郝玉琴,劉俠,康淑霞,張鑫,張坤,朱永蒙
[1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院(包鋼醫(yī)院)皮膚科,內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué),內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110;3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院(包鋼醫(yī)院)生殖中心,內(nèi)蒙古 包頭 014010]
皮膚鱗狀細胞癌(squamous cell carcinoma, SCC)為皮膚科常見惡性腫瘤,且發(fā)病率逐年上升[1],傳統(tǒng)治療SCC的方法包括手術(shù)切除、放療、光動力治療、激光、冷凍等,然而這些方法對于發(fā)生在暴露部位、特殊部位以及較大的腫瘤療效欠佳。靶向Survivin-shRNA有抑制腫瘤細胞增殖,促進腫瘤細胞凋亡等作用。NF-κB對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有重大意義,其傳導(dǎo)通路可通過調(diào)控Bax、Survivin等多種下游凋亡基因,從而控制腫瘤細胞的凋亡[2-3]。生存素(Survivin)是近年發(fā)現(xiàn)的最新凋亡抑制因子,本研究通過觀察SurvivinshRNA對人SCC A431細胞株裸鼠移植瘤生長情況的影響,探討NF-κB信號通路在Survivin-shRNA誘導(dǎo)SCC移植瘤凋亡中的作用。
人皮膚鱗狀細胞癌A431細胞由長沙贏潤生物技術(shù)有限公司提供,Hela細胞由長沙贏潤生物技術(shù)有限公司代購,rAd-EGFP、shRNA表達載體pYr-1.1由長沙贏潤生物技術(shù)有限公司提供,rAd-SurvivinshRNA腺病毒由長沙贏潤生物技術(shù)有限公司構(gòu)建,包裝細胞HEK 293購自美國ATCC公司,DMEM(高糖型)培養(yǎng)基、胎牛血清、胰酶、抗生素購自美國Invitrogen公司,凱基Annexin-V-FITC細胞凋亡試劑盒購自深圳晶美生物有限公司,β-acting購自美國Abgent公司,ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒購自美國Pierce公司。SPF級BALB/c-nu裸鼠,6~8周齡,18~22 g,購自湖南斯萊克景達實驗動物有限公司,動物質(zhì)量合格許可證編號為:SCXK(湘)2011-0003。
1.2.1 細胞培養(yǎng) A431細胞培養(yǎng)在含10%小牛血清、青霉素和鏈霉素各100 u/ml的高糖DMEM培養(yǎng)液中,37℃、5% CO2飽和濕度條件下培養(yǎng)。當細胞生長處于對數(shù)生長期時,用0.25%胰蛋白酶消化細胞成單細胞懸液,血細胞平板計數(shù),調(diào)整細胞密度為5×107個/ml,4 ml,備用。
1.2.2 構(gòu)建Survivin-shRNA腺病毒載體,篩選最佳干擾序列 根據(jù)shRNA靶位點的選擇原則,從贏潤shRNA數(shù)據(jù)庫中擇優(yōu)選取3條Survivin shRNA序列作為待篩靶序列,以便開展后續(xù)實驗。靶序列1:GAGGCTGGCTTCATCCACTGC,靶序列2:GAGCCAA GAACAAAATTGC,靶序列3:GAAAGTGCGCCGTGCC AT。以上述靶序列為基礎(chǔ),設(shè)計Survivin-shRNA引物:正向Survivin-sh1:5'-CACCGAGGCTGGCTTCAT CCACTGCCTCGAGGCAGTGGATGAAGCCAGCCTCTTT TTTG-3',反向 Survivin-sh1:5'-AGCTCAAAAAAGAG GCTGGCTTCATCCACTGCCTCGAGGCAGTGGATGAAG CCAGCCTC-3';正向 Survivin-sh2:5'-CACCGAGCCAA GAACAAAATTGCTTCAAGAGAGCAATTTTGTTCTTGG CTCTTTTTTG-3',反向 Survivin-sh2:5'-AGCTCAAAAA AGAGCCAAGAACAAAATTGCTCTCTTGAAGCAATTTT GTTCTTGGCTC-3';正向Survivin-sh3:5'-CACCGAA AGTGCGCCGTGCCATCTTCAAGAGAGATGGCACGGC GCACTTTCTTTTTTG-3',反向 Survivin-sh3:5'-AGCTC AAAAAAGAAAGTGCGCCGTGCCATCTCTCTTGAAGA TGGCACGGCGCACTTTC-3'。