姚菲菲 王 軍 何愛(ài)萍
肺癌(lung cancer)是發(fā)病率、致死率最高的惡性腫瘤之一,位于全球癌癥致死率的首位,其不同類(lèi)型中非小細(xì)胞肺癌(non small cell lung cancer,NSCLC)最為常見(jiàn),占肺癌總量的85%左右[1]。因缺乏早期診斷的分子標(biāo)記,多數(shù)患者確診時(shí)已發(fā)展至中晚期,癌細(xì)胞發(fā)生了侵襲及轉(zhuǎn)移。因此,開(kāi)展肺癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制研究,找尋新的診斷及治療靶點(diǎn)對(duì)肺癌的臨床治療具有重要意義。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)[2-3],長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)通過(guò)多種途徑參與基因表達(dá)的調(diào)控,多種LncRNA在腫瘤中均異常表達(dá),可作為腫瘤潛在治療靶點(diǎn)及預(yù)后標(biāo)志物。最新研究發(fā)現(xiàn)HOX基因家族在胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用,并通過(guò)鑒定分析于12號(hào)染色體的HOXC基因位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了HOTAIR[4]。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道[5-6],HOTAIR在乳腺癌、宮頸癌等眾多腫瘤中高表達(dá),下調(diào)HOTAIR表達(dá)后可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),加快其凋亡速率,且可增加化療藥物的敏感性,提示HOTAIR可作為惡性腫瘤臨床診斷及治療的新靶點(diǎn)。但目前有關(guān)HOTAIR在肺癌中的研究相對(duì)較少,因此本研究就LncRNA HOTAIR在NSCLC中的表達(dá)及作用機(jī)制進(jìn)行了探究,以期為NSCLC的治療及研究提供新的方向和目標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)所用人類(lèi)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549、H460、H1650及正常肺組織細(xì)胞HBE均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫(kù),于含10%胎牛血清的培養(yǎng)基中接種,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱孵育培養(yǎng)。主要試劑及儀器:DMEM細(xì)胞培養(yǎng)基、RPMI1640培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco公司;胎牛血清(FBS)購(gòu)自美國(guó)Hyclone實(shí)驗(yàn)室;胰蛋白酶消化液、LipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染試劑購(gòu)自美國(guó) Invitrogen公司;siRNA由GenePharma公司合成;β-actin購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、PCR Master Mix購(gòu)自TAKARA有限公司;6/24/96細(xì)胞培養(yǎng)孔板、Transwell小室購(gòu)自美國(guó)Corning公司;CCK-8試劑盒購(gòu)自日本Dojindo公司;酶標(biāo)儀、PCR儀購(gòu)自美國(guó) Bio-RAD公司。
1.2.1 細(xì)胞復(fù)蘇、培養(yǎng)、傳代 細(xì)胞復(fù)蘇與培養(yǎng):于液氮中取出凍存管,37 ℃水浴箱溶解,離心棄上清加入含10%胎牛血清培養(yǎng)基重懸沉淀物,后加入含9 ml細(xì)胞培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱恒溫培養(yǎng),每隔2天更換培養(yǎng)基一次,密切觀察細(xì)胞生長(zhǎng)情況。細(xì)胞傳代:待細(xì)胞生長(zhǎng)密度達(dá)到80%~90%時(shí)取出培養(yǎng)皿,PBS液清洗,加入胰酶,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱中觀察細(xì)胞消化狀態(tài),見(jiàn)細(xì)胞浮立時(shí)吸除多余胰酶,加入細(xì)胞培養(yǎng)液,離心制成細(xì)胞懸液分裝至3個(gè)培養(yǎng)皿,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱恒溫培養(yǎng);后行細(xì)胞凍存處理,待進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.2.2 引物設(shè)計(jì)、siRNA序列合成及轉(zhuǎn)染 引物設(shè)計(jì):通過(guò)美國(guó)國(guó)立生物信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索HOTAIR核酸序列。利用引物設(shè)計(jì)軟件Primer5,根據(jù)siRNA設(shè)計(jì)原則進(jìn)行HOTAIR及內(nèi)參β-actin的核酸引物序列設(shè)計(jì),由GenePharma公司合成,于-20 ℃保存。核酸引物序列如下(表1)。
