白樺,張松,肖鵬,栗敏鄭州人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科,鄭州450000
2鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放療科,鄭州4500000
微小RNA(microRNA,miRNA)作為一類(lèi)非編碼RNA,通過(guò)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄后過(guò)程調(diào)控器官形態(tài)及細(xì)胞增殖和凋亡.50%的miRNA位于腫瘤相關(guān)的基因組區(qū)域或者脆弱位點(diǎn)[1],一些miRNA通過(guò)調(diào)控原癌基因和抑癌基因的表達(dá),從而在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后中發(fā)揮重要作用[2-5].miRNA也可能作為腫瘤診斷和治療的靶向標(biāo)志物[6].miRNA表達(dá)與腫瘤細(xì)胞化療和放療敏感性的相關(guān)性引起了越來(lái)越多的關(guān)注[7-10].在膽管上皮癌細(xì)胞中,miRNA-21和miRNA-200b增加了吉西他濱的放療敏感性[11].在人胃癌細(xì)胞中,miRNA-34也增加了放療的敏感性[12].Caco2細(xì)胞作為一種人直腸癌細(xì)胞系,其結(jié)構(gòu)和功能類(lèi)似于人小腸上皮細(xì)胞,并含有與小腸刷狀緣上皮相關(guān)的酶系,具有相對(duì)簡(jiǎn)單、重復(fù)性較好、應(yīng)用范圍較廣的特點(diǎn),因此本研究采用該細(xì)胞系作為放療敏感性研究的體外模型.以往研究表明,miRNA-497過(guò)表達(dá)能抑制胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體(insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R)3'端非翻譯區(qū)的活性,抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞中內(nèi)源性IGF-1R的表達(dá),提示下調(diào)miRNA-497的表達(dá)可以使IGF-1R的表達(dá)水平升高,從而導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生[13].然而,miRNA-497在結(jié)腸癌放療敏感性中的作用及其機(jī)制尚未研究.本研究探討miRNA-497過(guò)表達(dá)對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞放療敏感性的作用及對(duì)IGF-1R信號(hào)通路的調(diào)控作用,旨在為結(jié)腸癌的臨床治療提供依據(jù),現(xiàn)報(bào)道如下.
人結(jié)腸癌細(xì)胞系Caco2購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院細(xì)胞庫(kù),含有miRNA-497核苷酸序列的過(guò)表達(dá)載體pGV208慢病毒購(gòu)自上海吉?jiǎng)P生物化學(xué)技術(shù)有限公司,IGF-1RsiRNA購(gòu)自上海英俊生物技術(shù)有限公司,DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清、胰蛋白酶和青鏈霉素均購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,RNA提取試劑Trizol購(gòu)自Invitrogen公司,逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)自Promega公司,蛋白質(zhì)印跡(Western blot)顯色劑購(gòu)自Pierce公司,一抗購(gòu)自Cell Signalling Technology公司,二抗購(gòu)自Santa Cruz公司,噻唑藍(lán)(methylthiazoletetrazolium,MTT)試劑、甲醛和姬姆薩染料購(gòu)自Sigma公司.
使用DMEM培養(yǎng)基(含有10%胎牛血清、1000U/ml青鏈霉素)培養(yǎng)人結(jié)腸癌Caco2細(xì)胞,置于37℃、5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi),每2~3天更換培養(yǎng)液,待細(xì)胞融合至80%左右,使用胰蛋白酶消化細(xì)胞,進(jìn)行傳代培養(yǎng).
轉(zhuǎn)染含有miRNA-497核苷酸序列的慢病毒至Caco2細(xì)胞作為miRNA-497轉(zhuǎn)染組,轉(zhuǎn)染含有一段無(wú)義寡核苷酸序列的重組慢病毒至Caco2細(xì)胞作為陰性對(duì)照組,以不作處理的Caco2細(xì)胞作為空白對(duì)照組.