shRNA表達載體構(gòu)建合成上述引物,用退火B(yǎng)uffer分別溶解引物,然后置于沸水中,自然退火。(退火B(yǎng)uffer的配方為:10 mmol Tris-HCl pH8.0、50 mmol NaCl、1 mmol EDTA)。pYr-1.1原載體上有1個SacⅠ酶切位點(GAGCTC),當外源的shRNA片段成功插入,則會帶入1個新的SacⅠ酶切位點,2個SacⅠ之間的片段長度約為930 bp。因此,pYr-1.1-Survivin-shRNA可以用SacⅠ來進行酶切鑒定。將培養(yǎng)好的Hela細胞分為5組:①KB組:空白細胞組;②NC組:轉(zhuǎn)染pYr-1.1-NC質(zhì)粒的Hela細胞;③Survivin-1組:轉(zhuǎn)染pYr-1.1-Survivin-sh1質(zhì)粒的Hela細胞;④Survivin-2組:轉(zhuǎn)染pYr-1.1-Survivin-sh2質(zhì)粒的Hela細胞;⑤Survivin-3組:轉(zhuǎn)染pYr-1.1-Survivin-sh3質(zhì)粒的Hela細胞。在轉(zhuǎn)染后的48 h收集細胞用于實時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRTPCR)和Western blot檢測。
1.2.3 復(fù)制A431裸鼠移植瘤模型 將培養(yǎng)好的A431細胞混懸液以1 ml注射器分別抽取細胞懸液,接種于SPF級BALB/c-nu裸鼠,每只裸鼠接種0.2 ml,接種細胞量約為1×107個,接種部位為裸鼠右側(cè)腋窩皮下,接種前用碘伏消毒皮膚,觀察裸鼠生活狀況。接種后第12天,選擇腫瘤體積為100~200 mm3左右的裸鼠為實驗?zāi)P汀?/p>
1.2.4 實驗分組及處理 將20只成瘤后的裸鼠隨機分為空白對照組、陰性對照組、Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組及Res陽性對照組,每組5只,瘤內(nèi)注射相應(yīng)試劑0.15 ml,1次/2 d,共6次。瘤鼠藥物處理后,每4 d記錄腫瘤生長情況,并于開始藥物處理后的第20天頸椎脫臼法處死所有裸鼠,取瘤組織行后續(xù)實驗。①空白對照組:單純注射無血清無抗生素的DMEM培養(yǎng)液;②陰性對照組:rAd-EGFP;③SurvivinshRNA轉(zhuǎn)染組:rAd-Survivin-shRNA;④Res陽性對照組:注射50 mg/kg Res。
1.2.5 瘤體積、瘤重測量及抑瘤率計算 用數(shù)字游標卡尺測量腫瘤體積。BALB/c-nu裸鼠腋下皮下接種人A431細胞后,第8天開始觀察到腫瘤生長,隨后各組腫瘤逐天增長,第12天體積基本達到100 mm3以上,根據(jù)瘤體積及接種時間繪制腫瘤生長曲線。藥物處理后20 d,分離被處死的裸鼠腫瘤,稱瘤重,計算抑瘤率。瘤重抑瘤率%=(陰性對照組瘤重-實驗組瘤重)/陰性對照組瘤重×100%;瘤體積抑瘤率%=(陰性對照組瘤體積-實驗組瘤體積)/陰性對照組瘤體積×100%。瘤體積使用如下公式計算:V=L×S2/2,V為腫瘤體積(mm3),L為腫瘤長徑(mm),S為腫瘤短徑(mm)。形狀不規(guī)則腫瘤:L按最長直徑計,S按與最長直徑垂直的短徑中間值計。
1.2.6 HE染色 將裸鼠成瘤組織經(jīng)脫蠟、水化后,用蘇木精伊紅常規(guī)染色,滴加中性樹膠,蓋片封片,鏡下觀察細胞形態(tài)。
