miR-612對(duì)肝細(xì)胞癌干細(xì)胞特性影響及機(jī)制研究①

龍賀明 程海燕 施華球 鄢 俊

(贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，贛州 341000)

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是世界上第五大常見惡性腫瘤，且發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)[1，2]。HCC是我國第三大癌癥死亡原因，嚴(yán)重威脅人類的生命健康，而HCC的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致肝癌患者預(yù)后差的主要原因[3]。因此，研究HCC復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制，尋找干預(yù)HCC復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移性的分子靶標(biāo)勢(shì)在必行。研究報(bào)道，腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell,TSC)是存在于腫瘤中具有自我更新和無限增殖能力的一類細(xì)胞，是腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移以及化放療抵抗的核心[4]，與腫瘤細(xì)胞的存活、增殖和復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[5]，由此，研究TSC的調(diào)控機(jī)制是治療腫瘤改善患者預(yù)后的關(guān)鍵。微小RNA(microRNA)是一類長度約19～25個(gè)核苷酸的小分子非編碼單鏈RNA，其通過結(jié)合靶基因mRNA的3′非翻譯區(qū)，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后表達(dá)水平[6]，在癌癥中的細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及其他生物過程中起關(guān)鍵作用[7]。研究分析，miR-612在膀胱癌、結(jié)腸癌等多種腫瘤中低表達(dá)[8,9]，而miR-612在HCC中低表達(dá)促進(jìn)HCC細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移[10]，miR-612在HCC中發(fā)揮的作用提示其可能與HCC的干細(xì)胞特性有關(guān)，因此本文以HCC細(xì)胞系為研究對(duì)象，研究miR-612對(duì)HCC干細(xì)胞特性的作用及機(jī)制，為miR-612作為治療HCC的候選靶標(biāo)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料 人HCC細(xì)胞系LM3、HepG2、Hep3B和人正常肝細(xì)胞系LO2均購自美國ATCC細(xì)胞庫；DMEM-F12培養(yǎng)基、RPMI1640培養(yǎng)基、胎牛血清(FBS)購自美國Gibco公司；逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、SYBR實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)試劑盒等均購自日本TaKaRa公司；miR-612 mimic、內(nèi)參GAPDH和CD133、Nanog的引物由上海捷瑞生物工程有限公司設(shè)計(jì)合成；雙熒光素酶報(bào)告基因檢測試劑盒購自北京索萊寶科技有限公司；脂質(zhì)體2000、TRIzol均購自美國Invitrogen公司；鼠抗人CD133抗體(ab19898)，兔抗人Nanog抗體(ab21624)，鼠抗人GAPDH抗體(ab8245)，BCA試劑盒購自美國Thermo公司。

1.2方法

1.2.1細(xì)胞培養(yǎng)及轉(zhuǎn)染 將細(xì)胞培養(yǎng)在 37℃、5%CO2全濕度培養(yǎng)箱中，LM3、HepG2培養(yǎng)基為10% FBS的DMEM-F12，Hep3B、LO2培養(yǎng)基為10% FBS的RPMI1640。HepG2細(xì)胞呈對(duì)數(shù)生長期時(shí)將細(xì)胞鋪至6孔板，貼壁24 h后，按說明書將脂質(zhì)體2000與對(duì)照scramble、miR-612 mimic轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染至細(xì)胞中，分為對(duì)照組、miR-612 mimic實(shí)驗(yàn)組，放至培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.2.2qRT-PCR檢測基因mRNA的表達(dá) 收集細(xì)胞，采用TRIzol法裂解細(xì)胞提取總RNA。將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA并進(jìn)行熒光定量PCR。以GAPDH為內(nèi)參基因。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)反應(yīng)復(fù)孔，按兩步法進(jìn)行反應(yīng)，分析各樣品的循環(huán)閾值(threshold cycle，Ct)，用2-ΔΔCt法分析各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3懸浮腫瘤球形成實(shí)驗(yàn)檢測各組腫瘤細(xì)胞干性 取轉(zhuǎn)染48 h后的各組細(xì)胞以每孔500個(gè)細(xì)胞、200 μl培養(yǎng)基接種于96孔低吸附板中，每組設(shè)3個(gè)平行復(fù)孔，放至培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，從培養(yǎng)第3天開始每隔1 d在顯微鏡下觀察腫瘤球形成情況，培養(yǎng)2周時(shí)，腫瘤球長至較大時(shí)，顯微鏡下拍照。結(jié)果重復(fù)3 次。

