曾裕文, 張芳雍, 譚國(guó)鉗,2, 吳 帆,2
1 暨南大學(xué)附屬?gòu)V州紅十字會(huì)醫(yī)院 肝膽外科, 廣州 510220; 2 廣州市紅十字會(huì)醫(yī)院 肝膽外科, 廣州 510220
原發(fā)性肝癌的發(fā)病率持續(xù)增長(zhǎng),已居惡性腫瘤死亡率的第四位[1],盡管目前肝癌治療水平已有較大提高[2],但其預(yù)后依然不容樂(lè)觀[3]。探索肝癌侵襲轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制及尋找有效的肝癌治療靶點(diǎn)仍是肝癌研究的重要內(nèi)容。已有研究[4-5]表明,中性膽固醇酯水解酶1(neutral cholesterol ester hydrolase 1,NCEH1)在侵襲性前列腺癌細(xì)胞中高表達(dá),抑制NCEH1的表達(dá)則可降低前列腺癌細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲能力,提示NCEH1是一促癌基因。然而截至目前,NCEH1在肝癌中的表達(dá)及作用均尚不清楚。本研究旨在了解NCEH1在肝癌組織及細(xì)胞系中的表達(dá)情況并探討其對(duì)肝癌細(xì)胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移及侵襲能力的影響。
1.1 NCEH1基因樣本 選取2013年1月—2019年6月在暨南大學(xué)附屬?gòu)V州紅十字會(huì)醫(yī)院手術(shù)治療的32例肝癌患者標(biāo)本及對(duì)應(yīng)的癌旁組織。所有標(biāo)本離體后立即存放在液氮罐中,然后于-80 ℃深低溫箱中保存。采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)NCEH1基因的相對(duì)表達(dá)量。同時(shí)從ICGC數(shù)據(jù)庫(kù)(https://daco.icgc.org)下載截至2020年9月日本人群的肝癌基因表達(dá)數(shù)據(jù)(包含240個(gè)肝癌樣本和220個(gè)正常肝組織樣本)作為驗(yàn)證組,應(yīng)用R軟件(4.0.2版本)中的limma、beeswarm包對(duì)NCEH1基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行Wilcoxon秩和檢驗(yàn)并做散點(diǎn)差異圖進(jìn)行可視化[6]。
1.2 細(xì)胞培養(yǎng) HL7702正常人肝臟細(xì)胞系和SMMC-7721、Bel-7402、HepG2和Hep3B人肝癌細(xì)胞系均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所,293T細(xì)胞購(gòu)自上海吉?jiǎng)P基因化學(xué)技術(shù)有限公司,細(xì)胞置于37 ℃、5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中,以含10%胎牛血清(FBS)的高糖DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),按常規(guī)進(jìn)行傳代。
1.3 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 提取細(xì)胞總RNA并逆轉(zhuǎn)錄,在熒光定量PCR儀(TP800,日本TAKARA公司)上行PCR檢測(cè),反應(yīng)條件為:95 ℃預(yù)變性15 s,然后95 ℃變性5 s,60 ℃退火延伸30 s,共進(jìn)行45個(gè)循環(huán),每次在延伸階段讀取吸光值。NCEH1引物為:上游5′- CCTGCCGTCCTTCCTTCTTC-3′;下游5′-CCGTGGTGCCCTGTATCATTA -3′。以管家基因GAPDH(甘油醛-3-磷酸脫氫酶)為內(nèi)參基因,引物序列為:上游5′- TGACTTCAACAGCGACACCCA -3′;下游5′-CACCCTGTTGCTGTAGCCAAA -3′。以2-ΔΔCT法分析各細(xì)胞系中NCEH1基因的相對(duì)于內(nèi)參基因的表達(dá)水平。若肝癌組織中的NCEH1基因表達(dá)水平高于相應(yīng)的癌旁組織,則為NCEH1表達(dá)上調(diào)。
