JSRV Env通過(guò)Akt/mTOR信號(hào)通路調(diào)控綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖

段續(xù)接，楊 惠，劉淑英

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)基礎(chǔ)獸醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

外源性綿羊肺腺瘤病毒(Exogenous jaagsiekte sheep retrovirus,exJSRV)屬于β逆轉(zhuǎn)錄病毒，結(jié)構(gòu)和基因序列與其他逆轉(zhuǎn)錄病毒相似[1]。病毒的囊膜蛋白Env由env編碼，包含表面蛋白(surface protein unit,SU)和跨膜蛋白(transmembrane protein domain,TM) 2個(gè)結(jié)構(gòu)域，其中SU與細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合，TM在病毒感染細(xì)胞時(shí)與細(xì)胞膜發(fā)生融合[2]。大量研究表明，JSRV-env為致癌基因，其編碼的囊膜蛋白(Env)主要影響影響細(xì)胞的增殖[3]。

JSRV Env可以在多種體外細(xì)胞系中誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化[4]。作者所在實(shí)驗(yàn)室孫曉林等[5]通過(guò)用pcDNA4/myc-his/exJSRV-env重組表達(dá)質(zhì)粒誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞系NIH3T3轉(zhuǎn)化；Thomas E A利用pRCASBP(A)-J-env成功誘導(dǎo)禽胚胎成纖維細(xì)胞細(xì)胞系DF-1轉(zhuǎn)化[6]。Miller A D等利用pSX2.JSRV-env成功誘導(dǎo)了大鼠成纖維細(xì)胞系208F轉(zhuǎn)化[7]。Johnson C等利用pLXSN-env-HA成功誘導(dǎo)了犬上皮細(xì)胞系MDCK的轉(zhuǎn)化[8]。研究表明，JSRV Env通常激活Ras-Raf-MEK-MAPK、RON和PI3K/Akt/mTOR這3條信號(hào)通路介導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化。Maeda N等[9]利用pCMV3GP轉(zhuǎn)染NIH3T3細(xì)胞證實(shí)了JSRV通過(guò)Ras-Raf-MEK-MAPK通路對(duì)NIH3T3成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。Varela M等[10]證明了JSRV Env可以與RON酪氨酸激酶結(jié)合，且JSRV Env與透明質(zhì)酸酶-2 (hyaluronidase-2,HYAL-2)的相互作用導(dǎo)致RON二聚體活化。PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路可被生長(zhǎng)因子、激素、蛋白激酶的受體或非受體過(guò)表達(dá)所激活，參與細(xì)胞增殖、致癌基因的轉(zhuǎn)化和癌癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。并且Akt可以在OPA的腫瘤細(xì)胞和JSRV Env轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中被激活[5]。作者所在實(shí)驗(yàn)室前期研究表明，通過(guò)利用pcDNA4/myc-his/exJSRV-env重組表達(dá)質(zhì)粒誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化NIH3T3細(xì)胞，檢測(cè)到轉(zhuǎn)化細(xì)胞中Akt/mTOR信號(hào)通路被激活，磷酸化的Akt和mTOR水平顯著高于未轉(zhuǎn)染組，并顯著抑制了細(xì)胞自噬[11]。但目前仍需完善JSRV Env誘導(dǎo)細(xì)胞增殖及轉(zhuǎn)化的具體信息，以加深研究者對(duì)于JSRV Env致瘤分子機(jī)制的理解。

本研究通過(guò)已構(gòu)建好的JSRV Env慢病毒載體誘導(dǎo)綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞(sheep trophoblast cells,STCs)轉(zhuǎn)化，檢測(cè)Akt/mTOR 信號(hào)通路的激活情況，并探究細(xì)胞增殖伴隨慢病毒轉(zhuǎn)染時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生的具體變化，以期為癌基因激活細(xì)胞增殖相關(guān)信號(hào)通路提供基礎(chǔ)研究資料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要材料與試劑 DMEM high glucose、胰酶-2.5 mg/mL EDTA、FBS、青霉素-鏈霉素、無(wú)鈣鎂的磷酸鹽緩沖液，美國(guó)GIBCO公司產(chǎn)品；SDS-PAGE凝膠制備試劑盒，北京索萊寶公司產(chǎn)品；全蛋白提取試劑盒，生工生物工程(上海)股份有限公司；BCA試劑盒，碧云天生物技術(shù)(上海)有限公司；山羊抗兔Akt，山羊抗兔 p-Akt，山羊抗兔mTOR，山羊抗兔p-mTOR，美國(guó)Cell Signaling Technology公司產(chǎn)品；HRP標(biāo)記的山羊抗兔IgG、HRP標(biāo)記的山羊抗鼠IgG，博奧森公司產(chǎn)品；一抗稀釋液、二抗稀釋液、ECL發(fā)光顯色試劑盒，碧云天生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品；PVDF膜，美國(guó)Millipore公司產(chǎn)品；TBST洗滌劑，北京Cwbiotech公司產(chǎn)品；脫脂奶粉，美國(guó)BD公司產(chǎn)品；雷帕霉素，美國(guó)MCE公司產(chǎn)品；MTT噻唑藍(lán)，索萊寶公司產(chǎn)品。

