miR-7-5p抑制胰腺癌細胞放療后加速再增殖的體外實驗研究

葉志強，郭貴龍，陳涵斌，呂奇原，谷甸娜

（溫州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，浙江 溫州 325000，1.外科，2.放化療科）

胰腺癌是目前已知惡性程度最高的腫瘤之一，五年生存率只有5%左右，其病死率基本接近腫瘤的發(fā)生率[1]。其早期診斷困難、易于侵襲轉移，現(xiàn)在仍缺乏有效的診治方法。目前，手術雖是根治胰腺癌的首要手段，但絕大部分胰腺癌患者在被診斷時已局部進展或者發(fā)生遠處轉移，失去了手術治療的機會，因此只能接受放化療。然而，胰腺癌對放化療并不敏感，表現(xiàn)為明顯的治療抵抗。其中腫瘤細胞放療后再增殖是導致放療抵抗，引起治療失敗的一個重要原因[2]。因此，如能抑制放療后再增殖將能一定程度減少腫瘤細胞的放療抵抗。放療的關鍵靶點是細胞的DNA。放射線引起DNA損傷后，機體會啟動損傷應答通路，這種通路的激活將會阻滯細胞周期，可以讓受損腫瘤細胞有足夠的時間來進行自我修復，繼而產(chǎn)生放療抵抗，而加速再增殖與腫瘤細胞的DNA損傷修復能力有關。近年來報道，DNA損傷誘導轉錄子4（DNA damage inducible transcript 4，DDIT4）可參與應激、DNA損傷修復和細胞凋亡等多種生命過程，并在乳腺癌、前列腺癌和胃癌等腫瘤中表達增高[3]。那DDIT4有否通過影響DNA損傷修復進而影響放療后再增殖呢？另外，腫瘤細胞在接受放療后會出現(xiàn)大量細胞死亡，細胞死亡后會釋放多種細胞內(nèi)容物，包括DNA、RNA和蛋白等。已有研究表明miRNA可通過影響DNA損傷修復、細胞周期檢查點、凋亡、信號轉導、腫瘤組織微環(huán)境等因素調控腫瘤輻射敏感性[4]。據(jù)報道m(xù)iR-7可通過抑制EGFR-PI3K-AKT信號通路改善肺癌、乳腺癌、頭頸部腫瘤及膠質瘤細胞的放療敏感性[5]，而且我們前期研究發(fā)現(xiàn)miR-7-5p可抑制胰腺癌細胞增殖促進凋亡[6]，那么miR-7-5p可否抑制放療后再增殖呢？因此，本研究通過建立的胰腺癌細胞放療后再增殖模型，研究瀕死細胞釋放的miR-7-5p對放療后再增殖效應的影響，并從分子水平探討相關機制。

1 材料和方法

1.1 細胞培養(yǎng)

人胰腺癌細胞系PANC-1細胞購于中國科學院典型培養(yǎng)物保藏委員會細胞庫，使用DMEM培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，置于5% CO2、37 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。根據(jù)細胞倍增時間決定傳代時間，用0.25%胰酶進行消化傳代，選擇對數(shù)生長期的細胞作為實驗對象。

1.2 慢病毒包裝

在6孔板中接種3×105個293細胞，加入2 mL DMEM完全培養(yǎng)基，置于37 ℃，5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。細胞匯合度達到80%～90%時，按照Lipofectamin 2000脂質體說明書，將三質粒系統(tǒng)（pLEXGFP-luc2、psPAX2和pMD2.G）共轉染至293細胞中，轉染48 h后，收集培養(yǎng)上清液。4 ℃ 3 000 g離心10 min，去除細胞碎片，然后將上清用0.45 μm的PVDF濾膜過濾，-80 ℃分裝保存。

1.3 慢病毒感染和穩(wěn)定表達細胞株的構建

感染前24 h將細胞以每孔1×105密度接種于6孔板中含有10% FBS的DMEM培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，待細胞貼壁后長至50%左右進行慢病毒感染，在6孔板中加入已濾病毒液，于5% CO2的37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，病毒感染48 h后使用熒光顯微鏡進行觀察，感染細胞出現(xiàn)綠色熒光，使用添加嘌呤霉素的10%FBS DMEM培養(yǎng)基進行篩選，獲得穩(wěn)定表達熒光素酶-綠色熒光蛋白（Fluc-GFP）的PANC-1細胞，記作PANC-1-LUC細胞。后續(xù)通過檢測PANC-1-LUC細胞的熒光素酶活性，反映細胞增殖的情況[7]。

