鄔賢 黃瑩 李舒婕 段萍萍 米鵬程 陳文瑛
中圖分類號 R966;R979.1 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408(2018)20-2800-05
DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2018.20.14
摘 要 目的:研究以腺病毒載體系統(tǒng)裝載人端粒酶逆轉錄酶C端片段(C197)制成的重組腺病毒Ad-GFP-C197對3種腫瘤細胞增殖的抑制作用。方法:采用HEK293細胞擴增并純化Ad-GFP-C197。采用Ad-GFP-C197分別感染人胃癌細胞SGC7901、人乳腺癌細胞MCF7和人結直腸癌細胞CaCO2。以空白腺病毒載體(Ad-GFP)為參比,采用Western blot法檢測Ad-GFP-C197感染后3種腫瘤細胞中C197的蛋白表達水平;采用MTT法檢測Ad-GFP-C197感染后對3種腫瘤細胞的抑制作用,繪制細胞增殖曲線并計算增殖抑制率。結果:Ad-GFP感染的3種腫瘤細胞中均未檢測到C197蛋白表達,而Ad-GFP-C197感染的上述細胞中C197蛋白均有明顯表達;Ad-GFP-C197感染后3種腫瘤細胞的增殖曲線隨時間延長而呈明顯抑制現(xiàn)象,其增殖抑制率最高可達37.31%~41.42%。結論:Ad-GFP-C197對SGC7901細胞、MCF7細胞、CaCO2細胞增殖均有明顯的抑制作用,且起效迅速,能夠克服其他端粒酶抑制劑起效緩慢的缺點。
關鍵詞 人端粒酶逆轉錄酶;端粒酶抑制劑;重組腺病毒;Ad-GFP-C197;腫瘤細胞;細胞增殖
ABSTRACT OBJECTIVE: To study the inhibitory effects of recombinant adenovirus Ad-GFP-C197, which prepared by adenovirus vector system-loading human telomerase reverse transcriptase (hTERT) C fragment (C197), on the proliferation of 3 kinds of tumor cells in vitro. METHODS: Ad-GFP-C197 was amplified and purified with HEK293 cells. Human gastric cancer cells SGC7901, human breast cancer cells MCF7 and human colorectal cancer cells CaCO2 were infected by Ad-GFP-C197 respectively. Using blank adenovirus carrier (Ad-GFP) as reference, the protein expression of C197 in 3 kinds of tumor cells infected by Ad-GFP-C197 was detected by Western blot assay. The inhibitory effects of Ad-GFP-C197 on 3 kinds of tumor cells were detected by MTT assay. The cell proliferation curve was drawn and the proliferation inhibition rate was calculated. RESULTS: The protein expression of C197 was not detected in 3 kinds of tumor cells infected by Ad-GFP, while significant protein expression of C197 was found in above cells infected by Ad-GFP-C197. The proliferation curves of the 3 kinds of tumor cells infected by Ad-GFP-C197 were significantly inhibited with the time extended, and the proliferation inhibitory rate reached 37.31%-41.42%. CONCLUSIONS: Ad-GFP-C197 shows significant inhibitory effects on the proliferation of SGC7901, MCF7 and CaCO2 cells, which is rapid to make up for the slow effect of other telomerase inhibitors.
