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        Notch信號(hào)通路分子在舌鱗癌中的表達(dá)及意義

        2013-12-23 06:21:46張同韓等
        華西口腔醫(yī)學(xué)雜志 2013年3期
        關(guān)鍵詞:舌癌口腔癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

        張同韓等

        [摘要] 目的 明確Notch信號(hào)通路受體Notch1、Notch3及其配體Jagged1、Jagged2在舌鱗癌中的表達(dá)及其意義。方法 通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)、免疫組織化學(xué)和Western blot檢測(cè)74例舌癌患者的組織標(biāo)本(舌癌及癌旁組織)和人舌癌Cal-27細(xì)胞株中Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2 mRNA與蛋白質(zhì)的表達(dá)水平,分析其與細(xì)胞增殖及臨床病理的關(guān)系。結(jié)果 舌癌、癌旁組織及Cal-27細(xì)胞株中均檢測(cè)到Notch1、Notch3、Jagged1、Jagged2 mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)。Notch1和Notch3蛋白在舌癌中的表達(dá)率高于癌旁組織,而Jagged1和Jagged2蛋白在舌癌和癌旁組織中的表達(dá)率無明顯差異。Notch1和Notch3蛋白的表達(dá)和舌癌的臨床分期具有相關(guān)性。4種信號(hào)蛋白的表達(dá)與患者的年齡、性別和臨床病理分級(jí)無相關(guān)性。Notch3和Jagged2的表達(dá)具有相關(guān)性。Notch1蛋白在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽(yáng)性病例中的表達(dá)率高于轉(zhuǎn)移陰性的病例,Jagged1在轉(zhuǎn)移陽(yáng)性病例的表達(dá)分級(jí)高于陰性病例。結(jié)論 Notch信號(hào)通路分子在舌鱗癌中表達(dá)活躍,與舌癌的發(fā)生發(fā)展有重要的相關(guān)性。

        [關(guān)鍵詞] 口腔癌; 口腔黏膜; Notch; Jagged1; 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo); 舌癌

        [中圖分類號(hào)] R 739.86 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.03.021

        Notch信號(hào)途徑是由配體、受體以及下游的DNA結(jié)合蛋白構(gòu)成的連鎖信號(hào)通路;配體包括Jagged1、Jagged2、DLL1、DLL3和DLL4等,受體包括Notch1、Notch2、Notch3和Notch4等[1-2],其下游蛋白有HES1

        和HES5等[3]。雖然這些配體和受體在結(jié)構(gòu)上有諸多

        相似之處,但作用迥異[2]。Notch信號(hào)通路可以參與

        多種細(xì)胞過程[4],其異常與各種腫瘤的發(fā)生有關(guān)[5];

        根據(jù)細(xì)胞類型和組織類型不同而具有抑瘤或者促瘤作用[6],在同一組織不同疾病中也可能具有抑瘤或者

        促瘤作用[7]。本研究擬探討Notch1、Notch3、Jagged1

        和Jagged2的mRNA與蛋白質(zhì)的表達(dá)水平,并研究其與患者的臨床病理特征之間的聯(lián)系。

        1 材料和方法

        1.1 臨床資料

        1.1.1 病例 選取2005—2007年間在中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院·附屬口腔醫(yī)院診斷為舌癌并行手術(shù)治療的74例患者采集樣本;所有病例均為未經(jīng)放化療的原發(fā)病例,年齡為25~77歲,平均年齡54.5歲,男性40例,女性34例;TNM分期和病理分級(jí)見表1。

        1.1.2 組織標(biāo)本的收集 所有標(biāo)本均為術(shù)中獲取,癌旁標(biāo)本取自舌癌邊界以外2 cm的舌黏膜,均經(jīng)病理證實(shí)。標(biāo)本一部分放入-80 ℃保存,準(zhǔn)備提取RNA和蛋白質(zhì);另一部分放入甲醛溶液中固定,石蠟包埋后采用免疫組織化學(xué)染色。

        1.2 細(xì)胞株

        人舌鱗狀上皮癌細(xì)胞株Cal-27購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)(American type culture collection,ATCC)。

        1.3 引物

        本實(shí)驗(yàn)用于逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(reverse trans-

        criptase-polymerase chain reaction,RT-PCR)的引物由大連TAKARA公司合成,引物序列見表2。

        1.4 實(shí)驗(yàn)方法

        Cal-27細(xì)胞采用免疫熒光化學(xué)染色,按照常規(guī)方法操作,進(jìn)行異硫氰酸熒光素(fluorescein isothio-cyanate,F(xiàn)ITC)標(biāo)記和二脒基苯基吲哚(diamidino-phenyl-indole,DAPI)染色;臨床組織樣本采用免疫組織化學(xué)染色,按常規(guī)方法操作。細(xì)胞總RNA的提取按試劑盒說明書操作,RNA質(zhì)量檢測(cè)合格后,通