1.4 PANC-1細胞放療后再增殖模型構建及分組

待PANC-1細胞貼壁生長進入對數(shù)分裂期后，將其鋪于實驗所需的孔板中，次日使用線性加速器給予單次10 Gy放射線處理細胞。接著將放療后的腫瘤細胞當天消化計數(shù)，接種于24孔板中，每組設置3個復孔。24 h后，將穩(wěn)定表達Fluc-GFP的PANC-1-LUC細胞接種于24孔板上的Transwell培養(yǎng)室（0.4 μm孔徑）內(nèi)進行共培養(yǎng)，根據(jù)處理方法不同分為3組：PANC-1-LUC+PANC-1（10 Gy）組、PANC-1-LUC+PANC-1（0 Gy）組及PANC-1-LUC組。當研究受輻照細胞對PANC-1-LUC細胞輻照后損傷修復等影響時，給予PANC-1-LUC細胞單次2 Gy照射，分為2組：PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）組與PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（0 Gy）組。根據(jù)實驗指定時間點，向24孔板中加入熒光素酶底物，利用小動物活體成像儀對細胞進行化學發(fā)光成像。

1.5 Real-time PCR檢測miRNA-7-5P的表達水平

采用miRNeasy Serum/Plasma Advanced Kit（Qiagen）提取上清液中的miRNA，按照PrimeScriptTMRT reagent kit（TakaRa）逆轉錄試劑盒說明書將RNA逆轉錄合成cDNA。在QuantStudio 6 Flex實時熒光定量PCR儀中，使用SYBR?Premix Ex TaqTM試劑盒，量化miRNA-7-5P的表達水平。

1.6 流式細胞儀檢測細胞周期及細胞凋亡

用胰酶消化后收集細胞，在預冷的75%乙醇固定過夜，加入PI/RNase常溫染色30 min，PBS洗滌，流式細胞儀檢測細胞周期，使用Modfit軟件進行數(shù)據(jù)分析。凋亡采用PE標記的Annexin-V和7-AAD凋亡試劑盒，各加5 μL，室溫孵育30 min，再用PBS洗滌，用流式細胞儀檢測凋亡率。

1.7 雙熒光素酶法驗證miR-7-5p靶基因為DDIT4

利用Targetscan軟件對miR-7-5p的靶向基因進行預測篩選，預測了與輻射損傷修復相關基因DDIT4為其下游靶基因。設計合成擴增靶基因DDIT4-3'UTR序列的引物如下：Forward 5'-TCAGAGCTCA CTTCAACCTGAGGGGGCCGACA-3’；Reverse 5'-G TGGCTAGCTGTTTTAACAAACATGTTTATTAG-3'。并將合成的DDIT4-3'UTR、野生型（WT）序列及突變型（MT）序列進行退火，對DDIT4-3'UTR、野生型及突變型用SacI/NheI雙酶切，構建pmirGLO（Promega）雙熒光報告質粒，所得重組質粒均經(jīng)測序鑒定。將miR-7-5p mimics與對照空載體、克隆有3'UTR序列或對應的WT、MT序列的報告質粒分別共轉染進入PANC-1細胞，轉染48 h后，以海腎熒光素酶活性作為內(nèi)參，檢測螢火蟲熒光素酶活性/海腎熒光素酶活性的相對值，統(tǒng)計檢測結果。

1.8 Western blotting檢測γH2A.X與DDIT4蛋白

取對數(shù)生長期的細胞，使用加有蛋白酶抑制劑的蛋白裂解液RIPA收集蛋白，冰上裂解40 min后離心15 min，收集上清即為蛋白樣品。采用SDS-PAGE電泳法對提取的蛋白進行電泳分離，然后印跡于PVDF膜上。膜在5%脫脂牛奶中封閉1 h，加入一抗在4 ℃下孵育過夜，在室溫下，將膜與HRP標記的二抗孵育2 h，洗膜后顯影。

1.9 統(tǒng)計學分析

所有數(shù)據(jù)應用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料以（±s）表示，計量資料兩組間均數(shù)比較采用Student'st檢驗，多組間均數(shù)分析采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 受輻照PANC-1（10 Gy）細胞對PANC-1-LUC細胞加速再增殖及DNA損傷修復的影響

