GPR19基因在前列腺癌中的表達及意義

劉帥兵，閆墨，王楷斌，楊闊，王玉琢

前列腺癌（PCa）是全球男性癌癥相關死亡的主要原因，由于我國老年人口的占比越來越高，PCa的發(fā)病率和病死率也逐年增高［1］。盡管對于PCa的早期診斷和治療策略研究方面已取得了進展，大多數(shù)PCa患者在確診時已經出現(xiàn)遠處轉移，治療手段局限于內分泌治療和放療，患者的預后仍然較差［2-3］。G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）家族成員是美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的大部分可用藥物的靶標。然而，許多GPCR的生理作用和藥理特性仍然未知，部分內源性配體未知的GPCR被稱為孤兒GPCR［4］。此類GPCR可能是PCa治療的可能靶標［5］。一些孤兒GPCR，如GPRC6A和GPR160，已被證明與PCa細胞增殖和疾病進展有關［6］。GPR19編碼一種進化上保守的孤兒GPCR，最初是通過篩選人類表達序列數(shù)據(jù)庫（EST）確定的。其在成人的中樞神經系統(tǒng)中呈高表達，在卵巢和睪丸組織中呈中度表達［7］。研究證實，GPR19在小細胞肺癌中的表達水平與生長優(yōu)勢相關［8］，也能通過調節(jié)E-鈣黏蛋白表達來影響乳腺癌的侵襲性［9］。但目前GPR19在PCa中的報道少見，本研究通過分析PCa患者中GPR19的表達水平，探討GPR19是否可通過調節(jié)細胞周期促進PCa發(fā)展，為PCa的治療提供新的靶點。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器 正常前列腺細胞系RWPE-1及6種PCa細胞系LNCaP、DU145、PC3、22RV1、C4-2、VCap均由天津市泌尿外科研究所凍存、復蘇；RPMI-1640培養(yǎng)基、胰酶購自以色列BI公司；胎牛血清（FBS）購自中國MRC公司；RNA提取試劑盒購自美國Omega Biotek公司；逆轉錄試劑盒購自美國光大公司，細胞總蛋白提取試劑、蛋白酶抑制劑、BCA法蛋白濃度測定試劑盒購自中國索萊寶公司；蛋白Marker、KSFM培養(yǎng)基和全自動酶標儀購自美國Thermo Fisher公司；羅氏轉染試劑購自美國默克公司，EdU檢測試劑盒、兔抗GPR19抗體購自中國Abbkine公司；兔抗CDK1抗體、鼠抗GAPDH抗體、羊抗兔及羊抗鼠二抗均購自中國Proteintech公司。針對GPR19的特異性siRNA購自吉瑪基因（蘇州）。FV1000倒置熒光顯微鏡購自日本Olympus公司，PCR擴增儀購自德國Eppendorf公司。

1.2 生物信息學分析 利用R語言分析TCGA及Oncomine數(shù)據(jù)庫，得到GPR19在PCa中的差異表達情況；GEPIA網站分析GPR19的無進展生存率；R語言“dplyr”包分析GPR19在不同臨床病理特征患者中的分布情況，“survival”包進行Cox回歸分析；GSEA軟件進行GPR19基因的通路富集分析。

1.3 細胞培養(yǎng) 人正常前列腺細胞系RWPE-1使用含有生長因子的K-SFM培養(yǎng)基，6種PCa細胞系均采用含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基，于37℃、5%CO2的細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，細胞生長至80%左右進行傳代。

1.4 Western blot待細胞密度生長至80%左右后用蛋白提取試劑提取總蛋白，BCA法測定所提蛋白質濃度，加入上樣緩沖液后95℃變性5 min。每孔加30μg蛋白行SDS-PAGE后電轉至NC膜。5%脫脂牛奶室溫下封閉1 h，4℃過夜孵育GAPDH（1∶1 500），CDK1（1∶500），GPR19（1∶1 000）一抗，次日室溫孵育二抗1 h。ECL化學發(fā)光法對蛋白條帶進行成像處理。Image J軟件測量灰度值，計算目的蛋白表達量。目的蛋白表達量=目的蛋白灰度值/內參GAPDH灰度值，實驗重復3次。

1.5 qPCR采用RNA提取試劑盒提取細胞總RNA。使用逆轉錄試劑盒將總RNA（1 μg）反轉錄成cDNA。GAPDH作為內參對照。所用引物見表1。反應條件為：95℃預變性5 min，95℃10 s、60℃20 s、72℃30 s進行45個循環(huán)，采用2-ΔΔCt法計算mRNA相對表達量，實驗重復3次。

