鈣蛋白酶抑制劑對(duì)雌激素誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響*

金愛，王宏鍵，董宇華，王旭東

(貴州醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生理學(xué)教研室，貴州 貴陽(yáng) 550025)

乳腺癌(breast cancer)是發(fā)生在乳腺腺上皮組織的惡性腫瘤，也是女性最常見的激素依賴性惡性腫瘤，嚴(yán)重威脅著患者的身心健康[1-2]。上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是一種生物學(xué)過(guò)程，可通過(guò)相應(yīng)信號(hào)機(jī)制使上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)表型的細(xì)胞[3]，EMT過(guò)程中的惡性腫瘤細(xì)胞往往可以獲得遷移和侵襲能力[3]，遷移和侵襲能力增強(qiáng)是乳腺癌轉(zhuǎn)移的必要條件[4]，亦提示有效抑制EMT可能是遏制乳腺癌轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。17β-雌二醇(17β-estradiol，E2)是女性體內(nèi)重要的性激素之一，正常生理狀態(tài)下，E2能調(diào)節(jié)乳腺的生長(zhǎng)發(fā)育；而在惡性腫瘤中，E2可參與誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞的增殖、黏附、遷移及侵襲等生物學(xué)行為[5-6]；此外，E2還可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT[7-8]。鈣蛋白酶(calpain)是一類依賴于Ca2+激活的中性蛋白酶超家族，其成員通過(guò)對(duì)底物進(jìn)行“有限”切割，從而調(diào)整底物活性、并調(diào)節(jié)細(xì)胞生物學(xué)行為，如增殖、侵襲、遷移、骨架重構(gòu)等[9]。本課題組前期研究結(jié)果顯示，E2可通過(guò)鈣蛋白酶誘導(dǎo)乳腺癌MDA-MB-468細(xì)胞遷移[10]。然而，關(guān)于鈣蛋白酶是否介導(dǎo)E2誘導(dǎo)的MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞EMT和遷移目前尚不明了。因此，本研究通過(guò)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)深入探究鈣蛋白酶在E2誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞遷移過(guò)程中的作用以及對(duì)EMT標(biāo)志物纖連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)和E-鈣黏素(E-cadherin)蛋白表達(dá)的影響，為臨床治療乳腺癌提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)細(xì)胞與主要試劑 人雌激素受體(estrogen receptor，ER)陰性的乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231和ER陽(yáng)性的乳腺癌細(xì)胞系MCF-7(中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫(kù))，改良Eagle培養(yǎng)基(dulbecco’s modification of Eagle's medium，DMEM)、RPMI-1640培養(yǎng)基、抗生素(penicillin and streptomycin，美國(guó)Hyclone 公司)，胎牛血清(fetal calf serum，F(xiàn)BS；杭州四季青公司)，E2和鈣蛋白酶抑制劑(calpeptin，美國(guó)Sigma公司)，蛋白酶抑制劑苯甲基磺酰氟(phenylmethanesulfonyl fluoride，PMSF；武漢博士德生物)，抗FN多克隆抗體(美國(guó)Abcam公司)，羊抗小鼠IgG-HRP和羊抗小兔IgG-HRP(美國(guó)Santa Cruz公司)，抗E-cadherin多克隆抗體、抗甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH)多克隆抗體(南京Bioworld公司)及蛋白濃度測(cè)試試劑盒(上海碧云天公司)。

1.1.2主要儀器 恒溫CO2培養(yǎng)箱(美國(guó)Thermo公司)，SW-CJ-2FD超凈工作臺(tái)(中國(guó)蘇州凈化)，臺(tái)式超低溫高速離心機(jī)(美國(guó)Beckman Couler公司)，CKX41倒置顯微鏡(日本Olympus公司)及恒溫培養(yǎng)震蕩器(中國(guó)智城分析公司)。

1.2 方法

1.2.1細(xì)胞培養(yǎng) MCF-7乳腺癌細(xì)胞培養(yǎng)于10%FBS、1%抗生素及89%RPMI-1640培養(yǎng)基中，MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞培養(yǎng)于10%FBS、1%抗生素及89%DMEM培養(yǎng)基中，所有細(xì)胞均培養(yǎng)于37 ℃、5%CO2及飽和濕度(95%)培養(yǎng)箱。細(xì)胞培養(yǎng)24 h至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.2劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞遷移能力 取對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)的MCF-7和MDA-MB-231模型細(xì)胞分別鋪于12孔板，全培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞至90%～100%，換無(wú)血清培養(yǎng)基同步化24 h，20 μL的無(wú)菌槍頭在12孔板皿底作十字劃痕，PBS清洗；分別加DMSO(對(duì)照組)、50 nmol/L E2(E2組)及50 nmol/L E2聯(lián)合10 μmol/L Calpeptin(E2+Calpeptin組)處理模型細(xì)胞，0、12、24 和48 h時(shí)標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行拍照，記錄細(xì)胞劃痕區(qū)域?qū)挾龋?jì)算細(xì)胞遷移率[細(xì)胞遷移率=(0 h劃痕寬度-12 h或24 h或48 h劃痕寬度)/ 0 h劃痕寬度×100%][11]。

