王恩程,索 南,張 蕾,張婷婷,錢 軍
(1.遼陽市中心醫(yī)院口腔科,遼寧 遼陽 111000;2.北京大學(xué)口腔醫(yī)院第二門診部,北京 100081)
口腔鱗狀細(xì)胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)是口腔癌的主要形式,約占口腔癌的90%[1]。據(jù)報(bào)道,OSCC的發(fā)病率不斷增加,截至2017年底,全球新增OSCC 1 688 780例,死亡600 920例[2-3]。OSCC的高發(fā)病率主要?dú)w因于吸煙和飲酒[4]。此外,OSCC還與長期營養(yǎng)不良、病毒感染和不良口腔衛(wèi)生有關(guān)[5]。對于OSCC的治療,盡管目前外科手術(shù)、化學(xué)療法和放射療法均取得了長足的進(jìn)步,但患者5年生存率一直偏低[6]。因此,揭示OSCC細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及凋亡等病程生理過程的內(nèi)部機(jī)制并尋找新的治療策略至關(guān)重要。近年來,microRNAs被認(rèn)為是多種癌癥診斷和治療的新的生物標(biāo)志物。miR-31-5p是口腔癌的潛在循環(huán)生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)[7]。Kao等[8]研究發(fā)現(xiàn)microRNA miR-31可作用于口腔癌的線粒體,影響其活性,而線粒體損傷與細(xì)胞新陳代謝和凋亡有關(guān)。但是關(guān)于miR-31-5p表達(dá)與OSCC細(xì)胞生物學(xué)活性的關(guān)系,及其與線粒體損傷之間關(guān)系的研究還未見報(bào)道。故本研究就miR-31-5p對OSCC細(xì)胞增殖和凋亡的影響及與線粒體損傷之間的關(guān)系展開探討,現(xiàn)報(bào)告如下。
RPMI-1640培養(yǎng)基購自上海慧穎生物科技有限公司,青霉素、鏈霉素和胎牛血清購自上海素爾生物科技有限公司,miR-NC、miR-31-5p mimic、miR-31-5p inhibitor及各種引物由河南省生物工程技術(shù)研究中心設(shè)計(jì)并合成,Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑購自上海偉進(jìn)生物科技有限公司,cDNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購自北京百奧萊博科技有限公司,SYBR-Green PCR試劑盒購自上海天篩科技有限公司,BCA試劑盒購自上海碧云天生物技術(shù)有限公司,辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔二抗、E2F3兔來源的單克隆抗體購自上海艾博抗生物科技有限公司。CytoFLEX流式細(xì)胞儀購自美國貝克曼庫爾特公司,Gel Doc XR+凝膠成像系統(tǒng)購自美國伯樂公司。
收集2018年5月至2020年5月在遼陽市中心醫(yī)院口腔科進(jìn)行手術(shù)治療的OSCC患者的癌組織及癌旁組織,所有患者均同意參加本研究并簽署知情同意書。本研究根據(jù)《赫爾辛基宣言》的道德準(zhǔn)則進(jìn)行,并經(jīng)遼陽市中心醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。
正常口腔細(xì)胞系(HOK)和OSCC細(xì)胞系(SCC-4、SCC-9、SCC-25、CAL-27、NH-6、TCA8113)均購自美國典型培養(yǎng)物保藏中心。所有細(xì)胞于37 ℃、5% CO2下在10%胎牛血清、100 μg/mL的鏈霉素和100 U/mL青霉素的RPMI-1640培養(yǎng)基中培養(yǎng)。
將收集的癌組織及癌旁組織剪碎并研磨,用QIAzol裂解試劑提取總RNA,用cDNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA。將正常細(xì)胞系HOK和OSCC細(xì)胞系SCC-4、SCC-9、SCC-25、CAL-27、NH-6、TCA8113分別接種于6孔板中,當(dāng)細(xì)胞達(dá)到近85%融合時(shí),用QIAzol裂解試劑提取總RNA,再通過cDNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA,并按照SYBR-Green PCR試劑盒說明書進(jìn)行RT-qPCR測定。miR-31-5p的表達(dá)水平通過RT-qPCR分析評估。所有步驟均使用All-in-OneTMmiRNA RT-qPCR檢測試劑盒(GeneCopoeia)完成。以U6為內(nèi)參,以2-ΔΔCT方法計(jì)算mRNA表達(dá)量。
