賈淑青,方銳華,莫金雪
(1廣州市第一人民醫(yī)院南沙醫(yī)院皮膚科,廣東 廣州 511457; 2廣州市第一人民醫(yī)院皮膚科,廣東 廣州 510180)
皮膚是人體最大的器官,能夠保護機體免于物理損傷,皮膚經(jīng)過長時間的紫外線和輻射等損傷后,皮膚組織細胞中的DNA等發(fā)生斷裂,導(dǎo)致皮膚發(fā)生癌變[1]。皮膚鱗狀細胞癌(簡稱鱗癌)是一種常見的皮膚惡性腫瘤,其發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢,具有發(fā)展快、易轉(zhuǎn)移等特點。組蛋白去乙?;?histone deacetylase,HDAC)1參與核小體結(jié)構(gòu)的變化過程和相關(guān)基因的表達,與轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄有關(guān),參與細胞凋亡過程。HDAC1在前列腺癌、腎細胞癌和卵巢癌等腫瘤組織中表達升高,能夠促進腫瘤細胞的生長[2-6]。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transdu-cer and activator of transcription 3,STAT3)信號通路在細胞生長和凋亡過程中發(fā)揮調(diào)控作用,STAT3磷酸化后,STAT3信號通路激活,細胞凋亡受到抑制[7-9]。有研究表明,抑制STAT3信號通路能夠促進腫瘤細胞的凋亡[10-13]。本研究以皮膚鱗癌細胞為研究對象,通過RNA干擾(RNA interference,RNAi)技術(shù)探討HDAC1對細胞凋亡的影響,以期為靶向HDAC1治療皮膚鱗癌提供理論基礎(chǔ)。
HDAC1小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)和小干擾RNA陰性對照(siRNA negative control,siRNA NC)為廣州醫(yī)科大學實驗室保存。Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑為Invitrogen產(chǎn)品;RT-PCR試劑盒為Thermo產(chǎn)品;BCA蛋白濃度檢測試劑盒為碧云天生物技術(shù)研究所產(chǎn)品; 抗STAT3、p-STAT3和cleaved caspase-3單克隆抗體均為SAB產(chǎn)品;抗HDAC1多克隆抗體為Santa Cruz產(chǎn)品。HDAC1和GAPDH引物由TaKaRa合成。
2.1細胞培養(yǎng)皮膚鱗癌細胞A431購自廣州吉妮歐生物科技。用含有10%胎牛血清的DMEM細胞培養(yǎng)液,置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。將保存于液氮罐中的細胞放于37 ℃條件下不停地搖動,使細胞在1 min內(nèi)融化,加入細胞培養(yǎng)液,1 000 r/min離心5 min,將上層液吸除后,加入5 mL的細胞培養(yǎng)液,接種于培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng)。待細胞密度超過80%時,用0.25%的胰蛋白酶對細胞進行消化傳代。
2.2細胞分組及轉(zhuǎn)染A431細胞培養(yǎng)至對數(shù)期后,分別轉(zhuǎn)染HDAC1 siRNA和siRNA NC,記為HDAC1 siRNA組和siRNA NC組,同時設(shè)置空白對照(control)組,control組細胞不進行細胞轉(zhuǎn)染。分別取HDAC1 siRNA和siRNA NC各12.5 μL,分別與250 μL不含血清的DMEM培養(yǎng)基混合,室溫環(huán)境下孵育5 min;取Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑與250 μL不含血清的DMEM培養(yǎng)基混合,在室溫靜置5 min;將稀釋后的siRNA和稀釋后的Lipofectamine 2000混合后,室溫環(huán)境下靜置20 min,后加入到細胞密度約為60%的A431細胞中,孵育6 h,更換細胞培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)48 h,用于后續(xù)實驗研究。
2.3RT-PCR檢測轉(zhuǎn)染后細胞中HDAC1的mRNA表達分別取培養(yǎng)48 h后的各組細胞,加入1 mL Trizol,混勻后裂解5 min。加200 μL氯仿,劇烈振蕩反應(yīng)15 s后,靜置5 min,4 ℃、12 000 r/min離心15 min。吸取500 μL上清液于EP管中,加入500 μL的異丙醇溶液,混合后,靜置5 min,4 ℃、12 000 r/min離心15 min。用75%的乙醇洗滌RNA 2次后,室溫條件下晾干。用DEPC水溶解后,保存于-80 ℃。HDAC1 的上游引物序列為5’-AACTGGGGACCTACGG-3’,下游引物序列為5’-ACTTGGCGTGTCCTT-3’;GAPDH的上游引物序列為5’-CGGAGTCAACGGATTTGGTCGTAT-3’,下游引物序列為5’-AGCCTTCTCCATGGTGGTGAAGAC-3’。 PCR反應(yīng)程序為:95 ℃ 5 min; 95 ℃ 20 s、60 ℃ 60 s、72 ℃ 30 s,40個循環(huán)。以GAPDH為內(nèi)參照,分析HDAC1的表達水平,實驗重復(fù)3次,取均值。