由于載體pGV208含有增強(qiáng)型綠色熒光蛋白,轉(zhuǎn)染72 h后顯微鏡下可觀察到細(xì)胞有明顯熒光表達(dá).收集轉(zhuǎn)染成功的miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞及陰性對(duì)照組和空白對(duì)照組細(xì)胞,應(yīng)用Trizol提取總RNA.使用M-MLV逆轉(zhuǎn)錄酶對(duì)目的基因和內(nèi)參基因U6進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄.miRNA-497逆轉(zhuǎn)錄引物:5'-GTCGTATCCAGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACTGGATACGACACAAAC-3';U6逆轉(zhuǎn)錄引物:5'-CGCTTCACGAATTTGCGTGTCAT-3'.再將轉(zhuǎn)錄后的cDNA采用SYBR Green熒光染料,以U6RNA作為內(nèi)參,進(jìn)行熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR),每個(gè)樣品重復(fù)3次.miRNA-497上游引物為5'-GTGCAGGGTCCGAGGT-3',miRNA-497下游引物為5'-TAGCCTGCAGCACACTGTGGT-3';U6上游引物為5'-GCTTCGGCAGCACATATACTAAAAT-3',U6下游引物為5'-CGCTTCACGAATTTGCGTGTCAT-3'.對(duì)3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行半定量分析.
釆用Varian 2300EX直線(xiàn)加速器6MV-X線(xiàn)垂直輻射結(jié)腸癌細(xì)胞(上蓋1 cm有機(jī)玻璃填充物),劑量率為3.2 Gy/min,源皮距(source skin distance,SSD)為100 cm.將放射處理后的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞用0.25%的胰蛋白酶消化后制成單細(xì)胞懸液,細(xì)胞計(jì)數(shù)后接種于細(xì)胞培養(yǎng)皿中培養(yǎng)10~14天.待出現(xiàn)集落時(shí)終止培養(yǎng).棄培養(yǎng)液,甲醛固定15 min,姬姆薩染色10 min,統(tǒng)計(jì)細(xì)胞數(shù)>50個(gè)的集落數(shù).對(duì)應(yīng)照射劑量為0、2、4、6、8 Gy,每孔所接種的細(xì)胞數(shù)為600、1000、2000、5000、10 000.每個(gè)劑量做3個(gè)平行復(fù)孔.根據(jù)單靶多擊模型擬合細(xì)胞存活曲線(xiàn),并計(jì)算放射增敏比.
將照射后的細(xì)胞經(jīng)0.25%的胰蛋白酶消化,按每孔1X103個(gè)細(xì)胞均勻接種于96孔培養(yǎng)板,每個(gè)條件設(shè)3個(gè)復(fù)孔,培養(yǎng)4天后,每孔加入20 μl MTT,37℃繼續(xù)孵育4 h,加入DMSO后在570 nm波長(zhǎng)下測(cè)定光吸收值A(chǔ),計(jì)算細(xì)胞增殖抑制率和存活率.細(xì)胞增殖抑制率=(對(duì)照組A值-實(shí)驗(yàn)組A值)/實(shí)驗(yàn)組A值X100%,細(xì)胞存活率=實(shí)驗(yàn)組A值/對(duì)照組A值X100%.
收集待測(cè)細(xì)胞,加入細(xì)胞裂解液提取總蛋白后,參照BCA蛋白定量試劑盒說(shuō)明書(shū)對(duì)所提取的總蛋白進(jìn)行定量.將定量合格的蛋白樣品與等體積上樣緩沖液混合后,置于沸水浴中變性5 min.將變性后的蛋白樣品以每孔50 μg上樣至10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠孔中,電泳2 h后電轉(zhuǎn)印至聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上.將含有蛋白樣品的PVDF膜浸泡入含5%脫脂奶粉的封閉液中封閉2 h.封閉液洗膜10 min,3次后,與1∶1000稀釋的特異性一抗4℃反應(yīng)24 h,以1∶2000稀釋的辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗常溫孵育1 h.封閉液再次洗膜后,加入化學(xué)發(fā)光劑,暗室內(nèi)顯影曝光,凝膠成像系統(tǒng)掃描分析.