Tab.1 Primer sequence for qPCR表1 qPCR引物序列

1.6 細胞轉染 取對數(shù)生長期的LNCaP細胞接種于6孔板中，每孔約2×105個細胞，置于37℃、5%CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。然后使用轉染試劑將細胞與siGPR19或者siRNA NC共同孵育4 h，分別設為siGPR19組和Control組。siRNA序列為：正義鏈5'-CCUUCACUAUGUGCUGAAATT-3'，反義鏈5'-UUUCAGCACAUAGUGAAGGTT-3'。通過qPCR檢測敲低效率，步驟同1.5。

1.7 EdU細胞增殖實驗siGPR19組和Control組細胞培養(yǎng)24 h后，加入EdU染料孵育4 h，然后對細胞進行固定、通透、孵育EdU檢測試劑，最后使用熒光顯微鏡對細胞進行觀察計數(shù)。藍色為DAPI進行核定位，橙色為EdU染料標記增殖細胞，細胞增殖率（%）=增殖細胞數(shù)/細胞總數(shù)×100%。

1.8 統(tǒng)計學方法 采用R（v3.6.3）及Graphpad Prism 8.0進行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差（±s）表示，2組間均數(shù)比較用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t檢驗。相關性分析采用Spearman相關。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 生物信息學分析PCa中GPR19的表達TCGA和Oncomine數(shù)據(jù)庫分析顯示，PCa組織中GPR19mRNA表達量高于癌旁組織，此外，在TCGA數(shù)據(jù)庫多個患者隊列信息中顯示GPR19表達升高的患者無進展生存時間明顯縮短，見圖1。

2.2 TCGA數(shù)據(jù)庫分析GPR19 mRNA表達與患者臨床特征關系 分析不同臨床特征患者GPR19表達水平發(fā)現(xiàn)，GPR19高表達比例無進展死亡患者高于存活患者，Gleason評分＞7分患者高于≤7分患者，T3～T4期患者高于T1～T2期患者，年齡＞60歲患者高于≤60歲患者，見表2。

Fig.1 Bioinformatic analysis of GPR19 expression in prostate cancer圖1生物信息學分析GPR19在PCa中的表達及與預后的關系

Tab.2 GPR19 expression in patients with different clinicopathological features表2不同臨床病理特征患者GPR19基因表達情況

2.3 影響PCa患者無進展生存的Cox回歸分析 在單因素Cox回歸分析中，Gleason評分、TNM分期和GPR19表達是PCa患者無進展生存的影響因素，見表3。但在多因素Cox分析中，僅Gleason評分＞7分是PCa的獨立危險因素，見表4。

2.4 不同PCa細胞系中GPR19 mRNA和蛋白表達情況 與正常前列腺細胞RWPE-1相比，PCa細胞系VCaP、LNCaP、C4-2、22RV1、PC3、DU145中GPR19 mRNA表達升高。Western blot結果也顯示，PCa細胞系中GPR19蛋白水平表達也有不同程度的升高，見表5，圖2。鑒于GPR19 mRNA及蛋白在LNCaP細胞中的表達均較高，后續(xù)使用LNCaP細胞進行驗證。

Tab.3 Univariate Cox regression analysis for prostate cancer relapse-free survival表3 PCa無進展生存的單因素Cox回歸分析

Tab.4 Multivariate Cox regression analysis for prostate cancer relapse-free survival表4 PCa無進展生存的多因素Cox回歸分析

2.5 GPR19敲除效率驗證 在LNCaP細胞中，siGPR19組GPR19 mRNA表達低于Control組（0.10±0.02vs.0.99±0.01，n=3，t=16.056，P＜0.05）。

2.6 敲低GPR19對PCa細胞增殖的影響EdU增殖實驗結果顯示，與Control組相比，siGPR19組LNCaP細胞增殖率下降（33.24%±2.47%vs.45.79%±1.21%，n=3，t=12.164，P＜0.05），見圖3。

2.7 GPR19 GESA通路富集分析GSEA通路富集分析結果顯示，GPR19基因能夠被G2M信號檢查點、E2F信號靶點、精子發(fā)生、DNA修復等7個通路富集，見圖4。

Tab.5 Expression of GPR19 mRNA and GPR19 protein in each cell line表5各細胞系中GPR19 mRNA及其蛋白相對表達（±s）

Tab.5 Expression of GPR19 mRNA and GPR19 protein in each cell line表5各細胞系中GPR19 mRNA及其蛋白相對表達（±s）

＊P＜0.05；a與RWPE-1細胞比較，P＜0.05。

細胞系RWPE-1 C4-2 PC3 LNCaP VCaP 22RV1 DU145 F n3333333 GPR19 mRNA 0.989±0.029 2.104±0.120a 3.208±0.122a 8.661±0.354a 2.009±0.244a 1.701±0.052a 3.718±0.451a 331.000＊GPR19蛋白0.389±0.133 0.960±0.129a 0.745±0.148a 0.941±0.013a 0.416±0.297 0.329±0.272 0.724±0.225 5.478＊

Fig.2 Results of GPR19 protein expression in different PCa cell lines圖2不同PCa細胞系中GPR19蛋白表達結果