2.4Western blot檢測轉(zhuǎn)染后細胞中HDAC1的蛋白表達分別取培養(yǎng)48 h后的各組細胞,加入細胞裂解液,待細胞完全裂解后,4 ℃、12 000 r/min離心15 min,吸取蛋白上清液,按照BCA蛋白定量檢測試劑盒檢測蛋白樣品的濃度。將蛋白樣品與等體積的上樣緩沖液混合煮沸后進行凝膠電泳,使用10%的分離膠和5%的濃縮膠,90 V恒壓電泳至溴酚藍進入到分離膠的底部;100 V電壓將蛋白轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上,用5%牛血清白蛋白在37 ℃封閉90 min。加入 I 抗 (1∶1 000倍稀釋),4 ℃雜交過夜;再加入II抗(1∶2 000倍稀釋),室溫孵育90 min。顯色后,用Quantity One對蛋白進行定量分析,內(nèi)參照基因為GAPDH,實驗重復(fù)3次,取均值。
2.5MTT法檢測細胞活力取各組細胞以每孔3 000個細胞的密度接種到96孔細胞培養(yǎng)板中,培養(yǎng)48 h后,加入20 μL MTT溶液(5 g/L),37 ℃孵育4 h。棄上清液,在細胞中加入二甲基亞砜150 μL,待細胞結(jié)晶物融化后,用酶標儀檢測每孔波長490 nm處的吸光度(A),實驗重復(fù)3次,取均值。
2.6流式細胞術(shù)檢測細胞凋亡取各組細胞培養(yǎng)48 h后,收集106個細胞,用200 μL結(jié)合緩沖液懸浮細胞,加入10 μL Annexin V-FITC和5 μL 碘化丙啶(propidium iodide,PI),于室溫環(huán)境下,避光反應(yīng)15 min,再加300 μL緩沖液,用流式細胞術(shù)檢測細胞凋亡,實驗重復(fù)3次,取均值。
2.7Western blot檢測細胞中STAT3、p-STAT3和cleaved caspase-3的蛋白水平取各組細胞培養(yǎng)48 h后,按照2.4的方法提取細胞蛋白,并用Western blot檢測STAT3、p-STAT3和cleaved caspase-3的蛋白水平,內(nèi)參照為GAPDH,實驗重復(fù)3次,取均值。
2.8抑制STAT3信號通路對細胞凋亡的影響HDAC1 siRNA組細胞用STAT3信號通路抑制劑AG490(40 μmol/L)處理后48 h(記為HDAC1 siRNA+AG490組),MTT法檢測細胞活力(步驟參照2.5),流式細胞術(shù)檢測細胞凋亡(步驟參照2.6),Western blot檢測STAT3、p-STAT3和cleaved caspase-3水平(步驟參照2.7)。
所得的實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 22.0統(tǒng)計學軟件分析,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差(mean±SD)表示,多組間比較應(yīng)用方差分析并用Bonferroni校正的t檢驗進行兩兩比較,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
RT-PCR和Western blot結(jié)果顯示,與control組比較,siRNA NC組中HDAC1的mRNA和蛋白表達水平均無顯著差異;HDAC1 siRNA組細胞中 HDAC1 的mRNA和蛋白表達水平均明顯降低(P<0.05),說明HDAC1 siRNA能夠有效抑制皮膚鱗癌細胞中HDAC1的mRNA和蛋白表達,見圖1。
MTT實驗結(jié)果顯示,與control組比較,HDAC1 siRNA組的細胞活力明顯降低(P<0.05),說明干擾HDAC1表達能抑制皮膚鱗癌細胞的活力,見圖2。
流式細胞術(shù)結(jié)果顯示,與control組比較,HDAC1 siRNA組細胞凋亡率明顯升高(P<0.05),說明干擾HDAC1表達能促進皮膚鱗癌細胞凋亡,見圖3。
Figure 1.The expression level of HDAC1 in transfected cells.A:the mRNA level of HDAC1; B:Western blot was used to determine the protein expression of HDAC1.Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group.