KEYWORDS hTERT; Telomerase inhibitor; Recombinant adenovirus; Ad-GFP-C197; Tumor cell; Cell proliferation
端粒是位于染色體末端由串聯(lián)重復堿基序列(TTAGGG)和端粒結合蛋白組成的特殊結構。在正常細胞中,端粒可隨著細胞分裂而縮短,當縮短到一定程度時染色體末端會融合或降解,細胞則繼而發(fā)生衰老和死亡;但在腫瘤細胞中,端粒不會隨著細胞的分裂而縮短,因此腫瘤細胞才得以永生化[1-3]。端粒酶是一種由RNA模板和催化蛋白組成的核蛋白逆轉錄酶,能特異性地在染色體DNA末端加上堿基序列TTAGGG片段以防止端粒縮短;其在正常細胞中不表現(xiàn)活性,但在75%~95%的惡性腫瘤(如肺癌、胃癌、肝癌、大腸癌、腎癌、卵巢癌、乳腺癌等)組織中表現(xiàn)出明顯活性,因此被認為是惡性腫瘤最為廣泛的分子標記物[4]。
人端粒酶主要組成包括模板RNA(hTR)和人端粒酶逆轉錄酶(hTERT),其以hTR作為模板在hTERT的催化作用下延伸端粒,轉染hTERT基因到無端粒酶活性的正常組織細胞或腫瘤組織細胞中,可激活細胞中的端粒酶[5]。因此,hTERT是決定端粒酶活性的主要因素[6],其已成為腫瘤形成、生長及發(fā)展等多種效應的核心調控分子,是抗腫瘤治療的重要靶點[7-8]。hTERT由N端(RNA結合區(qū))、逆轉錄區(qū)(催化活性區(qū))和C端3個功能區(qū)組成,其中C端作為延長端粒的重要功能區(qū)[9],目前相關研究較少,故本課題組對hTERT C端進行研究。
腺病毒載體系統(tǒng)(AdEasy-1)是一種E1區(qū)和E3區(qū)雙缺失的復制缺陷型載體,主要由穿梭質粒(PAdTrack-CMV)和骨架質粒(PAdEasy-1)兩部分組成,該載體可通過在細胞內的復制大大增加治療基因的拷貝數(shù),使治療基因呈高水平表達;而且該載體不會整合到宿主細胞內,安全性好,是應用于臨床的一種優(yōu)良的基因治療載體[10]。本課題組在前期研究中,篩選得到hTERT C端第936~1 132位共197個氨基酸片段(命名為C197),并利用綠色熒光蛋白(GFP)標記的AdEasy-1(命名為Ad-GFP)來構建裝載C197的重組腺病毒(命名為Ad-GFP-C197),結果發(fā)現(xiàn)C197能在細胞內高效表達;同時,Ad-GFP-C197在體內外對腫瘤細胞增殖和腫瘤組織生長均有抑制作用,且該抑制作用與其抑制端粒酶活性、下調hTERT蛋白水平、抑制NF-κB通路中p65蛋白和IκBα蛋白的表達有關[11]。本研究選取人胃癌細胞SGC7901、人乳腺癌細胞MCF7和人結直腸癌細胞CaCO2為對象,考察Ad-GFP-C197對上述3種腫瘤細胞增殖的抑制作用,為基于端粒酶的腫瘤基因治療提供新的思路,并為進一步實現(xiàn)C197用于腫瘤的生物治療提供實驗依據(jù)。
1 材料
1.1 儀器
BB15型CO2細胞培養(yǎng)箱、FC型酶標儀(美國Thermo Fisher公司);Avanti J-30I型超速離心機(美國Beckman Coulter公司);BX43型倒置熒光顯微鏡(日本Olympus公司);1658003型電泳儀、GelDoc XR+型凝膠成像儀(美國Bio-Rad公司);TE70XP半干轉膜儀(美國Hoefer公司);T25培養(yǎng)瓶(美國Corning公司);Beckman離心管(香港弗科斯科技有限公司);MD27透析袋(美國Viskase公司);FFC58暗盒(廣州碧云天有限公司);JB-CJ-1500FX型超凈工作臺(蘇州佳寶凈化工程設備有限公司)。
1.2 試劑