1.2.4軟瓊脂克隆形成實(shí)驗(yàn)檢測各組腫瘤細(xì)胞干性 將高壓滅菌后的1.2%軟瓊脂與20%DMEM F12培養(yǎng)基1∶1充分混勻后，每皿2 ml鋪至60 mm培養(yǎng)皿中為底層膠，放置室溫或4℃冰箱中冷卻至固態(tài)。同時(shí)將高壓滅菌后的0.6%軟瓊脂與20% DMEM F12培養(yǎng)基1∶1充分混勻?yàn)樯蠈幽z，取轉(zhuǎn)染48 h后的各組細(xì)胞以每孔2×105個(gè)細(xì)胞、100 μl 培養(yǎng)基與37℃預(yù)熱的上層膠充分混勻后，鋪至固態(tài)的底層膠上，放至培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每隔2 d往皿中加入1 ml培養(yǎng)基，培養(yǎng)2周時(shí)，腫瘤克隆球長至較大時(shí)，顯微鏡下拍照。結(jié)果重復(fù)3 次。

1.2.5Western blot檢測各組細(xì)胞蛋白表達(dá) 收集轉(zhuǎn)染48 h后的各組細(xì)胞，每孔加入500 μl的蛋白裂解液(含有5 μl的蛋白酶抑制劑和5 μl的磷酸酶抑制劑)，超聲裂解30 min，4℃、12 000 r/min離心30 min，將上清轉(zhuǎn)移至新的EP管中，BCA試劑盒測蛋白濃度，煮沸變性后，每孔50 μg蛋白進(jìn)行SDS-PAGE電泳，經(jīng)濕轉(zhuǎn)將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜，8%脫脂牛奶封閉3 h，加入GAPDH和CD133、Nanog一抗4℃孵育過夜，TBST洗3次后，二抗孵育室溫孵育2 h，ELC化學(xué)發(fā)光法曝光條帶，掃描拍照。蛋白條帶灰度值采用Quantity One V4軟件進(jìn)行分析。結(jié)果重復(fù)3 次，做柱狀圖。

1.2.6熒光素酶報(bào)告基因試驗(yàn)檢測miR-612與Nanog基因的靶向關(guān)系 將Nanog基因3′-UTR片段克隆至pGL3-Basic載體，構(gòu)建pGL3-Basic-Nanog-3′-UTR報(bào)告基因質(zhì)粒，參照脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染說明書的操作步驟，將miR-612 mimics/對(duì)照、pGL3-Basic-Nanog-3′-UTR(pGL3-Basic空載體為對(duì)照)、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-SV40共轉(zhuǎn)染至HepG2細(xì)胞。48 h后，參照雙熒光素酶報(bào)告基因檢測試劑盒說明書的操作步驟，進(jìn)行檢測。計(jì)算pGL3-Basic-Nanog-3′-UTR報(bào)告基因質(zhì)粒的相對(duì)熒光素酶活性，即螢火蟲熒光素酶活性與內(nèi)參海腎熒光素酶的活性的比值。

表1 Real-time PCR引物序列

Tab.1 Real-time PCR primer sequences

GeneForward sequence(5'-3')Reverse sequence(5'-3')miR-612AACGTGGCTTATGAGTACCTCCAGTCGCCTTGTATCTGGAPDHTCTCTGCTCCTCCTGTTACTCCGACCTTCACCTTNanogTTTGTGGGCCTGAAGAAAACTAGGGCTGTCCTGAATAAGCAG