取對數(shù)生長期細(xì)胞并按照約1×105/孔接種于6孔板,于37 ℃、5% CO2下培養(yǎng)。當(dāng)細(xì)胞達(dá)到85%融合,根據(jù)Lipofectamine 2000說明書將100 nmol/L miR-NC、miR-31-5p mimic、miR-31-5p inhibitor質(zhì)粒分別轉(zhuǎn)染SCC-25和CAL-27細(xì)胞,并分為Control組(未轉(zhuǎn)染任何質(zhì)粒)、miR-NC組(轉(zhuǎn)染miR-NC質(zhì)粒)、miR-31-5p mimic組(轉(zhuǎn)染miR-31-5p mimic質(zhì)粒)和miR-31-5p inhibitor組(轉(zhuǎn)染miR-31-5p inhibitor質(zhì)粒)。
將各組細(xì)胞按約1×105/孔接種于6孔板,于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)。直到長出肉眼可見的菌落,棄去培養(yǎng)液,100%甲醇固定菌落,0.25%結(jié)晶紫染色30 min,清水清洗。將6孔板倒置并疊加一張帶網(wǎng)格的透明膠片,直接計(jì)數(shù)細(xì)胞克隆數(shù)。
各組細(xì)胞培養(yǎng)48 h后,將基質(zhì)膠與4 ℃預(yù)冷的無血清RPMI-1640培養(yǎng)基以1∶1的比例混合,置于24孔板底部,每孔300 μL,并于5% CO2、37 ℃的培養(yǎng)箱中固化30 min。在無血清RPMI-1640培養(yǎng)基中將細(xì)胞濃度調(diào)整為1.0×105/mL。每4 h觀察微管結(jié)構(gòu)。在100倍顯微鏡下隨機(jī)取5個(gè)視野并計(jì)數(shù)每5個(gè)視野的微管狀結(jié)構(gòu)。使用Microvision Saisam軟件分析圖像。
將各細(xì)胞培養(yǎng)48 h后,用胰酶消化,3 500 r/min離心5 min,再按1.0×105/mL重懸細(xì)胞。細(xì)胞懸液中加入5 μL FITC標(biāo)記的Annexin-V和5 μL碘化丙啶,暗處理15 min后用CytoFLEX流式細(xì)胞儀分析細(xì)胞凋亡情況。細(xì)胞凋亡率(%)=早期細(xì)胞凋亡率(%)+晚期細(xì)胞凋亡率(%)。
取各組對數(shù)生長期SCC-25和CAL-27細(xì)胞,制備細(xì)胞懸液并于4 ℃、3 000 r/min離心10 min,取上清液,反應(yīng)孔加入樣品液,37 ℃孵育40 min,用洗滌液洗滌3次,每次2 min,然后加入生物素標(biāo)記的抗體于37 ℃避光孵育30 min,洗滌3次后加入鏈霉親和素混勻,37 ℃避光孵育30 min,最后加入顯色劑避光顯色10~15 min,滴加終止液終止反應(yīng),終止反應(yīng)后5 min內(nèi)置酶標(biāo)儀中,于450 nm波長處測吸光值。
SCC-25和CAL-27細(xì)胞的JC-1染色方法參考文獻(xiàn)[9]。加入DAPI使最終濃度為10 mg/L以顯示細(xì)胞核。選取對數(shù)生長期的SCC-25和CAL-27細(xì)胞,加入0.25%胰酶消化后,吹打成單細(xì)胞懸液,并調(diào)整細(xì)胞密度為3×105/mL,接種于6孔板中,每孔加入3 mL細(xì)胞培養(yǎng)液,放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。細(xì)胞貼壁后,各組細(xì)胞經(jīng)過相應(yīng)處理后,吸去細(xì)胞培養(yǎng)基,加入PBS沖洗1次,然后加入1 mL細(xì)胞培養(yǎng)基。每孔加入1 mL 1× JC-1染色液,輕輕晃動使其充分混勻,重新置入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20 min。按照比例,將5× JC-1染色緩沖液配制成1× JC-1染色緩沖液,置于冰上備用。染色結(jié)束后,棄上清液,用1×JC-1緩沖液清洗細(xì)胞2次。加入2 mL全培養(yǎng)基,置于熒光顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡下觀察結(jié)果并采集圖片。以熒光顯微鏡及熒光分光光度計(jì)觀察及檢測熒光值。
各組細(xì)胞用含蛋白酶抑制劑的RIPA細(xì)胞裂解液在冰上裂解,16 440 r/min離心10 min,收集上清。采用BCA試劑盒檢測上清中蛋白濃度,并添加蛋白上樣的緩沖液以制備蛋白樣品。每孔上樣量為30 μg,12% SDS-PAGE分離后轉(zhuǎn)膜,5%脫脂牛奶室溫封閉1 h,加入兔來源的單克隆一抗VEGF(ab32152,1∶250)、Ki67(ab92742,1∶5 000)、survivin(ab134170,1∶1 000)、Bcl-2(ab182858,1∶2 000)、Bax(ab32503,1∶1 000)、c-Myc(ab32072,1∶1 000)、GAPDH(ab8245,1∶1 000),4 ℃ 孵育12 h,緩沖液洗膜3次;加入山羊抗兔多克隆二抗(1∶2 000),室溫孵育1 h后加顯影液,于Gel Doc XR+凝膠成像系統(tǒng)中曝光,使用ImagePro plus 6.0軟件分析蛋白條帶,蛋白的相對表達(dá)水平為目標(biāo)蛋白積分吸光度值與內(nèi)參蛋白GAPDH積分吸光度值比值。
