榮小涵,文浩杰,周 娟,崔 毅,唐金勇
(郴州市第一人民醫(yī)院,南方醫(yī)科大學(xué)附屬郴州醫(yī)院 耳鼻咽喉頭頸外科,湖南 郴州 423000)
鼻咽癌(Nasopharyngeal carcinoma,NPC)是一種發(fā)生于鼻咽上皮的鱗狀細(xì)胞癌。鼻咽癌是臨床發(fā)病率較高的頭頸部惡性腫瘤病癥之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)鼻咽癌發(fā)病人數(shù)占全球發(fā)病人數(shù)的38.29%,死亡人數(shù)的40.14%,遠(yuǎn)高于世界平均水平[2]。且我國(guó)鼻咽癌5年的相對(duì)生存率僅為43.8%,造成沉重的家庭及社會(huì)負(fù)擔(dān)[3]?,F(xiàn)階段鼻咽癌的主要治療方法為放療[4],但由于鼻咽癌的高轉(zhuǎn)移性,致使臨床治療效果未達(dá)到理想預(yù)期。因此,亟待探索更為有效的新療法。
谷氧還蛋白3(Glutaredoxin 3,GLRX3)是一種在真核生物中保守的氧化還原蛋白,參與多種信號(hào)通路的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),敲低GLRX3基因能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移等異常行為[5]。在NPC中,GLRX3同樣存在高表達(dá)現(xiàn)象,且其能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與轉(zhuǎn)移等惡性行為,這提示GLRX3可能參與調(diào)節(jié)NPC發(fā)生及進(jìn)展[6]。此外,GLRX3蛋白還是一種鐵硫蛋白,其在體內(nèi)以二聚體形式存在時(shí),能夠形成2個(gè)[2Fe-2S]鍵,從而達(dá)到對(duì)鐵的調(diào)節(jié)作用[7]。已有研究發(fā)現(xiàn),GLRX3可作為細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑發(fā)揮作用[8-9]。
鐵代謝對(duì)大部分生物的存活至關(guān)重要,它參與機(jī)體的許多生理生化過程,如氧儲(chǔ)存、酶促反應(yīng)等。正常鐵代謝主要包括3個(gè)過程:鐵攝取、儲(chǔ)存和利用,細(xì)胞中鐵代謝的水平必須嚴(yán)格把控。鐵代謝的失調(diào)會(huì)增加細(xì)胞癌化的風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng),這可能是鐵離子在細(xì)胞中具有很強(qiáng)的氧化還原能力,它可以催化反應(yīng)產(chǎn)生高效的活性自由基(如羥基自由基等)[10],這種自由基可以造成的DNA損傷、抑癌基因的沉默和癌基因的激活等一系列事件,進(jìn)而誘導(dǎo)正常細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化,最終導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生[11]。同時(shí),與正常細(xì)胞相比,腫瘤細(xì)胞需要更多的鐵來滿足其快速生長(zhǎng)的需求。因此,消除腫瘤細(xì)胞中過量的鐵離子是一具有治療潛力的研究方向。鐵離子螯合劑早在20世紀(jì)80年代就被認(rèn)為是一種能夠用于腫瘤治療的藥物[12],它是一類通過結(jié)合細(xì)胞中過量的鐵離子從而影響細(xì)胞鐵代謝的化合物。鐵離子螯合還可能調(diào)控AKT、Wnt和自噬途徑等多種信號(hào)通路的表達(dá),從而抑制細(xì)胞增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT) 和轉(zhuǎn)移[13]。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)靶向鐵代謝的療法可能在臨床上具有極大的應(yīng)用前景。
因此,本研究通過探索GLRX3與鐵代謝對(duì)NPC細(xì)胞增殖與侵襲的影響,以及對(duì)可能調(diào)控Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的機(jī)制,以期為鼻咽癌治療提供新的思路與方向。
