肖霞 繆建華 李樹春 吳建中 于韶榮 馮繼鋒
肺癌是全球發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一。幾十年來順鉑作為肺癌化療的基礎(chǔ)藥物,在肺癌治療中占有舉足輕重的地位。盡管如此,仍然有很多初始化療有效的患者經(jīng)過一段時間的治療后出現(xiàn)了對順鉑敏感性降低的現(xiàn)象。而影響患者對順鉑敏感性的因素有很多,包括癌細(xì)胞內(nèi)順鉑的蓄積含量[1-3]、解毒能力[4]以及DNA的修復(fù)功能[5]等,同時,腫瘤微環(huán)境的改變也是其重要的影響因素。
在腫瘤微環(huán)境下細(xì)胞間的作用方式有很多種,目前,一種膜性微囊泡exosomes(即外分泌體)在細(xì)胞信息傳遞中的作用逐漸受到重視[6]。exosomes是直徑為30~100 nm的內(nèi)吞來源的膜性囊泡[7],由多種細(xì)胞分泌并存在于多種體液中,研究表明exosomes中含有大量的microRNAs,mRNAs和蛋白質(zhì)等物質(zhì),并且細(xì)胞可以通過胞吞作用內(nèi)化微環(huán)境中的exosomes,exosomes進(jìn)入受體細(xì)胞后釋放出其所攜帶的包括miRNA、mRNA在內(nèi)的遺傳信息引起受體細(xì)胞的生物學(xué)反應(yīng),因此exosomes被認(rèn)為是一種參與細(xì)胞間信息交流的載體[8]。同時,不同細(xì)胞分泌的exosomes具有不同的特性及生物學(xué)功能,同種細(xì)胞在不同環(huán)境下分泌的exosomes也具有不同的特性及生物學(xué)功能。而exosomes生物學(xué)功能的差異主要取決于其表面攜帶的相關(guān)分子及內(nèi)部裝載的信息。如果攜帶的信息與增殖有關(guān),那么exosomes可在進(jìn)入受體細(xì)胞后調(diào)節(jié)其下游通路,影響細(xì)胞的增殖[9-10];如果攜帶的信息與血管生成調(diào)節(jié)有關(guān),那么exosomes在進(jìn)入受體細(xì)胞后可影響其血管形成[11];如果攜帶的信息與轉(zhuǎn)移和侵襲有關(guān),那么exosomes在進(jìn)入細(xì)胞后可影響其侵襲性[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌細(xì)胞來源的exosomes可能參與前列腺腫瘤細(xì)胞對多西他賽的耐藥形成[14]。
本研究以肺癌A549和H1975細(xì)胞為模型,探討順鉑處理后肺癌細(xì)胞來源的exosomes對同源細(xì)胞的順鉑敏感性的影響,為順鉑敏感性調(diào)節(jié)機(jī)制提供一條新的思路,也為提高肺癌細(xì)胞對順鉑的敏感性提供一種新的方法。
1.1 細(xì)胞培養(yǎng)人肺腺癌細(xì)胞株A549和H1975均購自中國科學(xué)院上海細(xì)胞生物學(xué)研究所,生長于含有10%滅活胎牛血清(Hyclone,美國)的含雙抗的RPMI 1640(凱基生物,南京)培養(yǎng)液中,于37℃、5%CO2、85%濕度的恒溫箱內(nèi)培養(yǎng),0.25%胰酶(Gibico,美國)消化液消化傳代。所有實(shí)驗(yàn)均采用對數(shù)生長期細(xì)胞。1.2exosomes的制備、電鏡觀察和蛋白檢測肺腺癌細(xì)胞A549和H1975培養(yǎng)48 h后收集細(xì)胞上清液用于exosomes的制備。首先,收集的上清液通過一系列離心去除細(xì)胞及碎片:1000 g×10 min、10 000 g×30 min 4℃、100 000 g×2 h 4℃(Beckman 70 Ti rotor,美國),取濃縮液,然后加入exoquick-TC(System Biosciences,Mountain View,美國),經(jīng)1500 g×30 min 4℃離心獲取的沉淀即為exosomes。用PBS重懸后置于-80℃保存。
將exosomes稀釋后取20 μl滴加于銅網(wǎng)上,晾干后即在透射電鏡(TEM,JEM-2100,JEOL,日本)下觀察。
取exosomes用裂解液裂解后加入1×上樣緩沖液,100℃煮沸5 min,加樣于上樣孔內(nèi),濃縮膠80 V,30 min,分離膠100 V,90 min。然后轉(zhuǎn)膜250 mA,60 min,室溫封閉后,一抗采用兔抗鼠CD63(System Biosciences,Mountain View,Calif),4℃過夜。二抗采用辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔抗體(System Biosciences,Mountain View,美國),室溫孵育2 h,用ECL顯色試劑盒(Peirce)于成像儀(Bio-Rad)中顯色。
