高遷移率族蛋白B1沉默對人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶抑制作用及其與肺癌放療敏感性關(guān)系研究

徐 瑩， 呂東陽， 任 雪， 閻 英， 李 玲

北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院1.放射治療科；2.婦產(chǎn)科，遼寧 沈陽 110016

肺癌是最常見的惡性腫瘤之一[1]，放療是肺癌的主要治療手段[2]。然而，仍有部分患者放療療效不理想，出現(xiàn)腫瘤放射線抵抗。因此，對肺癌放射抵抗機(jī)制的研究成為了放療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase，hTERT)存在于90%的惡性腫瘤中，端粒是真核細(xì)胞染色體末端發(fā)現(xiàn)的一種特殊的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，端粒穩(wěn)態(tài)與放射敏感性密切相關(guān)，增加放射敏感性有助于控制腫瘤的生長速度[3]。高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)是在哺乳動(dòng)物中廣泛存在的一種豐富的染色質(zhì)相關(guān)蛋白，參與腫瘤的發(fā)生、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，其高水平表達(dá)與臨床預(yù)后不良相關(guān)[4]。有研究表明，HMGB1對hTERT活性沒有影響，改變HMGB1的表達(dá)不會(huì)導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的任何明顯變化[5]。另有研究表明，HMGB1基因在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中的沉默導(dǎo)致hTERT活性下降及端粒功能障礙，而HMGB1過表達(dá)則增強(qiáng)了hTERT活性[6]。目前，HMGB1基因沉默是否下調(diào)hTERT表達(dá)，以及是否提高腫瘤的放療敏感性尚未清楚。本研究旨在探討HMGB1沉默對hTERT的抑制作用，以及其與肺癌放療敏感性的關(guān)系?，F(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 細(xì)胞培養(yǎng) 將肺癌細(xì)胞系(H-1299)和正常肺泡上皮細(xì)胞(BEAS-2B)在含10%胎牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)基中培養(yǎng)。根據(jù)處理方式不同將細(xì)胞分為對照組(無X射線照射，轉(zhuǎn)染空白質(zhì)粒)，HMGB1 KO組(轉(zhuǎn)染HMGB1-shRNA，敲除HMGB1)，KO+5 Gy組(轉(zhuǎn)染HMGB1-shRNA，敲除HMGB1，照射劑量5 Gy)，KO+10 Gy組(轉(zhuǎn)染HMGB1-shRNA，敲除HMGB1，照射劑量10 Gy)。

1.2 構(gòu)建穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系 選擇針對HMGB1的人shRNA 5‘-GCTCAAGGAGAAT TTGTAA-3’，該序列與3’端結(jié)合作用最強(qiáng)，然后以與人類基因同源性有限且打亂的人shRNA序列5‘-GCTGGAGCAGTCCGATC-3’作為陰性對照。合成shRNAs，將其亞克隆至pGPU6/GFP/Neo shRNA載體，構(gòu)建成重組質(zhì)粒pGPU6/GFP/Neo-shRNA載體。將得到的載體命名為pGPU6/GFP/Neo-HMGB1和pGPU6/GFP/Neo-shNC。用600 g/ml G418篩選HMGB1低表達(dá)細(xì)胞和陰性對照細(xì)胞。穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系分別命名為H-1299-shHMGB1和H-1299-NC。

1.3 細(xì)胞轉(zhuǎn)染 用脂質(zhì)體2000對人HMGB1 shRNA和陰性對照shRNA進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)染，操作過程按說明書進(jìn)行。將病毒濃縮液與食管癌細(xì)胞共培養(yǎng)，光學(xué)顯微鏡下觀察細(xì)胞熒光，證實(shí)轉(zhuǎn)染成功。序列如下：HMGB1-shRNA正義，5‘-GGGAGGAGCAUAA GAAGAATT-3’和反義，5‘-UUCUUCUUAUGCUCCUCCUCTT-3’，NC shRNA正義，5‘-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3’和反義5‘-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3’。

1.4 細(xì)胞系培養(yǎng)與X射線照射 肺癌細(xì)胞系(H-1299)和H-1299-shHMGB1細(xì)胞系在RPMI-1640培養(yǎng)基中加10%胎牛血清和1%青霉素/鏈霉素培養(yǎng)。細(xì)胞保存在CO2孵箱中(37℃，CO2濃度5%)。用6 MV西門子直線加速器照射腫瘤細(xì)胞，源皮距離100 cm，劑量220 Gy/min。

