劉俊哲,王利平,雷錕堅(jiān),羅 敏,楊新宇,楊璐菲,葉敏華
(1.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科,南昌 330006; 2.婺源縣人民醫(yī)院神經(jīng)外科,江西 上饒 333200)
膠質(zhì)瘤是成年人中最常見的顱內(nèi)腫瘤之一[1],主要起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,具有高度的侵襲性,易在顱內(nèi)進(jìn)行廣泛播散,患者的預(yù)后通常很差,中位生存時(shí)間僅為12個(gè)月甚至更少[2]。臨床上對(duì)膠質(zhì)瘤常用的治療手段為外科手術(shù)切除,加以輔助放化療,但由于其在顱內(nèi)播散廣泛,難以通過手術(shù)治療進(jìn)行腫瘤全切[3]。此外,膠質(zhì)瘤對(duì)放化療易產(chǎn)生抗性的特征也使得術(shù)后的放化療難以獲得滿意的療效,探索新的診斷及預(yù)后標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)對(duì)膠質(zhì)瘤的診治具有重要的參考意義[4]。
細(xì)胞周期紊亂是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素,通過調(diào)控細(xì)胞周期能為腫瘤發(fā)展及治療提供新的治療方向,而細(xì)胞周期調(diào)控分子的研究可為特異性靶向藥物的篩選與研發(fā)提供依據(jù)。大量研究[5-6]證明,抑癌基因編碼的蛋白質(zhì)對(duì)于細(xì)胞周期過程有關(guān)鍵的調(diào)控作用,被證明與細(xì)胞周期密切相關(guān)。在本課題組前期研究[7]中已經(jīng)表明CWF19L1(CWF19 Like cell cycle control factor 1)在膠質(zhì)瘤的進(jìn)展中參與關(guān)鍵的調(diào)控作用,但其具體作用機(jī)制尚未被完全揭示,本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn),探究CWF19L1對(duì)細(xì)胞周期的影響以及在腫瘤細(xì)胞增殖,遷移與浸潤(rùn)中的作用,進(jìn)而影響其惡性進(jìn)展,為進(jìn)一步探索針對(duì)膠質(zhì)瘤治療尋找新的靶點(diǎn)和診療思路。
人正常神經(jīng)細(xì)胞SVG、人胚腎細(xì)胞HEK293T和膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U87、T98、U118、LN229及U251均購(gòu)自美國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(ATCC)。DMEM、MEM培養(yǎng)基、opti-MEM培養(yǎng)基及0.25%胰蛋白酶購(gòu)自美國(guó)Gibco生物科技公司。胎牛血清購(gòu)買自蘇州依科賽生物科技公司,CWF19L1、GAPDH單克隆抗體山羊抗兔與山羊抗鼠二抗購(gòu)自美國(guó)Proteintech公司;細(xì)胞周期試劑盒、CCK-8試劑盒及BCA試劑盒購(gòu)買自上海碧云天生物技術(shù)有限公司,超敏化學(xué)發(fā)光檢測(cè)試劑盒(Super ECL Plus)購(gòu)自蘇州優(yōu)逸蘭迪生物科技有限公司,sh-NC、sh-CWF19L1-1、sh-CWF19L1-2、sh-CWF19L1-3慢病毒質(zhì)粒購(gòu)自吉?jiǎng)P基因生物科技有限公司,LipofectamineTM3000購(gòu)自美國(guó)Invitrogen生命技術(shù)有限公司。本研究使用的主要儀器有低溫高速離心機(jī)(美國(guó)Thermo Fisher生物科技公司)、超凈工作臺(tái)(蘇潔凈化設(shè)備有限公司)、熒光顯微鏡(德國(guó)Leica公司)、流式細(xì)胞儀(美國(guó)Beckman公司)、多功能酶標(biāo)儀(美國(guó)Thermo Fisher生物科技公司)、細(xì)胞培養(yǎng)箱(美國(guó)BD公司)、細(xì)胞計(jì)數(shù)儀(江蘇卓微生物科技有限公司)、蛋白質(zhì)電泳儀(美國(guó)Bio-Rad公司)等。
除U87細(xì)胞培養(yǎng)于含10% FBS的MEM培養(yǎng)基外,上述其余細(xì)胞系均培養(yǎng)在含10%FBS的DMEM培養(yǎng)基中,培養(yǎng)環(huán)境為37 ℃,5% CO2。細(xì)胞鋪板后,均待其進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期再進(jìn)行操作。細(xì)胞消化均使用含有EDTA的0.25%胰蛋白酶,37 ℃ 環(huán)境下消化3 min,等量完全培養(yǎng)基中止消化,離心后取得細(xì)胞沉淀以進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
