三氧化二砷通過(guò)早幼粒細(xì)胞白血病基因抑制三陰性乳腺癌細(xì)胞增殖、侵襲遷移的研究

張偉杰，張鐘月，婁世同，李冬薈，王留興

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤科，河南 鄭州 450052)

三陰性乳腺癌多呈浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，惡性程度偏高，易復(fù)發(fā)和多器官轉(zhuǎn)移，預(yù)后較其他分子分型差，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)三陰性乳腺癌的治療手段缺乏突破性研究進(jìn)展［1-2］。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)早幼粒細(xì)胞白血病基因(promyelocytic leukemia protein，PML)在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯高于癌旁組織及正常乳腺組織，并且與分化程度和分期有關(guān)，PML在分化程度低、分期晚的組織中呈高表達(dá)，其中三陰性乳腺癌組織PML陽(yáng)性表達(dá)率最高［3］。這些結(jié)果都提示PML參與了三陰性乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展。

三氧化二砷(arsenic trioxide，As2O3)是中國(guó)傳統(tǒng)中藥，20世紀(jì)70年代，我國(guó)學(xué)者將As2O3應(yīng)用于治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病取得顯著療效［4］。Chen等［5］報(bào)道As2O3治療急性早幼粒細(xì)胞白血病的療效是通過(guò)PML分子靶向白血病干細(xì)胞而實(shí)現(xiàn)的。PML分子有潛在抗腫瘤能力，PML可以將腫瘤抑制蛋白組構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的表達(dá)，或抑制腫瘤細(xì)胞增殖所需的其他蛋白質(zhì)的數(shù)量，這些蛋白質(zhì)在體內(nèi)是最基本的分子，發(fā)揮著控制細(xì)胞誕生、生長(zhǎng)、死亡的作用［6-7］。最近有研究［8］證實(shí)，人肝癌細(xì)胞HuH7表達(dá)PML蛋白，發(fā)現(xiàn)As2O3可以刺激HuH7細(xì)胞及CD13+CD133+LCSCs的增殖，病誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，其機(jī)制可能與PML蛋白表達(dá)有關(guān)。已有研究［9］證實(shí)，As2O3不僅對(duì)急性早幼粒細(xì)胞性白血病有作用，對(duì)多數(shù)實(shí)體瘤也有效，如乳腺癌、胃癌、肺癌等。三氧化二砷是否靶向PML基因參與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展值得研究。

本研究旨在研究As2O3對(duì)三陰性乳腺癌細(xì)胞增殖的影響及其與PML表達(dá)的相關(guān)關(guān)系的進(jìn)一步研究，為As2O3的Ⅲ期臨床試驗(yàn)提供更多的理論依據(jù)，該研究更深遠(yuǎn)的意義還在于開(kāi)創(chuàng)了針對(duì)引起三陰性乳腺癌起始細(xì)胞的靶向藥物研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)細(xì)胞人三陰性乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞系購(gòu)自中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院，保存于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤中心實(shí)驗(yàn)室。

1.2 主要試劑胎牛血清、胰蛋白酶和DMEM培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco公司；BCA蛋白定量試劑盒和SYBR Green 實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)試劑盒購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher公司；TRIzol、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司；PML引物和β-actin引物購(gòu)自上海生工公司；PML抗體和β-actin抗體購(gòu)自美國(guó)Abcam公司；辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記羊抗鼠IgG購(gòu)自武漢博士德公司；碘化丙啶試劑購(gòu)自美國(guó)Sigma公司等。