表1 HOTAIR及內(nèi)參β-actin核酸引物序列
siRNA序列合成:由GenePharma公司設(shè)計(jì)、合成3條 HOTAIR-siRNA干擾序列 和1條陰性對(duì)照NC-siRNA序列。實(shí)驗(yàn)分組:實(shí)驗(yàn)組(轉(zhuǎn)染HOTAIR-siRNA),陰性對(duì)照組(轉(zhuǎn)染NC-siRNA)及空白對(duì)照組(無(wú)siRNA轉(zhuǎn)染即without-siRNA)。HOTAIR-siRNA和NC-siRNA核酸序列如下(表2)。
表2 HOTAIR-siRNA和NC-siRNA核酸序列
細(xì)胞轉(zhuǎn)染:選用6孔板于轉(zhuǎn)染前一天接種適量待轉(zhuǎn)染細(xì)胞,無(wú)抗生素培養(yǎng)基培養(yǎng),顯微鏡下觀察細(xì)胞密度達(dá)到60%~70%時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)染。50 μl無(wú)血清Opti-MEM培養(yǎng)基加入20 pmol siRNA混勻;1 μl Lipo2000 轉(zhuǎn)染試劑稀釋于50 μl無(wú)血清Opti-MEM培養(yǎng)基中室溫靜置5 min;稀釋后的Lipo2000和siRNA試劑室溫靜置20 min形成復(fù)合物,加入含有細(xì)胞培養(yǎng)基的培養(yǎng)孔板中,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱孵育6 h,除去復(fù)合物,更換含1%青鏈霉素和10%FBS完全培養(yǎng)基,37 ℃培養(yǎng)48 h。
1.2.3 qRT-PCR反應(yīng) 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞,采用Trizol 法逐步獲取細(xì)胞總RNA。采用紫外分光光度計(jì)于260 nm 和280 nm處檢測(cè)總RNA吸光度值OD260、OD280,吸光度值介于1.8~2.0間說(shuō)明RNA質(zhì)量及純度良好。按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書(shū)配置10 μl PCR逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系反應(yīng)得到cDNA,并檢測(cè)其濃度。利用熒光定量反應(yīng)試劑盒說(shuō)明書(shū)配置qRT-PCR反應(yīng)體系及反應(yīng)條件,將逆轉(zhuǎn)錄所得cDNA根據(jù)反應(yīng)條件進(jìn)行PCR擴(kuò)增,反應(yīng)條件:預(yù)變性(95 ℃,60 s,35個(gè)循環(huán)),退火(60 ℃,60 s,35個(gè)循環(huán)),延伸(70 ℃,5 min),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,4 ℃保存。繪制溶解曲線,采用2-ΔΔCt法定量分析各細(xì)胞中HOTAIR相對(duì)表達(dá)量,篩選干擾效率最佳的一組HOTAIR-siRNA序列進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.2.4 CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞增殖能力 于96孔板接種待測(cè)細(xì)胞懸液,每孔 5×103個(gè),次日分組轉(zhuǎn)染HOTAIR-siRNA及NC-siRNA,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔、5個(gè)平行孔,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)24 h;采用移液槍向每孔加入CCK-8溶液約10 μl,培育箱繼續(xù)孵育1 h;于轉(zhuǎn)染后6、12、24、48、72 h采用酶標(biāo)儀測(cè)量各組450 nm處吸光度值。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。