1.1.2 儀器設(shè)備 -80 ℃超低溫冰箱，青島海爾公司產(chǎn)品；高壓滅菌鍋,日本TOMY公司產(chǎn)品；分析天平，德國(guó)Sartorius公司產(chǎn)品；微量移液器，Eppendorf，德國(guó))；Maxi MixⅡ渦旋混勻震蕩器(Thermo，美國(guó))；低溫高速離心機(jī)(Eppendorf，德國(guó))；迷你離心機(jī)(Scilogex，美國(guó))；電熱鼓風(fēng)干燥箱，一恒(上海)公司產(chǎn)品；超凈工作臺(tái),安泰蘇州有限公司產(chǎn)品；二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，美國(guó)Thermo公司產(chǎn)品；多功能酶標(biāo)儀，美國(guó)Biotek公司產(chǎn)品；DYY-6C型電泳儀電源、DYCZ-24DN標(biāo)準(zhǔn)垂直電泳儀、迷你垂直板電泳轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，北京六一生物科技有限公司產(chǎn)品；蛋白凝膠成像系統(tǒng)，上海Tanon公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞解凍復(fù)蘇與體外培養(yǎng) 解凍復(fù)蘇綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞，使用含100 mL/L血清的完全培養(yǎng)基，于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待細(xì)胞在瓶?jī)?nèi)增殖至細(xì)胞生長(zhǎng)面70%～80%左右時(shí)傳代，待傳到解凍復(fù)蘇后的第3代、細(xì)胞體外增殖穩(wěn)定后用于后續(xù)試驗(yàn)，要求細(xì)胞狀態(tài)較佳、存活率90%以上、細(xì)胞邊緣清晰。

1.2.2 JSRV過(guò)表達(dá)慢病毒及空病毒載體轉(zhuǎn)染STCs 綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞接種于6孔培養(yǎng)板中，每孔約 2×105個(gè)細(xì)胞，37℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱中，采用無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)胞，加入5 μg的JSRV Env慢病毒，同時(shí)加入終濃度為 8 μg/mL的Polybrene增強(qiáng)轉(zhuǎn)染效果，24 h后更換含100 mL/L血清的完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)。轉(zhuǎn)染72 h后觀察細(xì)胞狀態(tài)，用激光共聚焦顯微鏡觀察是否轉(zhuǎn)染成功。

1.2.3 細(xì)胞蛋白提取及蛋白免疫印跡試驗(yàn) 按照蛋白質(zhì)提取試劑盒說(shuō)明書(shū)，提取細(xì)胞總蛋白，BCA法測(cè)定細(xì)胞濃度，酶標(biāo)儀測(cè)定562 nm波長(zhǎng)的吸光度值，樣品中的蛋白濃度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)蛋白曲線計(jì)算。蛋白中加入上樣緩沖液變性后置于-20 ℃冷藏備用。Western blot檢測(cè)目的蛋白表達(dá)量,聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)分離蛋白后，采用濕轉(zhuǎn)印法將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到PVDF濾膜上，放入封閉液中封閉，室溫下置于搖床上中速封閉2 h，PVDF濾膜浸泡在10% TBST溶液中，置于搖床上10 min×5次洗膜。分別孵育一抗為山羊抗兔Akt，山羊抗兔 p-Akt，山羊抗兔mTOR，山羊抗兔p-mTOR 置于4 ℃過(guò)夜。10% TBST 10 min×5次洗膜后，HRP標(biāo)記的山羊抗兔IgG為二抗在室溫下?lián)u床中速孵育90 min。10% TBST 10 min×5次洗膜后將ECL顯色液均勻敷在膜上，用凝膠成像分析系統(tǒng)拍照觀察。利用Image J軟件分析每個(gè)條帶的灰度值，使用GraphPad Prism 8(GraphPad Sofware，USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成統(tǒng)計(jì)圖片。