與OSCC癌旁組織相比,癌組織中miR-31-5p表達(dá)升高(圖1a,P<0.05);與正常細(xì)胞HOK相比,OSCC細(xì)胞系SCC-4、SCC-9、SCC-25、CAL-27、NH-6和TCA8113中miR-31-5p表達(dá)升高(圖1b,P<0.01);選擇SCC-25和CAL-27細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。分別將miR-31-5p mimic和miR-31-5p inhibitor轉(zhuǎn)染至SCC-25和CAL-27細(xì)胞中,結(jié)果顯示,與Control組比較,轉(zhuǎn)染miR-31-5p mimic的細(xì)胞中miR-31-5p表達(dá)水平顯著上升,而轉(zhuǎn)染miR-31-5p inhibitor的細(xì)胞中miR-31-5p表達(dá)水平顯著下調(diào)(圖1c、d,P<0.05),表明轉(zhuǎn)染成功,可進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
a:OSCC組織中miR-31-5p mRNA的表達(dá)水平;b:正常細(xì)胞和OSCC細(xì)胞系中miR-31-5p mRNA的表達(dá)水平;c、d:轉(zhuǎn)染后SCC-25和CAL-27細(xì)胞中miR-31-5p mRNA的表達(dá)水平 *:與癌旁組織比較,P<0.05;#:與HOK細(xì)胞比較,P<0.01;△:與Control組比較,P<0.05
克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27克隆細(xì)胞數(shù)無明顯變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27克隆細(xì)胞數(shù)顯著減少(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27克隆細(xì)胞數(shù)顯著增加(P<0.01)。蛋白印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果亦顯示,與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Ki67和survivin蛋白水平無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Ki67和survivin蛋白水平顯著降低(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Ki67和survivin蛋白水平顯著升高(P<0.01),見圖2。以上結(jié)果表明,沉默miR-31-5p抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞增殖。
a、b:克隆形成實(shí)驗(yàn)檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞克細(xì)胞數(shù);c、d:克隆形成實(shí)驗(yàn)和蛋白印跡實(shí)驗(yàn)檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞中增殖相關(guān)蛋白Ki67和survivin表達(dá)水平 *:與Control相比,P<0.01
與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞微管形成數(shù)無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞微管形成數(shù)顯著減少(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞微管形成數(shù)顯著增加(P<0.01)。蛋白印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果亦顯示,與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中VEGF蛋白水平無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中VEGF蛋白水平顯著降低(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中VEGF蛋白水平顯著升高(P<0.01),見圖3。以上結(jié)果表明,沉默miR-31-5p抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞微管形成。
流式細(xì)胞術(shù)檢測結(jié)果顯示,與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡率無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡率顯著提高(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡率顯著下降(P<0.01)。蛋白印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果亦顯示,與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Bcl-2/Bax比率和c-Myc水平無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Bcl-2/Bax比率和c-Myc水平顯著下降,miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中Bcl-2/Bax比率和c-Myc水平顯著上升(P<0.01),見圖4。以上結(jié)果表明,沉默miR-31-5p可促進(jìn)SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡。
