楚蕾蕾,高國(guó)偉,楊楨楨,楊留勤,武莉萍
1 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第四臨床學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453000;2 新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院放療科
原發(fā)性肝癌是全球第六大常見的癌癥,同時(shí)也是全球第三大癌癥死亡的原因。原發(fā)性肝癌是導(dǎo)致全球男性死亡的因素第二位[1]。多數(shù)原發(fā)性肝癌患者確診時(shí)病情已進(jìn)展至晚期,預(yù)后不良[2]。原發(fā)性肝癌的易轉(zhuǎn)移、易復(fù)發(fā)是導(dǎo)致患者生存率不高的主要原因[3]。分子靶向藥物和免疫制劑的研究成為肝癌治療的熱點(diǎn)[4],進(jìn)一步研究[5]發(fā)現(xiàn),腫瘤細(xì)胞的代謝重編程可能與其耐藥性密切相關(guān)。在一項(xiàng)動(dòng)物模型研究[6]中發(fā)現(xiàn),抑制已糖激酶Ⅱ(HK2)表達(dá)可減少肝癌細(xì)胞的增殖,且對(duì)小鼠沒有明顯不良反應(yīng)。與人正常肝細(xì)胞相比,肝癌細(xì)胞過(guò)表達(dá)HK2,而沉默HK2 表達(dá)可不僅癌細(xì)胞的凋亡,抑制肝癌的發(fā)生發(fā)展[7]。楝酰胺(Rocaglamide,Roc-A)是一類從米仔蘭植物屬中提取的一種抗腫瘤物質(zhì)[8],其抗腫瘤活性的報(bào)道最早可追溯到1973 年[9]。Roc-A 不僅具有抗炎、保護(hù)正常組織免受損傷等作用,還具有特異性抑制腫瘤生長(zhǎng)和選擇性保護(hù)正常細(xì)胞的雙重作用。Roc-A 可通過(guò)抑制熱休克因子(HSF1)表達(dá),使硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)表達(dá)增加引起葡萄糖攝取減少來(lái)抑制糖酵解;還通過(guò)激活MAPK p38 和JNK信號(hào)通路及抑制Ras-CRaf-MEK-ERK 信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[10]。近年來(lái)已有多項(xiàng)研究深入探討Roc-A抗腫瘤活性的具體作用機(jī)制,但Roc-A 是否通過(guò)抑制HK2 表達(dá),促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡相關(guān)研究較少。2020 年6 月-2021 年8 月,我們觀察了加入不同濃度Roc-A 培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞的凋亡情況,并對(duì)其可能作用機(jī)制進(jìn)行探討,現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。
1.1 細(xì)胞、試劑及儀器 人肝癌細(xì)胞株HepG2 購(gòu)自賽百慷生物技術(shù)股份有限公司;Roc-A 購(gòu)自Med-ChemExpress 公司(64166);二甲基亞砜購(gòu)自北京索萊寶公司(1129E035);MEM 培養(yǎng)基、PBS 購(gòu)自美國(guó)HyClone 公司;胎牛血清購(gòu)自澳洲Invigentech 公司;YF488-Annexin V/PI 細(xì)胞凋亡試劑盒購(gòu)自US Everbright Inc;HK2(DF6176)、抑凋亡因子類似物(BCL2L1,AF6139)、β-actin(AF7018)購(gòu)自Affinity 公司;BCA 蛋白定量試劑盒購(gòu)自江蘇碧云天公司;cDNA合成試劑盒(00983513)購(gòu)自Takara 公司(00983513);HK2、BCL2L1 引物序列購(gòu)自金唯智公司;CO2恒溫細(xì)胞培養(yǎng)箱、酶標(biāo)儀、分光光度計(jì)、臺(tái)式高速常溫離心機(jī)、熒光顯微鏡購(gòu)自美國(guó)Thermo 公司;Q Exactive 質(zhì)譜儀、Orbitrap Fusion 質(zhì)譜儀、Q Exactive HF 質(zhì)譜儀購(gòu)自ThermoFisher 公司;化學(xué)發(fā)光凝膠成像系統(tǒng)購(gòu)自上海天能科技有限公司;電泳儀、電泳槽購(gòu)自美國(guó)BIO-RAD 公司;PCR 儀購(gòu)自France公司。