1.3 方法

1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng) MDA-MB-231細(xì)胞用DMEM細(xì)胞培養(yǎng)基(含有體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清、100 u/mL青霉素和100 μg/mL鏈霉素)置于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.3.2 慢病毒介導(dǎo)的RNAi抑制PML在MDA-MB-231細(xì)胞中的表達(dá) 針對(duì)目的基因PML的序列，根據(jù)核糖核酸干擾(ribonucleic acid interference，RNAi)序列設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)3個(gè)PML敲低(PML knockdown，PML-KD)靶點(diǎn)序列，選擇最佳的動(dòng)力學(xué)參數(shù)靶點(diǎn)進(jìn)入后續(xù)實(shí)驗(yàn)流程。與工具載體pGV115進(jìn)行酶切，PCR擴(kuò)增目的基因PML，構(gòu)建病毒載體框架，合成單鏈引物，退火形成雙鏈DNA，通過(guò)T4 DNA ligase將雙酶切線性化的載體和退火雙鏈DNA連接，16 ℃連接1～3 h，或連接過(guò)夜構(gòu)建重組載體。將攜帶目的基因PML靶點(diǎn)序列的pGV115、病毒包裝輔助質(zhì)粒pHelper 1.0和病毒包裝輔助質(zhì)粒pHelper 2.0共轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞，在轉(zhuǎn)染完成后的48～72 h進(jìn)行病毒收獲，采用相應(yīng)的濃縮純化得到高滴度的慢病毒保存液，測(cè)定慢病毒的滴度。將PML RNAi慢病毒感染MDA-MB-231細(xì)胞，用嘌呤霉素篩選陽(yáng)性感染細(xì)胞。在MDA-MB-231細(xì)胞中進(jìn)行PML RNAi慢病毒有效靶點(diǎn)的內(nèi)源性驗(yàn)證，每組細(xì)胞設(shè)置3個(gè)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次。

1.3.3 實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)PML基因的表達(dá) 用TRIzol提取MDA-MB-231細(xì)胞的總RNA，反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA，用于實(shí)時(shí)熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)檢測(cè)PML基因的表達(dá)。PML引物：正向-ACATCTTCTGCTCCAACCCC；反向-GCCAAAGGCACTATCCTGCT。β-actin引物：正向- GCGTGACATTAAGGAGAAGC；反向- CCACGTCACACTTCATGATGG。反應(yīng)體系為：cDNA 0.2 μL，上下游引物各0.5 μL，SYBR緩沖溶液29.25 μL，Real Master Mix 35.7 μL，雙蒸水 33.85 μL。反應(yīng)條件為：94 ℃ 10 min，30個(gè)循環(huán)：94 ℃ 15 s，60 ℃ 32 s。采用2-ΔΔCt法計(jì)算PML基因的mRNA相對(duì)表達(dá)量。

1.3.4 Western blot檢測(cè)蛋白的表達(dá) 培養(yǎng)MDA-MB-231細(xì)胞至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，磷酸鹽緩沖液洗滌2次。取適當(dāng)量的RIPA裂解液，使用前數(shù)分鐘內(nèi)加入苯甲基磺酰氟，使苯甲基磺酰氟的最終濃度為1 mmol/L。用RIPA裂解液裂解細(xì)胞提取細(xì)胞總蛋白，4 ℃、12 000 g，離心15 min，用BCA法測(cè)定蛋白濃度。加入1/5體積的上樣緩沖液混勻，100 ℃ 10 min，短暫離心后-80 ℃保存?zhèn)溆谩Ｅ渲剖榛蛩徕c-聚丙烯酰胺凝膠，上樣進(jìn)行電泳，調(diào)節(jié)電泳儀參數(shù)為：濃縮膠 80 mA，20 min；分離膠120 mA，1 h。電泳結(jié)束后，4 ℃、300 mA恒流條件下進(jìn)行電轉(zhuǎn)150 min， 將蛋白轉(zhuǎn)移到聚偏氟乙烯膜上。用封閉液(含體積分?jǐn)?shù)5%脫脂牛奶的TBST溶液)4 ℃過(guò)夜封閉聚偏氟乙烯膜，然后將聚偏氟乙烯膜與一抗進(jìn)行4 ℃過(guò)夜孵育，用TBST洗膜3次，每次5 min；與二抗室溫下孵育2 h，并用TBST洗膜3次，每次5 min。用ECL發(fā)光液進(jìn)行顯影，用Image J軟件對(duì)Western blot條件進(jìn)行灰度分析，分析目標(biāo)條帶和內(nèi)參條帶的凈光密度值以及透明的比值。

1.3.5 CCK-8實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞增殖能力 將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的MDA-MB-231細(xì)胞胰酶消化后，用完全培養(yǎng)基重懸成細(xì)胞懸液，并計(jì)數(shù)。將細(xì)胞接種于96孔板中(2 000個(gè)/孔)，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)孔，過(guò)夜培養(yǎng)至融合度達(dá)80%～90%。每孔加入10 μL CCK-8溶液，放入培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，4 h后用酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm處的吸光度值。按照以下公式計(jì)算PML沉默后對(duì)食管鱗癌細(xì)胞增殖的影響，細(xì)胞抑制率=(對(duì)照孔平均光密度值-實(shí)驗(yàn)孔平均光密度值/對(duì)照孔平均光密度值)×100%。