與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞JC-1線粒體活性無變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中JC-1線粒體活性顯著降低(P<0.01),miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中JC-1線粒體活性顯著升高(圖5a、b,P<0.01)。與Control組比較,miR-NC組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中SOD活性和MDA含量無顯著變化(P>0.05),miR-31-5p inhibitor組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中SOD活性顯著降低而MDA含量顯著上升(P<0.01);miR-31-5p mimic組SCC-25和CAL-27細(xì)胞中SOD活性顯著上升而MDA含量顯著降低(圖5c、d,P<0.01)。以上結(jié)果表明,沉默miR-31-5p促進(jìn)SCC-25和CAL-27細(xì)胞線粒體損傷。
a、b:微管形成實(shí)驗(yàn)檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞微管形成;c、d:蛋白印跡實(shí)驗(yàn)檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞中VEGF蛋白水平 *:與Control組比較,P<0.01
a、b:流式細(xì)胞術(shù)檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞凋亡;c:蛋白印跡實(shí)驗(yàn)檢測CAL-2、SCC-25細(xì)胞中Bax、Bcl-2和c-Myc蛋白水平 *:與Control組相比,P<0.01
a、b:JC-1染色檢測CAL-27、SCC-25細(xì)胞線粒體活性;c、d:CAL-27、SCC-25細(xì)胞中SOD活性和MDA含量 *:與Control組比較,P<0.01
OSCC由于復(fù)發(fā)率高且缺乏有效的早期治療策略,其治療仍然是臨床面臨的難題[10]。OSCC的發(fā)病機(jī)制與口腔鱗狀細(xì)胞的無限制生長和增殖密切相關(guān)[11-12]。近年來,隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展,分子生物學(xué)標(biāo)志物的針對性治療成為了醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。miRNA是用于癌癥的分子診斷和靶向治療的靶標(biāo)[13]。miRNA具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移、侵襲和凋亡等多種生物學(xué)功能,其表達(dá)情況與人類多種癌癥的發(fā)生、發(fā)展、診斷和預(yù)后相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),miRNA-137 mimic可顯著降低OSCC HSC-2的細(xì)胞活力、侵襲和增殖能力[14];環(huán)狀miRNA-1290可作為晚期OSCC患者放化療及預(yù)后判斷的潛在生物標(biāo)志物[15];miR-31-5p是口腔癌的潛在生物標(biāo)志物[7]。研究表明,miR-31-5p在結(jié)直腸癌中高表達(dá)[16]。為了研究miR-31-5p在OSCC中的表達(dá)情況,本研究檢測了癌旁組織和癌組織、正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中miR-31-5p表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn),miR-31-5p在OSCC細(xì)胞和組織中均高表達(dá)。