1.2.5 Transwell實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞侵襲及遷移能力 細(xì)胞侵襲:無(wú)血清RPMI1640培養(yǎng)基重懸各細(xì)胞,饑餓24 h,調(diào)整濃度為1×105個(gè)/孔,取200 μl細(xì)胞懸液接種于Transwell小室上室無(wú)血清培養(yǎng)基中;Transwell小室下室加入含20%胎牛血清的RPMI1640培養(yǎng)基,37 ℃恒溫孵育48 h;取出Transwell小室,PBS液沖洗,95%乙醇固定,結(jié)晶紫染色;顯微鏡下隨機(jī)選取5個(gè)視野觀察拍照計(jì)數(shù),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。細(xì)胞遷移:試驗(yàn)中調(diào)整細(xì)胞濃度為5×104個(gè)/孔加入Transwell小室上室無(wú)血清培養(yǎng)基中,其他方法基本同侵襲檢測(cè)。
1.2.6 Western blot 檢測(cè)下調(diào)HOTAIR表達(dá)后Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白表達(dá) 使用PMSF蛋白裂解液提取各轉(zhuǎn)染組細(xì)胞總蛋白,后采用BCA法于562 nm處檢測(cè)吸光度值計(jì)算樣品蛋白濃度。取50 μg蛋白樣品,根據(jù)Bio-Rad Bis-Tris凝膠系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)配制10%SDS-PAGE凝膠體系,于電泳槽內(nèi)加入電泳緩沖液,將蛋白和蛋白樣品預(yù)染Marker上樣至加樣孔進(jìn)行蛋白電泳,電泳條件濃縮膠(80 V,30 min),分離膠(100 V),待溴酚蘭到達(dá)凝膠底部時(shí)結(jié)束電泳。將分離蛋白印跡轉(zhuǎn)至PVDF膜,5%脫脂牛奶中室溫封閉1 h,TBST洗膜3次。TBST液稀釋抗體,加入一抗4 ℃孵育過(guò)夜。TBST洗膜3次,加入PVDF膜與辣根過(guò)氧化物酶偶連的二抗室溫共孵育1 h,進(jìn)行抗體標(biāo)記。采用Bio-Rad ChemiDocTMXRS system凝膠成像系統(tǒng)及Image LabTM軟件進(jìn)行光學(xué)信號(hào)檢測(cè),分析目的條帶的相對(duì)光密度值。
為明確NSCLC細(xì)胞中LncRNA HOTAIR是否差異表達(dá),采用qRT-PCR法對(duì)不同NSCLC細(xì)胞系中HOTAIR水平進(jìn)行檢測(cè),并以正常肺組織細(xì)胞HBE作為對(duì)照。結(jié)果顯示:與正常HBE細(xì)胞對(duì)照比較,NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549、H1650、H460中HOTAIR均高表達(dá),組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)圖1。
注:與HBE細(xì)胞相比,**為P<0.01,***為P<0.001。圖1 各NSCLC細(xì)胞系中HOTAIR相對(duì)表達(dá)
將GenePharma公司設(shè)計(jì)合成的3條不同HOTAIR-siRNA干擾序列分別轉(zhuǎn)染至A549、H1650、H460細(xì)胞系中敲降HOTAIR表達(dá)(即實(shí)驗(yàn)1、2、3組),以轉(zhuǎn)染NC-siRNA作為陰性對(duì)照。經(jīng)轉(zhuǎn)染72 h后,采用qRT-PCR法對(duì)NSCLC各細(xì)胞系中HOTAIR表達(dá)量進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示:A549、H1650、H460細(xì)胞系經(jīng)轉(zhuǎn)染3條不同HOTAIR-siRNA序列后HOTAIR相對(duì)表達(dá)均較陰性對(duì)照組相比呈現(xiàn)不同程度敲降效果(P<0.01);對(duì)比三組細(xì)胞系的各組敲降效率,HOTAIR-siRNA3敲降效果均為最佳,選擇其進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)圖2。
NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549、H1650、H460分別轉(zhuǎn)染HOTAIR-siRNA,敲降HOTAIR基因表達(dá)。經(jīng)轉(zhuǎn)染48 h后取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期各細(xì)胞系分別進(jìn)行qRT-PCR分析,結(jié)果顯示:敲降HOTAIR基因表達(dá)后,3組細(xì)胞系中HOTAIR相對(duì)表達(dá)水平均較陰性對(duì)照組及空白對(duì)照組明顯降低,組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)圖3。
采用CCK-8法分別于轉(zhuǎn)染6 h、12 h、24 h、48 h、72 h檢測(cè)各組細(xì)胞OD值并繪制增殖曲線,結(jié)果顯示:敲降HOTAIR表達(dá),A549、H1650、H460細(xì)胞在各轉(zhuǎn)染時(shí)間點(diǎn)的增殖能力較陰性對(duì)照組和空白對(duì)照組相比均受到不同程度抑制,組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)圖4。