2 結(jié)果

2.1miR-612在HCC細(xì)胞系中的表達(dá) 收集HCC細(xì)胞LM3、HepG2、Hep3B和人正常肝細(xì)胞系LO2，提取細(xì)胞總的RNA，檢測miR-612在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞中的表達(dá)水平。qRT-PCR結(jié)果顯示miR-612在LM3、HepG2、Hep3B細(xì)胞中相對(duì)表達(dá)量分別為2.00±0.10、1.01±0.06、1.51±0.05，顯著低于在LO2中的相對(duì)表達(dá)量5.23±0.43(P值均<0.05)，見圖1。

2.2miR-612 mimic轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞 轉(zhuǎn)染miR-612 mimic 48 h后，收集細(xì)胞，提取總RNA，qRT-PCR結(jié)果顯示，miR-612 mimic組miR-612的相對(duì)表達(dá)量為7.74±0.58，對(duì)照組miR-162的相對(duì)表達(dá)量為1.00±0.10，miR-612 mimic組miR-612表達(dá)顯著高于陰性對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=12.45，P=0.035)，見圖2。

2.3miR-612對(duì)HepG2干細(xì)胞特性的影響 懸浮腫瘤球形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組和miR-612 mimic組腫瘤球形成的數(shù)目分別為(7±2.12)個(gè)、(3±1.57)個(gè)。實(shí)驗(yàn)組的懸浮腫瘤球大小形成能力明顯低于對(duì)照組(P<0.05)，且實(shí)驗(yàn)組的懸浮腫瘤球形態(tài)較小，轉(zhuǎn)染了miR-612 mimic的HepG2細(xì)胞，其懸浮腫瘤球形成能力明顯低于對(duì)照組，見圖3A。軟瓊脂克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組和miR-612 mimic組腫瘤克隆球形成的數(shù)目分別為(5±2.10)個(gè)、(2±1.04)個(gè)。實(shí)驗(yàn)組的腫瘤克隆球形成能力明顯低于對(duì)照組(P<0.05)，且實(shí)驗(yàn)組的腫瘤克隆球形態(tài)較小，轉(zhuǎn)染了miR-612 mimic的HepG2細(xì)胞，其軟瓊脂克隆形成能力明顯低于對(duì)照組，見圖3B。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，miR-612表達(dá)增加可顯著抑制HepG2干細(xì)胞的特性。

圖1 qRT-PCR法檢測miR-612在HCC細(xì)胞中的表達(dá)Fig.1 qRT-PCR assay for expression of miR-612 in HCC cellsNote:Compared with normal liver cell line LO2,*.P<0.05.

2.4miR-612對(duì)CD133和Nanog表達(dá)的影響 qRT-PCR實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組中CD133 mRNA的相對(duì)表達(dá)量為0.26±0.08，低于對(duì)照組(1.04±0.03)，Nanog mRNA的相對(duì)表達(dá)量為0.30±0.06，低于對(duì)照組(1.01±0.05)(P均<0.05)。見圖4A。

Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組中CD133 mRNA的相對(duì)表達(dá)量為0.12±0.04， 低于對(duì)照組(1.00±0.01)，Nanog蛋白的相對(duì)表達(dá)量為0.21±0.06，顯著低于對(duì)照組(1.01±0.05)(P均<0.05)，見圖4B。結(jié)果同Real-time PCR的結(jié)果一致，說明miR-612表達(dá)增加可以抑制CD133和 Nanog mRNA和蛋白表達(dá)。

圖2 qRT-PCR法檢測miR-612 mimic轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞中miR-612的表達(dá)Fig.2 qRT-PCR assay for miR-612 mimic transfection of miR-612 in HepG2 cellsNote:Compared with control group,*.P<0.05.

圖3 miR-612對(duì)HepG2干細(xì)胞特性的影響Fig.3 Effect of miR-612 on characteristics of HepG2 stem cellsNote:A.Suspension tumor formation assay was performed to detect the formation of HepG2 cells tumor spheres after miR-612 mimic transfected;B.Soft agar colony formation assay was used to detect the formation of HepG2 cells cloned spheres after miR-612 mimic transfected.