1.2.7 TUNEL檢測細胞凋亡情況 熒光素(Fluorescein)標記的dUTP在脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶(TdT Enzyme)的作用下,可以連接到凋亡細胞中斷裂的DNA的3'-OH末端,可用熒光顯微鏡檢測。由于正常的或正在增殖的細胞幾乎沒有DNA的斷裂,因而沒有3'-OH形成,很少能被標記。TUNEL結(jié)果判讀:凋亡細胞核呈綠色,每張切片在高倍鏡(400倍)下選取其中5個視野,在每個視野計數(shù)100個細胞中凋亡細胞數(shù),取5個視野(>500個細胞),檢測陽性表達率(陽性核占視野中總細胞核百分比)作為細胞凋亡指數(shù)(apoptosis index, AI)。
1.2.8 Western blot法測定Survivin、P53、IKB、P65、Caspase-3蛋白的表達水平 倒盡培養(yǎng)瓶中的培養(yǎng)液,再往培養(yǎng)瓶中加入適量的生理鹽水,輕輕搖動培養(yǎng)瓶洗滌細胞,棄去洗液,根據(jù)樣品數(shù)量,按50體積Solution A加1體積Solution B(50∶1)配置適量BCA工作液,經(jīng)SDS-PAGE電泳及轉(zhuǎn)膜,將膜移至含有5%脫脂牛奶(用TBST溶解牛奶)封閉液的平皿中,室溫下脫色搖床上搖動封閉1 h,將底物A和B在EP管中等體積混合,1 min后,將膜蛋白面朝上放在雜交袋中,再將混合好的A、B底物滴加在膜上,去盡殘液,包好,放入X射線片夾中,將膠片進行掃描或拍照,用凝膠圖像處理系統(tǒng)進行灰度分析。
數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件,計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用SNK-q檢驗,計數(shù)資料采用χ2檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
pYr-1.1-Survivin-shRNASacⅠ酶切鑒定結(jié)果見圖1。由酶切結(jié)果可知,此pYr-1.1-Survivin-sh1、pYr-1.1-survivin-sh2、pYr-1.1-Survivin-sh3克隆是正確的。將上述pYr-1.1-Survivin-sh1、pYr-1.1-Survivinsh2、pYr-1.1-Survivin-sh3克隆送去測序。測序引物為:hU6-5' Sequencing primer:5'-GACTATCATAT GCTTACCGT-3'。
圖1 pYr-1.1-Survivin-shRNA酶切鑒定圖
pYr-1.1-Survivin-sh1測序結(jié)果見圖2。Sequence 0:欲獲得Survivin-shRNA-1序列,Sequence 1:pYr-1.1-Survivin-sh1.ab1測序序列,比對軟件:DNAssist。
pYr-1.1-Survivin-sh2測序結(jié)果見圖3。Sequence 2:欲獲得Survivin-shRNA-2序列,Sequence 3:pYr-1.1-survivin -sh2.ab1測序序列,比對軟件:DNAssist。
pYr-1.1-Survivin-sh3測序結(jié)果見圖4。Sequence 7:欲獲得survivin-shRNA-3序列,Sequence 9:pYr-1.1-Survivin-sh3.ab1測序序列,比對軟件:DNAssist。
圖2 pYr-1.1-Survivin-sh1測序結(jié)果
圖3 pYr-1.1-Survivin-sh2測序結(jié)果
圖4 pYr-1.1-Survivin-sh3測序結(jié)果
由以上結(jié)果可知,pYr-1.1-Survivin-sh1、pYr-1.1-Survivin-sh2、pYr-1.1-survivin-sh3構(gòu)建成功。經(jīng)qRT-PCR和Western-blot檢測,Survivin-sh2干擾效果最明顯,選為最佳干擾序列。qRT-PCR檢測各組細胞中Survivin mRNA表達情況,見圖5。Western blot檢測各組細胞中Survivin蛋白表達情況,見圖6。
圖5 各組細胞mRNA表達