1.4 慢病毒介導(dǎo)的小干擾RNA(siRNA) 慢病毒質(zhì)粒GV122、包裝質(zhì)粒pGC-LV、pHelper 1.0和pHelper2.0均購(gòu)自上海吉?jiǎng)P基因化學(xué)技術(shù)有限公司。設(shè)計(jì)針對(duì)NCEH1基因的shRNA序列如下,正義鏈:5′-CCGGATCCAGGCAGAATTTGCATTTCTCGAGAAATGCAAATTCTGCCTGGATTTTTTG-3′,反義鏈:5′AATTCAAAAAATCCAGGCAGAATTT-GCATTTCTCGAGAAATGCAAATTCTG- CCTGGAT-3′;陰性對(duì)照組序列為,正義鏈:5′-CCGGTTCTCCGAACGTGTCACGTTTCAA- GAGAA-CGTGACACGTTCGGAGAATTTTTG-3′,反義鏈:5′-AATTCAAAAATTCTCCGA- ACGTGTCACGTTCTCTTGAAACGTGACACGTTCGGAGAA-3′。上述序列由上海吉?jiǎng)P基因化學(xué)技術(shù)有限公司合成,將其所形成的雙鏈DNA分別連接到siRNA慢病毒質(zhì)粒GV122,再將上述質(zhì)粒分別與pGC-LV、pHelper1.0和pHelper2.0 3個(gè)包裝質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染至 293T 細(xì)胞,上述兩種慢病毒各自感染的SMMC-7721肝癌細(xì)胞系即被分別命名為NCEH1敲減組(KD組)和陰性對(duì)照組(NC組)。采用熒光倒置顯微鏡(micropublisher 3.3RTV,日本奧林帕斯公司)觀察兩組細(xì)胞的慢病毒感染效率,并采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)兩組細(xì)胞中NCEH1基因的相對(duì)表達(dá)水平,以檢測(cè)NCEH1基因的敲減率。
1.5 MTT實(shí)驗(yàn)檢測(cè)肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)增殖能力 將KD組及NC組SMMC-7721細(xì)胞培養(yǎng)于6孔板中,完全培養(yǎng)基重懸成細(xì)胞懸液,選取5塊96孔板,分別標(biāo)記為1、2、3、4、5 d;每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,每孔加入100 μl細(xì)胞懸液,每板分別鋪3組細(xì)胞。從鋪板后第2天開(kāi)始,培養(yǎng)終止前4 h加入20 μl 5 mg/ml的MTT于孔中。4 h后完全吸去培養(yǎng)液,加100 μl DMSO溶解甲瓚顆粒。振蕩器振蕩2~5 min,酶標(biāo)儀490/570 nm檢測(cè)光密度(OD)值。
1.6 Annexin V-APC單染法檢測(cè)肝癌細(xì)胞凋亡率 將KD組及NC組SMMC-7721細(xì)胞培養(yǎng)于6孔板中,完全培養(yǎng)基重懸成細(xì)胞懸液,與上清細(xì)胞收集于同一5 ml離心管中。然后1300 r/min離心5 min,棄上清,4 ℃預(yù)冷的PBS洗滌細(xì)胞沉淀。1×binding buffer洗滌細(xì)胞沉淀一次,1300 r/min離心3 min,收集細(xì)胞,200 μl 1×binding buffer重懸細(xì)胞沉淀,加入10 μl Annexin V-APC染色,室溫避光10~15 min。根據(jù)細(xì)胞量,補(bǔ)加400~800 μl 1×binding buffer,上機(jī)檢測(cè)。
1.7 劃痕愈合實(shí)驗(yàn)檢測(cè)肝癌細(xì)胞遷移能力 將KD組及NC組SMMC-7721細(xì)胞培養(yǎng)于6孔板中,完全培養(yǎng)基重懸成細(xì)胞懸液,根據(jù)細(xì)胞大小決定鋪板細(xì)胞密度。置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)。第2天使用劃痕儀對(duì)準(zhǔn)96孔板的上端中央部位,向上輕推形成劃痕。使用PBS輕輕漂洗2~3遍,加入含1% FBS血清培養(yǎng)基,0 h掃板。再次于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng),根據(jù)愈合程度選擇合適時(shí)間用Celigo掃板,用Celigo分析遷移面積并計(jì)算遷移率。
1.8 Transwell轉(zhuǎn)移和侵襲實(shí)驗(yàn) 將Transwell小室置于新的24孔板中,上室加100 μl無(wú)FBS培養(yǎng)基,37 ℃培養(yǎng)箱中放置1 h。將KD組及NC組SMMC-7721細(xì)胞加入每個(gè)小室,下室內(nèi)加入含30% FBS的培養(yǎng)基600 μl,5% CO2、37 ℃孵育48 h。倒扣小室于吸水紙上以去除培養(yǎng)基,用棉拭子輕輕移去小室內(nèi)非轉(zhuǎn)移細(xì)胞,將小室置于4%多聚甲醛固定液中固定30 min后撈出,用吸水紙吸干小室表面固定液,滴1~2滴染色液到膜的下表面染色轉(zhuǎn)移細(xì)胞1~3 min后,將小室浸泡沖洗數(shù)次,空氣晾干。在顯微鏡下拍照并計(jì)算各組轉(zhuǎn)移細(xì)胞數(shù)。如將Transwell小室先鋪Matrigel膠再重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟即為Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)。
1.9 倫理學(xué)審查 本研究通過(guò)暨南大學(xué)附屬?gòu)V州紅十字會(huì)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核,批號(hào):穗紅院醫(yī)倫審2019-028-01。所有標(biāo)本采集前均已獲患者知情同意。
