長鏈非編碼RNA RUNX1-IT1通過靶向miR-21對結(jié)直腸癌細胞遷移和侵襲的影響

梁 峰，張 瑋，王勝杰，武雪亮，岳 磊，張迎春，*

(1．河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院普通外科，河北張家口 075000；2．河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院小兒外科，河北 張家口075000)

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是中國常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率呈逐年上升和年輕化趨勢[1]。盡管結(jié)直腸癌的診斷與治療已經(jīng)取得了顯著進步，但其療效及預(yù)后仍不容樂觀[2]。長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是指長度大于200 nt的非編碼RNA，其在表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，廣泛參與調(diào)控腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲、遷移等多種生物學(xué)過程，這為腫瘤的早期診斷和靶向治療提供了新的研究方向[3-6]。LncRNA RUNX1-IT1是新發(fā)現(xiàn)的一種非編碼RNA，關(guān)于lncRNA RUNX1-IT1在惡性腫瘤中的報道[7]不多，且經(jīng)IntaRNA 2.0軟件分析預(yù)測miR-21為lncRNA RUNX1-IT1作用靶點，但lncRNA RUNX1-IT1/miR-21調(diào)控軸對結(jié)直腸癌細胞的作用未見報道?；诖耍狙芯刻接憀ncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌組織和人結(jié)直腸癌細胞系中的表達情況，并分析其對結(jié)直腸癌細胞惡性生物學(xué)行為的影響及其與miR-21的調(diào)控關(guān)系，以期為結(jié)直腸癌的臨床診斷和治療提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2017年1月—2019年1月于河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院接受根治性手術(shù)切除的結(jié)直腸癌組織標本62例及其相應(yīng)的癌旁正常組織標本(距離癌組織邊緣＞5 cm)62例。結(jié)直腸癌患者發(fā)病年齡在37～86歲，男37例，女25例；其中結(jié)腸癌患者33例，直腸癌患者29例。所有納入患者的臨床資料均完整，本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(2021177)，所有研究對象均知情同意并簽署知情同意書。納入標準：①術(shù)后病理確診為結(jié)直腸癌；②患者術(shù)前未接受過介入、放化療及免疫治療；③既往無其他腫瘤病史。排除標準：①伴有嚴重心、肝、腎功能異常者；②伴有其他惡性腫瘤；③術(shù)前行放化療或免疫治療等的患者。

1.2 細胞與試劑

人結(jié)直腸癌細胞系(SW480、SW620、HCT-116)和人正常結(jié)直腸上皮細胞系(FHC)均購自北納生物。RPMI-1640和DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清(FBS)購自美國Gibco公司，雙熒光素酶報告基因系統(tǒng)購自美國Promega公司，TRIzol試劑盒、LipofectamineTM2000購自美國Invitrogen公司，SYBR qPCR Master Mix和逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(Prime ScriptTMRT Reagent Kit)購自寶生物工程(大連)有限公司。

RUNX1-IT1過表達質(zhì)粒(pcDNA-RUNX1-IT1)及陰性對照質(zhì)粒(pcDNA-control)，miR-21抑制(anti-miR-21)及陰性對照(anti-miR-con)、miR-21過表達(miR-21 mimic)及陰性對照(mimic-NC)序列均由吉滿生物科技有限公司設(shè)計合成。

1.3 細胞培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染

FHC細胞用含有10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基，結(jié)直腸癌SW480、SW620和HCT116細胞用含有10%胎牛血清RPMI-1640培養(yǎng)液培養(yǎng)，分別放置在37℃、CO2體積分數(shù)為5%恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，取對數(shù)生長期的細胞用于實驗。將SW480細胞以1×105個/孔接種至6孔培養(yǎng)板進行培養(yǎng)，待細胞生長至80%左右進行細胞轉(zhuǎn)染，SW480細胞轉(zhuǎn)染前1 h更換為Opti-MEM減血清培養(yǎng)基，轉(zhuǎn)染分為過表達(pcDNAcontrol、pcDNA-RUNX1-IT1)和抑制表達(pcDNARUNX1-IT1、pcDNA-RUNX1-IT1+anti-miR-con、pcDNA-RUNX1-IT1+miR-21)兩種方案分組；按照Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑說明書進行轉(zhuǎn)染操作，轉(zhuǎn)染6 h后更換為含有10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)48 h后檢測過表達/干擾效果。