圖6 各組細胞Survivin的蛋白表達
圖7 各組裸鼠移植瘤生長曲線圖
各組動物至實驗結(jié)束無一只死亡,均全部進入指標檢測。從各組腫瘤生長曲線(見圖7)可以看出,與空白對照組及陰性對照組比較,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組及Res陽性對照組在相應(yīng)干預(yù)后移植瘤生長均有不同程度的抑制。干預(yù)結(jié)束時,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組及Res陽性對照組與空白對照組及陰性對照組的瘤體積、瘤重比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組及Res陽性對照組均有較高抑瘤率,其瘤體積抑瘤率分別為45.39%和56.55%,瘤重抑瘤率分別為41.25%和56.25%。見表1。
光鏡下觀察HE染色切片可見各組移植瘤組織內(nèi)有壞死,壞死灶與瘤組織界限較清晰。其中空白對照組及陰性對照組每張切片僅有少許壞死,大部分為腫瘤組織,腫瘤細胞密集成群、生長旺盛、細胞多為多邊形,核大深染;Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組及Res陽性對照組壞死細胞較多,腫瘤組織較少,腫瘤細胞分布稀疏,有變性的液化壞死灶,癌細胞皺縮變圓,胞核固縮。見圖8。
TUNEL檢測細胞凋亡陽性表達率水平,經(jīng)單因素方差分析,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=22.177,P=0.000),各組細胞凋亡陽性表達率有差異;與Res陽性對照組比較,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組細胞凋亡陽性表達率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=1.569,P=0.169);與空白對照組及陰性對照組比較,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組細胞凋亡陽性表達率增高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=4.769和6.289,P=0.001和0.000)。熒光顯微鏡下凋亡細胞陽性表達見圖9。
表1 各組瘤體積及瘤重抑瘤率比較結(jié)果 (±s)
表1 各組瘤體積及瘤重抑瘤率比較結(jié)果 (±s)
注:1)與陰性對照組比較,P<0.05;2)與空白對照組比較,P<0.05
瘤率/% 瘤重/g 瘤重抑瘤率/%空白對照組 1668.98±242.56 - 1.06±0.23 -陰性對照組 1792.36±55.10 - 1.60±0.29 -組別 瘤體積/mm3瘤體積抑SurvivinshRNA轉(zhuǎn)染組 978.86±150.611) 45.39 0.94±0.321)2) 41.25 Res陽性對照組 778.73±131.801)2) 56.55 0.7±0.231)2) 56.25 F值 49.273 - 9.791 -P值 0.000 - 0.010 -
圖8 各組移植瘤組織學(xué)改變 (顯微鏡×200)
圖9 各組凋亡細胞陽性表達 (熒光顯微鏡×400)
Western blot法檢測各組Survivin、P65、P53、IκB、Caspase-3蛋白表達,經(jīng)單因素方差分析,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),各組 Survivin、P65、P53、IκB、Caspase-3蛋白表達有差異。與Res陽性對照組比較,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組Survivin、P65、IκB的蛋白表達差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.045、1.451和0.369,P=0.965、0.185 和 0.722);P53、Caspase-3蛋白表達降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=3.476和3.041,P=0.020和0.023)。