為驗(yàn)證miRNA-497是否通過(guò)IGF-1R調(diào)節(jié)Caco2細(xì)胞的放射敏感性,以轉(zhuǎn)染IGF-1RsiRNA的Caco2細(xì)胞作為IGF-1RsiRNA轉(zhuǎn)染組,以未轉(zhuǎn)染的Caco2細(xì)胞作為空白對(duì)照組.采用熒光定量PCR和Western blot檢測(cè)IGF-1R的表達(dá)水平,采用MTT實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞存活率.
采用SPSS 19.0軟件對(duì)-數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示,兩組間比較采用t檢驗(yàn),多組間比較采用單因素方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.
miRNA-497轉(zhuǎn)染組的miRNA-497表達(dá)水平為(6.45±0.62),高于陰性對(duì)照組的(1.18±0.25)和空白對(duì)照組的(1.00±0.08),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).陰性對(duì)照組和空白對(duì)照組的miRNA-497表達(dá)水平比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).
照射劑量為2、4、6、8 Gy時(shí),miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞的克隆形成率均低于空白對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1);照射劑量為2、4、6、8 Gy時(shí),miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞的存活率均低于空白對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表2).采用單擊多靶模型進(jìn)行曲線(xiàn)擬合,放射增敏比=1.533.
表1 空白對(duì)照組和miRNA-497轉(zhuǎn)染組應(yīng)用不同劑量 X射線(xiàn)照射后細(xì)胞的克隆形成率(%,±s)
表1 空白對(duì)照組和miRNA-497轉(zhuǎn)染組應(yīng)用不同劑量 X射線(xiàn)照射后細(xì)胞的克隆形成率(%,±s)
注:*與空白對(duì)照組比較,P<0.05
組別空白對(duì)照組miRNA-497轉(zhuǎn)染組74.5±6.2 63.4±2.6 48.6±5.3 25.6±3.1*30.6±3.7 5.4±1.1*14.7±1.7 1.3±0.3*6.3±0.3 0.3±0.0*0 Gy 2 Gy 4 Gy 6 Gy 8 Gy
表2 空白對(duì)照組和miRNA-497轉(zhuǎn)染組應(yīng)用不同劑量 X射線(xiàn)照射后細(xì)胞的存活率(%,±s)
表2 空白對(duì)照組和miRNA-497轉(zhuǎn)染組應(yīng)用不同劑量 X射線(xiàn)照射后細(xì)胞的存活率(%,±s)
注:*與空白對(duì)照組比較,P<0.05
組別空白對(duì)照組miRNA-497轉(zhuǎn)染組0 Gy 100.0±0.0 100.0±0.0 2 Gy 92.3±6.7 74.8±5.8*4 Gy 58.1±4.9 15.8±1.0*6 Gy 27.9±3.2 3.8±0.5*8 Gy 12.0±0.1 0.9±0.2*
MTT檢測(cè)結(jié)果顯示,隨著照射劑量的增加,各組細(xì)胞的增殖抑制率逐漸升高.照射劑量為2 Gy時(shí),miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞的增殖抑制率高于空白對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);照射劑量為4、6、8 Gy時(shí),miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞的增殖抑制率均明顯高于空白對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01).照射劑量為2、4、6、8 Gy時(shí),陰性對(duì)照組與空白對(duì)照組細(xì)胞的增殖抑制率比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).(圖1)
采用4 Gy/min劑量率垂直輻射Caco2細(xì)胞后,觀察72 h后的細(xì)胞存活率,結(jié)果顯示3組細(xì)胞的存活率均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而下降.處理24、48、72 h后,miRNA-497轉(zhuǎn)染組的細(xì)胞存活率均低于空白對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);但陰性對(duì)照組與空白對(duì)照組細(xì)胞的存活率比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).(表3)