圖1轉(zhuǎn)染后細胞中HDAC1表達水平的變化
Figure 2.The effect of HDAC1 on the cell viability.Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group.
圖2HDAC1對細胞活力的影響
Western blot結(jié)果顯示,與control組比較HDAC1 siRNA組細胞中的STAT3水平無顯著差異,p-STAT3水平明顯降低(P<0.05),cleaved caspase-3水平明顯升高(P<0.05),說明干擾HDAC1表達能夠促進皮膚鱗癌細胞中cleaved caspase-3的蛋白水平,抑制p-STAT3的蛋白水平,見圖4。
Figure 3.The effect of HDAC1 on the apoptosis.Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group.
圖3HDAC1對細胞凋亡的影響
Figure 4.The effect of HDAC1 on the protein levels of STAT3,p-STAT3 and cleaved caspase-3 in the cells.Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group.
圖4HDAC1對細胞中STAT3、p-STAT3和cleavedcaspase-3蛋白水平的影響
如圖5所示,與HDAC1 siRNA組比較,HDAC1 siRNA+AG490組的細胞活力明顯降低(P<0.05),說明STAT3信號通路抑制劑AG490能夠協(xié)同HDAC1 siRNA抑制皮膚鱗癌細胞的活力,見圖5。
Figure 5.The effect of STAT3 signaling pathway inhibitor AG490 on the cell viability.Mean±SD.n=3.*P<0.05vsHDAC1 siRNA group.
圖5STAT3信號通路抑制劑對細胞活力影響
如圖6所示,與HDAC1 siRNA組比較,HDAC1 siRNA+AG490組細胞凋亡率明顯升高(P<0.05),STAT3蛋白水平無顯著差異,p-STAT3蛋白水平明顯降低(P<0.05),cleaved caspase-3蛋白水平明顯升高(P<0.05),說明STAT3信號通路抑制劑AG490能夠協(xié)同HDAC1 siRNA促進皮膚鱗癌細胞凋亡。
HDAC1是第一個被發(fā)現(xiàn)的組蛋白去乙?;福渚幋a的蛋白含有482個氨基酸,在非組蛋白和組蛋白的去乙酰過程化中發(fā)揮重要作用,能夠調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄和表達[14]。有研究發(fā)現(xiàn),HDAC1在腫瘤組織中過度表達[15]。朱鑫等[16]通過免疫組化和RT-PCR的方法檢測了51例腎透明細胞癌標本和24例癌旁組織中HDAC1的陽性表達率依次為62%和37%,HDAC1的mRNA水平依次為0.35和0.10。鐘麗穎等[17]研究表明,小干擾RNA靶向抑制HDAC1表達后,卵巢癌細胞的凋亡率增加,細胞生長減慢。研究表明,干擾HDAC1 siRNA表達后的大腸癌細胞SW480的細胞凋亡率高達31%[18]。之后的研究報道稱,干擾HDAC1 siRNA表達能夠抑制舌鱗癌、宮頸癌和胃癌等多種癌細胞的生長,促進癌細胞的凋亡[19-20]。本研究結(jié)果顯示,干擾HDAC1 siRNA表達后的皮膚鱗癌細胞活力下降,細胞凋亡率增加,與之前的研究報道相符合,均說明干擾HDAC1表達能夠促進癌細胞凋亡。