2.1 肝癌組織中NCEH1的表達(dá) 實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)結(jié)果顯示,在32例患者標(biāo)本中,有22例肝癌組織中的NCEH1基因表達(dá)上調(diào),NCEH1基因在肝癌組織中的平均表達(dá)量高于相應(yīng)的癌旁組織(Z=2.263,P=0.024)(圖1a)。下載ICGC數(shù)據(jù)庫(kù)中日本人群的肝癌標(biāo)本(包含240個(gè)肝癌樣本,202個(gè)正常肝組織樣本),篩選出每個(gè)樣本中NCEH1基因表達(dá)量進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,NCEH1基因在肝癌組織中的表達(dá)水平明顯高于正常肝組織(U=18 768,P<0.001)(圖1b)。
注:a,NCEH1基因在32例肝癌及癌旁組織中的相對(duì)表達(dá)量;b,ICGC數(shù)據(jù)庫(kù)中NCEH1基因在肝癌中的表達(dá)量。
2.2 NCEH1在肝癌細(xì)胞系中的相對(duì)表達(dá)水平t檢驗(yàn)結(jié)果顯示,NCEH1在中等侵襲轉(zhuǎn)移潛能的SMMC-7721和Bel-7402細(xì)胞系中的相對(duì)表達(dá)量較低或無(wú)侵襲轉(zhuǎn)移潛能的HepG2(0.004 2±0.000 2 vs 0.002 9±0.000 4,t=4.651,P=0.01;0.003 9±0.000 3 vs 0.002 9±0.000 4,t=3.218,P=0.03)和Hep3B細(xì)胞系高(0.004 2±0.000 2 vs 0.002 7±0.000 2,t=9.496,P=0.001;0.003 9±0.000 3 vs 0.002 7±0.000 2,t=3.218,P=0.005);而NCEH1在低或無(wú)侵襲轉(zhuǎn)移潛能的HepG2和Hep3B細(xì)胞系中的相對(duì)表達(dá)量較正常HL-7702肝細(xì)胞系高(0.002 9±0.000 4 vs 0.001 5±0.000 1,t=5.682,P=0.005; 0.002 7±0.000 2 vs 0.001 5±0.000 1,t=11.302,P=0.000 3)。
2.3 慢病毒的感染效率及NCEH1基因敲減效率 熒光顯微鏡觀察結(jié)果顯示,KD組及NC組慢病毒對(duì)肝癌細(xì)胞的感染效率均達(dá)到80%以上,KD組SMMC-7721細(xì)胞中NCEH1基因的相對(duì)表達(dá)量?jī)H為NC組細(xì)胞的26.0%(0.260±0.035 vs 1.004±0.106,t=11.578,P=0.000 3),即NCEH1基因在SMMC-7721人肝癌細(xì)胞系中的敲減效率達(dá)到了74.0%(圖2)。
注:a,KD組熒光視野(×200);b,NC組熒光視野(×200);C,KD組明視野(×200);d,NC組明視野(×200);e,KD組和NC組實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)結(jié)果比較。
2.4 NCEH1敲減對(duì)肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)增殖能力的影響 MTT檢測(cè)結(jié)果顯示,KD組SMMC-7721肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)速度較NC組明顯減緩(第5天相對(duì)增殖倍數(shù)為3.055±0.046 vs 4.462±0.060,t=32.100,P=0.000 006),提示NCEH1基因敲減明顯抑制了肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖(圖3)。
圖3 MTT檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.5 敲減NCEH1基因?qū)Ω伟┘?xì)胞凋亡的影響 Annexin V-APC單染法流式細(xì)胞儀檢測(cè)顯示,KD組SMMC- 7721肝癌細(xì)胞凋亡率明顯高于NC組(6.650%±0.203% vs 3.150%±0.090%,t=27.303,P=0.000 01),提示敲減NCEH1基因可促進(jìn)細(xì)胞凋亡(圖4)。
2.6 敲減NCEH1基因?qū)Ω伟┘?xì)胞遷移能力的影響 劃痕愈合實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,KD組的SMMC-7721肝癌細(xì)胞遷移率明顯低于NC組(34.68%±1.89% vs 54.37%±4.23%,t=9.51,P=0.000 01),提示敲減NCEH1基因可明顯抑制肝癌細(xì)胞的遷移能力(圖5)。
注:a,KD組流式細(xì)胞分析結(jié)果;b,NC組流式細(xì)胞分析結(jié)果;c,KD組和NC組肝癌細(xì)胞凋亡率比較。