1.2.3蛋白印記實(shí)驗(yàn)檢測(cè)模型細(xì)胞FN和E-cadherin表達(dá)變化 將對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)的MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌模型細(xì)胞分別鋪于6孔板中，次日更換無(wú)血清培養(yǎng)基同步化24 h，待細(xì)胞匯合度達(dá)70%，分別加DMSO(對(duì)照組)、50 nmol/L E2(E2組)及50 nmol/L E2聯(lián)合10 μmol/L Calpeptin(E2+Calpeptin組)處理模型細(xì)胞，提取蛋白，配制含1 mmol/L蛋白酶抑制劑PMSF的RIPA細(xì)胞裂解液于冰盒中裂解20 min，4 ℃離心機(jī)12 000 r/min離心15 min，吸取上清液至標(biāo)記好的EP管進(jìn)行蛋白定量；10% SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白(30 μg/泳道)，濕轉(zhuǎn)法將分離的蛋白轉(zhuǎn)印至硝酸纖維膜；5%牛血清白蛋白室溫封閉1～2 h，TBST洗膜3次/10 min，然后加入抗FN多克隆抗體(1 ∶1 000)、抗E-cadherin多克隆抗體 (1 ∶1 000)室溫孵育2 h；TBST洗膜3次/10 min，加入相應(yīng)二抗(1 ∶4 000)室溫孵育1 h，用凝膠成像儀進(jìn)行成像拍照。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 細(xì)胞遷移

與對(duì)照組相比，E2組MCF-7乳腺癌細(xì)胞24 h和48 h遷移率均有明顯增加，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；與對(duì)照組相比，E2組MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞24 h和48 h遷移均有明顯增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見圖1。

注：A、C為劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果(40×)，B、D為細(xì)胞遷移率的條圖；(1)與同時(shí)點(diǎn)對(duì)照組比較，P<0.01。圖1 E2誘導(dǎo)MCF-7和MDA-MB-231人乳腺癌細(xì)胞的遷移能力Fig.1 Migration of MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells induced by E2

2.2 E2誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞E-cadherin和FN的表達(dá)

在MCF-7細(xì)胞中，與0 h相比，E2組細(xì)胞FN的表達(dá)在24 、48 和72 h均明顯上調(diào)，E-cadherin的表達(dá)明顯減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，其中48 h效果最佳；在MDA-MB-231細(xì)胞中，與0 h相比，E2組細(xì)胞FN的表達(dá)在24、48和72 h均明顯上調(diào)，E-cadherin的表達(dá)明顯減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，其中48 h效果最佳。見圖2。

注：A、C為Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果，B、D為相關(guān)蛋白定量表達(dá)的條圖；(1)與0 h比較，P<0.01。圖2 E2誘導(dǎo)MCF-7和MDA-MB-231人乳腺癌細(xì)胞的FN及E-cadherin蛋白表達(dá)Fig.2 Expression of FN and E-cadherin proteins in MCF7 and MDA-MB-231 human breast cancer cells induced by E2

2.3 Calpeptin抑制E2誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞遷移

與E2組相比，E2+Calpeptin組MCF-7細(xì)胞的24 h和48 h遷移率均降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；與E2組相比，E2+Calpeptin組MDA-MB-231細(xì)胞的24 h遷移率降低，48 h遷移率降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05或P<0.01)。見圖3。

注：A、C為劃痕實(shí)驗(yàn)染色結(jié)果(40×)，B、D為細(xì)胞遷移率的條圖；與同時(shí)點(diǎn)E2組比較，(1)P<0.05，(2)P<0.01。圖3 Calpeptin抑制E2誘導(dǎo)MCF-7和MDA-MB-231人乳腺癌細(xì)胞的遷移能力Fig.3 Migration of MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells induced by calpeptin-inhibited E2

2.4 Calpeptin抑制E2誘導(dǎo)的模型細(xì)胞E-cad和FN的表達(dá)

在MCF-7細(xì)胞，與E2組相比，E2+Calpeptin組FN表達(dá)顯著下調(diào), E-cad表達(dá)顯著上調(diào)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；在MDA-MB-231細(xì)胞，與E2組相比，E2+Calpeptin組FN明顯表達(dá)下調(diào)，E-cadherin表達(dá)明顯上調(diào)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見圖4。