重組腺病毒Ad-GFP-C197、不含C197的空白腺病毒Ad-GFP(本實驗室自制,液氮保存);胎牛血清、1%雙抗(青霉素-鏈霉素)(法國Biowest公司);氯化銫(CsCl,上海華藍化學科技有限公司);DMEM培養(yǎng)基(美國Gibco公司);蛋白提取試劑盒(美國Omega公司);二甲基噻唑藍(MTT,德國Sigma公司);鼠抗His抗體、羊抗鼠IgG抗體、內參GAPDH抗體(美國Santa Cruz公司);磷酸鹽緩沖液(PBS,pH 6.8)、顯影粉、定影粉、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)(上海史瑞克生物科技有限公司);其余試劑均為分析純,水為純化水。
1.3 細胞
人胚胎腎細胞系HEK293細胞、人胃癌SGC7901細胞、人乳腺癌MCF7細胞和人結直腸癌CaCO2細胞均購自上海信然生物科技有限公司。
2 方法
2.1 細胞培養(yǎng)
取HEK293細胞、SGC7901細胞、MCF7細胞和CaCO2細胞,在含有10%胎牛血清、100 U/mL 青霉素、100 μg/mL 鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基(以下簡稱“培養(yǎng)液”)中,于37 ℃、5%CO2條件下常規(guī)培養(yǎng)(以下培養(yǎng)條件相同),待細胞生長至對數(shù)生長期時,取生長狀態(tài)良好的細胞進行試驗。
2.2 Ad-GFP-C197的擴增、純化及滴度測定
2.2.1 Ad-GFP-C197擴增 將HEK293細胞鋪于培養(yǎng)瓶中,細胞密度為1×106~3×106個/mL,分別加入培養(yǎng)液2 mL,常規(guī)培養(yǎng)48 h后取出。取出液氮中保存的Ad-GFP-C197,在冰浴中融化后加入培養(yǎng)瓶,常規(guī)培養(yǎng)過夜。次日取出培養(yǎng)瓶,在倒置熒光顯微鏡下觀察病毒感染情況(鏡下可見感染病毒的細胞呈綠色彗星狀)。培養(yǎng)3~5 d后,待1/3的細胞感染病毒時,回收細胞,在4 ℃條件下以1 000 r/min離心10 min;取下層5 mL液體重懸細胞,將重懸后的細胞反復凍融(-80~37 ℃)3次后即得病毒原液。
2.2.2 Ad-GFP-C197純化 取Beckman離心管數(shù)根,用75%乙醇浸泡30 min后,于超凈工作臺風干。在每根Beckman管中先后加入不同濃度的CsCl溶液(4、2 mol/L)2 mL,再在最上層加入“2.2.1”項下制得的病毒原液1 mL,然后在4 ℃條件下以20 000 r/min真空離心2 h。離心后小心取出,在超凈工作臺中,以5 mL注射器插入至Beckman管乳白色病毒帶處,吸出病毒帶液體。病毒帶液體采用透析袋MD27(分子量:3 500 Da)于4 ℃條件下在600 mL透析液(含10%甘油的0.01 mol/L PBS)中攪拌透析,每6 h更換一次透析液,24 h后收集透析后的純化病毒并分裝,于-80 ℃儲存?zhèn)溆肹12]。
2.2.3 病毒滴度的測定 取純化后Ad-GFP-C197和Ad-GFP,用PBS分別稀釋10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7共6個梯度(即分別稀釋1×102、1×103、1×104、1×105、1×106、1×107倍)。將HEK293細胞鋪于24孔板中,每孔5×105個細胞,常規(guī)培養(yǎng)。待細胞貼壁后,分為Ad-GFP-C197組和Ad-GFP組,分別加入不同梯度的Ad-GFP-C197溶液和Ad-GFP溶液(50 μL/孔),繼續(xù)常規(guī)培養(yǎng)48 h。各個梯度均設置3個復孔。常規(guī)培養(yǎng)完畢后,在倒置熒光顯微鏡下計數(shù)視野中的熒光細胞,每孔計數(shù)3個視野,以每個視野20~50個熒光細胞為最佳[13]。根據(jù)熒光細胞數(shù),按照公式計算病毒滴度:滴度(PFU/mL)=(每個視野的熒光細胞數(shù)×每個孔的視野數(shù))/(加入的病毒液體積×稀釋梯度)。根據(jù)滴度測定結果,按實際需要的感染復數(shù)(MOI),以PBS將病毒稀釋至相應濃度,進行后續(xù)試驗。