與空白對照組及陰性對照組比較,Survivin-shRNA轉(zhuǎn)染組Survivin、P65蛋 白的表達均降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(tSurvivin=16.974和 19.594,tP65=9.808和 8.385, 均P=0.000),P53、IκB、Caspase-3蛋白表達均增高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(tP53=14.645 和 15.236,均PP53=0.000;tIκB=2.795和 2.807,均PIκB=0.023 ;tCaspase-3=6.206 和 6.731, 均PCaspase-3=0.000)(見表2)。各組凋亡相關(guān)因子蛋白表達檢測結(jié)果見圖10。
表2 各組凋亡相關(guān)因子蛋白表達比較 (±s)
表2 各組凋亡相關(guān)因子蛋白表達比較 (±s)
注:1)與陰性對照組比較,P <0.05;2)與空白對照組比較,P <0.05
組別 Survivin P65 P53 IκB Caspase-3空白對照組 0.95±0.06 0.92±0.09 0.34±0.07 0.45±0.22 0.41±0.08陰性對照組 0.99±0.05 0.97±0.93 0.36±0.06 0.43±0.23 0.39±0.12 Survivin-shRNA 轉(zhuǎn)染組 0.25±0.071)2) 0.34±0.101)2) 0.94±0.061)2) 0.86±0.241)2) 0.81±0.121)2)Res陽性對照組 0.25±0.071)2) 0.72±0.031)2) 1.25±0.021)2) 0.92±0.301)2) 1.18±0.241)2)F值 218.075 72.588 75.904 5.362 33.298 P值 0.000 0.000 0.000 0.010 0.000
圖10 各組凋亡相關(guān)因子蛋白表達
Survivin是凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis protein, IAP)家族中分子量最小且作用最強的凋亡抑制因子,不同于IAP家族的其他成員,Survivin在多種人類惡性腫瘤中高表達,而在分化成熟的組織中不表達或低表達,這一特性使它成為研究腫瘤標記和抗腫瘤治療的標志性蛋白[4]。
腫瘤是多種基因相互作用調(diào)控的結(jié)果,RNA干擾(RNA interference, RNAi)技術(shù)是通過小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)引起目的信使RNA(messenger RNA, mRNA)特異性降解,從而使基因轉(zhuǎn)錄后沉默的一種現(xiàn)象。RNA干擾技術(shù)可以同時沉默多個腫瘤相關(guān)基因,因此成為目前腫瘤治療的研究熱點。載體介導(dǎo)shRNA表達技術(shù)能長期和穩(wěn)定地抑制目的基因的表達,可用于構(gòu)建理想的實驗細胞模型,因此,shRNA表達載體技術(shù)已成為腫瘤基因治療的強大工具[5]。
P53是一種核轉(zhuǎn)錄因子,可通過一系列的應(yīng)激因素如DNA損傷、低氧和癌基因活化后可被激活。P53的關(guān)鍵作用之一就是通過參與細胞周期檢查點的調(diào)控來維持遺傳的穩(wěn)定性;同時作為腫瘤抑制基因,P53在腫瘤發(fā)生的預(yù)防中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其對Survivin的調(diào)節(jié)也有細胞周期依賴性。Survivin作為在G2/M期特異性表達的凋亡抑制蛋白參與細胞周期和凋亡的調(diào)控,P53作為凋亡活化基因通過在細胞周期的檢查點抑制Survivin的活性而發(fā)揮其生物學(xué)功能,而Survivin又可以在轉(zhuǎn)錄后水平對P53進行調(diào)節(jié)。二者通過調(diào)控細胞周期和細胞凋亡來參與腫瘤發(fā)生的調(diào)控[6-7]。