1.3.6 克隆形成實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞增殖能力 將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的MDA-MB-231細(xì)胞胰酶消化，用完全培養(yǎng)基重懸制成細(xì)胞懸液計(jì)數(shù)。將細(xì)胞接種于6孔板培養(yǎng)板中(800個(gè)/孔)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組設(shè)3個(gè)復(fù)孔。將接種好的細(xì)胞于培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)到14 d或絕大多數(shù)單個(gè)克隆中細(xì)胞數(shù)大于50為止，中途每隔3 d進(jìn)行換液并觀察細(xì)胞狀態(tài)。用熒光顯微鏡下對(duì)細(xì)胞克隆進(jìn)行拍照，磷酸鹽緩沖液洗滌細(xì)胞1次。每孔加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%多聚甲醛，固定細(xì)胞30 min，磷酸鹽緩沖液洗滌細(xì)胞1次。每孔加入結(jié)晶紫染液1 mL染細(xì)胞10 min。雙氧水洗滌細(xì)胞數(shù)次，熒光顯微鏡觀察并對(duì)克隆進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.3.7 Transwell侵襲小室實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞侵襲遷移能力 MDA-MB-231細(xì)胞培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，將Transwell侵襲小室置于新的24孔板中，上、下小室各加500 μL無(wú)血清培養(yǎng)基，37 ℃培養(yǎng)箱中放置2 h使Matrigel基質(zhì)層再水化。制備無(wú)血清細(xì)胞懸浮液并計(jì)數(shù)，接種細(xì)胞于24孔板(105個(gè)/孔)，小心除去上室中培養(yǎng)基并加入200 μL細(xì)胞懸液，下室內(nèi)加入750 μL體積分?jǐn)?shù)30%胎牛血清培養(yǎng)基。37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后，用棉拭子輕輕移去小室內(nèi)非侵襲細(xì)胞，遷移的細(xì)胞用多聚甲醛固定并用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%結(jié)晶紫染色。每個(gè)小室隨機(jī)選取視野拍照，計(jì)算各組侵襲轉(zhuǎn)移細(xì)胞數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 抑制PML基因的表達(dá)對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞增殖、侵襲遷移的影響用慢病毒介導(dǎo)的PML RNAi觀察抑制抑制PML基因的表達(dá)對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞增殖、侵襲遷移的影響。相對(duì)于陰性病毒干擾(negative Control，NC)組，PML-RNAi慢病毒都能降低PML在MDA-MB-231細(xì)胞中的mRNA表達(dá)水平(F=19.203，P=0.001)，其中PML-KD2在MDA-MB-231細(xì)胞中對(duì)PML基因的敲減效果最高，達(dá)到83.9%，故選取PML-KD2進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)研究。CCK8檢測(cè)結(jié)果表明，與NC組相比，PML-KD組細(xì)胞生長(zhǎng)速度減慢，倍增時(shí)間延長(zhǎng)。PML-KD組對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作用，其細(xì)胞的增殖明顯低于NC組(t=37.757，P<0.001)，說(shuō)明沉默PML的表達(dá)可以降低MDA-MB-231細(xì)胞的增殖。與NC組比較，抑制PML的表達(dá)MDA-MB-231細(xì)胞的克隆數(shù)量減少(t=25.080，P<0.001)，說(shuō)明PML可以促進(jìn)MDA-MB-231細(xì)胞的增殖。Transwell小室實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與NC組比較，PML-KD組遷移到下室的MDA-MB-231細(xì)胞數(shù)減少(t=176.000，P<0.001)，表明PML沉默抑制了MDA-MB-231細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的能力。見(jiàn)圖1～4。

圖1 MDA-MB-231細(xì)胞中PML RNAi慢病毒有效靶點(diǎn)的篩選

A：PMLRNAi慢病毒感染293T細(xì)胞；B：PML-RNAi慢病毒感染MDA-MB-231細(xì)胞；C：PML在MDA-MB-231細(xì)胞中mRNA的表達(dá)豐度柱狀圖