Caspase蛋白家族成員的活性位點上均含有一個半胱氨酸蛋白酶,能夠特異性地切割某些蛋白質(zhì),參與細胞凋亡過程。Caspase-3級聯(lián)反應(yīng)激活后細胞凋亡發(fā)生[21]。Caspase-3是caspase蛋白家族成員之一,是凋亡的執(zhí)行因子,caspase-3活化后生成cleaved caspase-3,標志著細胞凋亡進入不可逆的階段。Caspase-3參與多種腫瘤相關(guān)基因和藥物調(diào)控胃癌、肺癌和口腔癌等癌細胞生長的過程[22]。Ho 等[23]研究表明,小檗堿能夠通過調(diào)控caspase-3的表達影響舌鱗狀細胞癌細胞的凋亡。本研究結(jié)果顯示,干擾HDAC1表達后的皮膚鱗癌細胞中cleaved caspase-3水平升高,這提示,干擾HDAC1表達可能通過提高cleaved caspase-3的水平促進皮膚鱗癌細胞凋亡。
STAT3信號通路參與細胞的生長和凋亡過程,與腫瘤、心血管等疾病的發(fā)生有關(guān)[24]。有研究表明,腫瘤組織中p-STAT3水平異常升高,細胞中STAT3信號通路異常激活[25]。AG490是STAT3信號通路是上游酪氨酸激酶JAK的抑制劑,能夠抑制細胞內(nèi)STAT3信號通路的激活[26]。用AG490作用于腫瘤細胞后,腫瘤細胞的生長受到抑制作用,細胞凋亡增加[27]。本研究結(jié)果顯示,干擾HDAC1表達后皮膚鱗癌細胞中p-STAT3水平下降,而用AG490作用后細胞凋亡率升高更多,細胞活力下降更多。這提示,降低HDAC1表達可能通過調(diào)控STAT3信號通路影響皮膚鱗癌細胞凋亡。
Figure 6.The effect of STAT3 signaling pathway inhibitor on apoptosis.A:the results of flow cytometry for analyzing the cell apoptosis; B:the results of Western blot for determining the protein levels of p-STAT3,STAT3 and cleaved caspase-3.Mean±SD.n=3.*P<0.05vsHDAC1 siRNA group.
圖6STAT3信號通路抑制劑對細胞凋亡影響
HDAC1除了能夠通過調(diào)控STAT3信號通路影響腫瘤細胞生長以外,還可以與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase-1,DNMT-1)結(jié)合形成復(fù)合物,調(diào)控影響E2F反應(yīng)性啟動子的轉(zhuǎn)錄[28]。在T淋巴細胞惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)HDAC1能夠與STAT3結(jié)合形成HDAC1-DNMT1-STAT3復(fù)合物,隨后有關(guān)學者又在骨肉瘤細胞中同樣發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物的形成,并且該復(fù)合體還可以通過調(diào)控SHP-1酪氨酸磷酸酶(SHP-1 tyrosine phosphatase)與STAT結(jié)合區(qū)域SIE/GAS 的表觀遺傳性抑制細胞增殖[29-30]。HDAC1對腫瘤的作用機制十分復(fù)雜,對于HDAC1影響皮膚鱗癌細胞生長和凋亡的作用機制還需要后續(xù)進一步研究。
綜上所述,降低HDAC1表達能夠抑制皮膚鱗癌細胞活力,促進皮膚鱗癌細胞凋亡,其作用機制可能與STAT3信號通路有關(guān)。本研究為后續(xù)進一步探討HDAC1在皮膚鱗癌中的作用奠定了基礎(chǔ),為靶向HDAC1治療皮膚鱗癌提供了理論依據(jù)。本研究只在體外初步探討了HDAC1在皮膚鱗癌中的作用,后續(xù)實驗中會對HDAC1在癌癥中的具體作用機制進行深入研究,并會對HDAC1調(diào)控STAT3信號通路影響癌細胞凋亡的機制做深入探討。
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