1.5 HMGB1 mRNA表達(dá)檢測 從穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞中提取總RNA，用反轉(zhuǎn)錄試劑盒在42℃下反應(yīng)10 min，然后在95℃下反應(yīng)2 min。根據(jù)Takara 聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)試劑盒說明進(jìn)行重復(fù)PCR反應(yīng)操作。樣品在95℃預(yù)孵育30 s，然后95℃預(yù)孵育5 s，60℃預(yù)孵育15 s，72℃預(yù)孵育30 s。HMGB1：5‘-ATATGGCAAAA GCGGACAAG-3’和5‘-GCAACATCACCAATGGACAG-3’。β-肌動(dòng)蛋白：5‘-TGGCACCCAGCACAATGAA-3’和5‘-CTAAGTCATAGTCCGCCTAGAAG CA-3’。所有的操作均至少重復(fù)3次。熱擴(kuò)增在Mx3000P qPCR系統(tǒng)上進(jìn)行，結(jié)果用MxP3000P分析程序進(jìn)行分析。

1.6 蛋白免疫印跡法 每500 μl冷的裂解液中加入2 μl蛋白酶抑制劑，混勻后置于冰上備用。將組織剪碎勻漿后，用BCA蛋白測定試劑盒測蛋白濃度。進(jìn)行轉(zhuǎn)膜，將膜移至含有封閉液的平皿中，室溫?fù)u床上搖動(dòng)封閉1.5 h。將一抗用PBST稀釋至適當(dāng)濃度，4℃孵育過夜后，用PBST在室溫?fù)u床上洗3次，每次10 min。添加二抗室溫下孵育1.5 h后，用PBST在室溫?fù)u床上洗3次，每次10 min。進(jìn)行化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。

1.7 噻唑藍(lán)實(shí)驗(yàn) 將細(xì)胞接種于96孔板內(nèi)，置于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)過夜，分別于0、24、48、72、96、120 h更換含5 μg/μl 噻唑藍(lán)(MTT)溶液的培養(yǎng)液，加入DMSO震蕩、溶解后，測定吸光度值。

1.8 劃痕損傷實(shí)驗(yàn) 將進(jìn)入對數(shù)生長期的細(xì)胞懸液放入六孔板中，用200 μl無菌槍頭在每個(gè)孔中長滿的單層細(xì)胞上劃1～2道痕，在顯微鏡下觀察劃痕修復(fù)的過程，分別于0、24、36 h拍照記錄，比較不同細(xì)胞損傷修復(fù)速度。

1.9 脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染 以lipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染siRNA于24孔細(xì)胞培養(yǎng)板，室溫孵育5 min。再用50 μl上述培養(yǎng)液稀釋脂質(zhì)體(LipofectamineTM2000)，孵育完畢后將脂質(zhì)體-siRNA混合液加入24孔板內(nèi)。培養(yǎng)6 h后，將24孔板里含有脂質(zhì)體-siRNA混合液的培養(yǎng)基吸棄，48 h觀察細(xì)胞功能。

1.10 Transwell實(shí)驗(yàn) 將基質(zhì)膠與無血清培養(yǎng)液按1∶5比例稀釋，吸取200 μl稀釋后的基質(zhì)膠溶液均勻鋪在小室上室面，于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)孵育30 min?；|(zhì)膠凝固后，向24孔板孔內(nèi)加入500 μl含10% FBS的培養(yǎng)液，F(xiàn)BS作為趨化因子誘導(dǎo)細(xì)胞穿膜。將細(xì)胞制成單細(xì)胞懸液接種至小室內(nèi)，將小室浸入4%的多聚甲醛溶液中固定10 min，結(jié)晶紫溶液染色5 min，顯微鏡下觀察并拍照。

1.11 平板克隆實(shí)驗(yàn) 將細(xì)胞制成單細(xì)胞懸液，于細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)37℃培養(yǎng)10 d，PBS清洗，4%多聚甲醛溶液固定，結(jié)晶紫染色，PBS清洗，拍照后計(jì)數(shù)克隆數(shù)量。

2 結(jié)果

2.1 放療對HMGB1表達(dá)影響 與正常肺泡上皮細(xì)胞BEAS-2B比較，HMGB1在肺癌細(xì)胞H-1299中表達(dá)顯著上調(diào)(P<0.05，圖1a)。10 Gy放療48、96 h后，HMGB1均較對照組顯著降低(P<0.05，圖1b)。

圖1 放療對HMGB1表達(dá)影響(a.HMGB1蛋白在正常肺泡上皮細(xì)胞BEAS-2B和肺癌細(xì)胞H-1299中的表達(dá)；b.放療對HMGB1蛋白表達(dá)的影響)

