RNA干擾HSF1增強(qiáng)碘125粒子放療裸鼠胰腺癌移植瘤敏感性的分析

龔 敏 王愛(ài)萍 王桂良 邱 萍 徐林芳 李 興 文劍波

胰腺癌是常見(jiàn)的消化道腫瘤，起源于胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞或腺泡細(xì)胞腫瘤，其侵襲能力強(qiáng)、惡性程度高、發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，治療難度大，預(yù)后差，中位生存期不到1年，整體5年生存率僅為6%[1]。手術(shù)切除是唯一可治愈早期胰腺癌的方法，對(duì)于晚期患者，患者就診時(shí)已至中晚期，已失去手術(shù)機(jī)會(huì)，只能采用保守治療，如放療、化療、免疫治療等。碘125粒子局部植入治療是一種新興的治療方案，碘125粒子能釋放大量的 X 射線及 γ 射線，可抑制腫瘤細(xì)胞有絲分裂并破壞細(xì)胞核的 DNA 及產(chǎn)生氧自由基持續(xù)性殺滅腫瘤細(xì)胞[2]。但是在癌組織接受放療時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放療抵抗，HSF1是和應(yīng)激相關(guān)的一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)錄因子，在胰腺癌組織中，通過(guò)DNA修復(fù)、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、調(diào)節(jié)能量代謝、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和自噬等途徑，促進(jìn)放療抵抗[3]。本實(shí)驗(yàn)采用小干擾RNA(small RNA interference，siRNA)沉默 PANC-1 細(xì)胞的HSF1基因，建立移植瘤模型，探討HSF1與胰腺癌放療抵抗的關(guān)系及沉默HSF1與胰腺癌放療敏感性之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細(xì)胞和主要試劑 胰腺癌PANC-1 細(xì)胞系購(gòu)自美國(guó)ATCC公司。HSF1抗體購(gòu)自美國(guó)Abcam公司，碘125粒子(粒子活度為0.6mCi) 購(gòu)自原子高科股份有限公司，TUNEL試劑盒購(gòu)自瑞士Roche公司，Trizol試劑自美國(guó)Invitrogen公司，PCR反轉(zhuǎn)錄試劑盒和Taq聚合酶購(gòu)自日本TaKaRa公司。Realtime-PCR擴(kuò)增基因引物序列見(jiàn)表1，由上海生工生物科技有限公司合成。

表1 各基因的引物序列

1.1.2 動(dòng)物 本實(shí)驗(yàn)符合國(guó)家有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物保護(hù)規(guī)范和管理?xiàng)l例，經(jīng)本院倫理委員會(huì)審批。BALB/c-nu裸鼠(5～6周齡，體重18～22 g)購(gòu)自江西中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物部[許可證號(hào)SYXK(贛)2008-2006)]，飼養(yǎng)于恒定溫度(22 ℃～25 ℃)的無(wú)菌層流動(dòng)物房?jī)?nèi)SPF環(huán)境。

1.2 方法

1.2.1 裸鼠成瘤 取空白細(xì)胞和干擾HSF1的PANC-1 細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制成單細(xì)胞懸液，用DMEM培養(yǎng)液調(diào)細(xì)胞懸液為 1×106個(gè)/100 μL，每只裸鼠前腋下皮下接種細(xì)胞懸液200 μL，待腫瘤直徑達(dá) 0.8～1 cm時(shí)繼續(xù)下一步實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 胰腺癌細(xì)胞移植瘤裸鼠分組及碘125粒子放療 成瘤裸鼠隨機(jī)分為4組：空白細(xì)胞組；ShRNA-HSF1組；空白細(xì)胞+碘125粒子組；ShRNA-HSF1+碘125粒子組；每組4只。碘125粒子植入裸鼠方法：乙醚吸入麻醉，碘伏消毒腫瘤局部和周圍皮膚，18 G穿刺針在距腫瘤邊緣1 cm處穿刺皮膚，皮下潛行進(jìn)入腫瘤組織中央，退出針芯，然后將一粒碘125粒子置入穿刺針，改用圓頭針芯后將碘125粒子推入瘤體中央。20 天后處死裸鼠，取瘤體，計(jì)算體積，稱重。體積=0.52×長(zhǎng)徑×短徑×短徑；抑瘤率=[(對(duì)照組平均瘤重-碘125組平均瘤重) /對(duì)照組平均瘤重]×100%。