1.4 實時熒光定量PCR檢測RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌及癌旁組織中的表達

使用TRIzol試劑提取組織總RNA，超微量紫外分光光度計檢測RNA純度和濃度。根據(jù)逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書將RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。以1 μL cDNA為模板，按照實時熒光定量PCR(quantitative real-time PCR，qPCR)試劑盒說明書進行PCR擴增。反應(yīng)條件：94℃預(yù)變性5 min；94℃變性30 s，59℃退火30 s，72℃延伸90 s，40個循環(huán)；最后72℃延伸5 min。以GAPDH和U6作為內(nèi)參，采用2-ΔΔCT法計算RUNX1-IT1和miR-21的相對表達。引物序列如下：RUNX1-IT1上 游 引 物，5′-CCTACTTCTGCACGATGTGA TG-3′，下游引物，5′-CCTTTGCTACGGTTGGTTACA TT-3′；miR-21上游引物，5′-TTGAATTCTAACACC TTCGTGGCTACAGAG-3′，下游引物，5′-TTAGATC TCATTTATCGAGGGAAGGATTG-3′。

1.5 雙熒光素酶報告實驗

采用IntaRNA 2.0(http://rna.informatik.uni-freiburg.de/IntaRNA/Input.jsp)軟件預(yù)測RUNX1-IT1與miR-21間的靶向結(jié)合序列，分別設(shè)計合成RUNX1-IT1的野生型(WT)和突變型(MUT)結(jié)合位點序列并整合至pGL3載體構(gòu)建報告基因質(zhì)粒(RUNX1-IT1-WT和RUNX1-IT1-MUT)，并將其加載到pMIR-GLO?熒光素酶載體中。將SW480細胞以1×105個/孔接種在12孔板中培養(yǎng)，并通過Lipofectamine 2000將含有RUNX1-IT1-WT或RUNX1-IT1-MUT和miR-21 mimic以 及miRNC的載體轉(zhuǎn)染到SW480細胞中。轉(zhuǎn)染48 h后，再根據(jù)雙熒光素酶報告系統(tǒng)試劑盒說明書進行螢火蟲熒光素酶活性檢測。

1.6 Transwell實驗檢測細胞遷移和侵襲能力

1.6.1 遷移實驗收集轉(zhuǎn)染后培養(yǎng)至對數(shù)生長期的SW480細胞，在Transwell上層小室加入稀釋后的SW480細胞(1×l06個/mL)，下室加入含10% FBS的細胞培養(yǎng)液，37℃培養(yǎng)24 h，取出上室，去除上層小室未遷移的細胞，用70%甲醛固定30 min，結(jié)晶紫染色拍照，顯微鏡下計數(shù)穿膜細胞數(shù)。

1.6.2 侵襲實驗將-20℃取出的Matrigel置4℃冰箱過夜液化，4℃無血清培養(yǎng)基按1∶5比例稀釋Matrigel后，取100 μL加入到Transwell小室中，37℃使其凝固，按照遷移實驗進行后續(xù)操作。

1.7 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，符合正態(tài)分布且方差齊性的計量資料以xˉ±s表示，兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差及兩兩比較LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。lncRNA RUNX1-IT1和miR-21在結(jié)直腸癌組織中表達的相關(guān)性采用Pearson檢驗分析。

2 結(jié)果

2.1 RUNX1-IT1和miR-21在結(jié)直腸癌組織和結(jié)直腸癌細胞系中的表達情況

qPCR檢測結(jié)果表明lncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌組織中的相對表達水平(3.323±0.150)顯著低于癌旁組織(4.372±0.166)；miR-21在結(jié)直腸癌組織中的相對表達水平(3.839±0.160)顯著高于癌旁組織(3.052±0.141)，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(均為P＜0.01，圖1A和B)。LncRNA RUNX1-IT1和miR-21在結(jié)直腸癌組織中的表達呈負相關(guān)(r=-0.275，P=0.031，圖1C)。此外，lncRNA RUNX1-IT1在3種結(jié)直腸癌細胞系(SW480、SW620、HCT-116)中的表達水平均顯著低于正常結(jié)直腸FHC細胞(均為P＜0.05，圖1D)，而miR-21在上述3種結(jié)直腸癌細胞系中的表達水平明顯高于FHC細胞(均為P＜0.05，圖1E)，SW480細胞最明顯，故后續(xù)細胞系實驗均采用SW480細胞。上述結(jié)果也表明lncRNA RUNX1-IT1低表達和miR-21高表達可能參與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。