在六孔板上進(jìn)行HEK293T細(xì)胞鋪板,使用慢病毒包裝體系(psPAX2、pMD2.0+慢病毒質(zhì)粒)進(jìn)行慢病毒的包裝,使用LipofectamineTM3000轉(zhuǎn)染試劑進(jìn)行質(zhì)粒共轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)染后6 h換液,去除轉(zhuǎn)染試劑后36 h收集上清,即為病毒溶液。將收集的病毒溶液通過0.22 μm細(xì)胞篩進(jìn)行過濾,使用慢病毒濃縮試劑盒進(jìn)行慢病毒濃縮后置于-20 ℃冰箱備用。
將U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞接種于六孔板中,細(xì)胞生長(zhǎng)至50%~60%密度時(shí)進(jìn)行慢病毒轉(zhuǎn)染操作。將收集的慢病毒溶液加入六孔板中進(jìn)行孵育,12 h后進(jìn)行細(xì)胞換液重置培養(yǎng)箱中培養(yǎng),待細(xì)胞長(zhǎng)至適宜密度使用嘌呤霉素進(jìn)行細(xì)胞篩選。收集篩選后的穩(wěn)定CWF19L1敲低細(xì)胞系進(jìn)行大量擴(kuò)增并部分在-80 ℃冰箱中凍存?zhèn)溆?同時(shí)保留部分細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
待CWF19L1敲低穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞和陰性對(duì)照未做處理的細(xì)胞生長(zhǎng)至合適濃度時(shí),用RIPA細(xì)胞/組織裂解液裂解細(xì)胞,使用超聲破碎儀進(jìn)行細(xì)胞破碎,提取細(xì)胞蛋白質(zhì)通過BCA法測(cè)定蛋白質(zhì)濃度。進(jìn)行WB實(shí)驗(yàn)時(shí),每孔的上樣量為30 μg,以確定蛋白質(zhì)電泳時(shí)蛋白質(zhì)樣品的上樣量。將樣品蛋白與loading buffer進(jìn)行混合,置于100 ℃金屬浴鍋中煮沸至蛋白質(zhì)變性,置于-20 ℃保存?zhèn)溆?。WB實(shí)驗(yàn)采用SDS-聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳,每孔上樣量為30 μg。電泳條件分別為濃縮膠:90 V、30 min;分離膠:120 V、60 min,待電泳結(jié)束后,用濕轉(zhuǎn)法將分散開的電泳蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到事先用甲醇溶液激活的聚偏二氟乙烯膜(PVDF)上,轉(zhuǎn)膜條件為400 mA、60 min。轉(zhuǎn)膜完成后用5%脫脂牛奶將膜封閉4 h,之后用1:10 000稀釋的CWF19L1單克隆抗體在4 ℃ 條件下進(jìn)行過夜孵育。次日,TBST清洗3次后,用山羊抗兔抗體(1:3000)孵育4 h,繼續(xù)用TBST清洗3次,最后在顯影液中孵育并通過顯影儀(Tanon-5200Multi)在暗室中進(jìn)行熒光拍照。將最終獲得的圖像用ImageJ軟件進(jìn)行灰度值讀取,并取GAPDH作為內(nèi)參對(duì)照對(duì)目的蛋白的表達(dá)進(jìn)行半定量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
分別取CWF19L1穩(wěn)定敲低細(xì)胞和正常對(duì)照組細(xì)胞,胰酶消化細(xì)胞后用PBS清洗。將潤(rùn)洗后的細(xì)胞使用80%乙醇在-20 ℃條件下過夜進(jìn)行細(xì)胞固定。再使用RedNucleus Ⅰ對(duì)細(xì)胞的雙鏈DNA染色,再通過流式細(xì)胞儀上638 nm為激發(fā)波長(zhǎng)的FL2通道中檢測(cè)熒光強(qiáng)度,將結(jié)果在Flowjo軟件中進(jìn)行細(xì)胞周期分析。
分別取未做處理以及穩(wěn)轉(zhuǎn)sh-CWF19L1-2慢病毒的U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞進(jìn)行消化重懸及鋪板,將兩種細(xì)胞以每孔3000個(gè)的密度接種于96孔板中,充分搖勻,置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1~4 d。分別在培養(yǎng)第1、2、3、4天時(shí),根據(jù)CCK-8試劑盒說明書進(jìn)行操作,利用酶標(biāo)儀在450 nm處進(jìn)行吸光度的測(cè)量,根據(jù)結(jié)果確定細(xì)胞的增殖情況。根據(jù)測(cè)得的不同時(shí)期的細(xì)胞生長(zhǎng)數(shù)差異,繪制細(xì)胞的生長(zhǎng)特征曲線。