1.3 熒光顯微鏡觀察細(xì)胞胞吞exosomes的過程將提取的exosomes用PBS稀釋后,取DiD染料(Biotium,美國)2 μl,加入1 ml稀釋后的exosome重懸液中室溫孵育0.5 h,再以20,000 g×30 min,4℃離心后取上清,濾器(0.22 μm,millipore,美國)過濾,以每孔取液40 μl,加入60 μl PBS混勻后加入六孔板中,培養(yǎng)3 h后用共聚焦顯微鏡觀察exosomes是否進(jìn)入細(xì)胞中。
1.4 CCK-8檢測細(xì)胞存活率取對數(shù)生長期A549細(xì)胞接種于96孔板中(6×103個/孔),24 h貼壁后加入順鉑(濃度分別為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 μg/ml),培養(yǎng)48 h。每孔加入10 μl CCK-8(Dojindo,Kumamoto,日本)和90 μl不完全培養(yǎng)基的混合液,0.5 h后,用酶標(biāo)儀測450 nm波長下的光密度值。檢測H1975細(xì)胞存活率的方法同上。
同樣,取對數(shù)生長期A549細(xì)胞接種于96孔板中(6×103個/孔),24 h貼壁后將培養(yǎng)液換成不含exosomes的培養(yǎng)液,NOR EXO組以未經(jīng)順鉑處理的A549細(xì)胞來源的exosomes預(yù)處理細(xì)胞,DDP EXO組以經(jīng)順鉑處理的A549細(xì)胞來源的exosomes預(yù)處理細(xì)胞,而PBS組以等量的PBS預(yù)處理細(xì)胞,3 h后對3組的細(xì)胞以3 μg/ml的順鉑處理,48 h后每孔加入10 μl CCK-8和90 μl不完全培養(yǎng)基的混合液,0.5 h后,用酶標(biāo)儀測450 nm波長下的光密度值。檢測H1975細(xì)胞存活率的方法同上。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù),結(jié)果以ˉx±s表示,組間的比較采用單因素方差(one-way ANOVA)分析。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 exosomes的形態(tài)學(xué)特征和蛋白表達(dá)通過不同梯度的超速離心和exoquick-TC,從肺癌A549細(xì)胞的上清液中分離出腫瘤來源的exosomes,然后通過透射電鏡對其形態(tài)進(jìn)行了觀察。如圖1A所示,exosomes具有特征性的盤狀結(jié)構(gòu),直徑30~100 nm。
之前的研究表明CD63為exosomes表達(dá)的特異性高表達(dá)蛋白,為了進(jìn)一步驗(yàn)證我們所提的囊泡為exosomes,而不是其他如凋亡小體、微囊泡等細(xì)胞分泌物,我們檢測了所提樣品的CD63蛋白的表達(dá),如圖1B所示:與細(xì)胞相比,exosomes中富含CD63蛋白。
圖1 exosomes的鑒定
2.2 exosomes被細(xì)胞吞入的觀察將exosomes和細(xì)胞共培養(yǎng),通過共聚焦顯微鏡對細(xì)胞進(jìn)行觀察。如圖2所示,培養(yǎng)液中大部分exosomes可在3 h內(nèi)被細(xì)胞胞吞。
圖2 熒光顯微鏡下觀察exosomes被細(xì)胞胞吞
2.3 exosomes對肺癌細(xì)胞的順鉑敏感性的影響不同濃度的順鉑分別處理A549細(xì)胞和H1975細(xì)胞48 h后,與對照組比較,順鉑對這2種細(xì)胞的生長都有抑制作用,且呈濃度依賴性。3 μg/ml的順鉑處理組2種細(xì)胞的生存率都接近50%(圖3)。分別用未經(jīng)順鉑處理和經(jīng)順鉑處理的A549細(xì)胞和H1975細(xì)胞來源的exosomes對細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理,見圖4。與對照組相比,未經(jīng)順鉑處理的A549細(xì)胞來源的exosomes對細(xì)胞的順鉑敏感性沒有影響,而將順鉑處理的A549細(xì)胞來源的exosomes預(yù)處理A549細(xì)胞后,細(xì)胞的存活率提高了大約24%;同樣的,與對照組相比,未經(jīng)順鉑處理的H1975細(xì)胞來源的exosomes對細(xì)胞的順鉑敏感性沒有影響,而將經(jīng)順鉑處理過H1975細(xì)胞來源的exosomes預(yù)處理細(xì)胞后,細(xì)胞的存活率提高了大約15%。