圖4 miR-612 mimic轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞后CD133和Nanog的mRNA和蛋白表達(dá)水平Fig.4 mRNA and protein expression levels of CD133 and Nanog in HepG2 cells transfected with miR-612 mimicNote:A.qRT-PCR detected CD133 and Nanog mRNA expression levels in cancer stem cells of HepG2 transfected with miR-612 mimic,*.P<0.05 compared with the control group;B.Western blot detected CD133 and Nanog protein expression levels in cancer stem cells of HepG2 transfected with miR-612 mimic.

圖5 各組的熒光素酶相對(duì)活性Fig.5 Relative activity of luciferase in each groupNote:Compared with the control group，*.P<0.05.

2.5各組HepG2細(xì)胞中的熒光素酶活性比較 雙熒光素酶報(bào)告基因試驗(yàn)結(jié)果顯示，共轉(zhuǎn)染miR-612 mimics、 pGL3-Basic-Nanog-3′-UTR報(bào)告基因質(zhì)粒、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-SV40組HepG2細(xì)胞中的熒光素酶活性為0.29±0.04顯著低于共轉(zhuǎn)染對(duì)照、pGL3-Basic-Nanog-3′-UTR報(bào)告基因質(zhì)粒、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-SV40組HepG2細(xì)胞中的熒光素酶活性1.00±0.20(P<0.05)；而共轉(zhuǎn)染miR-612 mimics、 pGL3-Basic報(bào)告基因質(zhì)粒、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-SV40組HepG2細(xì)胞中的熒光素酶活性(0.92±0.08)與共轉(zhuǎn)染對(duì)照、 pGL3-Basic報(bào)告基因質(zhì)粒、內(nèi)參質(zhì)粒pRL-SV40組HepG2細(xì)胞中的熒光素酶活性(0.92±0.08)之間無差異(P均>0.05)，見圖5。

3 討論

HCC是常見惡性腫瘤之一，嚴(yán)重危害人類生命健康[1]。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雖然對(duì)HCC的發(fā)病機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)，手術(shù)、放化療及索拉菲尼靶向藥物等的聯(lián)合治療取得了一定的效果，但由于HCC復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移導(dǎo)致患者的低生存率并沒有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)[11，12]。近年來，一類具有自我更新能力和異質(zhì)性的干細(xì)胞樣細(xì)胞群(TSC)，具有體外促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲轉(zhuǎn)移和體內(nèi)成瘤的能力，被認(rèn)為是腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的起始細(xì)胞[13]。已經(jīng)報(bào)道HCC存在TSC，并促進(jìn)腫瘤的惡性行為[14]，因此抑制TSC可能成為治療腫瘤的新途徑，有望成為減少HCC患者復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移和改善患者預(yù)后的關(guān)鍵。

miRNAs作為高度保守的一類小分子非編碼單鏈RNA，可以在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，參與調(diào)控細(xì)胞增殖、侵襲轉(zhuǎn)移、凋亡及TSC等多種相關(guān)信號(hào)通路[15，16]。在胃癌、肺癌等多種常見腫瘤中存在miRNAs表達(dá)譜異常[17，18]，同樣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)HCC存在眾多促進(jìn)腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移異常表達(dá)的miRNAs，miRNAs具備的癌基因和抑癌基因作用引起廣大學(xué)者的密切關(guān)注[19，20]。最近研究表明miRNAs在調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，miRNA-628通過靶向SOS1基因顯著抑制乳腺癌干細(xì)胞的遷移和侵襲[21]，miR-147低表達(dá)上調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)結(jié)腸癌干細(xì)胞特性的表達(dá)[22]，以及miR-106b-5p通過PI3K/Akt途徑靶向PTEN，促進(jìn)HCC干細(xì)胞維持和轉(zhuǎn)移[23]，因此miRNAs可以通過作用于腫瘤干細(xì)胞作為腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。