正常情況下,在復(fù)雜的生物體內(nèi),各種細(xì)胞通過動態(tài)增殖和凋亡以使細(xì)胞數(shù)目達(dá)到平衡,但是在癌癥機(jī)體內(nèi),細(xì)胞的過度增殖和異常凋亡破壞了這種平衡[17]。因此,調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡平衡對于癌癥治療至關(guān)重要。研究顯示,miR-31-5p通過PI3K/AKT/Bcl-2信號通路調(diào)控14-3-3?抑制前列腺癌22RV1細(xì)胞存活和增殖[18]。過表達(dá)miR-31-5p可抑制腎上皮腎細(xì)胞癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和細(xì)胞周期,而下調(diào)miR-31-5p可促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[19]。為了探討沉默miR-31-5p對OSCC中SCC-25和CAL-27細(xì)胞增殖和凋亡的影響,本研究運(yùn)用克隆細(xì)胞形成實(shí)驗(yàn)和流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞的凋亡水平,結(jié)果顯示,沉默miR-31-5p可顯著抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞克隆形成和微管形成,并誘導(dǎo)SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡,表明沉默miR-31-5p可顯著誘導(dǎo)SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡,并抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞增殖。Ki67也稱為Ki67抗原,已經(jīng)成為預(yù)測多種類型癌癥患者臨床預(yù)后的成熟標(biāo)記物,同時(shí)也是癌細(xì)胞增殖的標(biāo)記物[20]。survivin是OSCC的有效診斷和預(yù)后標(biāo)志物,同時(shí)也是OSCC細(xì)胞增殖的標(biāo)記物[21]。本研究蛋白印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,沉默miR-31-5p可降低Ki67和survivin的表達(dá),說明沉默miR-31-5p可抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞增殖。
線粒體是細(xì)胞中最重要的動態(tài)細(xì)胞器之一,參與運(yùn)輸、融合和裂變等多種活動,并在氧化磷酸化和能量代謝中起關(guān)鍵作用。線粒體活性障礙被認(rèn)為是全身異質(zhì)性、表型異常和遺傳變異的主要原因[22-23]。線粒體膜電位變化可用于評估線粒體活性變化和細(xì)胞早期凋亡現(xiàn)象[24]。有研究發(fā)現(xiàn),Neferine通過誘導(dǎo)線粒體功能障礙對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)揮抑制增殖和侵襲的作用[25]。JC-1是一種特殊的線粒體染料,通常被用作膜電位的報(bào)告分子。JC-1在與線粒體結(jié)合后可顯示熒光變化,該變化是驅(qū)動染料聚集的膜電位的函數(shù)。通常將2種熒光強(qiáng)度的比率測量值作為相對膜電位的測量值。2種染料均非常適合實(shí)時(shí)成像,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)程序報(bào)告膜電位的變化,可進(jìn)一步反映線粒體功能的狀態(tài)[26]。為了探究沉默miR-31-5p對SCC-25和CAL-27細(xì)胞線粒體損傷的影響,本研究運(yùn)用ELISA檢測SOD活性、MDA含量和JC-1染色檢測細(xì)胞線粒體功能障礙,結(jié)果顯示,沉默miR-31-5p可顯著增強(qiáng)線粒體膜電位變化,增強(qiáng)JC-1線粒體活性,提示沉默miR-31-5p可導(dǎo)致線粒體活性破壞并誘導(dǎo)SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡;流式細(xì)胞術(shù)檢測結(jié)果表明,沉默miR-31-5p可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡率上升。Bcl-2/Bax比率可作為預(yù)測OSCC預(yù)后的有效指標(biāo)[27]。c-Myc誘導(dǎo)的長鏈非編碼RNA SNHG16的上調(diào)促進(jìn)了OSCC的進(jìn)展和癌變[28]。本研究蛋白印跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,沉默miR-31-5p可降低Bcl-2/Bax比率和c-Myc水平,表明沉默miR-31-5p可促進(jìn)SCC-25和CAL-27細(xì)胞凋亡。
綜上所述,沉默miR-31-5p可顯著抑制SCC-25和CAL-27細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡,并且可破壞線粒體活性。因此,我們推測,沉默miR-31-5p通過破壞線粒體活性抑制OSCC增殖并誘導(dǎo)其凋亡。但本實(shí)驗(yàn)僅為體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn),結(jié)果具有局限性,有待通過動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。