2.2 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞增殖的影響鑒于慢病毒介導(dǎo)的PML基因干擾可以抑制MDA-MB-231細(xì)胞的增殖，As2O3和PML基因干擾之間是否存在協(xié)同效果尚不清楚，因此本研究將As2O3聯(lián)合PML短發(fā)夾RNA處理MDA-MB-231細(xì)胞，觀察細(xì)胞增殖的變化。本研究用As2O3(75 μmol/L)分別處理NC和PML-KD慢病毒感染的MDA-MB-231細(xì)胞(NC+As2O3組和PML-KD+As2O3組)。CCK-8結(jié)果顯示，各處理組MDA-MB-231細(xì)胞增殖比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3571.851，P<0.001)，PML-KD+As2O3聯(lián)合處理組的細(xì)胞生長(zhǎng)最慢，與NC+As2O3組、PML-KD組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，說(shuō)明聯(lián)合處理組對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用最高。見(jiàn)圖5。

圖2 抑制PML的表達(dá)對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞增殖的影響

圖3 抑制PML的表達(dá)對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞克隆形成的影響

圖4 Transwell小室實(shí)驗(yàn)檢測(cè)抑制

A：抑制PML的表達(dá)MDA-MB-231細(xì)胞的Transwell小室遷移到下室的細(xì)胞；B、C：Transwell小室遷移到下室的細(xì)胞柱狀圖

圖5 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞增殖的影響

2.3 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞克隆形成的影響克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各處理組MDA-MB-231細(xì)胞增殖比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=744.177，P<0.001)。PML-KD+ As2O3組MDA-MB-231細(xì)胞的克隆形成數(shù)量最低，與NC+As2O3組、PML-KD組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，說(shuō)明As2O3和PML-KD處理對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞克隆形成能力具有協(xié)同效果。見(jiàn)圖6。

圖6 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)

A：克隆形成實(shí)驗(yàn)結(jié)果；B：克隆形成實(shí)驗(yàn)綠色熒光圖；C：克隆形成實(shí)驗(yàn)的柱狀圖

2.4 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞侵襲遷移的影響Transwell小室結(jié)果顯示，各處理組MDA-MB-231細(xì)胞遷移比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6 363.307，P<0.001)。PML-KD+ As2O3組遷移至下室的MDA-MB-231細(xì)胞數(shù)最少，與NC+As2O3組、PML-KD組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，說(shuō)明As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞侵襲遷移能力的抑制具有協(xié)同作用。見(jiàn)圖7。

圖7 As2O3聯(lián)合PML-KD對(duì)

3 討論

有研究［10］顯示，PML分子有潛在抗癌能力，PML可以將腫瘤抑制蛋白組構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的表達(dá)，或抑制腫瘤細(xì)胞增殖所需的其他蛋白質(zhì)的數(shù)量，這些蛋白質(zhì)在體內(nèi)是最基本的分子，發(fā)揮著控制細(xì)胞誕生、生長(zhǎng)、死亡的作用。本研究通過(guò)慢病毒介導(dǎo)的RNAi抑制PML在MDA-MB-231細(xì)胞中的表達(dá)，可以降低細(xì)胞的增殖和侵襲遷移能力。

已有研究［11-15］證實(shí)As2O3不僅對(duì)急性早幼粒細(xì)胞性白血病有作用，對(duì)多數(shù)實(shí)體瘤也有效，如乳腺癌、胃癌、肺癌等。鑒于慢病毒介導(dǎo)的PML基因干擾可以抑制MDA-MB-231細(xì)胞的增殖，As2O3和PML基因干擾之間是否存在協(xié)同效果尚不清楚，因此本研究將As2O3聯(lián)合PML-KD處理MDA-MB-231細(xì)胞，觀察細(xì)胞增殖和侵襲遷移的變化。As2O3聯(lián)合PML-KD處理組對(duì)MDA-MB-231細(xì)胞的增值能力和克隆形成能力最低，可以抑制細(xì)胞的侵襲遷移能力，說(shuō)明聯(lián)合處理對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用最高。

我們的研究結(jié)果證實(shí)，抑制PML在MDA-MB-231細(xì)胞中的表達(dá)可以降低細(xì)胞的增殖和侵襲遷移能力，As2O3可以增強(qiáng)PML對(duì)細(xì)胞增殖和侵襲遷移能力的抑制作用，可能成為三陰性乳腺癌新的治療的靶點(diǎn)。