取前述轉(zhuǎn)染敲低慢病毒的U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞,以5×105個(gè)細(xì)胞每孔進(jìn)行鋪板,待細(xì)胞貼壁過夜生長(zhǎng),待生長(zhǎng)至大約60%密度,用1 mL槍頭進(jìn)行劃痕操作(事先用marker筆在皿的反面進(jìn)行標(biāo)記),每隔0.5~1.0 cm一道劃痕,用PBS清洗培養(yǎng)皿3次,洗去刮下的細(xì)胞,加入無血清培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng),重新放回5% CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),并且在0、6、12、24 h 分別進(jìn)行拍照和取樣,觀察劃痕周圍腫瘤細(xì)胞向劃痕進(jìn)行遷移的程度和速率。遷移率=(0 h劃痕寬度-24 h劃痕寬度)/0 h劃痕寬度。
取轉(zhuǎn)染敲低質(zhì)粒慢病毒的U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞,經(jīng)消化離心后,用無血清培養(yǎng)基進(jìn)行細(xì)胞重懸,并用細(xì)胞計(jì)數(shù)儀進(jìn)行細(xì)胞密度的計(jì)算,用培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞密度至2.5×105個(gè)·mL-1,每個(gè)Transwell小室的上室中鋪200 μL細(xì)胞懸液。同時(shí),向下室中加入500 μL含F(xiàn)BS的培養(yǎng)基,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后,去除上室上膜殘留的細(xì)胞,對(duì)已進(jìn)入下室中的細(xì)胞用1%的結(jié)晶紫溶液進(jìn)行染色10 min,通過顯微鏡對(duì)下室細(xì)胞進(jìn)行觀察并拍照記錄,最后使用ImageJ軟件對(duì)照片進(jìn)行分析并計(jì)數(shù)。以上實(shí)驗(yàn)在相同的條件下均重復(fù)3次或以上,以避免偶然誤差。
通過GEPIA網(wǎng)頁工具(http://gepia.cancer-pku.cn/),分析CWF19L1在GBM與LGG兩種腫瘤中分別與對(duì)應(yīng)正常組織之間的表達(dá)差異。從TCGA和GTEx數(shù)據(jù)庫(kù)下載TCGA、CGGA及GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中的膠質(zhì)瘤RNA-seq數(shù)據(jù),按照CWF19L1表達(dá)量高低分成2組,結(jié)合患者的生存時(shí)間應(yīng)用R軟件(Version:4.0.4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪圖,最終確定CWF19L1的表達(dá)量與腫瘤之間的關(guān)系。匹配每位患者的生存與表達(dá)數(shù)據(jù),使用“Survival”“Survminer”包分析CWF19L1基因表達(dá)與患者預(yù)后之間的關(guān)聯(lián)。
所有數(shù)據(jù)均由實(shí)驗(yàn)所得原始數(shù)據(jù)通過SPSS 22.0軟件進(jìn)行分析所得,所有數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行呈現(xiàn),組間比較行t檢驗(yàn),變量之間使用Spearman相關(guān)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在GBM和LGG兩種腫瘤中,CWF19L1的表達(dá)存在明顯差異,其中在2組腫瘤樣本中表現(xiàn)為腫瘤組表達(dá)均高于正常組(P<0.05)(圖1A)。初步推斷CWF19L1作為抑癌基因,在腫瘤組中高表達(dá)以抑制腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲,但這種抑制作用不足以抑制腫瘤的發(fā)展,因此設(shè)計(jì)了后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)上述猜想加以驗(yàn)證。通過提取各細(xì)胞系的全蛋白質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)電泳,選擇GAPDH作為內(nèi)參,進(jìn)行CWF19L1蛋白質(zhì)的表達(dá)量比較,最終確定在U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中,CWF19L1蛋白質(zhì)的表達(dá)最高(圖1B)。