注:與空白對(duì)照組和NC-siRNA組比較,**為P<0.01,***為P<0.001。圖4 敲降HOTAIR后各細(xì)胞增殖能力
采用Transwell實(shí)驗(yàn)檢測(cè)各組細(xì)胞侵襲/遷移能力,結(jié)果顯示:敲降HOTAIR表達(dá)后,A549、H1650、H460細(xì)胞的相對(duì)侵襲率/遷移率較陰性對(duì)照組均明顯降低,組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)圖5。
注:與NC-siRNA組比較,*為P<0.05,** 為P<0.01,***為P<0.001。圖5 敲降HOTAIR后各細(xì)胞遷移/侵襲能力
為明確HOTAIR是否通過(guò)誘導(dǎo)Wnt/β-Catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與NSCLC的發(fā)生,本研究采用Western blot法對(duì)Wnt/β-Catenin信號(hào)通路的重要蛋白β-catenin、c-Myc水平進(jìn)行檢測(cè),探究了敲降HOTAIR基因表達(dá)對(duì)各NSCLC細(xì)胞系中β-catenin、c-Myc表達(dá)水平的影響,并根據(jù)蛋白條帶強(qiáng)度進(jìn)行量化分析。結(jié)果顯示:與陰性對(duì)照組及空白對(duì)照組相比,敲降HOTAIR基因表達(dá)后,A549、H1650、H460細(xì)胞系的β-catenin、c-Myc表達(dá)水平均明顯減弱(P<0.05)。敲降細(xì)胞內(nèi)HOTAIR表達(dá)可抑制β-catenin、c-Myc表達(dá),HOTAIR表達(dá)水平能夠調(diào)控Wnt/β-Catenin信號(hào)通路的活性。見(jiàn)圖6。
注:與NC-siRNA組比較,** 為P<0.01。圖6 敲低HOTAIR表達(dá)對(duì)Wnt/β-Catenin信號(hào)通路中相關(guān)蛋白的影響
肺癌作為最常見(jiàn)的惡性腫瘤,其發(fā)病是多因素共同導(dǎo)致的結(jié)果,包括原癌基因、癌基因突變、LncRNA表達(dá)失調(diào)及DNA甲基化狀態(tài)改變等。近年來(lái),隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及人類(lèi)基因庫(kù)數(shù)據(jù)的不斷完善,基因測(cè)序顯示人類(lèi)基因組中僅有<3%的基因可編碼為蛋白,其余均轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA(ncRNA )。研究指出[7],ncRNA中長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)積極參與各細(xì)胞中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的傳遞,是調(diào)節(jié)多種細(xì)胞進(jìn)程的重要因子。據(jù)有關(guān)報(bào)道[8],LncRNA的異常表達(dá)或失調(diào)會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展,在腫瘤中發(fā)揮促癌或抑癌作用,可在轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平及表觀遺傳學(xué)水平等多方面對(duì)腫瘤進(jìn)行調(diào)控[9],為腫瘤的預(yù)防及治療提供了新的研究方向及治療靶點(diǎn)。
HOTAIR是HOX的轉(zhuǎn)錄反義RNA,是第一個(gè)被識(shí)別具有反式轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用,且與惡性腫瘤相關(guān)的 lncRNA,位于基因組 12q13上HOXC 基因位點(diǎn)[10]。研究表明[11],HOTAIR主要與多梳蛋白抑制復(fù)合物2(polycomb repressive complex 2,PRC2)相互作用,調(diào)節(jié)染色體重排,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。Li等發(fā)現(xiàn)[12],HOTAIR在肝癌組織中高表達(dá),通過(guò)抑制抑癌基因表達(dá)促進(jìn)肝癌發(fā)生;反之下調(diào)HOTAIR表達(dá)則可抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)遷移。Pan等發(fā)現(xiàn)[13],胃癌組織中HOTAIR過(guò)表達(dá),對(duì)胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、EMT進(jìn)展及血管侵犯具有促進(jìn)作用,HOTAIR過(guò)表達(dá)是造成胃癌患者預(yù)后不良的主要標(biāo)志物。