        過逆轉(zhuǎn)錄獲得的cDNA即可用于聚合酶鏈反應(yīng)(poly-

        merase chain reaction,PCR)。PCR擴(kuò)增按下列程序做循環(huán):Notch1、Jagged1、Jagged2和β-actin,94 ℃預(yù)變性2 min,94 ℃變性30 s,56 ℃退火51 s,72 ℃延伸1 min,共35個(gè)循環(huán);Notch3,94 ℃預(yù)變性2 min,94 ℃變性30 s,61.8 ℃退火50 s,72 ℃延伸1 min,共35個(gè)循環(huán)。上述所有反應(yīng)到最后都要在72 ℃下總延伸10 min,完成后電泳。組織蛋白提取后,根據(jù)質(zhì)量濃度調(diào)整上樣量,進(jìn)行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE),采用槽式濕轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)膜,進(jìn)行Western blot。

        1.5 結(jié)果判定

        1.5.1 免疫組織化學(xué)染色 400倍光鏡下盲法讀片,細(xì)胞內(nèi)有棕黃色染色者為陽(yáng)性。選取10個(gè)隨機(jī)的不同的視野,計(jì)數(shù)陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)Y和細(xì)胞總數(shù)T[8],求出

        每例的Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2的陽(yáng)性標(biāo)記指數(shù)L。L=Y/T×100%。以L值的大小進(jìn)行分級(jí),表示染色強(qiáng)度的強(qiáng)弱:0級(jí)(L=0),1級(jí)(0

        1.5.2 PCR與Western blot相對(duì)表達(dá)量的測(cè)定 各樣本Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2的相對(duì)表達(dá)量為Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2條帶灰度值與內(nèi)參照β-actin條帶灰度值的比值。

        1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,以x±s描述結(jié)果。采用SPSS 13.0軟件用方差分析和卡方檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,若方差不齊者采用秩和檢驗(yàn),若條件不滿足卡方檢驗(yàn)者采用Fisher法;檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。

        2 結(jié)果

        2.1 RT-PCR的擴(kuò)增結(jié)果

        2.1.1 Notch信號(hào)分子mRNA在舌癌細(xì)胞株中的表達(dá)

        RT-PCR的擴(kuò)增結(jié)果見圖1:Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2 mRNA在Cal-27中均有表達(dá)。

        2.1.2 Notch信號(hào)分子mRNA在臨床組織標(biāo)本中的表達(dá) 在舌癌及癌旁組織中均可檢測(cè)到Notch1、Notch3、Jagged1、Jagged2 mRNA的表達(dá)(圖2)。對(duì)凝膠電泳結(jié)果進(jìn)行灰度分析,舌癌組織中的相對(duì)表達(dá)量較癌旁組織高,二者的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

        2.2 Western blot測(cè)定結(jié)果

        在Cal-27細(xì)胞株、舌癌和癌旁組織中均檢測(cè)到了Notch信號(hào)蛋白的表達(dá),與免疫組織化學(xué)和RT-PCR的結(jié)果一致(圖3、4)。

        2.3 免疫組織化學(xué)分析

        2.3.1 Notch信號(hào)蛋白在Cal-27細(xì)胞株中的表達(dá) 通過免疫熒光化學(xué)法檢測(cè)到Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2在Cal-27細(xì)胞株中的表達(dá)見圖5。細(xì)胞中Notch1、Notch3主要表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)及細(xì)胞膜,部分表達(dá)在細(xì)胞核內(nèi);Jagged1主要表達(dá)在細(xì)胞膜,少部分弱表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)內(nèi);Jagged2主要表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞膜。

        1:病例1的舌癌組織;2:病例1的癌旁組織;3:病例2的舌癌組織;4:病例2的癌旁組織。

        2.3.2 Notch信號(hào)蛋白在臨床組織標(biāo)本中的表達(dá) 在腫瘤及癌旁組織內(nèi),Notch1大部分表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi),偶爾表達(dá)在細(xì)胞膜和細(xì)胞核內(nèi);Notch3在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核均有表達(dá);Jagged1和Jagged2主要表達(dá)在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上。在癌旁組織內(nèi),Notch1強(qiáng)烈和廣泛地表達(dá)于基底層和棘層,而微弱和局限地表達(dá)于顆粒層和角化層(圖6A);Notch3強(qiáng)烈和廣泛地表達(dá)于基底層和棘層(圖6B);Jagged1強(qiáng)烈和廣泛地表達(dá)于基底層和棘層,而微弱和局限地表達(dá)于顆粒層和角化層(圖6C);Jagged2強(qiáng)烈和廣泛地表達(dá)于基底層(圖6D)。Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2在