1.2.3 病理組織學(xué)觀察 仔細(xì)完整剝離腫瘤組織，去除邊緣結(jié)締組織，生理鹽水清洗瘤體表面，濾紙吸干水分，以10%福爾馬林固定,石蠟包埋制片，蘇木精-伊紅染色，在光學(xué)顯微鏡下400倍觀察腫瘤細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化并拍照。觀察各組腫瘤瘤體內(nèi)壞死區(qū)域的大小,按壞死面積所占瘤體面積比例評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)組織結(jié)構(gòu)的破壞和細(xì)胞空泡化，水腫，出血和壞死，壞死分級(jí)，1分：1%～25%；2分：25%～50%；3分：50%～75%；4分：75%～100%。

1.2.4 TUNEL法檢測(cè)腫瘤組織中細(xì)胞凋亡情況 腫瘤組織切片、脫蠟至水，使用20 μg/ml蛋白酶K對(duì)切片通透，37 ℃孵育30 min；磷酸鹽平衡鹽水清洗，將切片浸入3%過(guò)氧化氫封閉液室溫封閉10 min；磷酸鹽平衡鹽水清洗后，置于濕盒37 ℃孵育末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶(terminal deoxyribonucleotidyl transferase,TdT)反應(yīng)液60 min；磷酸鹽平衡鹽水清洗，孵育生物素-辣根過(guò)氧化物酶工作液，37 ℃避光反應(yīng)30 min；DAB工作液顯色后，蘇木精復(fù)染細(xì)胞核；晾干后中性樹(shù)脂封片。使用光顯微鏡隨機(jī)選取5個(gè)視野(×400)觀察腫瘤組織中細(xì)胞凋亡情況。細(xì)胞中顯示綠色顆粒為陽(yáng)性表達(dá)，使用Motic 6.0圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，凋亡指數(shù)(AI)%=[凋亡細(xì)胞數(shù)/腫瘤細(xì)胞總數(shù)]×100%。

1.2.5 Real-time PCR檢測(cè)mRNA表達(dá) 取80～100 μg組織，Trizol法提取RNA，反轉(zhuǎn)錄成cDNA。PCR引物序列見(jiàn)表1，由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。 配制20 μL的多聚酶鏈反應(yīng)體系：加入上游引物0.5 μL，下游引物0.5 μL SYBR Enzyme 10 μL，cDNA1 μL，無(wú)酶水8 μL。PCR 反應(yīng)條件為：95 ℃預(yù)變性10 min，95 ℃變性30 s，60 ℃延伸1 min，共40個(gè)循環(huán)。GAPDH作為內(nèi)參，逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增，分析各基因的表達(dá)水平。2-ΔΔCt法分析表達(dá)數(shù)據(jù) (標(biāo)準(zhǔn)化至內(nèi)部對(duì)照水平后)。

1.2.6 Western blot 免疫印跡法檢測(cè)蛋白表達(dá) 取80～100 μg組織，提取組織總蛋白，以10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺膠電泳1 h，使用轉(zhuǎn)移電泳裝置，在4 ℃、300 mA恒流條件下電轉(zhuǎn)150 min，將蛋白轉(zhuǎn)移到聚偏二氟乙烯膜上。 用含5%脫脂牛奶的TBST 溶液室溫封閉1 h，加入一抗，4 ℃孵育過(guò)夜；TBST洗膜3次，每次10 min，加入熒光二抗，室溫避光孵育1 h，洗膜后滴加適量混勻的超靈敏化學(xué)發(fā)光 (enhanced chemiluminescence，ECL)液，放置在化學(xué)顯色儀中進(jìn)行曝光顯像。使用Image J軟件分析計(jì)算各條帶灰度值，以目的蛋白與內(nèi)對(duì)照GAPDH蛋白條帶的比值分析目的蛋白的相對(duì)表達(dá)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，計(jì)數(shù)資料以百分率表示，兩組之間的比較用t檢驗(yàn)，多組差異比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)，以P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 HSF1在空白細(xì)胞組和ShRNA-HSF1組細(xì)胞中的表達(dá)