1.2.4 MTT比色法檢測(cè)細(xì)胞增殖情況 將空白組(STCs)，對(duì)照組(空病毒載體轉(zhuǎn)染STCs)，試驗(yàn)組(JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs)的細(xì)胞消化后鋪在96孔板中，每組細(xì)胞做5個(gè)重復(fù)孔，每孔計(jì)數(shù)2 000個(gè)細(xì)胞，每孔加含100 mL/L血清的完全培養(yǎng)基200 μL，培養(yǎng)24 h后換液。分別培養(yǎng)24、48、72 h后，加入5 mg/mL的MTT每孔20 μL，置于37℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)4 h后吸出上清液,每孔加入二甲基亞砜(DMSO)150 μL，振蕩溶解10 min，用酶聯(lián)免疫測(cè)定儀選擇波長(zhǎng)為490 nm，空白孔調(diào)零，測(cè)定各孔吸光值，取其平均吸光值，以細(xì)胞生長(zhǎng)變化率表示，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制細(xì)胞增殖曲線圖，使用GraphPad Prism 8進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，P<0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并生成統(tǒng)計(jì)圖片。

1.2.5 JSRV Env過(guò)表達(dá)慢病毒轉(zhuǎn)染STCs并加入雷帕霉素 JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染24 h后，添加50 μmol/L雷帕霉素作用12、48、72 h。Western blot檢測(cè)mTOR表達(dá)情況。MTT比色法檢測(cè)細(xì)胞增殖情況。

2 結(jié)果

2.1 JSRV Env慢病毒感染STCs細(xì)胞

利用激光共聚焦顯微鏡觀察空白組(STCs)、對(duì)照組(空病毒載體轉(zhuǎn)染STCs)、試驗(yàn)組(JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs)的熒光表達(dá)情況。JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs 72 h后，在激光共聚焦顯微鏡下可觀察到大量的紅色熒光信號(hào)說(shuō)明Env蛋白大量表達(dá)，占比約為80%，證明JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染成功(圖1)。

A.激光共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果；B.JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs 72 h相對(duì)熒光蛋白表達(dá)率分析結(jié)果;a.明場(chǎng)下STCs未轉(zhuǎn)染組；b.熒光場(chǎng)下STCs未轉(zhuǎn)染組；c.明場(chǎng)下慢病毒空載體轉(zhuǎn)染STCs；d.熒光場(chǎng)下慢病毒空載體轉(zhuǎn)染STCs；e.明場(chǎng)下JSRV Env過(guò)表達(dá)慢病毒轉(zhuǎn)染STCs；f.熒光場(chǎng)下JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs。

2.2 Western blot檢測(cè)STCs細(xì)胞中Akt/mTOR信號(hào)通路蛋白表達(dá)量

與蛋白預(yù)染Marker相比較，在60 ku處及289 ku表達(dá)明顯蛋白條帶?？瞻捉M，對(duì)照組，試驗(yàn)組中均有Akt、mTOR的表達(dá)，試驗(yàn)組中有p-Akt、p-mTOR的大量表達(dá)。經(jīng)過(guò)灰度分析處理，p-Akt、p-mTOR在JSRV Env慢病毒感染組的表達(dá)水平顯著高于未轉(zhuǎn)染組的磷酸化水平(P<0.05)(圖2)。說(shuō)明了在JSRV Env慢病毒作用下成功激活A(yù)kt/mTOR信號(hào)通路。

圖2 STCs中Akt、mTOR蛋白免疫印跡鑒定

2.3 Western blot檢測(cè)加入雷帕霉素后的mTOR表達(dá)量

為探究雷帕霉素對(duì)mTOR的抑制作用 ，利用Western blot檢測(cè)試驗(yàn)組(JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染組)加入雷帕霉素24、48、72 h后mTOR表達(dá)量。

結(jié)果顯示，與24 h和48 h相比，雷帕霉素作用72 h后mTOR表達(dá)量顯著減少(P<0.05)，24 h和48 h之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。說(shuō)明了雷帕霉素抑制了mTOR的表達(dá)(圖3)。

圖3 雷帕霉素抑制mTOR蛋白免疫印跡及分析

2.4 MTT測(cè)定細(xì)胞增殖

為探究JSRV Env慢病毒對(duì)STCs增殖的影響，利用MTT比色法測(cè)定空白組(STCs)，對(duì)照組(空病毒載體轉(zhuǎn)染STCs)，試驗(yàn)組(JSRV Env慢病毒轉(zhuǎn)染STCs)，雷帕霉素抑制組24、48、72 h的光吸收值。結(jié)果顯示，試驗(yàn)組在各個(gè)時(shí)間段的光吸收值均大于空白組及對(duì)照組，在72 h光吸收值差異顯著(P<0.05)，空白組和對(duì)照組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)；雷帕霉素抑制組在各個(gè)時(shí)間段的光吸收值顯著(P<0.05)低于其他3組(圖4)。以上結(jié)果表明，JSRV Env轉(zhuǎn)化STCs后促進(jìn)了細(xì)胞增殖，mTOR抑制劑雷帕霉素抑制了細(xì)胞增殖。