        舌癌腫瘤細(xì)胞中均有表達(dá)(圖7)。

        2.4 Notch1和Notch3在舌癌的表達(dá)率高于其在癌旁

        組織的表達(dá)率

        Notch受體和配體蛋白在舌癌及癌旁組織的表達(dá)率有所不同。Notch1在癌旁組織的表達(dá)率為36.5%(27例),而在舌癌中的表達(dá)率為56.8%(42例),明顯高于癌旁組織(2=6.10,P=0.013)。Notch3在癌旁組織的表達(dá)率為47.3%(35例),在舌癌中的表達(dá)率為63.5%(47例),高于癌旁組織(2=3.94,P=0.047)。Jagged1

        在癌旁組織中的表達(dá)率為90.5%(67例),在舌癌組織中的表達(dá)率為97.3%(72例),二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(2=2.96,P=0.166)。Jagged2在癌旁組織中的表達(dá)率為74.3%(55例),在癌組織中的表達(dá)率為83.8%(62例),二者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(2=2.00,P=0.157)。

        2.5 Notch受體和配體蛋白在舌癌的表達(dá)與臨床病

        理特征的相互關(guān)系

        Notch信號(hào)分子的表達(dá)陽(yáng)性率與舌癌患者的年齡、性別、臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,以及病理分級(jí)間的關(guān)系見表3。Notch1和Notch3的表達(dá)和臨床分期有相關(guān)性(P<0.05),而Jagged1和Jagged2則與臨床分期無相關(guān)性(P>0.05)。Notch1、Notch3、Jagged1和Jagged2與病理分級(jí)及性別無相關(guān)性(表3)。Notch3和Jagged2的表達(dá)有相關(guān)性(表4),其他的則無相關(guān)性。Notch1在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病例的表達(dá)率明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的病例(表3)。因?yàn)橹挥?個(gè)病例不表達(dá)Jagged1,所以本研究分析了Jagged1表達(dá)分級(jí)(0、1和2、3)與有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的病例間的關(guān)系,結(jié)果顯示,Jagged1在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的病例中表達(dá)分級(jí)更高(表5)。

        3 討論

        細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)、腫瘤發(fā)生相關(guān)微環(huán)境的調(diào)控均有Notch信號(hào)參與[4]。Notch信號(hào)在腫瘤發(fā)生中既可發(fā)揮抑瘤作用,也可發(fā)揮促瘤作用,這取決于細(xì)胞和組織的類型[4,9]。在本研究中,在Cal-27細(xì)胞株、舌癌和癌旁組織中均檢測(cè)到Notch1、Notch3、Jagged1、Jagged2 mRNA的表達(dá),且其表達(dá)水平在舌癌中高于癌旁的舌黏膜組織。Notch信號(hào)蛋白分子明顯表達(dá)于腫瘤細(xì)胞,在腫瘤組織和癌旁組織的表達(dá)水平有明顯的差異,微弱和局限地表達(dá)于癌旁舌黏膜組織,但廣泛和強(qiáng)烈地表達(dá)于舌癌組織;Notch1和Notch3蛋白在舌癌中的表達(dá)率亦高于癌旁組織:以上結(jié)果提示Notch信號(hào)通路的受體和配體在舌癌中可能起著癌基因的作用。本研究結(jié)果與其他學(xué)者[9-11]的研究結(jié)果相似。Yao等[10]報(bào)道,應(yīng)用γ-secretase抑制劑L-685、L-458下調(diào)Notch1的表達(dá)可抑制人舌癌Tca8113細(xì)胞系的生長(zhǎng),伴隨著舌癌細(xì)胞的周期停滯和細(xì)胞凋亡。Panelos等[9]研究認(rèn)為,Notch1在非陽(yáng)光暴露處鱗狀細(xì)胞癌中的表達(dá)是上調(diào)的。Hijioka等[11]研究了Notch途徑的基因在細(xì)胞系(人口腔鱗癌細(xì)胞株Ca99-2、HSC-2和HSC-4)和腫瘤中的表達(dá),發(fā)現(xiàn)與正??谇唤M織

        中這些基因的表達(dá)相比,Notch1、Notch2和Jagged1的表達(dá)水平上調(diào),這表明Notch信號(hào)在口腔鱗癌中表達(dá)活躍。這些研究結(jié)果表明,Notch信號(hào)通路在舌鱗癌中是被激活的。