A:在TCGA與GTEx合并數(shù)據(jù)庫(kù)LGG和GBM樣品中,腫瘤組織相較于癌旁組織CWF19L1表達(dá)量更高。B:在6種基礎(chǔ)細(xì)胞系中檢測(cè)CWF19L1蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)表達(dá)量,顯示在U251細(xì)胞中CWF19L1表達(dá)最高。*P<0.05。
在3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中各樣本進(jìn)行表達(dá)分析,將患者的CWF19L1表達(dá)量分成高低兩組,對(duì)其生存時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,結(jié)果如圖2A—C,在TCGA、CGGA和GEO數(shù)據(jù)結(jié)果均顯示,低表達(dá)組患者的生存時(shí)間通常較短,預(yù)示著CWF19L1對(duì)于膠質(zhì)瘤屬于保護(hù)基因,其高表達(dá)能有效限制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的惡性程度,減少膠質(zhì)瘤細(xì)胞產(chǎn)生的損傷。
圖2 TCGA、CGGA、GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中CWF19L1生存分析
對(duì)實(shí)驗(yàn)組U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染敲低慢病毒(圖3A),對(duì)照組U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞進(jìn)行陰性對(duì)照慢病毒的轉(zhuǎn)染,收集蛋白質(zhì)進(jìn)行WB檢測(cè),結(jié)果如圖3B所示,CWF19L1蛋白表達(dá)相較于陰性對(duì)照組出現(xiàn)明顯的敲低,并且sh-CWF19L1-2對(duì)CWF19L1基因具有最明顯的敲低效果,后續(xù)亦選擇該質(zhì)粒進(jìn)行功能實(shí)驗(yàn)。
A:轉(zhuǎn)染慢病毒后通過普通顯微鏡及熒光顯微鏡觀察到的U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞;B:WB檢測(cè)三保一敲低慢病毒轉(zhuǎn)染情況各組之間的CWF19L1蛋白質(zhì)表達(dá)量,n=3。
細(xì)胞周期實(shí)驗(yàn)的流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)結(jié)果表明,CWF19L1敲低細(xì)胞系中處于DNA合成期與合成后期(S/G2期)的細(xì)胞比例相較于對(duì)照組明顯上調(diào)(42.22%比33.00%,P<0.05),見圖4。提示CWF19L1蛋白能抑制U251膠質(zhì)瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期G1/S期轉(zhuǎn)化,表現(xiàn)為具有抑制細(xì)胞周期進(jìn)展的作用。
圖4 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)CWF19L1敲低組與對(duì)照組對(duì)細(xì)胞周期的影響(n=3)
CCK-8實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染質(zhì)粒的細(xì)胞樣本吸光度明顯升高(P<0.001),見圖5,提示敲低CWF19L1后,膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖能力顯著提升,這進(jìn)一步驗(yàn)證了CWF19L1作為腫瘤抑制基因?qū)δ[瘤增殖的抑制作用。通過在不同處理組細(xì)胞中進(jìn)行劃痕實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,敲低組中細(xì)胞通過相同時(shí)間的培養(yǎng)后,劃痕間距較未處理組明顯縮短(P<0.001),見圖6,提示CWF19L1對(duì)于腫瘤細(xì)胞的遷移存在明顯的抑制作用。Transwell結(jié)果進(jìn)一步顯示,敲低細(xì)胞內(nèi)CWF19L1的表達(dá)后,細(xì)胞的侵襲能力顯著增強(qiáng),處理組細(xì)胞系在Transwell小室中出現(xiàn)的細(xì)胞數(shù)量超過對(duì)照組(P<0.001),見圖7。
時(shí)間/dn=3。*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。圖5 敲低CWF19L1的表達(dá)對(duì)細(xì)胞增殖能力的影響
n=3,*P<0.001。圖6 敲低CWF19L1的表達(dá)對(duì)細(xì)胞遷移能力的影響
n=3,*P<0.001。圖7 敲低CWF19L1的表達(dá)對(duì)細(xì)胞遷移和侵襲能力的影響
膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的惡性腫瘤,是神經(jīng)系統(tǒng)致死率最高的腫瘤之一,對(duì)其發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究已持續(xù)幾十年,已有一部分實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的臨床治療,但由于血腦屏障的存在及其對(duì)大部分藥物具有較強(qiáng)的阻隔效應(yīng),不能將藥物擴(kuò)散至顱內(nèi)發(fā)揮作用,因此藥物治療往往收效甚微[8]。腫瘤的發(fā)生發(fā)展與細(xì)胞周期的進(jìn)程密切相關(guān),通過改變細(xì)胞周期的進(jìn)展從而對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖與浸潤(rùn)產(chǎn)生影響[9-11]。表觀遺傳學(xué)說明了腫瘤的發(fā)生與基因改變之間的聯(lián)系,原癌基因表達(dá)升高或抑癌基因表達(dá)抑制是腫瘤發(fā)生的主要因素之一,基因表達(dá)水平研究的不斷深入能從分子水平解答腫瘤的病因及影響因素,并憑此開發(fā)新的腫瘤治療方案。
鑒于在腫瘤樣本中CWF19L1表達(dá)相較于正常樣本普遍升高,但其在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展過程中并未發(fā)生明顯的突變現(xiàn)象,而腫瘤細(xì)胞的惡性進(jìn)程激發(fā)了CWF19L1抑制腫瘤細(xì)胞周期的作用[12]。在分子水平上表現(xiàn)為腫瘤組織中CWF19L1表達(dá)升高,但其發(fā)揮的抑癌作用的效力只能減緩腫瘤細(xì)胞的進(jìn)展,不能達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的。
除了通過細(xì)胞周期調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生理特征的作用,還有研究[13]表明,CWF19L1基因突變可能導(dǎo)致其他腦部疾病。例如,CWF19L1發(fā)生基因突變導(dǎo)致早發(fā)常染色體隱形小腦共濟(jì)失調(diào),提示CWF19L1通過細(xì)胞通路調(diào)控細(xì)胞生物學(xué)行為的方式并不單一。CWF19L1通過直接影響細(xì)胞周期對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)起到的調(diào)控作用有限,CWF19L1還可能通過作用于miRNA進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞過程,有實(shí)驗(yàn)[14-16]證明CWF19L1可調(diào)控細(xì)胞中miR-132-3p水平,對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化加以調(diào)控,從而對(duì)成骨作用產(chǎn)生調(diào)控。臨床亦有報(bào)道[17]稱CWF19L1突變導(dǎo)致胎兒脊柱畸形與六指畸形,更確定了其在成骨過程中的調(diào)控作用。
敲低CWF19L1表達(dá)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力均有所提高,但產(chǎn)生這種提高的可能原因有CWF19L1蛋白質(zhì)對(duì)細(xì)胞周期的直接作用以及CWF19L1通過調(diào)控miRNA間接對(duì)腫瘤細(xì)胞的各種生理過程產(chǎn)生影響[18-21],但其具體調(diào)控機(jī)制或哪條途徑對(duì)腫瘤惡性功能的影響更大,需要通過后續(xù)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,探究新的CWF19L1相關(guān)調(diào)控軸。敲低CWF19L1改變腫瘤細(xì)胞特性也可能是通過調(diào)控軸實(shí)現(xiàn),最終促進(jìn)腫瘤的增殖、遷移與侵襲。應(yīng)用相關(guān)藥物改變調(diào)控軸中各分子的含量,從而定向調(diào)控細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng),為限制腫瘤的進(jìn)展,甚至達(dá)到治愈腫瘤提供了新的治療靶點(diǎn)[22]。
綜上所述,CWF19L1作為抑癌基因,其表達(dá)與細(xì)胞周期緊密聯(lián)系,因此通過調(diào)控膠質(zhì)瘤細(xì)胞中該蛋白的表達(dá),能顯著影響細(xì)胞周期,對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖,遷移及浸潤(rùn)產(chǎn)生作用,可作為治療膠質(zhì)瘤的潛在靶點(diǎn)。