受輻照PANC-1（10 Gy）細胞在放療后第3天明顯抑制了PANC-1-LUC細胞的生長，且這個抑制效應在第5天才消除，此后與受輻照PANC-1（10 Gy）細胞共培養(yǎng)的PANC-1-LUC細胞進入快速的增殖階段，表現(xiàn)為明顯的再增殖效應（圖1）。與此同時，我們觀察到受輻照PANC-1（10 Gy）細胞能明顯促進PANC-1-LUC（2 Gy）細胞放療后γH2A.X的消退，提示受輻照PANC-1（10 Gy）細胞促進了X線照射后細胞的DNA損傷修復（圖2）。

圖1 受輻照PANC-1（10 Gy）細胞促進PANC-1-LUC胰腺癌細胞加速再增殖

2.2 受輻照PANC-1（10 Gy）細胞對PANC-1-LUC（2 Gy）細胞凋亡和細胞周期的影響

與PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（0 Gy）組相比，PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）組不僅抑制了存活PANC-1-LUC（2 Gy）細胞的凋亡（圖3），此外還增加了PANC-1-LUC（2 Gy）細胞G0/G1期的阻滯（圖4）。

圖2 受輻照PANC-1（10 Gy）細胞促進PANC-1-LUC（2 Gy）細胞放療后DNA損傷修復

圖3 與受輻照PANC-1（10 Gy）細胞共培養(yǎng)抑制放療后PANC-1-LUC（2 Gy）細胞凋亡

圖4 與受輻照PANC-1（10 Gy）細胞共培養(yǎng)增加PANC-1-LUC（2 Gy）細胞的G0/G1周期阻滯

2.3 miR-7-5p表達上調可抑制PANC-1-LUC（2 Gy）細胞放療后加速再增殖

我們利用RT-PCR方法檢測受輻照PANC-1（10 Gy）細胞上清液中miR-7-5p的表達情況，結果提示miR-7-5p在受輻照PANC-1（10 Gy）細胞的上清中明顯表達下調（t=16.9，P＜0.01）。有研究報道m(xù)iR-7-5p具有抑制腫瘤細胞生長的能力，而我們也在放療處理后的細胞上清中檢測到miR-7-5p釋放減少。因此，我們猜想是否因放療抑制的miR-7-5p促進了殘余腫瘤細胞增殖，從而參與了腫瘤細胞再增殖。為了證實我們的猜想，我們往再增殖模型中加入miR-7-5p mimics，觀察是否對腫瘤再增殖有影響。成像結果顯示，PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）+miR-7-5p mimics組的熒光素酶活性明顯低于PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）組（P＜0.01） （圖5）。因此，我們認為提高miR-7-5p水平能夠顯著抑制PANC-1細胞放療后再增殖。

2.4 miR-7-5p在胰腺癌細胞中通過靶向DDIT4促進放療后加速再增殖

圖5 上調miR-7-5p水平抑制胰腺癌細胞放療后加速再增殖

為了探究miR-7-5p調控胰腺癌細胞放療后加速再增殖的分子機制，我們利用生物信息學方法，獲得miR-7-5p的潛在靶基因，并根據(jù)Targetscan篩選出與DNA損傷修復相關的DDIT4基因，我們用雙熒光素酶活性實驗進行驗證。在DDIT4-3'-UTR和野生型WT組中，miR-7-5p mimics的加入使胰腺癌PANC-1細胞中熒光值顯著降低（3'-UTR組：t=12.6，P＜0.01；WT組：t=10.8，P＜0.01）。在DDIT4突變型MT組中，PANC-1細胞熒光值未見顯著變化（t=1.01，P＞0.05），證明胰腺癌細胞中通過miR-7-5p靶向DDIT4基因發(fā)揮調控作用（圖6A～B）。進一步，我們通過West-ern blotting證實在轉染miR-7-5p mimics的PANC-1細胞中，DDIT4蛋白明顯抑制，反之，轉染miR-7-5p inhibitor可上調PANC-1細胞DDIT4蛋白的表達（圖6C）。所以，miR-7-5p在胰腺癌細胞中靶向調控DDIT4分子。

圖6 miR-7-5p在胰腺癌細胞中靶向調控DDIT4分子

接著，我們進一步利用Western blotting檢測放療后共培養(yǎng)時DDIT4分子及凋亡信號的表達水平。與PANC-1-LUC（2 Gy）+PBS組相比，PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）組DDIT4蛋白表達明顯升高，并且抑制了凋亡信號轉導。反之，在培養(yǎng)上清液中加入miR-7-5p mimics則可抑制DDIT4信號，誘導細胞凋亡（圖7A～B）。

