ2015018)
江蘇省南通市第一人民醫(yī)院腫瘤科,南通 226001
印 滇,男,碩士,主治醫(yī)師。E-mail: 6820648@qq.com 王以浪,男,碩士,主治醫(yī)師,通訊作者。E-mail: 895325173@qq.com
時間:2017-4-17 18:19
http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170417.1819.013.html
R 735.7
A
1001-7399(2017)04-0412-05
10.13315/j.cnki.cjcep.2017.04.013
接受日期:2016-12-23