2.2 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞增殖的影響 MTT與細(xì)胞克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HMGB1沉默后，隨著放療劑量增加，H-1299細(xì)胞活力顯著降低(P<0.05，圖2)。

圖2 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞增殖的影響(a.48 h MTT結(jié)果；b.96 h MTT結(jié)果；c～d.細(xì)胞克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果)

2.3 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞遷移及侵襲的影響 劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HMGB1沉默后，放療劑量越大，H-1299細(xì)胞遷移所受影響越明顯(P<0.05，圖3a)。Transwell實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HMGB1沉默后，隨著放療劑量增加，H-1299細(xì)胞侵襲能力顯著降低(P<0.05，圖3b)。

圖3 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞遷移及侵襲的影響(a.劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果；b.Transwell實(shí)驗(yàn)結(jié)果)

2.4 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞細(xì)胞周期的影響 HMGB1沉默后H-1299細(xì)胞G1期減少，G2期增加；給予放療后，細(xì)胞周期明顯阻滯，G1期減少及G2期增加程度更明顯。見圖4。

圖4 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞細(xì)胞周期的影響

2.5 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞凋亡的影響 HMGB1沉默后，隨著放療劑量增加，H-1299細(xì)胞凋亡率明顯增加(P<0.05，圖5)。

圖5 HMGB1沉默對H-1299細(xì)胞細(xì)胞周期凋亡的影響

2.6 HMGB1沉默對hTERT相關(guān)信號(hào)通路的影響 HMGB1沉默導(dǎo)致hTERT、RFPL3、CBP、TRF1和TRF2蛋白表達(dá)均有不同程度的降低，而給予放療后，這些蛋白的表達(dá)均顯著降低(P<0.05，圖6)。

圖6 HMGB1沉默對hTERT相關(guān)信號(hào)通路的影響

3 討論

HMGB1過表達(dá)與乳腺癌、直腸癌、膀胱癌、鼻咽癌和食管癌密切相關(guān)[7-9]。HMGB1在炎癥、血管生成、自噬、增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮著重要作用[10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1在體外照射后，明顯抑制肺癌細(xì)胞增殖，提示HMGB1在肺癌生長中起重要作用。DNA損傷需要HMGB1-hTERT的積累，且hTERT受HMGB1釋放刺激調(diào)控[12]。HMGB1通過不同的信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤生長，HMGB1/RAGE的激活與基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)、腫瘤的增殖和遷移有關(guān)[13]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，shRNA沉默HMGB1的表達(dá)可降低食管癌細(xì)胞在照射后的遷移和侵襲能力[14]。

本研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1通過改變端粒結(jié)合蛋白如TPP1(PTOP)、TRF1和TRF2的水平下調(diào)端粒穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。有研究表明，HMGB1表達(dá)降低與端粒損傷和乳腺癌細(xì)胞放射敏感性增加有關(guān)，提示HMGB1在調(diào)節(jié)端粒和細(xì)胞對DNA損傷的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[15]。另有研究表明，HMGB1表達(dá)增加通過啟動(dòng)MCF-7細(xì)胞的G1期阻滯和凋亡抑制細(xì)胞生長，提示HMGB1在乳腺癌細(xì)胞中具有腫瘤抑制和放射增敏的作用[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1下調(diào)增強(qiáng)了細(xì)胞的放射敏感性，降低了端粒長度和hTERT活性，降低的hTERT活性與較高的放射敏感性相關(guān)，并可能導(dǎo)致端粒長度的減少。而有研究表明，HMGB1基因沉默后TERT mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)無明顯變化[17]。這些結(jié)果之間的差異可能是由于所研究的細(xì)胞系不同所致。

細(xì)胞周期蛋白D1的主要作用是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期從G1期向S期的轉(zhuǎn)變，hTERT和細(xì)胞周期蛋白D1的積聚可降低腫瘤細(xì)胞的放射敏感性，且細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞的放射抗性呈正相關(guān)[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1基因沉默導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)顯著降低，輻射敏感性的增強(qiáng)可能是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。此外，由于細(xì)胞周期蛋白D1的減少可以抑制G1/S轉(zhuǎn)變，這解釋了H-1299-shHMGB1細(xì)胞的增殖受到顯著抑制的原因，因?yàn)镸期是細(xì)胞周期中對輻射最敏感的階段，這也可能提高了這些細(xì)胞的輻射敏感性。

綜上所述，HMGB1下調(diào)破壞人肺癌細(xì)胞的端粒穩(wěn)態(tài)，下調(diào)hTERT蛋白表達(dá)，增強(qiáng)放射敏感性，HMGB1和hTERT可能是肺癌放射治療療效預(yù)測的潛在靶點(diǎn)。