1.2 加入不同濃度Roc-A 培養(yǎng)的HepG2 細(xì)胞凋亡情況觀察 采用YF488-Annexin V/PI 熒光雙染法。取適量HepG2 細(xì)胞,置于含10%胎牛血清、1%青鏈霉素混合液的MEM 培養(yǎng)基中,37 ℃、5%CO2恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),隔天換液1 次。當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)至90%左右,胰蛋白酶進(jìn)行消化傳代,按1:3 比例傳代培養(yǎng)。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HepG2細(xì)胞,貼壁培養(yǎng)于6孔板,分為5組,分別加入0(空白對(duì)照)、25、50、100、200 nmol/L的Roc-A溶液,培養(yǎng)24 h時(shí)取各組細(xì)胞,加Annexin V的結(jié)合緩沖液、YF488-Annexin V 和PI 的混合液共50 μL,避光孵育30 min,沖洗,加Hochest 20 μL,避光孵育15 min,在合適的熒光下用熒光顯微鏡觀察各組細(xì)胞凋亡情況胞。對(duì)細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù),測(cè)算各組細(xì)胞凋亡率。細(xì)胞凋亡率=凋亡細(xì)胞數(shù)/全部細(xì)胞數(shù)×100%。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。
1.3 加入不同濃度Roc-A培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞HK2、BCL2L1 mRNA 檢測(cè) 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HepG2 細(xì)胞,分為2 組,分別加入0(空白對(duì)照)、100 nmol/L 的Roc-A 溶液,培養(yǎng)24 h 時(shí)取2 組細(xì)胞,RT-qPCR 法檢測(cè)HK2、BCL2L1 mRNA。RNA試劑盒提RNA,cDNA試劑盒反轉(zhuǎn)錄,根據(jù)試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行,熒光染料SYBR 進(jìn)行定量實(shí)時(shí)PCR,PCR 反應(yīng)條件:95 ℃5 s,60 ℃30 s,共40 個(gè)循環(huán)。熒光強(qiáng)度與循環(huán)數(shù)作圖,生成擴(kuò)增曲線。HK2 引物序列:上游引物5′-GAGCCACCACTCACCCTACT-3′,下游引物5′ -CCAGGCATTCGGCAATGTG-3′。BCL2L1 引物序列:上游引物5′-GTCTTCGCTGCGGAGATCAT-3′,下游引物5′-CATTCCGATATACGCTGGGAC-3′。β-actin 引物序列:上游引物5′-TCTGGCACCACACCTTCTAC-3′,下游引物5′-TCTGGCACCACACCTTCTAC-3′。以2-ΔΔCt(Ct 代表循環(huán)閾值)值表示代表HK2、BCL2L1 mRNA的相對(duì)表達(dá)量。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。
1.4 加入不同濃度Roc-A培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞HK2、BCL2L1 蛋白檢測(cè) ①取適量HepG2 細(xì)胞,分為3組,分別加入0(空白對(duì)照)、100、200 nmol/L的Roc-A,培養(yǎng)24 h 提取樣品,進(jìn)行超聲裂解、丙酮沉淀、酚抽提,測(cè)定蛋白濃度,進(jìn)行蛋白酶解與TMT 標(biāo)記,質(zhì)譜上機(jī)與數(shù)據(jù)處理,采用蛋白組學(xué)質(zhì)譜分析(TMT)法對(duì)樣品進(jìn)行LC-MS/MS 分析。用Foldchange 來(lái)評(píng)估蛋白在樣品間的表達(dá)水平變化倍數(shù),經(jīng)t檢驗(yàn)計(jì)算的P值表現(xiàn)蛋白間差異的顯著程度(差異篩選條件:Foldchange≥1.5 倍且P<0.05),將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。②采用Western Blotting 法檢測(cè)HK2、BCL2L1蛋白。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HepG2 細(xì)胞分為5 組,分別加入0、25、50、100、200 nmol/L 的Roc-A 溶液,培養(yǎng)24 h 時(shí)取各組細(xì)胞,冰上裂解離心,提取上清蛋白,BCA 法測(cè)濃度,取樣品50 μg,上樣電泳,轉(zhuǎn)PVDF膜,加一抗,4 ℃過(guò)夜,TBST 洗膜,加二抗(1∶10 000),顯影,用Image J 軟件測(cè)蛋白的灰度值,以目的條帶與β-actin 條帶灰度值比值為目的蛋白的相對(duì)表達(dá)量。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值