圖4 MTT法測(cè)定JSRV Env慢病毒感染STCs細(xì)胞增殖

3 討論

本研究利用JSRV Env慢病毒載體誘導(dǎo)STCs轉(zhuǎn)化，探究Akt/mTOR信號(hào)通路的激活和對(duì)細(xì)胞周期的影響。JSRV Env體外誘導(dǎo)試驗(yàn)通常采用真核表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的方式，本試驗(yàn)通過(guò)慢病毒將外源基因整合到宿主染色體中，進(jìn)行高效穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)。其長(zhǎng)末端重復(fù)序列(Long terminal repeats,LTR)具有啟動(dòng)子和增強(qiáng)子等調(diào)控元件，可以提高病毒基因的表達(dá)能力，并且極大地還原了JSRV-env在體內(nèi)作用的條件[12]。該方法對(duì)探究JSRV Env影響細(xì)胞增殖有重要意義。

JSRV Env通?？梢鹕掀ぜ?xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，在綿羊體內(nèi)主要感染肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞和克拉拉細(xì)胞，本試驗(yàn)中采用綿羊源分泌型上皮細(xì)胞——綿羊絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞進(jìn)行研究，使JSRV Env轉(zhuǎn)化細(xì)胞的方式與綿羊肺腺瘤病的惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞機(jī)制更為接近。Env主要通過(guò)受體依賴機(jī)制激活A(yù)kt/mTOR信號(hào)通路，即JSRV Env與細(xì)胞膜表面的受體Hyal 2結(jié)合，激活了磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3′-kinase-serine，PI3K)及下游的Akt和mTOR。已有研究表明JSRV Env轉(zhuǎn)化細(xì)胞途徑依賴于該機(jī)制的還有人支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B[13]、大鼠回腸上皮細(xì)胞IEC-18[7]和大鼠腎上皮細(xì)胞RK3E[9]等。

本實(shí)驗(yàn)室前期的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的JNK信號(hào)通路、P38信號(hào)通路、ERK信號(hào)通路在OPA病肺中激活，通過(guò)通路關(guān)聯(lián)交叉參與細(xì)胞凋亡、自噬、增殖等生理過(guò)程影響細(xì)胞周期[5]。本試驗(yàn)驗(yàn)證了JSRV Env轉(zhuǎn)化細(xì)胞中激活A(yù)kt/mTOR 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并且與細(xì)胞周期密切相關(guān)，Akt/mTOR途徑對(duì)JSRV轉(zhuǎn)化細(xì)胞非常重要。作者所在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析結(jié)果也揭示該信號(hào)通路在OPA中激活[14]。利用JSRV-env體外過(guò)表達(dá)也成功驗(yàn)證Akt/mTOR信號(hào)通路激活[11]。本課題組孫曉林等[5]利用pcDNA4/myc-his/exJSRV-env成功驗(yàn)證了Akt/mTOR信號(hào)通路在NIH3T3細(xì)胞中被激活。Maeda N等[9]利用pCMV3GP轉(zhuǎn)染大鼠腎上皮細(xì)胞系RK3E和小鼠成纖維細(xì)胞系NIH3T3，證實(shí)了JSRV-env過(guò)表達(dá)激活A(yù)kt/mTOR信號(hào)通路，且對(duì)RK3E細(xì)胞調(diào)控作用更明顯。Liu 利用Jenv-FLAG (JSRV Env)成功轉(zhuǎn)化了大鼠成纖維細(xì)胞系208F，驗(yàn)證了Akt/mTOR信號(hào)通路激活[15]。作者所在實(shí)驗(yàn)室杜方原利用pcDNA4/myc-his/exJSRV-env重組表達(dá)質(zhì)粒誘導(dǎo)NIH3T3細(xì)胞轉(zhuǎn)化利用CCK-8法檢測(cè)到細(xì)胞增殖活力增強(qiáng)[16]。以上結(jié)果均與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明JSRV Env轉(zhuǎn)化STCs后激活了Akt/mTOR信號(hào)通路，促進(jìn)了細(xì)胞增殖。而在加入mTOR抑制劑雷帕霉素后，抑制了細(xì)胞增殖。即JSRV Env通過(guò)Akt/mTOR信號(hào)通路轉(zhuǎn)化細(xì)胞調(diào)控細(xì)胞的增殖，彌補(bǔ)了前人研究的空白。

基于以上研究明確Akt/mTOR 信號(hào)通路在JSRV Env轉(zhuǎn)化中的重要性，其具體轉(zhuǎn)化機(jī)制有待后續(xù)更深入的研究。

JSRV Env轉(zhuǎn)化STCs后，通過(guò)激活A(yù)kt/mTOR 信號(hào)通路促進(jìn)了細(xì)胞增殖。本研究結(jié)果進(jìn)一步完善了細(xì)胞增殖的基礎(chǔ)研究資料。