1.1 材料與儀器 人鼻咽癌上皮細(xì)胞(HONE1)、人正常鼻黏膜上皮細(xì)胞(NP69)購(gòu)自美國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(ATCC)。胎牛血清(FBS)、RPMI-1640培養(yǎng)基、Lipofectamine 2000、胰蛋白酶等購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司;shRNA-GLRX3和shRNA-NC的設(shè)計(jì)與合成由上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司完成;兔抗人GLRX3抗體、兔抗人β-catenin抗體、兔抗人Wnt1抗體、兔抗人TFR1抗體、兔抗人Ferritin抗體、兔抗人GAPDH抗體購(gòu)自美國(guó)Cell Signaling Technology公司;辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔IgG購(gòu)自上海古朵生物科技有限公司;Prime ScriptTMRT與TB Green? Premix EX TaqTMⅡ試劑盒購(gòu)自日本TaKaRa公司;總蛋白提取試劑盒、PVDF膜、細(xì)胞培養(yǎng)瓶、細(xì)胞培養(yǎng)皿、PBS、4%多聚甲醛等購(gòu)自上海生工生物工程股份有限公司;Transwell小室購(gòu)自北京優(yōu)尼康生物科技有限公司。實(shí)時(shí)熒光PCR定量?jī)x(ABI公司)、垂直電泳儀、掃膜儀等(美國(guó)Bio-Rad公司)、酶標(biāo)儀(Thermo公司)。
1.2 臨床樣本收集 收集本院2019年1月至2020年4月進(jìn)行手術(shù)治療的鼻咽癌患者鼻咽癌組織和相應(yīng)的癌旁組織各36例,其中男性24例,女性12例,平均年齡為45.6歲。所有患者經(jīng)病理檢查為鼻咽部低分化癌,并均為首次確診。將樣品保存于液氮中備用。本研究經(jīng)郴州市第一人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(NO:2022034),所有患者均簽署了知情同意書。
1.3 鼻咽組織的免疫組化 取切片至 3 μm的人鼻咽癌上皮與癌旁鼻粘膜組織切片置于防脫玻片上,進(jìn)行脫蠟復(fù)水,抗原修復(fù),一抗兔抗人GLRX3(1∶300)抗體孵育4℃過夜,二抗辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔二抗(1∶1 000)孵育室溫 30 min,DAB顯色,蘇木精復(fù)染,脫水透明,封片,顯微鏡下觀察結(jié)果。
1.4 細(xì)胞培養(yǎng)、轉(zhuǎn)染及分組 將人鼻黏膜上皮細(xì)胞株NP69(培養(yǎng)基為KMSF)和人鼻咽癌細(xì)胞HONE1培養(yǎng)在含1%青霉素、1%鏈霉素、10 %胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基中,37 ℃、5% CO2飽和濕度條件的細(xì)胞恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。待細(xì)胞融合度達(dá)70%時(shí)進(jìn)行傳代培養(yǎng),以保證細(xì)胞的活力。
將HONE1細(xì)胞鋪于細(xì)胞培養(yǎng)皿,在37 ℃、5% CO2溫育箱中培養(yǎng)。待細(xì)胞融合度達(dá)70%,均勻接種至24孔板中,繼續(xù)培養(yǎng)至融合度為70%。按照Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染說明書進(jìn)行操作,將轉(zhuǎn)染shRNA-GLRX3的細(xì)胞設(shè)為GLRX3敲低組(shGLRX3組)、轉(zhuǎn)染shRNA-NC的細(xì)胞設(shè)為陰性對(duì)照組(shNC組),并將未轉(zhuǎn)染的細(xì)胞設(shè)為空白對(duì)照組(Control組),同時(shí)將終濃度為100 μM鐵離子螯合劑DFO處理的細(xì)胞設(shè)為DFO組。上述各組細(xì)胞培養(yǎng)24 h后用于檢測(cè)各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)。
1.5 RT-PCR 檢測(cè)基因的mRNA表達(dá)水平 利用TRIzol試劑提取待測(cè)細(xì)胞中RNA,按Prime ScriptTM RT反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書方法反轉(zhuǎn)錄成cDNA后,以其為模板按照TB Green? Premix EX TaqTM Ⅱ試劑盒進(jìn)行RT-PCR。RT-PCR反應(yīng)條件為:95.0 ℃,30 s 預(yù)變性;95.0 ℃,10 s,60.0 ℃,30 s,40個(gè)循環(huán)。以GAPDH 為內(nèi)參,采用2-ΔΔCt法計(jì)算GLRX3、β-catenin、Wnt1、TFR1、Ferritin的mRNA表達(dá)水平,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。實(shí)驗(yàn)中的引物序列如下所示:GAPDH的上游引物:5’-GCACCGTCAAGGCTGAGAAC-3’、下游引物:5’-TGGTGAAGACGCCAGTGGA-3’;GLRX3的上游引物:5’-CGCTGTGGTTTCAGCAAGC-3’、下游引物:5’-CTTCAGA TGCTTCTAGCTCCTT-3’;β-catenin的上游引物:5’-GCTGCTGTTTTGTTCCGAA T-3’、下游引物:5’-CTGGCCA TA TCCACCAGAGT-3’;Wnt1的上游引物:5’-TGCTGTC CCTGTGGTATTGT-3’、下游引物:5’-ACAGCTTTCCTTGC CCTTTC-3’;TFR1的上游引物:5’-AATCTCCAGAGCTGCTGCAG-3’、下游引物:5’-AGGAGAGCTGTGCCTACACC-3’;Ferritin的上游引物:5’-ATGCCAGCGAAATCCGCCAGA-3’、下游引物:5’-CAGGAAGAGCAACGTCATCTCTGA-3’。