1.5 癌組織HK2 表達(dá)與肝癌患者的生存時(shí)間關(guān)系分析 采用Kaplan Meier Plotter 癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)分析癌組織HK2 表達(dá)與肝癌患者生存時(shí)間的關(guān)系。Kaplan Meier Plotter癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)(http://kmplot.com/analysis),它是對(duì)21 種腫瘤(包括乳腺癌、卵巢癌、肺癌及胃癌)超過(guò)54 000 個(gè)基因(數(shù)據(jù)類型包括芯片數(shù)據(jù)、高通量測(cè)序數(shù)據(jù),涉及mRNA、miRNA、蛋白和DNA)進(jìn)行生存分析。其數(shù)據(jù)主要來(lái)源于GEO、EGA 和TCGA 數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)Kaplan-Meier 算法分析癌組織HK2 表達(dá)水平與肝癌患者預(yù)后之間的關(guān)系[11]。
1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21.0 軟件、Graphpad prism 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用P-P 圖檢驗(yàn)資料的正態(tài)性,成正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示,兩組均數(shù)間比較采用Dunnett-t檢驗(yàn),多組均數(shù)間比較采用單因素方差分析,不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用[M(P25,P75)]表示,組間比較采用秩和檢驗(yàn);生存曲線用Kaplan-Meier 法繪制,采用Log-ranktest進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 加入不同濃度Roc-A 培養(yǎng)的HepG2 細(xì)胞凋亡率比較 加入0、25、50、100、200 nmol/L 的Roc-A 溶液HepG2 的細(xì)胞凋亡率分別為0.83% ± 0.21%、9.46% ± 2.34%、24.68% ± 4.22%、39.60% ±2.16%及58.63%±1.62%,組間兩兩比較,F(xiàn)=8 807,P<0.05。
2.2 加入不同濃度Roc-A培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞HK2、BCL2L1 mRNA相對(duì)表達(dá)量比較 培養(yǎng)24 h時(shí),加入0、100 nmol/L Roc-A 溶液的HepG2 細(xì)胞HK2 mRNA相對(duì)表達(dá)量分別為1.02 ± 0.02、0.16 ± 0.05(t=63.39,P<0.05);BCL2L1 mRNA 相對(duì)表達(dá)量分別為0.98±0.05、0.17±0.08(t=52.32,P<0.05)。
2.3 加入不同濃度Roc-A培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞HK2、BCL2L1 蛋白相對(duì)表達(dá)量比較 TMT 法檢測(cè)加入0、100、200 nmol/L Roc-A 的HepG2細(xì)胞HK2蛋白相對(duì)表 達(dá)量 分 別為1.29 ± 0.02、0.79 ± 0.02、0.85 ±0.03,組間兩兩比較,F(xiàn)=10 932,P<0.05;BCL2L1 蛋白相對(duì)表達(dá)量分別為1.49 ± 0.07、0.77 ± 0.06、0.84±0.03,組間兩兩比較,F(xiàn)=155.3,P<0.05。
WESTERN Blotting 法檢測(cè)培養(yǎng)24 h 時(shí)加入0、25、50、100、200 nmol/L Roc-A 溶液培養(yǎng)的HepG2 細(xì)胞HK2 蛋白相對(duì)表達(dá)量分別為0.54±0.01、0.51±0.04、0.22 ± 0.01、0.13 ± 0.02、0.15 ± 0.03,組間兩兩比較,F(xiàn)=3158,P<0.05。加入0、25、50、100、200 nmol/L Roc-A 溶液培養(yǎng)的HepG2 細(xì)胞BCL2L1蛋白相對(duì)表達(dá)量分別為0.86 ± 0.08、0.75 ± 0.04、0.45±0.03、0.35±0.04、0.30±0.02,組間兩兩比較,F(xiàn)=266.2,P<0.05。
2.4 癌組織不同HK2 表達(dá)的肝癌患者生存時(shí)間比較 在Kaplan Meier Plotter 癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)共篩選3 099個(gè)數(shù)據(jù)。與癌組織HK2 高表達(dá)的肝癌患者比較,HK2 低表達(dá)的肝癌患者的生存時(shí)間更長(zhǎng)(P=0.0009)。