HSF1蛋白在空白細(xì)胞組中表達(dá)較高，而在 ShRNA-HSF1組中表達(dá)較低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖 1)。

圖1 HSF1在空白細(xì)胞組和ShRNA-HSF1組細(xì)胞中的表達(dá)

2.2 各組裸鼠移植瘤體積、瘤重、抑瘤率比較

與自然生長(zhǎng)的裸鼠移植瘤體積相比，ShRNA-HSF1組小于空白細(xì)胞組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；經(jīng)碘125粒子治療的裸鼠移植瘤體積相比，ShRNA-HSF1組小于空白細(xì)胞組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；ShRNA-HSF1組抑瘤率高于空白細(xì)胞組(表2)。

表2 各組裸鼠移植瘤體積、瘤重、抑瘤率比較

2.3 蘇木精-伊紅染色檢測(cè)4組裸鼠移植瘤組織壞死評(píng)分

自然生長(zhǎng)的空白細(xì)胞及ShRNA-HSF1組無(wú)明顯壞死，空白細(xì)胞+碘125粒子組及ShRNA-HSF1+碘125粒子組的壞死評(píng)分增加，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。

2.4 4組裸鼠移植瘤凋亡指數(shù)比較

自然生長(zhǎng)的空白細(xì)胞組及ShRNA-HSF1組凋亡不明顯，空白細(xì)胞+碘125粒子組和ShRNA-HSF1+碘125粒子組凋亡細(xì)胞增多，細(xì)胞質(zhì)濃縮、染色質(zhì)濃集于核膜周圍，典型的凋亡小體形成。凋亡細(xì)胞分析，ShRNA-HSF1+碘125組較空白細(xì)胞+碘125組顯著性增多(表4)。

表3 4組裸鼠移植瘤壞死評(píng)分比較

表4 4組裸鼠腫瘤凋亡指數(shù)情況比較

2.5 ShRNA-HSF1對(duì)凋亡相關(guān)基因Bcl2、Bax與Caspase 3 mRNA表達(dá)的影響

在自然生長(zhǎng)條件下，與空白細(xì)胞組相比，ShRNA-HSF1能抑制Bcl2 mRNA的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Bcl2 mRNA表達(dá)降低，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Bcl2 mRNA表達(dá)降低。在自然生長(zhǎng)條件下，與空白細(xì)胞組相比，ShRNA-HSF1能促進(jìn)Bax mRNA的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Bax蛋白表達(dá)升高，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Bax mRNA表達(dá)升高。在自然生長(zhǎng)條件下，與空白細(xì)胞組相比，ShRNA-HSF1能促進(jìn)Caspase 3 mRNA的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Caspase 3蛋白表達(dá)升高，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Caspase 3 mRNA表達(dá)升高(圖2)。

注：a為與空白細(xì)胞組比較，P<0.05；b為與ShRNA-HSF1組比較，P<0.05；c為與空白細(xì)胞+碘125組比較，P<0.05。

2.6 ShRNA-HSF1對(duì)凋亡相關(guān)基因Bcl2、Bax和Caspase 3蛋白表達(dá)的影響

在自然生長(zhǎng)條件下，與空白細(xì)胞組相比，ShRNA-HSF1能抑制Bcl2蛋白的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Bcl2蛋白表達(dá)降低，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Bcl2蛋白表達(dá)降低。在自然生長(zhǎng)條件下，與空白細(xì)胞組相比，ShRNA-HSF1能促進(jìn)Bax蛋白的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Bax蛋白表達(dá)升高，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Bax蛋白表達(dá)升高。在自然生長(zhǎng)條件下，與空白對(duì)照組相比，ShRNA-HSF1能促進(jìn)Caspase 3蛋白的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Caspase 3蛋白表達(dá)升高，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Caspase 3蛋白表達(dá)升高(圖3)。