1.6 Western blot檢測(cè)蛋白的表達(dá)情況 從細(xì)胞中提取出的蛋白質(zhì)用BCA測(cè)定濃度后,12%SDS-PAGE 分離膠進(jìn)行蛋白分離,后轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,室溫下用5%脫脂牛奶封閉1 h,分別用Ferritin (1∶1 000)和TFR1(1∶1 000)、Wnt1(1∶1 000 )、β-catenin(1∶1 000)、GAPDH (1∶1 000)的一抗4℃孵育過夜;隨后用辣根過氧化物酶酶標(biāo)記的山羊抗兔(1∶5 000)于37 ℃孵育1 h,TBST洗膜后滴加ECL發(fā)光液,凝膠成像儀拍照,Image J軟件進(jìn)行分析。
1.7 CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞的增殖 在96孔板中每孔接入1 000個(gè)細(xì)胞,待細(xì)胞貼壁后,按方法1.3進(jìn)行轉(zhuǎn)染與分組,并另外設(shè)置一組僅加培養(yǎng)液的空白對(duì)照。上述各組分別在培養(yǎng)0、24、48、72 h后棄去每孔中上清,加入10% CCK8溶液100 μL,繼續(xù)培養(yǎng)1 h后,用酶標(biāo)儀在450 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)各孔的光吸收值,用OD值代表細(xì)胞的增殖能力。
1.8 Transwell 侵襲實(shí)驗(yàn) 將基質(zhì)膠鋪于每孔小室的底部,用無血清的RPMI-1640培養(yǎng)液重懸各組細(xì)胞,向上室內(nèi)接種200 μL含1.0×105個(gè)細(xì)胞的懸液,下室加入600 μL含10%牛血清的培養(yǎng)液。每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)孔。恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)12 h后,取出小室,輕輕擦拭掉上室底部未穿過膜的細(xì)胞,并用4%多聚甲醛固定30 min,浸入0.1%的結(jié)晶紫染色液中15 min。在顯微鏡下計(jì)數(shù)、拍照記錄。
2.1 敲低GLRX3可以抑制GLRX3 mRNA和蛋白的表達(dá) 免疫組化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,GLRX3在鼻咽癌組織中的表達(dá)水平較癌旁組織顯著升高。RT-PCR結(jié)果表明,與癌旁組織相比較,鼻咽癌組織中GLRX3 mRNA的水平,顯著增加(P<0.05)。檢測(cè)正常鼻粘膜細(xì)胞NP69與鼻咽癌細(xì)胞HONE1中GLRX3 mRNA水平的結(jié)果顯示,與NP69相比,GLRX3 mRNA在HONE1中的表達(dá)顯著增加(P<0.05)。同時(shí), RT-PCR實(shí)驗(yàn)和WB檢測(cè)轉(zhuǎn)染后的HONE1中GLRX3 mRNA和蛋白表達(dá)的結(jié)果顯示,與Control組和shNC組相比,shGLRX3組的GLRX3 mRNA和蛋白表達(dá)水平均顯著降低(P<0.05),而Control組和shNC組之間的GLRX3 mRNA和蛋白表達(dá)水平無明顯差異(P>0.05),見圖1。
A:IHC檢測(cè)組織中GLRX3蛋白的表達(dá)情況;B:組織中GLRX3 mRNA的表達(dá)水平;C:各細(xì)胞系中GLRX3 mRNA的表達(dá)水平;D:GLRX3在各組轉(zhuǎn)染細(xì)胞中的mRNA的表達(dá)水平;E、F:各組轉(zhuǎn)染細(xì)胞中GLRX3的蛋白的表達(dá)水平;*: P<0.05。圖1 GLRX3 mRNA和蛋白表達(dá)
2.2 敲低GLRX3抑制鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)和mRNA水平 Western blot與RT-PCR分別檢測(cè)各組細(xì)胞中Ferritin、TFR1的mRNA和蛋白表達(dá)結(jié)果顯示,與Control組和shNC組相比,hGLRX3組與DFO組的Ferritin、TFR1的mRNA和蛋白表達(dá)較均顯著降低(P<0.01),前兩組無明顯差異(P>0.05);而與DFO組相比,shGLRX3組中Ferritin、TFR1的蛋白表達(dá)和mRNA水平均沒有明顯的變化(P>0.05),見圖2。