1982年第一個(gè)生物活性物質(zhì)Roc-A被學(xué)者[12]從Aglaia elliptifolia 中分離出來(lái),并在小鼠白血病模型中被證明能延長(zhǎng)生存時(shí)間。迄今為止,從30 多種Aglaia 物種中分離出了100 多種天然的環(huán)戊烷并苯并呋喃類化合物,其中一類Roc-A 被證明有抗腫瘤活性[13],可通過(guò)將真核翻譯起始因子4A(eIF4A)作用于特定的RNA 序列之間的雙分子腔來(lái)發(fā)揮作用[8]。Roc-A不僅可以抑制癌細(xì)胞的增殖,也能促進(jìn)癌細(xì)胞的凋亡[14-15]。除抗癌活性外,Roc-A 還能保護(hù)原代細(xì)胞免受化療誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,減輕神經(jīng)元組織的炎癥和藥物誘導(dǎo)的損傷[10]。除此之外研究[16]還發(fā)現(xiàn),Roc-A可選擇性調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的能量代謝。
目前癌癥能量代謝成為抗腫瘤機(jī)制研究的熱點(diǎn),腫瘤細(xì)胞的能量代謝重編程還與化療耐藥密切相關(guān)[17],并且能量代謝過(guò)程中關(guān)鍵酶的變化影響糖酵解過(guò)程和乳酸的產(chǎn)生,導(dǎo)致腫瘤耐藥性產(chǎn)生,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移[18]。而肝癌細(xì)胞可能是能量代謝重編程最全面的細(xì)胞[19]。最早發(fā)現(xiàn)的有氧糖酵解,主要參與肝癌的增殖、免疫逃逸、侵襲、轉(zhuǎn)移、血管生成和耐藥性的調(diào)控[20]。已糖激酶作為糖酵解的第一個(gè)限速酶,有四種亞型(HK1、HK2、HK3 和HK4),HK2 在肝癌組織中高表達(dá),與病理分期和預(yù)后直接相關(guān)[21]。HK2 的過(guò)表達(dá)在許多類型的癌癥中一直被報(bào)道,如促進(jìn)乳腺癌[22]、胰腺癌[23]等腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和轉(zhuǎn)移。我們通過(guò)分析KM-Plotter的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)肝癌患者中HK2 的表達(dá)與總生存時(shí)間有關(guān),且HK2 表達(dá)水平越高的患者生存時(shí)間越短,因此HK2 的表達(dá)水平可能與其預(yù)后不良相關(guān)。抑制HK2的表達(dá),使HK2和電壓依賴型陰離子通道蛋白1(VDAC-1)之間的相互作用被破壞,促凋亡蛋白Bax可以更有效地與細(xì)胞膜上的VDAC-1結(jié)合,細(xì)胞膜通透性增加,細(xì)胞色素C釋放增加,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[24]。張宇等[25]發(fā)現(xiàn),沉默HK2 表達(dá)可顯著降低HepG2 細(xì)胞增殖活性,顯著升高HepG2 細(xì)胞凋亡率。分化差的肝癌細(xì)胞HLE 中HK2低表達(dá),HLE 細(xì)胞依賴谷氨酰胺進(jìn)行三羧酸循環(huán),而分化良好的肝癌細(xì)胞HUH7 中HK2 高表達(dá),這種細(xì)胞依賴葡萄糖和谷氨酰胺進(jìn)行三羧酸循環(huán)進(jìn)行能量代謝[26]。這說(shuō)明不同分化程度的肝癌細(xì)胞代謝方式有所不同。
最新研究[27]發(fā)現(xiàn),手術(shù)切除的肝癌組織標(biāo)本中HK2 的表達(dá)明顯高于鄰近組織、正常組織,HK2 高表達(dá)與肝癌患者的預(yù)后不良具有顯著相關(guān)性。過(guò)表達(dá)HK2 促進(jìn)乳糖代謝,細(xì)胞遷移侵犯,而敲除HK2基因完全相反,說(shuō)明HK2 促進(jìn)肝癌細(xì)胞的糖酵解,促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵犯、轉(zhuǎn)移等。HK2 siRNA 轉(zhuǎn)染HepG2和Hep3B能顯著下調(diào)肝癌細(xì)胞葡萄糖和乳酸的消耗量,用雷帕霉素(mTOR 抑制劑)處理HepG2和Hep3B 能顯著下調(diào)HK2 mRNA 和HK2 蛋白以及葡萄糖和乳酸的消耗。這些結(jié)果提示mTORSTAT3-HK2 通路參與調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞的糖酵解,這使得我們有可能通過(guò)干預(yù)肝癌細(xì)胞的糖酵解來(lái)治療肝癌患者[28]。核糖體RNA 加工蛋白15(RRP15)在肝癌細(xì)胞中明顯高表達(dá),與預(yù)后不良顯著相關(guān),基因敲除RRP15能抑制HCC 增殖,體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)均能證明這一點(diǎn)。