圖1 RUNX1-IT1和miR-21在結(jié)直腸癌組織和細胞系中的表達

2.2 上調(diào)lncRNA RUNX1-IT1表達抑制SW480細胞的侵襲和遷移能力

與轉(zhuǎn)染pcDNA-control對照組相比，轉(zhuǎn)染pcDNARUNX1-IT1質(zhì)粒組SW480細胞中l(wèi)ncRNA RUNX1-IT1表達水平明顯升高(t=6.347，P=0.003)，見圖2A。Transwell侵襲和遷移實驗結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)染pcDNARUNX1-IT1質(zhì)粒組的侵襲細胞數(shù)和遷移細胞數(shù)均明顯少于轉(zhuǎn)染對照組(侵襲實驗：t=12.49，P＜0.01；遷移實驗：t=5.764，P=0.005)，見圖2B。結(jié)果表明上調(diào)lncRNA RUNX1-IT1的表達可抑制SW480細胞侵襲和遷移能力。

圖2 上調(diào)RUNX1-IT1表達對SW480細胞侵襲和遷移能力的影響

2.3 lncRNA RUNX1-IT1和miR-21間 存 在 靶 向關(guān)系

通過IntaRNA 2.0預(yù)測到lncRNA RUNX1-IT1與miR-21之間存在靶向結(jié)合位點(圖3A)。雙熒光素酶報告實驗結(jié)果顯示，與轉(zhuǎn)染mimic陰性對照組相比，轉(zhuǎn)染miR-21 mimic即過表達miR-21組lncRNA RUNX1-IT1 WT(野生型)的熒光素酶活性顯著下降(P＜0.05)，而lncRNA RUNX1-IT1 MUT(突變型)熒光素酶活性無明顯變化(圖3B)。qPCR檢測結(jié)果表明，與轉(zhuǎn)染pcDNAcontrol組(1.003±0.095)相比，在轉(zhuǎn)染pcDNA-RUNX1-IT1質(zhì)粒后，miR-21表達水平在SW480細胞中的明顯下降(0.293±0.020)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(t=7.289，P=0.002)。上述結(jié)果表明miR-21能夠靶向結(jié)合lncRNA RUNX1-IT1。

圖3 雙熒光素酶報告實驗驗證lncRNA RUNX1-IT1與miR-21間的靶向關(guān)系

2.4 抑制miR-21表達可抑制SW480細胞的侵襲和遷移能力

qPCR檢測結(jié)果顯示，與轉(zhuǎn)染anti-miR-con對照組相比，轉(zhuǎn)染anti-miR-21組后SW480細胞中miR-21表達 水 平 顯 著 降 低(t=6.80，P=0.002)，見 圖4A。Transwell侵襲和遷移實驗結(jié)果顯示，anti-miR-21組的侵襲和遷移細胞數(shù)均明顯低于對照組(侵襲實驗：t=16.360，P＜0.01；遷移實驗：t=7.096，P=0.002)，見圖4B，表明miR-21表達下調(diào)可抑制SW480細胞的侵襲和遷移能力。

圖4 下調(diào)miR-21表達對SW480細胞侵襲和遷移能力的影響

2.5 過表達miR-21逆轉(zhuǎn)RUNX1-IT1對SW480細胞侵襲和遷移能力的抑制作用

qPCR檢測結(jié)果(圖5A)顯示，與轉(zhuǎn)染miR-con對照組比較，轉(zhuǎn)染miR-21過表達組SW480細胞中miR-21表達水平顯著升高(t=12.01，P＜0.01)。為確認lncRNA RUNX1-IT1是否通過miR-21調(diào)控SW480細胞的侵襲和遷移，我們上調(diào)RUNX1-IT1的表達同時過表達miR-21。結(jié)果(圖5B)顯示，與轉(zhuǎn)染pcDNA-RUNX1-IT1+miR-con相比，共轉(zhuǎn)染pcDNA-RUNX1-IT1+miR-21組中細胞侵襲和遷移細胞數(shù)均顯著升高(均為P＜0.05)(侵襲實驗：t=23.860，P＜0.01；遷移實驗：t=11.020，P＜0.01)。上述結(jié)果表明過表達miR-21可逆轉(zhuǎn)lncRNA RUNX1-IT1表達上調(diào)對SW480細胞侵襲和遷移能力的抑制作用。

圖5 過表達miR-21逆轉(zhuǎn)RUNX1-IT1對SW480細胞侵襲和遷移能力的抑制作用

3 討論

結(jié)直腸癌早期癥狀隱匿，患者就診時大多處于中晚期，治療難度較大，盡管結(jié)直腸癌的診斷與治療已經(jīng)取得了顯著進步，但其療效及預(yù)后仍不容樂觀[8-10]。因此，探尋可靠的生物標志物對于結(jié)直腸癌患者的早期診斷、治療以及改善預(yù)后至關(guān)重要[11]。越來越多的證據(jù)表明，lncRNA異常表達與腫瘤發(fā)生、進展和預(yù)后不良有關(guān)，可作為腫瘤早期診斷的新型生物標志物[12-13]。