A:鐵代謝相關(guān)蛋白在各組細(xì)胞中的mRNA表達(dá)水平;B、C:WB檢測(cè)各組細(xì)胞中鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)情況;*、**:分別與Control組、shNC組比較,P<0.05,P<0.01。圖2 敲低GLRX3鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)
2.3 敲低GLRX3基因能抑制細(xì)胞的增殖和侵襲通過CCK-8法檢測(cè) 各組細(xì)胞的增殖情況,與Control組和shNC組相比,shGLRX3組的細(xì)胞增殖能力在24、48、72 h時(shí)均顯著降低(P<0.05),DFO組的細(xì)胞增殖能力在48、72 h時(shí)顯著降低(P<0.01),Control組與shNC組無明顯差異(P>0.05);DFO組與shGLRX3組的細(xì)胞增殖能力無明顯差異(P>0.05)。Transwell實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與Control組和shNC組相比,shGLRX3組與DFO組細(xì)胞的侵襲能力均顯著降低(P<0.05),前兩組無明顯差異(P>0.05);而與DFO組相比,shGLRX3組的細(xì)胞侵襲能力無明顯改變(P>0.05),見圖3、表1。
A:CCK-8檢測(cè)不同時(shí)間(0、24、48、72 h)各組細(xì)胞的增殖情況;B:Traswell小室檢測(cè)各組細(xì)胞侵襲能力;*、**:與Control組、shNC組比較,P<0.05,P<0.01。圖3 細(xì)胞的增殖和侵襲能力
表1 各組細(xì)胞侵襲能力的比較
2.4 敲低GLRX3基因能抑制Wnt信號(hào)通路相關(guān)蛋白 RT-PCR與Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與Control組相比較,shGLRX3組與DFO組Wnt1、β-catenin的mRNA和蛋白表達(dá)均顯著降低(P<0.01)。前兩組無明顯差異(P>0.05);而與DFO組相比,shGLRX3組的上述檢測(cè)指標(biāo)均無明顯改變(P>0.05),見圖4。
A:RT-PCR檢測(cè)Wnt信號(hào)通路中Wnt1、β-catenin在各組細(xì)胞中的mRNA的表達(dá)水平;B、C:WB檢測(cè)各組細(xì)胞中Wnt信號(hào)通路中Wnt1、β-catenin蛋白的表達(dá)情況;*、**:與Control組、shNC組比較,P<0.05,P<0.01。圖4 鐵離子螯合劑抑制Wnt信號(hào)通路
目前,鼻咽癌在我國(guó)仍然面臨著治療難的問題。其病理主要是低分化鱗癌,早期的臨床癥狀并不明顯,所以臨床就診多為晚期患者。但是隨著疾病的發(fā)展,鼻咽癌細(xì)胞常伴隨遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,尤以頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移多見,這種情況增加了鼻咽癌治療的難度,并造成患者預(yù)后的不良[14]。
GLRX3作為一種重要的蛋白,可以通過激活多種信號(hào)通路調(diào)控組織與細(xì)胞的代謝等來參與腫瘤的發(fā)生進(jìn)展。已經(jīng)有研究表明,GLRX3能夠在鼻咽癌細(xì)胞和組織中大量表達(dá),并在不依賴ROS的情況下通過EGRF-Akt通路促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移[14]。目前,GLRX3在鼻咽癌中的復(fù)雜作用在很大程度上仍未被發(fā)現(xiàn)。本研究我們通過檢測(cè)GLRX3基因在鼻咽癌組織和相應(yīng)的癌旁組織中的表達(dá)后,證實(shí)GLRX3基因在鼻咽癌中呈現(xiàn)顯著高表達(dá)水平,這與上述研究結(jié)果一致。鑒于GLRX3和癌細(xì)胞中鐵代謝相互作用,我們認(rèn)為GLRX3可能通過調(diào)控鐵代謝參與NPC進(jìn)展。腫瘤細(xì)胞能夠通過上調(diào)鐵代謝的相關(guān)基因表達(dá)增加細(xì)胞內(nèi)鐵的貯存。同時(shí),鐵可促進(jìn)細(xì)胞增殖,加快腫瘤形成。因此鐵離子的含量是癌細(xì)胞增殖的一個(gè)重要影響因素。在細(xì)胞中,儲(chǔ)鐵蛋白(Ferritin)與轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(TFR1)是鐵代謝途徑中的關(guān)鍵分子。Ferritin是一種儲(chǔ)鐵蛋白。其在許多癌癥組織中過度表達(dá),包括乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、肝癌[15-18]。Du等[19]研究表明在急性白血病細(xì)胞中Ferritin的過度表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞增殖。TFR1,一種能夠運(yùn)輸鐵的蛋白,對(duì)鐵吸收和細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)至關(guān)重要。許多研究表明,與正常細(xì)胞相比,癌細(xì)胞中TFR1的表達(dá)增加[20]。