注：A、C為Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果，B、D為相關(guān)蛋白定量表達(dá)的條圖；(1)與E2組比較，P<0.01。圖4 Calpeptin抑制E2誘導(dǎo)MCF-7和MDA-MB-231人乳腺癌細(xì)胞的FN和E-cadherin蛋白表達(dá)Fig.4 Expression of FN and E-cadherin in MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells induced by calpeptin-inhibited E2

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，E2處理組MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞在24和48 h的遷移率均明顯增加，細(xì)胞中FN蛋白在24、48和72 h表達(dá)均明顯上調(diào)，而E-cadherin蛋白表達(dá)則明顯下調(diào)；與E2組相比，E2+Calpeptin組MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞的遷移率明顯下降，F(xiàn)N表達(dá)明顯減少，E-cadherin表達(dá)明顯增加。因此提示Calpain在E2介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞遷移和EMT過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。

乳腺癌是常見的惡性腫瘤，是女性腫瘤相關(guān)性死亡的最常見原因，全球每年大約有138萬(wàn)的新發(fā)病例，每年約45.8萬(wàn)死于乳腺癌疾病[12]。盡管隨著治療水平的提高，乳腺癌的致死率每年逐漸下降，但致死率仍在15%以上[13]。乳腺癌嚴(yán)重危害女性的健康，因此乳腺癌的防治是當(dāng)今研究者最迫切關(guān)注的問題。

乳腺癌是經(jīng)典的激素依賴性的惡性腫瘤，許多研究已經(jīng)證實(shí)E2調(diào)控乳腺癌的多種惡性行為如遷移、轉(zhuǎn)移等[6]。E2可以通過(guò)上調(diào)多個(gè)原癌基因如多配寡糖1(syndecan 1)[14]、絲裂原活化蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1，MAPK1)[15]促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展。與之前研究一致，本研究以ER陽(yáng)性的MCF-7乳腺癌和ER陰性的MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)E2能夠顯著促進(jìn)MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞的遷移。乳腺癌患者死亡的主要原因可能與乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有關(guān)[16]，轉(zhuǎn)移是幾乎所有乳腺癌死亡的主要原因，乳腺癌的繼發(fā)性生長(zhǎng)主要發(fā)生在淋巴結(jié)，骨骼，肝臟，肺和大腦中，而腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移涉及細(xì)胞脫落、遷移、侵襲、黏附及血管生成等多個(gè)生物學(xué)過(guò)程[17]；已有研究表明乳腺癌細(xì)胞EMT伴隨遷移和侵襲活動(dòng)增強(qiáng)[18]；FN表達(dá)上調(diào)和E-cadherin的減少或丟失被認(rèn)為是EMT的重要標(biāo)志, 臨床研究也顯示，EMT標(biāo)志物E-cadherin和波形蛋白與乳腺癌淋巴轉(zhuǎn)移存在明顯相關(guān)性[19-20]。這些研究均提示，EMT是引起乳腺癌遷移、侵襲及轉(zhuǎn)移的重要因素。進(jìn)一步通過(guò)Western blot實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，E2可以顯著誘導(dǎo)MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞FN蛋白表達(dá)上調(diào)和E-cadherin蛋白的表達(dá)下調(diào)。

大量研究已經(jīng)證實(shí)，鈣中性蛋白酶calpain在乳腺癌的增殖、遷移和侵襲過(guò)程中扮演著重要的角色。本課題組前期工作表明，雌二醇E2激活 MCF-7乳腺癌細(xì)胞中鈣蛋白酶calpain，持續(xù)地誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白E(cyclin E)的表達(dá)增加，進(jìn)而調(diào)控乳腺癌細(xì)胞的惡性增殖[21]。鈣蛋白酶包括多種亞型分子，廣泛表達(dá)的鈣蛋白酶分為μ-鈣蛋白酶(Calpain1)和m-鈣蛋白酶(Calpain2)，Calpeptin可抑制Calpain1和Calpain2[22]。同樣，本課題組前期實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，Calpeptin預(yù)處理可抑制E2誘導(dǎo)的MDA-MB-468乳腺癌細(xì)胞遷移[10]。為進(jìn)一步探討，鈣蛋白酶Calpain是否調(diào)控E2介導(dǎo)的MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞的EMT和遷移過(guò)程，我們應(yīng)用鈣蛋白酶抑制劑Calpeptin預(yù)處理細(xì)胞。與前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，本研究發(fā)現(xiàn)Calpeptin預(yù)處理可抑制E2介導(dǎo)的MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞的遷移以及EMT過(guò)程。提示，E2可通過(guò)調(diào)控鈣蛋白酶Calpain促進(jìn)多種類型的乳腺細(xì)胞EMT和遷移。

綜上所述，E2可能誘導(dǎo)ER陽(yáng)性乳腺癌細(xì)胞MCF-7和ER陰性乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231 EMT和遷移，上述效應(yīng)可能與Calpain的介導(dǎo)作用相關(guān)，提示鈣蛋白酶Calpain是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。