        Notch信號(hào)通路參與了人類的發(fā)育過程,在此過程中它有3種作用類型:二元譜系定向、側(cè)向抑制和邊界形成[12]。人類一生中,表皮一直都不停地更新,這個(gè)過程是由表皮基底膜的干細(xì)胞完成的。由周圍的角化細(xì)胞發(fā)出的Notch信號(hào)可以引起基底干細(xì)胞的分化,在干細(xì)胞簇的邊界,Notch信號(hào)可刺激人體表皮分化[13]。已有研究[13]顯示,富含干細(xì)胞的基底角化細(xì)胞簇比其周圍的細(xì)胞表達(dá)更高水平的Notch信號(hào)分子。Notch受體、配體和通路中的其他組分在脊椎動(dòng)物表皮的不同分化階段的角化細(xì)胞均有表達(dá)[14]。Notch受體及其配體在宮頸鱗癌表達(dá)上調(diào),提示Notch信號(hào)可能參與調(diào)控人角化細(xì)胞的增殖[15]。異常的Notch信號(hào)可以引起上皮癌變,例如鱗癌、基底細(xì)胞癌和惡性黑色素瘤[16]。Notch信號(hào)分子也可作為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物在口腔上皮異常增生和口腔鱗癌的發(fā)生中起重要作用[17]。Notch信號(hào)通路成員的失調(diào)引起細(xì)胞的定向發(fā)生和分化信號(hào)異常,導(dǎo)致了口腔鱗癌的發(fā)生[18]。Casey等[19]報(bào)道,Jagged2在整個(gè)口腔上皮細(xì)胞都有表達(dá)并且是口腔上皮細(xì)胞分化過程中Notch1激活所必須的。本研究結(jié)果中,Notch信號(hào)分子在舌黏膜基底層的表達(dá)高于其他層,而在舌鱗癌細(xì)胞的表達(dá)強(qiáng)烈而彌漫,這些特征可能表明Notch信號(hào)的上調(diào)阻止了舌黏膜基底層干細(xì)胞的分化。Notch信號(hào)在舌癌發(fā)生中起著致癌作用,通過調(diào)節(jié)舌鱗癌細(xì)胞的分化而參與舌癌的發(fā)生。信號(hào)分子可能對(duì)控制正常舌黏膜上皮細(xì)胞的分化有重要貢獻(xiàn)。類似的研究[20-21]表明,在前列腺癌和宮頸癌中Notch信號(hào)的激活是依賴Jagged1的。

        本研究結(jié)果表明,Notch1和Notch3表達(dá)與舌癌的臨床分期具有相關(guān)性,這意味著,Notch信號(hào)通路可能與舌鱗癌的發(fā)展有相關(guān)性;Notch3和Jagged2表達(dá)有高度相關(guān)性,提示在舌鱗癌中Jagged2與Notch3可以相互作用而產(chǎn)生致瘤作用,但其具體機(jī)制還需要研究;在頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽(yáng)性的舌癌病例中,Notch1和Jagged1表達(dá)率高于陰性病例:這些發(fā)現(xiàn)支持一個(gè)模型,那就是Jagged1蛋白水平的失調(diào)在舌癌進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了作用,并提示Jagged1可能是區(qū)分舌鱗癌侵襲性強(qiáng)與弱的參考指標(biāo)[20-23]。Sahlgren等[22]已經(jīng)證明,Notch信號(hào)是缺氧刺激誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epi-thelial-mesenchymal transitions,EMT)、增加遷徙和侵襲所必需的;抑制Notch信號(hào)可以廢除缺氧誘導(dǎo)的EMT和侵襲,與此相反,Notch活化形式可以替代缺氧誘導(dǎo)這些過程而誘導(dǎo)EMT。研究[24]顯示,Notch可調(diào)控Slug阻斷Notch信號(hào),抑制體內(nèi)腫瘤模型的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移;Jagged1激活的Notch信號(hào)通過調(diào)控Slug抑制E-cadherin而促進(jìn)EMT。Jagged1和Hey1是Notch信號(hào)通路的一個(gè)靶基因,也參與介導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β誘導(dǎo)的EMT[25]?;谏鲜鰧?shí)驗(yàn)的結(jié)果,筆者推測(cè)Jagged1可能通過參與調(diào)控EMT而在舌癌的侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。

        總之,Notch信號(hào)可以影響舌生理狀態(tài)下的生長(zhǎng)發(fā)育和舌癌病理情況下細(xì)胞的增殖、分化和存活。Notch信號(hào)途徑參與舌癌發(fā)生的分子機(jī)制是十分復(fù)雜的,雖然目前的研究逐漸深入,但距離完全闡明仍有很長(zhǎng)的路要走。闡明精確的信號(hào)通路途徑將為應(yīng)用Notch通路的相關(guān)分子作為靶點(diǎn)治療舌癌提供重要依據(jù)。

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        (本文編輯 吳愛華)

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