表3 不同時(shí)間點(diǎn) 3組細(xì)胞存活率的比較(%,±s)
表3 不同時(shí)間點(diǎn) 3組細(xì)胞存活率的比較(%,±s)
注:*與空白對(duì)照組比較,P<0.05
組別空白對(duì)照組陰性對(duì)照組miRNA-497轉(zhuǎn)染組100.00±7.55 96.48±5.24 65.75±3.26*88.95±5.22 82.05±6.38 37.58±3.36*79.08±6.85 75.16±3.28 34.28±2.72*24 h 48 h 72 h
Western blot結(jié)果顯示,miRNA-497轉(zhuǎn)染組的IGF-1R和p-AKT蛋白表達(dá)水平均低于空白對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).(表4)
表4 不同組別IGF-1 R、p-AKT、AKT蛋白表達(dá)水平的比較(±s)
表4 不同組別IGF-1 R、p-AKT、AKT蛋白表達(dá)水平的比較(±s)
注:*與空白對(duì)照組比較,P<0.05
組別空白對(duì)照組陰性對(duì)照組miRNA-497轉(zhuǎn)染組IGF-1R 1.00±0.08 0.96±0.06 0.58±0.05*p-AKT 1.00±0.09 0.94±0.07 0.62±0.06*AKT 1.00±0.08 0.94±0.06 0.96±0.05
IGF-1RsiRNA轉(zhuǎn)染組中IGF-1R的mRNA和蛋白表達(dá)水平分別為(0.58±0.05)和(0.26±0.03),均低于空白對(duì)照組的(1.00±0.08)和(0.65±0.05),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).4 Gy/min劑量率垂直輻射Caco2細(xì)胞后,觀察處理48 h后的細(xì)胞存活率,MTT檢測(cè)結(jié)果顯示,IGF-1RsiRNA轉(zhuǎn)染組的細(xì)胞存活率為(63.52±5.05)%,低于空白對(duì)照組的(89.06±6.22)%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).
結(jié)直腸癌是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,其發(fā)病率居所有惡性腫瘤的第3位,在中國(guó)其發(fā)病率與病死率均呈逐年上升趨勢(shì),發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者的5年生存率僅為6%~8%[14],但是關(guān)于結(jié)直腸癌發(fā)生的分子機(jī)制目前尚未明確.
miRNA作為一類(lèi)普遍存在于細(xì)胞中的長(zhǎng)度為21~24個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼小RNA,參與了基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)過(guò)程,通過(guò)結(jié)合靶向mRNA轉(zhuǎn)錄子的互補(bǔ)位點(diǎn)調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平[15].miRNA在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和侵襲等過(guò)程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[16-17].miRNA直接參與結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展,其通過(guò)調(diào)節(jié)抑癌基因信號(hào)通路,在結(jié)直腸癌的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用.研究表明,miRNA-135a、miRNA-135b和miRNA-122a能使腺瘤性結(jié)腸息肉(adenomatous polyposis coli,APC)抑癌基因及其介導(dǎo)的信號(hào)通路失活[18-20];在APC突變的小鼠模型中,miRNA-31、miRNA-137和miRNA-215不同程度地影響結(jié)直腸癌的發(fā)生,表明這些miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)APC信號(hào)通路參與了結(jié)直腸癌的早期發(fā)生過(guò)程.miRNA-34、miRNA-145和miRNA-107分別通過(guò)調(diào)節(jié)p57參與了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖及血管生成[21].因此,miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)APC信號(hào)通路參與結(jié)腸癌的發(fā)生過(guò)程,而通過(guò)調(diào)節(jié)p57信號(hào)通路參與腫瘤的侵襲過(guò)程,并且近年來(lái)的研究表明,miRNA參與了結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移[22-23].