核因子κB(NF-κB)是一個在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中存在的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,它參與多種細胞生物反應(yīng),其活化后可進入細胞核,調(diào)節(jié)編碼細胞因子、生長因子、細胞黏附分子和細胞凋亡相關(guān)蛋白的表達。NF-κB家族包括5個成員:NF-κB1(P50及其前體 P105)、NF-κB2(P52及 其 前 體 P100)、RelA(P65)、RelB、c-Rel,形成不同的同源和異源二聚體。不同的信號通路導(dǎo)致不同的二聚體NF-κB的激活,導(dǎo)致不同的生物學(xué)結(jié)果[8]。其中RelA(P65)主要參與細胞增殖和有效的免疫應(yīng)答。IκB(inhibitor of NF-κB)是NF-κB的抑制蛋白,在未受刺激的細胞中,NF-κB與IκB的結(jié)合被隔離在細胞質(zhì)外,防止NF-κB與DNA結(jié)合,從而抑制NF-κB的生物學(xué)功能。NF-κB信號的激活是由細胞外刺激啟動的,這些刺激被受體識別并傳遞到細胞中,將導(dǎo)致IκB激酶(IKK)激活,使IκB磷酸化并泛素化,最后IκB降解,釋放的NF-κB蛋白被運入細胞核,結(jié)合到相應(yīng)的靶序列上激活基因并啟動轉(zhuǎn)錄[9]。在B細胞淋巴瘤、結(jié)直腸癌和T細胞白血病中,已報道了NF-κB與Survivin基因啟動子區(qū)結(jié)合并增強轉(zhuǎn)錄[10]。
CUI等[11]研究表明,在膀胱癌中,NF-κB可以促進細胞周期進程,并且活化的NF-κB信號通路有助于Survivin表達上調(diào),并通過上調(diào)Survivin的表達,減少細胞凋亡,從而增加細胞的增殖。ZENG等[10]在食道癌的研究發(fā)現(xiàn),上調(diào)Survivin的表達可以增加P65的上游基因IKK在轉(zhuǎn)錄水平上表達增高,并可以促進P65的蛋白表達增加,反之則抑制P65的蛋白表達,Survivin可以與IKK的啟動子區(qū)域結(jié)合。過表達的Survivin可以激活P65的活性,抑制細胞凋亡,促進細胞增殖。鮑聚喜等[12]發(fā)現(xiàn),在結(jié)腸癌中,靶向沉默P65基因,可以降低Survivin基因的表達。
本實驗結(jié)果顯示,靶向Survivin-shRNA可以抑制裸鼠移植瘤瘤體積及瘤重的生長;在顯微鏡下Survivin-shRNA組移植瘤組織細胞較少,分布稀疏,有變性的液化壞死灶,癌細胞皺縮變圓,胞核固縮;通過TUNEL檢測Survivin-shRNA組細胞凋亡率增高。靶向Survivin-shRNA可以抑制SCC裸鼠移植瘤的生長,并促進腫瘤細胞凋亡,再次證明靶向SurvivinshRNA對腫瘤的抑制作用。通過Western blot法檢測Survivin、P53、IκB、P65、Caspase-3蛋白的表達,結(jié)果顯示,Survivin-shRNA組P53、IκB、Caspase-3蛋白的表達增加,而Survivin、P65蛋白的表達降低,這與相關(guān)文獻結(jié)果是一致的[10]。因此推測,SurvivinshRNA抑制SCC裸鼠移植瘤生長的機制之一,可能是靶向Survivin-shRNA抑制Survivin表達,從而抑制P65的上游基因IKK表達,促使IκB與P65的結(jié)合,抑制了P65的表達,進而促進腫瘤細胞凋亡,最終導(dǎo)致SCC移植瘤的生長受到抑制。其次靶向SurvivinshRNA使Survivin的表達降低,激活Caspase-3,從而促使細胞凋亡,而形成的凋亡蛋白又進一步激活P53,從而進一步擴大凋亡效應(yīng)。
綜上所述,靶向Survivin-shRNA對A431 SCC抑制作用機制之一,可能是通過抑制NF-κB信號通路的表達來實現(xiàn)的。