研究[29]發(fā)現(xiàn)RRP15 敲除使得肝癌細(xì)胞Hep3B細(xì)胞通過(guò)HK2 途徑改變能量攝取方式:未敲除基因的戊糖磷酸化變?yōu)榍贸蟮恼5木€粒體氧化磷酸化,這一變化導(dǎo)致凋亡的發(fā)生。其他研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證相比正常細(xì)胞和組織,肝癌腫瘤組織和細(xì)胞HK2 高表達(dá),用黃岑純化物藥物處理下調(diào)HK2 表達(dá),能下降葡萄糖攝取能力,使得Bax 從細(xì)胞胞漿釋放入線粒體中,從而導(dǎo)致肝癌細(xì)胞凋亡。肝癌組織小鼠體內(nèi)移植實(shí)驗(yàn)也證明這一點(diǎn)[30]。金雀異黃酮處理肝癌細(xì)胞研究[31]結(jié)果同上,金雀異黃酮抑制糖酵解誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞線粒體凋亡。有氧糖酵解促進(jìn)肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移并和預(yù)后不良密切相關(guān),HK2 是有氧糖酵解的關(guān)鍵組成。組成型光形態(tài)建成信號(hào)傳導(dǎo)復(fù)合體9(COP9)信號(hào)體復(fù)合體的第五組分(COPS5/CSN5)。沉默表達(dá)CSN5導(dǎo)致HK2蛋白明顯減少,抑制HK2 表達(dá)能抵消CSN5 的糖酵解作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HK2是糖酵解的關(guān)鍵,控制HK2的表達(dá)就能控制肝癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡[32]。穗花杉雙黃酮具有抗腫瘤活性,而對(duì)正常細(xì)胞的活性沒有明顯影響。體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)[33]發(fā)現(xiàn)穗花杉雙黃酮能誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡,同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)穗花杉雙黃酮能通過(guò)下調(diào)HK2 來(lái)抑制肝癌細(xì)胞糖酵解。這兩者具有相關(guān)性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)穗花杉雙黃酮通過(guò)ROS,抑制JAK2/STAT3通路來(lái)下調(diào)HK2的表達(dá)。
HK2 是糖酵解的關(guān)鍵,多種藥物和生物技術(shù)手段能通過(guò)下調(diào)HK2 的表達(dá)來(lái)發(fā)揮抗腫瘤活性,抑制肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移侵襲,促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡。而我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Roc-A 通過(guò)抑制糖酵解的過(guò)程并促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡,并呈濃度依賴性,且證實(shí)HK2 的表達(dá)下降、BCL2L1 的表達(dá)下降。因此,我們推測(cè),HK2 在線粒體上的減少,Bax 更容易獲得VDAC-1,VDAC-Bax 復(fù)合物的形成能通過(guò)細(xì)胞色素C 等促凋亡蛋白,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。抑制HK2 表達(dá)時(shí),促進(jìn)Bax 與VDAC 的結(jié)合,細(xì)胞凋亡明顯增加。而腫瘤細(xì)胞中HK2 表達(dá)的調(diào)控是多樣的,與糖酵解途徑中的其他酶一樣,HK2 的表達(dá)主要受c-myc、HIF-1α和p53 的調(diào)控[34]。此外,miR-143、miR-155、miR-218和lincRNA-RoR 等microRNAs 被證明能夠調(diào)節(jié)HK2的表達(dá)[35-38]。SANTAGA 等[39]發(fā)現(xiàn)Roc-A 是HSF1 激活的最強(qiáng)抑制劑。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),HK2 的減少伴隨著癌細(xì)胞凋亡的增加,而HK2 的減少對(duì)楝酰胺在肝癌中發(fā)揮抗腫瘤活性起著關(guān)鍵作用,但楝酰胺影響HK2表達(dá)的確切機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。
綜上所述,加入Roc-A 培養(yǎng)可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡,并且細(xì)胞凋亡與Roc-A 溶液濃度呈正相關(guān),細(xì)胞HK2、BCL2L1 mRNA 及蛋白表達(dá)均降低。Roc-A可能通過(guò)抑制BCL2L1 mRNA 及蛋白表達(dá),增加肝癌細(xì)胞的膜通透性,抑制抗凋亡蛋白表達(dá),促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡。但本研究?jī)HRoc-A 促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了初步探討,詳細(xì)的分子機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。