注:a,KD組肝癌細(xì)胞劃痕后0 h的熒光照片;b,NC組肝癌細(xì)胞劃痕后0 h的熒光照片;c,KD組肝癌細(xì)胞劃痕后56 h的熒光照片;c,NC組肝癌細(xì)胞劃痕后56h的熒光照片;e,KD組和NC組肝癌細(xì)胞遷移率比較。
2.7 敲減NCEH1基因?qū)Ω伟┘?xì)胞轉(zhuǎn)移能力的影響 Transwell實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,KD組SMMC-7721肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移細(xì)胞數(shù)明顯低于NC組(12.89±3.63 vs 75.04±7.65,t=38.123,P<0.000 1),提示NCEH1基因敲減可明顯抑制肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力(圖6)。
注:a,KD組肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移穿過(guò)聚碳脂膜的顯微鏡照片(×100);b,NC組肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移穿過(guò)聚碳脂膜的顯微鏡照片(×100);c,KD組和NC組肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移數(shù)比較。
2.8 敲減NCEH1基因?qū)Ω伟┘?xì)胞侵襲能力的影響 Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,KD組的SMMC-7721肝癌細(xì)胞侵襲數(shù)明顯低于NC組(63.67±8.86 vs 144.52±16.60,t=22.331,P<0.000 1),提示NCEH1基因敲減可明顯抑制肝癌細(xì)胞的侵襲能力(圖7)。
注:a,KD組肝癌細(xì)胞侵襲小室實(shí)驗(yàn)顯微照片(×100);b,NC組肝癌細(xì)胞侵襲小室實(shí)驗(yàn)顯微照片(×100);c,KD組和NC組肝癌細(xì)胞中侵襲細(xì)胞數(shù)比較。
肝癌在全球的發(fā)病率和死亡率較高,據(jù)估計(jì)2015年全球肝癌死亡人數(shù)約為80萬(wàn)[7],而在全球每年新增肝癌病例中,約一半發(fā)生在我國(guó),已成為最致命的癌癥之一[8]。盡管針對(duì)肝癌的治療手段眾多,手術(shù)切除仍然是治療肝癌的首選方案,但由于肝癌術(shù)后復(fù)發(fā)率相對(duì)較高,導(dǎo)致肝癌術(shù)后5年無(wú)復(fù)發(fā)生存率僅為38%,嚴(yán)重限制了肝癌的總體治療效果[9-10]。因此,探索肝癌侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制以獲得有效的肝癌治療靶點(diǎn)已成為肝癌研究的重點(diǎn)。
近年來(lái)的研究表明,脂代謝異??赡苁谴龠M(jìn)癌癥發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要因素,Jiang等[11]通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),改變細(xì)胞內(nèi)膽固醇的分布,可有效抑制肝細(xì)胞癌的增殖和轉(zhuǎn)移。Lin等[12]通過(guò)脂質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)代謝的改變與腫瘤侵襲性、生長(zhǎng)和增殖密切相關(guān),目前也已發(fā)現(xiàn)多個(gè)脂質(zhì)代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶在腫瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)[13-14],這為肝癌治療提供了一個(gè)新思路。NCEH1是一個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,定位于人染色體3q26.31,大小為80 970 bp。NCEH1基因編碼的蛋白由408個(gè)氨基酸組成,大小為45.808 kD,是一種絲氨酸水解酶,在巨噬細(xì)胞和中樞神經(jīng)細(xì)胞中有較高表達(dá)[15-16],并在調(diào)節(jié)膽固醇代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用[4]。已有研究[17-18]發(fā)現(xiàn),NCEH1表達(dá)產(chǎn)物可作為乙醚脂質(zhì)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中連接血小板活化因子和溶血磷脂酸的中心節(jié)點(diǎn),抑制NCEH1表達(dá)產(chǎn)物可降低癌細(xì)胞中的醚脂質(zhì)代謝并抑制腫瘤細(xì)胞遷移和生長(zhǎng)。Chang等[5]的研究則發(fā)現(xiàn),選擇性NCEH1抑制劑可明顯降低人前列腺癌細(xì)胞系的遷移、侵襲、存活及增殖能力,提示NCEH1可能與腫瘤的侵襲、遷移及增殖相關(guān),但NCEH1在肝癌中的表達(dá)水平及作用目前均不清楚。