LncRNA RUNX1-IT1是轉(zhuǎn)錄因子RUNX1的內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本，也稱為21號染色體開放閱讀框96(C21orF96)。盡管RUNX1的功能已在不同疾病中得到證實，但lncRNA RUNX1-IT1在多種腫瘤中的功能及其潛在機制仍不清楚[14]。有關(guān)LncRNA RUNX1-IT1在腫瘤中的相關(guān)研究報道不多，并且研究結(jié)論存在不一致情況。lncRNARUNX1-IT1在子宮內(nèi)膜癌中表達下調(diào)，并通過抑制miR-21表達來抑制癌細胞的增殖[15]。過表達lncRNA RUNX1-IT1可顯著抑制肺癌細胞增殖、克隆形成和侵襲能力，而lncRNA RUNX1-IT1的敲除則產(chǎn)生相反的效果[16]。Shi等[7]研究顯示lncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌組織和細胞系中表達均下調(diào)，過表達lncRNA RUNX1-IT1可抑制結(jié)直腸癌細胞的增殖和遷移能力，而敲除lncRNA RUNX1-IT1則反之。LncRNA RUNX1-IT1在肝細胞癌組織中表達降低，并與臨床病理特征和不良預(yù)后相關(guān)。機制研究表明RUNX1-IT1直接與miR-632結(jié)合，并作為競爭性內(nèi)源性RNA促進miR-632靶基因GSK-3β的表達，調(diào)控WNT/β-catenin，進而抑制肝癌細胞的生長、轉(zhuǎn)移和干細胞樣特征[17]。Yan等[18]研究也發(fā)現(xiàn)肝癌組織中l(wèi)ncRNA RUNX1-IT1的表達水平顯著降低。過表達lncRNA RUNX1-IT1可顯著抑制肝癌細胞的增殖并誘導(dǎo)其凋亡。然而，與上述結(jié)論截然相反的是，Wu等[19]研究證實RUNX1-IT1在膠質(zhì)母細胞瘤組織中表達上調(diào)，過表達RUNX1-IT1可明顯上調(diào)細胞周期蛋白D1的表達，并促進膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖。本研究結(jié)果表明lncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌組織及細胞中低表達，過表達lncRNA RUNX1-IT1可抑制SW480細胞侵襲和遷移能力，與Shi等[7]的結(jié)論相一致。說明lncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌的進展過程中發(fā)揮癌基因功能。

較多研究證實miR-21在多種實體腫瘤中表達異常，是一個潛在的腫瘤治療靶點和早期標志物[20]。miR-21在宮頸癌組織和血清樣本中表達上調(diào)，而組織金屬蛋白酶抑制因子3(Tissue metalloproteinase inhibitor 3，TIMP3)在宮頸癌組織中表達下調(diào)；miR-21通過靶向TIMP3促進宮頸癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力[21]。miR-21在胃癌中表達明顯上調(diào)，與患者臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，可能是胃癌的預(yù)后標志物[22]。miR-21在非小細胞肺癌(NSCLC)中高表達，干擾miR-21表達可抑制細胞周期蛋白D1和E1的表達，并協(xié)同抑制癌細胞的增殖能力，且miR-21通過PTEN/Akt/GSK-3β信號通路中的關(guān)鍵分子來調(diào)控NSCLC增殖[23]。本研究結(jié)果表明，miR-21在結(jié)直腸癌組織及細胞中表達均明顯升高，抑制miR-21表達可抑制SW480細胞的侵襲和遷移能力；通過生物信息學(xué)分析和雙熒光素酶報告實驗結(jié)果證實lncRNA RUNX1-IT1和miR-21存在靶向結(jié)合位點。由此我們推測，lncRNA RUNX1-IT1可能作為競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)吸附靶向調(diào)控miR-21表達，進而影響結(jié)直腸癌的侵襲和遷移。并且在進一步的回復(fù)實驗中驗證了這一猜想，在lncRNA RUNX1-IT1過表達同時上調(diào)miR-21的表達，發(fā)現(xiàn)上調(diào)miR-21表達可逆轉(zhuǎn)過表達lncRNA RUNX1-IT1對SW480細胞侵襲和遷移的抑制作用。

綜上所述，lncRNA RUNX1-IT1在結(jié)直腸癌組織和細胞系中表達下調(diào)，lncRNA RUNX1-IT1低表達通過靶向上調(diào)miR-21表達調(diào)控SW480細胞侵襲和遷移，這意味著lncRNA RUNX1-IT1有可能成為結(jié)直腸癌的分子治療靶點，其在體內(nèi)的具體作用及分子機制還有待進一步研究。