3 討論

幾十年來盡管臨床上一直強調應重視腫瘤加速再增殖現(xiàn)象，但至今對于腫瘤放療加速再增殖的機制尚未完全清楚。放療過程中，由于受到組織增殖動力學及細胞周期的影響，腫瘤細胞受到照射后會在放療后期出現(xiàn)增殖加速。研究證實，細胞周期、DNA損傷修復機制和蛋白調節(jié)等多種信號通路可能與加速再增殖有關[8]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)放療后的瀕死細胞可以通過SHH-Wnt信號[9]，活化caspase-3/7-PKCδ信號[10]，以及上調Sox211等刺激胰腺癌存活細胞加速再增殖。我們既往研究也曾報道，放療后瀕死細胞可通過miR-193a調控TGF-β2/TGF-βRIII信號通路促進胰腺癌細胞放療后再增殖[7]。

本研究通過經(jīng)熒光素酶標記的胰腺癌細胞PANC-1-LUC建立了胰腺癌細胞放療后加速再增殖模型，我們發(fā)現(xiàn)接受單次輻照PANC-1（10 Gy）細胞，在放療后3天明顯抑制了存活的PANC-1-LUC胰腺癌細胞的生長，且這個抑制效應在第5天才得以解除，之后進入快速的增殖階段，熒光強度明顯增加，這提示加速再增殖現(xiàn)象的存在。進一步地，檢測比較經(jīng)輻照與未輻照處理后的細胞上清液中miR-7-5p的表達情況，結果顯示受輻照PANC-1（10 Gy）細胞上清液中miR-7-5p明顯下調，提示miR-7-5p在放療后加速再增殖中起了重要作用。既往研究報道，miR-7在多種實體腫瘤中如肝癌[12]、肺癌[13]、乳腺癌[14]、胃癌[15]等多種腫瘤生物學過程中起到重要的抑制作用，并且可改善乳腺癌細胞、肺癌細胞、喉鱗狀細胞癌及神經(jīng)膠質瘤細胞的放療敏感性[16-17]。而我們先前在胰腺癌中的研究，也證實miR-7-5p可抑制細胞的生長和增殖、阻滯細胞周期，提示miR-7-5p在胰腺癌中亦起到抑癌作用[6]，那miR-7-5p是怎么影響放療后加速再增殖的呢？本研究將受輻照PANC-1（10 Gy）細胞的上清液中補充miR-7-5p mimics與PANC-1-LUC（2 Gy）細胞共培養(yǎng)，相比于PANC-1-LUC（2 Gy）組，PANC-1-LUC（2 Gy）+PANC-1（10 Gy）+miR-7-5p mimics組細胞熒光強度明顯減少，同時發(fā)現(xiàn)存活細胞中miR-7-5p的靶基因DDIT4信號蛋白也明顯受抑制。

電離輻射等會對細胞造成一定程度的DNA損傷，細胞內(nèi)某些機制將促使發(fā)生細胞周期阻滯，使細胞有足夠時間完成損傷修復或DNA復制，從而維持基因組的穩(wěn)定，但這正是細胞放射抵抗的重要原因[18]。而DDIT4是一種DNA損傷誘導的轉錄因子，既往研究報道，在胃癌中，DDIT4可通過影響p53和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路[19]，促進胃癌細胞的增殖和胃癌的發(fā)生。在膀胱癌中，DDIT4促進癌細胞增殖減少凋亡[20]。此外，DDIT4可介導腫瘤自噬促進腫瘤存活，并與卵巢癌患者預后呈負相關[21-22]。在本研究中，放療后瀕死細胞上清液中miR-7-5p表達減少，使存活胰腺癌細胞中DDIT4顯著上調，通過調控生長阻滯和細胞凋亡來保持基因組完整性，促進了放療后加速再增殖。反之，當上清液中miR-7-5p上調，存活胰腺癌細胞中DDIT4表達下調，則抑制DNA損傷修復，抑制胰腺癌細胞放療后再增殖。

圖7 miR-7-5p通過抑制DDIT4促進放療后PANC-1-LUC（2 Gy）細胞凋亡

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)放療后胰腺癌細胞可通過下調miR-7-5p促進DDIT4表達，從而抑制細胞凋亡及調控細胞周期再分布來加速再增殖，表明提高miR-7-5p的水平能夠提高胰腺癌細胞的放療敏感性，這將為改善胰腺癌放療抵抗提供了一種新的思路和方法。