miRNA-497是近年研究的熱點(diǎn),它可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期而參與細(xì)胞凋亡,其在腫瘤組織中呈現(xiàn)過(guò)表達(dá),而且與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān).miRNA-497屬于miRNA-15/16/195/424/497家族成員,通過(guò)靶向結(jié)合CDK6、CARD10和CDC27基因調(diào)控結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖[24].在不同的細(xì)胞系中,該家族的miRNA通過(guò)靶向調(diào)節(jié)Bcl-2促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25-26].然而到目前為止,miRNA-497與結(jié)腸癌放療敏感性的關(guān)系暫無(wú)相關(guān)報(bào)道.為此,本研究利用慢病毒構(gòu)建了miRNA-497過(guò)表達(dá)的Caco2細(xì)胞系,并以其為研究對(duì)象利用不同方法觀察miRNA-497對(duì)放療敏感性的影響.細(xì)胞克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,miRNA-497轉(zhuǎn)染組細(xì)胞的放射抗拒性明顯降低,結(jié)腸癌細(xì)胞的克隆形成率明顯降低.MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,miRNA-497轉(zhuǎn)染組與空白對(duì)照組相比,經(jīng)放射處理后細(xì)胞存活率明顯下降,并且細(xì)胞存活率隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而下降,提示miRNA-497過(guò)表達(dá)可以提高結(jié)腸癌對(duì)放射線(xiàn)的敏感性.
miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)AKT相關(guān)信號(hào)通路從而影響腫瘤細(xì)胞的放療敏感性.miRNA-21、miRNA-26、miRNA-221/222、miRNA-216a/217和miRNA-486共同通過(guò)調(diào)節(jié)抑癌基因PTEN的表達(dá),進(jìn)一步調(diào)控AKT酶的活性.miRNA-155、miRNA-205和miRNA-375分別通過(guò)調(diào)節(jié)SHIP和PDK1基因的表達(dá),激活A(yù)KT酶的活性.miRNA-126和miRNA-320通過(guò)調(diào)控磷脂酰肌醇3-羥激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase,PI3K)的表達(dá),影響下游三磷酸磷脂酰肌醇和AKT酶及其磷酸化水平[27-28].MyoD和MRTF-A通過(guò)結(jié)合于miRNA-486的啟動(dòng)子區(qū)域激活了該miRNA的轉(zhuǎn)錄,成熟的miRNA-486直接抑制PI3K/AKT信號(hào)通路中兩個(gè)重要的負(fù)調(diào)節(jié)因子PTEN和Foxo1a,從而激活A(yù)KT信號(hào)通路.miRNA-221和miRNA-222靶向作用于PTEN蛋白,從而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移和放療敏感性[27].研究顯示,IGF-1R蛋白是miRNA-497調(diào)控的關(guān)鍵靶分子[15].本研究結(jié)果表明,Caco2細(xì)胞中過(guò)表達(dá)miRNA-497抑制了AKT的磷酸化水平,從而降低AKT酶的活性.表明miRNA-497可能通過(guò)抑制AKT的磷酸化水平和IGF-1R蛋白表達(dá),從而增強(qiáng)Caco2細(xì)胞的放療敏感性.因此推測(cè)miRNA-497增強(qiáng)結(jié)腸癌細(xì)胞的放療敏感性可能是通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路而實(shí)現(xiàn)的.作為威脅人類(lèi)健康最重要的惡性腫瘤之一,結(jié)直腸癌的早期診斷和早期治療越來(lái)越受到人們的重視.在治療方面,手術(shù)治療是結(jié)直腸癌的首選治療方法,在手術(shù)基礎(chǔ)上輔以化療、放療等一系列綜合治療手段,已成為結(jié)直腸癌治療的研究熱點(diǎn).本研究結(jié)果表明,miRNA-497增強(qiáng)了結(jié)腸癌細(xì)胞的放療敏感性,為結(jié)腸癌的臨床輔助治療提供了依據(jù).然而,在腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中,往往存在多種基因網(wǎng)絡(luò)或信號(hào)通路的共同參與.miRNA-497不僅可以調(diào)控PI3K/AKT信號(hào)通路,在腫瘤細(xì)胞中還可以調(diào)控其他蛋白的表達(dá)[16-17],因此還需要對(duì)結(jié)腸癌的放療敏感性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入研究.
本研究對(duì)miRNA-497在結(jié)腸癌放療敏感性中的作用進(jìn)行了初步闡明,并對(duì)其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了研究,過(guò)表達(dá)miRNA-497可通過(guò)靶向抑制PI3K/AKT通路增加Caco2細(xì)胞的放療敏感性,這為miRNA-497作為靶向藥物提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)證據(jù).