本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)GLRX3能夠影響鼻咽癌細(xì)胞中鐵代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)。由于以二聚體存在的GLRX3能夠形成二鍵的[2Fe-2S],這提示鐵代謝相關(guān)蛋白可能在GLRX3基因調(diào)控鼻咽癌細(xì)胞的增殖與分化中發(fā)揮重要作用。研究認(rèn)為,參與細(xì)胞內(nèi)鐵平衡的主要蛋白TFR1可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞鐵的利用而控制細(xì)胞增殖[21]。在正常細(xì)胞膜上,TFR1低表達(dá),維持細(xì)胞內(nèi)較低的鐵水平,然而在乳腺癌,腎癌,肺癌組織等癌細(xì)胞中,TFR1表達(dá)增加,細(xì)胞內(nèi)鐵過載,且與分化程度密切相關(guān)[22]。因此本研究同時(shí)檢測(cè)各組中TFR1、Ferritin表達(dá)情況,分析發(fā)現(xiàn)GLRX3高表達(dá)的鼻咽癌細(xì)胞中,TFR1、Ferritin同樣高表達(dá)。因而設(shè)想GLRX3是鼻咽癌中參與鐵代謝的候選腫瘤致癌基因。同時(shí),有研究指出,可通過抑制鐵離子含量使鐵蛋白在組織中表達(dá)下調(diào),來抑制細(xì)胞增殖和遷移[13]。本研究在鼻咽癌細(xì)胞HONE1中加入鐵離子螯合劑DFO后,TFR1、Ferritin表達(dá)均降低,并且鼻咽癌細(xì)胞的增殖與侵襲能力均降低。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí),GLRX3可通過調(diào)控鐵代謝及其相關(guān)蛋白的表達(dá)來抑制鼻咽癌細(xì)胞的增殖與侵襲行為。同時(shí),靶向GLRX3的治療可能具有與鐵螯合劑相似的功能。
Wnt/β-cateni的信號(hào)通路在細(xì)胞中Wnt的經(jīng)典調(diào)控途徑。Wnt蛋白通過與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合,發(fā)揮其下游作用機(jī)制,其中最重要的一條即Wnt/β-catenin通路[23]。Wnt1是Wnt信號(hào)通路激活的重要蛋白。β-catenin可與T細(xì)胞因子/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子1(T cell factor/lymphoid enhancer factor-TCF/LEFl)結(jié)合,并轉(zhuǎn)錄激活一系列Wnt反應(yīng)蛋白,引起細(xì)胞的惡性進(jìn)展[24-26]。已有研究表明,Wnt/β-catenin 信號(hào)通路在鼻咽癌組織中被異常激活[27]。本研究通過轉(zhuǎn)染低表達(dá)的GLRX3基因發(fā)現(xiàn)鼻咽癌細(xì)胞中Wnt信號(hào)通路主要分子β-catenin、Wnt1的表達(dá)明顯降低。這提示了GLRX3可能通過激活Wnt的信號(hào)通路來引發(fā)鼻咽癌細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移。
在鼻咽癌細(xì)胞中HONE1加入DFO處理后,β-catenin、Wnt1的表達(dá)呈現(xiàn)與敲低GLRX3基因一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。正常細(xì)胞中,我們可以預(yù)測(cè)在鐵升高的情況下,TFR1減少,鐵蛋白表達(dá)增加。但在鼻咽癌中觀察到的TFR1和Ferritin表達(dá)均升高。此變化可能是Wnt信號(hào)的影響結(jié)果。這種信號(hào)將進(jìn)一步加速細(xì)胞鐵攝取[28]。因此,本研究利用鐵離子螯合劑能結(jié)合鐵的功能,進(jìn)一步證實(shí)了GLRX3通過調(diào)控鐵代謝對(duì)Wnt信號(hào)通路的抑制作用。
綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)在降低NPC組織與細(xì)胞中高表達(dá)的GLRX3能抑制腫瘤細(xì)胞中鐵代謝水平,并抑制NPC增殖與侵襲能力,而這可能通過下調(diào)Wnt信號(hào)通路的活性發(fā)揮作用。
遵義醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)2022年5期