圖3 不同濃度的順鉑處理48 h后肺癌細(xì)胞的存活率
圖4 順鉑處理的肺癌細(xì)胞來源的exosomes降低細(xì)胞對順鉑的敏感性
在順鉑處理下,肺癌細(xì)胞周圍的微環(huán)境發(fā)生了變化,細(xì)胞作出了相應(yīng)的變化來適應(yīng)周邊的環(huán)境,DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)和各種通路被激活,細(xì)胞存活率發(fā)生了改變,在濃度為3 μg/ml的順鉑刺激下,接近50%的肺癌細(xì)胞(A549細(xì)胞和H1975細(xì)胞)內(nèi)的DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)在被激活后,細(xì)胞內(nèi)的核苷酸損傷仍然不能修復(fù),細(xì)胞不能順利進(jìn)入完整的細(xì)胞周期,遺傳信息不能進(jìn)行復(fù)制,細(xì)胞不能正常地進(jìn)行分裂,隨即,細(xì)胞進(jìn)入了凋亡或死亡程序。而其他細(xì)胞則通過修復(fù)等一系列通路的調(diào)整順利地存活下來了,其分泌的exosomes將釋放至細(xì)胞外并通過旁分泌方式傳遞到周圍同源細(xì)胞,被鄰近細(xì)胞以胞吞方式吞入,exosomes內(nèi)包裹的RNA和蛋白被釋放,通過調(diào)節(jié)下游通路從而影響受體細(xì)胞的生物學(xué)功能,受體細(xì)胞作出了相應(yīng)的改變,致使細(xì)胞對順鉑敏感性降低,當(dāng)再次用順鉑處理細(xì)胞時,順鉑對細(xì)胞的抑制率顯著降低。在本實(shí)驗(yàn)中,3 μg/ml的順鉑組肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和H1975的生存率都接近50%,由于對exosomes預(yù)處理,這個濃度下的細(xì)胞存活率可以有上升和下降的空間,便于實(shí)驗(yàn)觀察,因而我們選取3 μg/ml作為我們研究的順鉑濃度。
目前有研究顯示耐藥的前列腺癌細(xì)胞中可裝載與耐藥相關(guān)的信息,并且這些信息可以通過exosomes傳遞至非耐藥細(xì)胞中引起受體細(xì)胞敏感性降低[14]。exosomes可能通過介導(dǎo)miRNAs和mRNAs的傳遞影響A549細(xì)胞間的信息交流,從而改變受體細(xì)胞對藥物的敏感性[15]。本研究認(rèn)為在順鉑處理過程中肺癌細(xì)胞分泌的exosomes可裝載相關(guān)信息并將這些信息傳遞至其他同源細(xì)胞,從而降低細(xì)胞對順鉑的敏感性。當(dāng)然,這種對于exosomes引起細(xì)胞對藥物敏感性的解釋只是其中的一種,還有研究認(rèn)為耐藥的卵巢癌細(xì)胞可通過囊泡排出更多的順鉑從而降低細(xì)胞對順鉑的敏感性[16],可能2種機(jī)制都參與了該藥物敏感性調(diào)節(jié)過程。
通過我們的研究發(fā)現(xiàn),肺癌細(xì)胞在受到順鉑處理后可以向周圍微環(huán)境中分泌exosomes,而這些exosomes進(jìn)入受體肺癌細(xì)胞后能夠降低受體細(xì)胞對順鉑的敏感性,因此,是否可以通過阻斷此過程中exosomes的分泌和傳遞來減弱在順鉑治療肺癌中產(chǎn)生敏感性降低的現(xiàn)象,這為深入研究肺癌細(xì)胞對順鉑敏感性的調(diào)節(jié)機(jī)制提供了一種新的思路。在未來非小細(xì)胞肺癌的治療中,針對exosomes的抑制劑與其他化療藥物的聯(lián)合治療可能成為研究的趨勢,這作為一種新的治療策略值得進(jìn)一步的研究。
[1]Ishida S,Lee J,Thiele DJ,et al.Uptake of the anticancer drug cisplatin mediated by the copper transporter Ctr1 in yeast and mammals[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2002,99(22):14298-14302.