注：a為與空白細(xì)胞組比較，P<0.05；b為與ShRNA-HSF1組比較，P<0.05；c為與空白細(xì)胞+碘125組比較，P<0.05。

3 討論

胰腺癌是目前全球第七大癌癥死亡原因。完全手術(shù)切除可顯著延長(zhǎng)生存期，但腫瘤通常在晚期才被診斷出來(lái)，因此只有一小部分患者適合手術(shù)治療。由于其發(fā)病位置隱匿、早期癥狀不明顯、無(wú)特異性標(biāo)志物、影像學(xué)技術(shù)對(duì)較小的病變?cè)\斷率低，惡性程度高、手術(shù)僅能切除早期較小的腫瘤，中期及晚期的患者往往失去了手術(shù)機(jī)會(huì)，化療、介入治療和放療是主要治療方案[4]。由于體外放療副反應(yīng)大，部分患者難以接受，故碘125粒子植入內(nèi)放療成為了倍受重視的治療方案。碘125粒子可向腫瘤組織釋放 γ 射線破壞腫瘤細(xì)胞細(xì)胞膜、破壞DNA雙鏈結(jié)構(gòu)從而殺滅或抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促使凋亡和自噬而起到治療作用，具有低劑量率、持續(xù)性電離輻射、半衰期長(zhǎng)(59.6天)、對(duì)腫瘤局部照射劑量高、而對(duì)周圍正常組織照射劑量低等優(yōu)點(diǎn)[5]。胰腺癌的放療后殘留和復(fù)發(fā)與多種因素有關(guān)，如腫瘤的分期、大小、侵犯范圍、病理類型有關(guān)，但胰腺癌細(xì)胞對(duì)放射線的抵抗亦是重要因素。而這種抵抗是通過(guò)對(duì)損傷的腫瘤細(xì)胞 DNA 進(jìn)行修復(fù)實(shí)現(xiàn)的。放射線導(dǎo)致細(xì)胞 DNA 損傷，此時(shí)腫瘤細(xì)胞可以激活多種蛋白來(lái)修復(fù)損傷的 DNA，從而使腫瘤細(xì)胞存活下來(lái)，放療停止后，腫瘤細(xì)胞可以再次增殖導(dǎo)致復(fù)發(fā)[6]。

在哺乳動(dòng)物中，HSF1是這一古老轉(zhuǎn)錄程序的主要調(diào)節(jié)因子。在蛋白質(zhì)毒性損傷時(shí)，熱休克反應(yīng)/熱休克蛋白反應(yīng)(HSR/HPSR)對(duì)蛋白質(zhì)組內(nèi)穩(wěn)態(tài)或蛋白質(zhì)平衡至關(guān)重要，從而抵抗應(yīng)激和拮抗蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊疾病和衰老，而在腫瘤細(xì)胞中HSR/HPSR具有意想不到的促癌作用。HSF1在沒(méi)有壓力的情況下會(huì)潛伏在原代細(xì)胞中，但在惡性細(xì)胞中會(huì)被激活。HSR/HPSR作為致癌網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，幾個(gè)控制HSF1通過(guò)環(huán)境應(yīng)激源激活的關(guān)鍵途徑與惡性腫瘤有因果關(guān)系。重要的是，HSF1對(duì)癌癥蛋白質(zhì)組有系統(tǒng)的影響，包括維持或促進(jìn)腫瘤發(fā)生、促進(jìn)腫瘤發(fā)生和惡性轉(zhuǎn)化、維持蛋白穩(wěn)態(tài)和阻礙細(xì)胞凋亡。多項(xiàng)證據(jù)表明，過(guò)表達(dá)HSF1可促進(jìn)癌的發(fā)展，抑制HSF是一種有希望的抗腫瘤策略[7-10]。因此，HSF1被認(rèn)為是一種有希望的癌癥治療候選靶點(diǎn)，而能夠通過(guò)調(diào)節(jié)HSF1表達(dá)來(lái)激發(fā)抗癌活性的策略最近引起了人們的極大興趣[11]。