miR-612由于最近被鑒定出來，其研究較少，但是大部分研究集中在腫瘤，并在多種腫瘤中被證實(shí)其發(fā)揮抑癌基因的作用[24]，研究發(fā)現(xiàn)miR-612低表達(dá)與患者的黑色素瘤厚度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和較短生存期顯著相關(guān)，過表達(dá)顯著降低細(xì)胞增殖、集落形成和黑素瘤細(xì)胞的侵襲能力[25]。而Tao等[10]首次發(fā)現(xiàn)了HCC患者中miR-612的水平與腫瘤大小、分期、EMT和轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)，其低表達(dá)可能在肝癌轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮促進(jìn)的功能。miR-612與HCC干細(xì)胞的關(guān)系還尚未明確，因此本研究驗(yàn)證了miR-612在HCC細(xì)胞株LM3、HepG2、Hep3B和肝正常上皮細(xì)胞株LO2中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)miR-612在LM3、HepG2、Hep3B中表達(dá)顯著低于LO2，其中HepG2表達(dá)的最低，表明miR-612低表達(dá)于HCC細(xì)胞中，與Tao等[10]的研究結(jié)果一致，本文選用表達(dá)最低的HepG2細(xì)胞作為工具細(xì)胞研究miR-612的生物學(xué)功能；采用miR-612 mimic轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞進(jìn)一步研究miR-612在HCC干細(xì)胞特性中發(fā)揮的作用，qRT-PCR法分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染miR-612 mimic后細(xì)胞中miR-612表達(dá)明顯降低，TSC功能實(shí)驗(yàn)顯示懸浮腫瘤球和軟瓊脂克隆形成能力顯著下降；CD133是HCC TSC常見標(biāo)志物之一[26]，qRT-PCR和Western blot結(jié)果顯示轉(zhuǎn)染miR-612后細(xì)胞中CD133的mRNA和蛋白表達(dá)均降低。以上結(jié)果說明過表達(dá)miR-612后抑制HepG2細(xì)胞的干細(xì)胞特性，低表達(dá)的miR-612促進(jìn)HCC細(xì)胞干細(xì)胞特性。

我們已經(jīng)觀察到miR-612抑制HepG2細(xì)胞干性的生物學(xué)現(xiàn)象，具體的作用機(jī)制還需進(jìn)一步探討。在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)TSC自我更新和異質(zhì)性的轉(zhuǎn)錄因子Oct4、Sox2、Klf4和Nanog等，這些轉(zhuǎn)錄因子是維持TSC干細(xì)胞特性所必需的[27]，而Nanog在HCC組織中表達(dá)上調(diào)并與肝癌臨床病理特征相關(guān)， Nanog的下調(diào)明顯抑制HCC細(xì)胞的侵襲和遷移能力[28]，Toraih等[29]研究報(bào)道Nanog高表達(dá)有助于HCC細(xì)胞干性特征的獲得，是HCC治療的潛在分子。通常miRNA通過與靶基因的起始序列結(jié)合在轉(zhuǎn)錄后水平直接調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。miR-612是否直接靶向調(diào)控Nanog，我們應(yīng)用雙熒光素酶報(bào)告基因檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-612直接靶向負(fù)調(diào)控Nanog基因。此外，采用qRT-PCR和Western blot檢測轉(zhuǎn)染miR-612 mimic細(xì)胞中作為維持TSC功能的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Nanog的表達(dá)水平，結(jié)果顯示高表達(dá)的miR-612抑制Nanog mRNA和蛋白的表達(dá)，表明miR-612在HepG2細(xì)胞中負(fù)調(diào)控Nanog，可能通過抑制Nanog的表達(dá)抑制HCC的干細(xì)胞特性。

綜上所述，miR-612在肝癌細(xì)胞系中低表達(dá)，過表達(dá)miR-612抑制HepG2細(xì)胞的干細(xì)胞特性，其可能通過抑制Nanog基因的表達(dá)。miR-612可作為抑制TSC治療HCC的潛在靶向分子，可以為干預(yù)和預(yù)防HCC提供實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和新的思路。