[2]Liedert B,Materna V,Schadendorf D,et al.Overexpression of cMOAT(MRP2/ABCC2)is associated with decreased formation of platinum-DNA adducts and decreased G2-arrest in melanoma cells resistant to cisplatin[J].J Invest Dermatol,2003,121(1):172-176.
[3]Komatsu M,Sumizawa T,Mutoh M,et al.Copper-transporting P-type adenosine triphosphatase(ATP7B)is associated with cisplatin resistance[J].Cancer Res,2000,60(5):1312-1316.
[4]Brozovic A,F(xiàn)ritz G,Christmann M,et al.Long-term activation of SAPK/JNK,p38 kinase and fas-L expression by cisplatin is attenuated in human carcinoma cells that acquired drug resistance[J].Int J Cancer,2004,112(6):974-985.
[5]Galluzzi L,Senovilla L,Vitale I,et al.Molecular mechanisms of cisplatin resistance[J].Oncogene,2012,31(15):1869-1883.
[6]Mathivanan S,Ji H,Simpson RJ.Exosomes:extracellular organelles important in intercellular communication[J].J Proteomics,2010,73(10):1907-1920.
[7]Keller S,Sanderson MP,Stoeck A,et al.Exosomes:from biogenesis and secretion to biological function[J].Immunol Lett,2006,107(2):102-108.
[8]Valadi H,Ekstrom K,Bossios A,et al.Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells[J].Nat Cell Biol,2007,9(6):654-659.
[9]Katakowski M,Buller B,Zheng X,et al.Exosomes from marrow stromal cells expressing miR-146b inhibit glioma growth[J].Cancer Lett,2013,335(1):201-204.
[10]Xin H,Li Y,Buller B,et al.Exosome-mediated transfer of miR-133b from multipotent mesenchymal stromal cells to neural cells contributes to neurite outgrowth[J].Stem Cells,2012,30(7):1556-1564.
[11]Liu WM,Dennis JL,Gravett AM,et al.Supernatants derived from chemotherapy-treated cancer cell lines can modify angiogenesis[J].Br J Cancer,2012,106(5):896-903.
[12]Nangami GN,Watson K,Parker-Johnson K,et al.Fetuin-A(alpha2HS-glycoprotein)is a serum chemo-attractant that also promotes invasion of tumor cells through Matrigel[J].Biochem Biophys Res Commun,2013,438(4):660-665.
[13]Rana S,Malinowska K,Zoller M.Exosomal tumor microRNA modulates premetastatic organ cells[J].Neoplasia,2013,15(3):281-295.
[14]Corcoran C,Rani S,O'Brien K,et al.Docetaxel-resistance in prostate cancer:evaluating associated phenotypic changes and potential for resistance transfer via exosomes[J].PLoS One,2012,7(12):e50999.
[15]Xiao X,Yu S,Li S,et al.Exosomes:decreased sensitivity of lung cancer a549 cells to cisplatin[J].PLoS One,2014,9(2):e89534.
[16]Safaei R,Larson BJ,Cheng TC,et al.Abnormal lysosomal trafficking and enhanced exosomal export of cisplatin in drugresistant human ovarian carcinoma cells[J].Mol Cancer Ther,2005,4(10):1595-1604.