Zhang等研究報(bào)道[14],人神經(jīng)膠質(zhì)瘤中,HOTAIR可通過(guò)互補(bǔ)序列下調(diào)miR-126,影響神經(jīng)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展。此外,除發(fā)揮促癌/抑癌作用外,HOTAIR也參與腫瘤治療后順鉑耐藥;沉默HOTAIR表達(dá)可增加惡性腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性,改善患者預(yù)后,并指出HOTAIR具有預(yù)測(cè)腫瘤化療耐藥的特質(zhì)[15]。因此本研究就LncRNA HOTAIR對(duì)NSCLC細(xì)胞生物學(xué)行為及其可能作用機(jī)制進(jìn)行了探究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)NSCLC細(xì)胞系中 HOTAIR異常高表達(dá);轉(zhuǎn)染敲降HOTAIR表達(dá)后NSCLC細(xì)胞增殖、遷移及侵襲能力均受到顯著抑制。提示HOTAIR 具有類(lèi)癌基因的作用,可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、遷移及侵襲。
基因參與調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展通過(guò)細(xì)胞信號(hào)通路進(jìn)行信息傳導(dǎo),進(jìn)而影響細(xì)胞生物學(xué)功能,而LncRNA主要通過(guò):①作為信號(hào)傳導(dǎo)分子參與信號(hào)通路傳導(dǎo),調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄;②直接與蛋白結(jié)合阻斷分子作用和信號(hào)通路,調(diào)控下游基因;③與蛋白結(jié)合,將復(fù)合物定位至特定DNA序列;④直接或間接結(jié)合多個(gè)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子,實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)通路間信息整合等機(jī)制調(diào)節(jié)細(xì)胞功能[16]。研究發(fā)現(xiàn)[17],Wnt信號(hào)傳導(dǎo)通路是肺癌細(xì)胞中唯一保持高活性的信號(hào)通路,腫瘤的發(fā)生發(fā)展與Wnt通路密切相關(guān);經(jīng)典Wnt/β-Catenin 信號(hào)通路異常激活,誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的主要驅(qū)動(dòng)力。此外,Wnt信號(hào)通路是1個(gè)復(fù)雜的調(diào)控空網(wǎng)絡(luò),其關(guān)鍵蛋白發(fā)生突變,導(dǎo)致信號(hào)異常活化,能夠誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生[18]。Ding等[19]研究發(fā)現(xiàn),肺癌組織中Wnt1蛋白含量上調(diào),Wnt1高表達(dá)與異常高表達(dá)的c-Myc、β-Catenin等癌基因相關(guān),Wnt1高表達(dá)肺癌細(xì)胞呈現(xiàn)較強(qiáng)的增殖、遷移、侵襲能力和抗腫瘤細(xì)胞凋亡。Wang等[20]發(fā)現(xiàn),抑制癌細(xì)胞中β-Catenin轉(zhuǎn)錄活性,阻礙Wnt/β-Catenin通路,進(jìn)而可抑制c-Myc等癌基因表達(dá)及細(xì)胞增殖。同時(shí)Fu等也研究發(fā)現(xiàn)[21],HOTAIR與PRC2聯(lián)合調(diào)控H3K27三甲基化,改變下游PTEN、WIF1等基因表達(dá),對(duì)Wnt、AKt等信號(hào)通路發(fā)揮作用,參與調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)、凋亡等過(guò)程。因此深入探究Wnt/β-Catenin信號(hào)通路與LncRNA HOTAIR間的潛在調(diào)控關(guān)系及機(jī)制,可提供新的肺癌治療靶點(diǎn)。本研究探究發(fā)現(xiàn)敲降HOTAIR表達(dá)后,各NSCLC細(xì)胞系中Wnt通路相關(guān)蛋白β-catenin、c-Myc表達(dá)水平明顯減弱,提示敲降HOTAIR表達(dá)可抑制Wnt/β-Catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá),抑制Wnt/β-Catenin信號(hào)通路的活性,進(jìn)而抑制NSCLC的發(fā)生。
綜上,LncRNA HOTAIR在NSCLC細(xì)胞系中高表達(dá),敲降細(xì)胞內(nèi)HOTAIR表達(dá)可抑制NSCLC細(xì)胞增殖、遷移及侵襲,其機(jī)制可能與Wnt/β-Catenin信號(hào)通路活性受抑制有關(guān)。