2.8 敲低GPR19對PCa細胞G2M信號檢查點通路的影響GPR19與G2M信號檢查點通路的關鍵基因CDK1存在較高的相關性（r=0.510），見圖5A；與Control組相比，siGPR19組CDK1的mRNA相對表達量降低（0.483±0.033vs.0.939±0.105，n=3，t=7.175，P＜0.05），Western blot結果顯示CDK1的蛋白表達也有降低趨勢，見圖5B。

2.9 GPR19影響PCa發(fā)生發(fā)展的下游靶基因的預測 由于在PCa中E2F信號靶點和G2M信號檢查點信號通路被預測為高度激活，這2個通路的基因組中發(fā)現(xiàn)有73個基因重疊，在這些共有基因中，CDKN3的表達與GPR19基因表達的相關性最高，見圖6。

Fig.3 The cell proliferation efficiency after GPR19 knockdown detected by EdU proliferation assay圖3敲低GPR19后EdU增殖實驗檢測細胞增殖效率

3 討論

目前GPR19在肺癌［7］、乳腺癌［8］、腎上腺癌［10］等腫瘤發(fā)病中的作用已被廣泛報道，但其在PCa中的致癌機制仍不清楚。本研究首先通過2個PCa獨立隊列研究的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，PCa患者中GPR19表達水平升高，進一步分析結果顯示，GPR19的表達與Gleason評分、TNM分期、年齡、無進展生存率相關，而Gleason評分是有力的預后預測因素，能夠更好地識別高風險和低風險患者［11］。單因素Cox分析中也發(fā)現(xiàn)GPR19的表達與無進展生存有關，多因素Cox分析顯示GPR19并非預后的獨立影響因素，但從對其無進展生存率及其他臨床特征關系的分析可以看出，GPR19對于PCa的發(fā)生發(fā)展仍具有一定的作用，因此，本研究從生物信息學及細胞行為學方面進行驗證，推測GPR19可能為PCa的研究提供新的靶點方向。

本研究進一步通過qPCR和Western blot實驗對生物信息學的預測進行驗證，結果發(fā)現(xiàn)PCa細胞系的GPR19 mRNA和蛋白水平表達高于正常前列腺上皮細胞，與生信分析結果一致。EdU實驗結果顯示，敲低GPR19后能夠降低腫瘤細胞的增殖效率。

為了探究GPR19在PCa中的作用機制，筆者對GPR19進行GSEA通路富集分析，結果顯示在周期相關通路E2F信號靶點、G2M信號檢查點中有較高的富集分數(shù)。E2F、G2M是細胞周期的特異性基因［12］，已有研究證實GPR19可通過調節(jié)細胞周期來影響肺癌的發(fā)展［7］。CDK1作為G2M信號檢查點上的關鍵蛋白分子，主要調節(jié)G2M相變，其功能也不能被其他CDK代替［13-14］。研究表明，CDK1不僅調節(jié)細胞周期，而且也在腫瘤細胞的增殖中發(fā)揮重要作用［15］。細胞質中CDK1的積累與上皮性卵巢癌的存 活 率 相 關［16］。本 研 究 發(fā) 現(xiàn)，TCGA數(shù) 據(jù) 庫 中GPR19與CDK1 mRNA表達量具有一定的相關性，實驗驗證敲低GPR19后PCa細胞中CDK1的蛋白及mRNA表達均降低。因此，預測GPR19可能通過促進CDK1的表達進一步影響細胞周期，從而影響腫瘤細胞增殖，這可能就是EdU實驗結果siGPR19組細胞增殖率下降的原因。CDKN3作為與GPR19相關性較強的基因，已有研究［17］證實，其可通過調節(jié)細胞周期和DNA復制來影響PCa，在其他癌癥如直腸癌、腎細胞癌、肝癌中也被證明發(fā)揮了一定作用［18-20］。以上研究提示GPR19可能與CDKN3存在上下游關系，共同通過調節(jié)細胞周期來影響PCa的進展。

Fig.4 Pathway enrichment analysis of GPR19 in prostate cancer圖4 PCa中GPR19的通路富集分析

Fig.5 The relationship of GPR19 and CDK1,a key molecule on the G2M checkpoint圖5 GPR19與G2M檢查點關鍵分子CDK1的相關性

Fig.6 Correlation between GPR19 and genes in the periodic pathway圖6 GPR19與周期通路中基因的相關性

綜上所述，本研究證實GPR19基因在PCa中高表達，并與多個臨床要素相關。下調GPR19表達可抑制PCa細胞的增殖及降低G2M信號檢查點關鍵分子CDK1的表達，預測CDKN3可能與GPR19共同調節(jié)腫瘤細胞周期來影響PCa的發(fā)生與進展。本研究為進一步全面了解GPR19在PCa中的作用及后續(xù)的研究提供了有價值的信息。