本課題組前期工作發(fā)現(xiàn)，HSF1在胰腺癌中表達(dá)升高[12]，為了進(jìn)一步探討HSF1對(duì)胰腺癌放療效果的影響，本研究構(gòu)建了RNA干擾HSF1胰腺癌細(xì)胞株，并構(gòu)建裸鼠胰腺癌移植瘤模型，采用碘125放療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與空白細(xì)胞組比較，ShRNA-HSF1組的體積增量比和瘤重顯著性降低，抑瘤率和凋亡指數(shù)顯著性升高。提示HSF1能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、參與 DNA 的損傷修復(fù)和放療抵抗，干擾HSF1更容易受到放射線損傷。

在癌細(xì)胞中，促凋亡蛋白(如Bax、Bak及Bad等)、抗凋亡蛋白(如Bcl-2、Bcl-xL及 Bcl-w 等)和凋亡調(diào)控因子(Caspase家族等)等相互調(diào)控誘導(dǎo)細(xì)胞有序性死亡[13]。通常情況下，在胞外死亡信號(hào)刺激下，細(xì)胞膜表面的死亡受體激活，促使線粒體釋放細(xì)胞色素 C 至胞漿，與Caspase 9和凋亡酶激活因子 1(Apaf-1)等形成凋亡小體，進(jìn)一步在三磷酸腺苷的作用下 Caspase 9 酶切并激活Caspase 3，從而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的死亡受體途徑及線粒體途徑并激活其他Caspase成員，啟動(dòng)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[14]。Bax和 Bcl-2 是作用互為拮抗作用的凋亡調(diào)控蛋白。正常情況下，Bax和 Bcl-2以適當(dāng)比例存在，調(diào)節(jié)細(xì)胞的基本生理過(guò)程，在放療狀態(tài)下，二者的比例發(fā)生變化。 Bax 表達(dá)增多，形成的Bax/Bax 同二聚體明顯增多，使線粒體膜通透性增加，細(xì)胞色素 C 釋放增多，激活 Caspase 家族蛋白[15]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在自然生長(zhǎng)條件下，ShRNA-HSF1能抑制Bcl2蛋白的表達(dá)，而促進(jìn)Bax和Caspase 3蛋白的表達(dá)，經(jīng)碘125粒子放療后，Bcl2蛋白表達(dá)降低，而B(niǎo)ax和Caspase 3蛋白表達(dá)升高，ShRNA-HSF1進(jìn)一步促進(jìn)Bcl2蛋白表達(dá)降低，而進(jìn)一步促進(jìn)Bax和Caspase 3蛋白表達(dá)升高。由于胰腺癌的發(fā)病機(jī)制及治療機(jī)制非常復(fù)雜，HSF1其對(duì)胰腺癌致病相關(guān)基因表達(dá)的影響，及其怎樣調(diào)控放療抵抗的進(jìn)一步機(jī)制，尚需以后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。

綜上所述，RNA干擾HSF1能抑制胰腺癌移植瘤的生長(zhǎng)，碘125粒子能誘導(dǎo)胰腺癌移植瘤凋亡，沉默HSF1能通過(guò)抑制 Bcl2 mRNA和蛋白、促進(jìn)Bax和Caspase 3 mRNA和蛋白的表達(dá)而促進(jìn)碘125放療胰腺癌移植瘤的敏感性。