為此,本研究首先通過(guò)對(duì)本院32例肝癌及對(duì)應(yīng)癌旁標(biāo)本進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),NCEH1在肝癌組織中的表達(dá)明顯高于對(duì)應(yīng)的癌旁組織,然后分析ICGC數(shù)據(jù)庫(kù)中日本人群的肝癌基因表達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),NCEH1在肝癌組織中的表達(dá)明顯高于正常肝組織,與本研究結(jié)果一致,提示NCEH1在肝癌組織中的表達(dá)上調(diào)。繼而,本研究采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)分析發(fā)現(xiàn),NCEH1在所有肝癌細(xì)胞系中的表達(dá)均高于正常肝細(xì)胞系,這與其在肝癌組織中表達(dá)上調(diào)的結(jié)果一致。更重要的是,NCEH1在侵襲轉(zhuǎn)移潛能較高的肝癌細(xì)胞系中的表達(dá)明顯高于低侵襲轉(zhuǎn)移潛能的肝癌細(xì)胞系,這與Chang等[5]在前列腺癌細(xì)胞系中的結(jié)果一致,提示NCEH1與肝癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)。本研究采用慢病毒介導(dǎo)的siRNA技術(shù)敲減NCEH1在SMMC-7721肝癌細(xì)胞系(該細(xì)胞系的NCEH1表達(dá)水平在筆者檢測(cè)的4株肝癌細(xì)胞系中為最高)中的表達(dá),結(jié)果顯示,NCEH1基因的敲減效率高達(dá)74.0%,NCEH1基因敲減的SMMC-7721肝癌細(xì)胞系得以成功建立。接下來(lái),本研究采用MTT生長(zhǎng)曲線、細(xì)胞流式檢測(cè)及Transwell轉(zhuǎn)移和侵襲實(shí)驗(yàn)等一系列細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)觀察NCEH1在肝癌細(xì)胞中的功能,結(jié)果顯示,NCEH1基因敲減可明顯降低肝癌細(xì)胞系的增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲能力并促進(jìn)凋亡,這些結(jié)果也均與Chang等[5]在前列腺癌細(xì)胞中獲得的結(jié)果一致,提示NCEH1可能是一個(gè)潛在的肝癌治療靶點(diǎn)。
對(duì)于NCEH1表達(dá)及發(fā)揮作用的分子調(diào)控機(jī)制的研究相對(duì)較少,Cheung等[19]發(fā)現(xiàn)在牛皮癬皮膚的皮下脂肪組織中miR-26b-5p高度上調(diào),而NCEH1是miR-26b-5p的直接靶點(diǎn)之一,miR-26b-5p可靶向下調(diào)NCEH1的表達(dá)。現(xiàn)有的研究顯示,miR-26b-5p在不同腫瘤組織中均起著抑癌作用[20],其在肝癌細(xì)胞系中明顯下調(diào),且與肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[21-22]。而miRNA被認(rèn)為可調(diào)控60%蛋白質(zhì)編碼基因,并參與幾乎所有細(xì)胞過(guò)程的調(diào)控[18,23]。筆者據(jù)此推測(cè)miR-26b-5p在肝癌中也可能存在對(duì)NCEH1基因表達(dá)的負(fù)向調(diào)控,即miR-26b-5p的下調(diào)可能促使NCEH1基因在肝癌組織中的表達(dá)上調(diào),并因此增強(qiáng)了肝癌細(xì)胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移及侵襲能力。然而,NCEH1在肝癌中表達(dá)升高及發(fā)揮生物學(xué)作用的具體分子機(jī)制均尚有待于進(jìn)一步研究闡明。
綜上所述,本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),NCEH1基因在肝癌組織及細(xì)胞系中的表達(dá)明顯升高,體外實(shí)驗(yàn)中可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖、侵襲轉(zhuǎn)移并抑制凋亡,提示其可能是一個(gè)潛在的肝癌治療靶點(diǎn)。
利益沖突聲明:本研究不存在研究者、倫理委員會(huì)成員、受試者監(jiān)護(hù)人以及與公開(kāi)研究成果有關(guān)的利益沖突。
作者貢獻(xiàn)聲明:曾裕文負(fù)責(zé)資料分析、擬定寫(xiě)作思路、收集數(shù)據(jù)、撰寫(xiě)論文、修改論文;張芳雍、譚國(guó)鉗參與指導(dǎo)撰寫(xiě)文章、收集數(shù)據(jù)、修改論文;吳帆負(fù)責(zé)課題設(shè)計(jì),指導(dǎo)撰寫(xiě)文章并最后定稿。