2.3 Ad-GFP-C197感染后3種腫瘤細胞中C197蛋白的表達水平檢測
采用Western blot法測定C197蛋白的表達水平。試驗分為SGC7901細胞組、MCF7細胞組和CaCO2細胞組,將上述3種細胞分別鋪于培養(yǎng)瓶中,每瓶2×106個細胞,常規(guī)培養(yǎng)48 h;按MOI為100,分別采用Ad-GFP-C197和Ad-GFP感染上述細胞,繼續(xù)常規(guī)培養(yǎng)48 h。收集感染后的3組腫瘤細胞,分別用蛋白提取試劑盒提取收集細胞蛋白,再經(jīng)SDS-PAGE電泳、轉膜后,置于5%脫脂奶粉封閉液中封閉1 h;先后加入一抗(鼠抗His抗體,1 ∶ 2 000)、內參GAPDH抗體(1 ∶ 2 000)和二抗(羊抗鼠IgG抗體,1 ∶ 3 000),于4 ℃孵育1 h后,用PBS洗脫3次。在暗室中用暗盒進行壓片,經(jīng)顯影后曝光得膠片,晾干后拍照保存。采用Image J 1.48軟件分析目標蛋白條帶的灰度值以表示蛋白表達水平,重復分析3次,繪制柱狀圖。
2.4 Ad-GFP-C197感染后3種腫瘤細胞的增殖抑制率檢測
采用MTT法[14]測定細胞增殖抑制率。按“2.3”項下分組,將SGC7901細胞、MCF7細胞和CaCO2細胞分別鋪于96孔板中,每孔1×104個細胞,每種細胞設置6個復孔,共鋪7塊板。按MOI為100,分別采用Ad-GFP-C197和Ad-GFP感染上述細胞,常規(guī)培養(yǎng)。每隔24 h取1塊板,棄去培養(yǎng)基,每孔加入5 mg/mL MTT溶液20 μL培養(yǎng)4 h后,吸棄孔內溶液,加入二甲基亞砜150 μL,振蕩10 min,使結晶物溶解。采用酶標儀在495 nm波長處測定吸光度(OD值),并對OD值-時間繪制細胞增殖曲線圖,其中OD值越低,則表明細胞增殖受抑制程度越高;同時,按公式計算不同時間點的細胞增殖抑制率[抑制率(%)=(ODAd-GFP-ODAd-GFP-C197)/ ODAd-GFP×100%]。
2.5 統(tǒng)計學方法
試驗數(shù)據(jù)均以x±s表示,采用GraphPad Prism 5統(tǒng)計作圖軟件進行統(tǒng)計學分析。組間比較采用方差分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
3 結果
3.1 Ad-GFP-C197擴增、純化及滴度測定結果
3.1.1 擴增結果 Ad-GFP-C197感染HEK293細胞后第2天,顯微鏡下可見彗星狀綠色熒光細胞(見圖1),表明感染成功,Ad-GFP-C197能在細胞中復制;第5天時能觀察到有三分之一的細胞被感染。
3.1.2 純化結果 經(jīng)超速離心后,可在離心管中明顯觀察到一條清晰的乳白色病毒條帶。
3.1.3 滴度測定結果 經(jīng)檢測,Ad-GFP-C197的滴度為3.14×1011 PFU/mL,Ad-GFP的滴度為2.10×1011 PFU/mL。
3.2 Ad-GFP-C197感染后腫瘤細胞內C197蛋白表達情況
Ad-GFP感染的SGC7901細胞、MCF7細胞和CaCO2細胞中均未檢測到C197蛋白的表達,而Ad-GFP- C197感染的上述3種腫瘤細胞中C197蛋白均有明顯表達。蛋白表達電泳圖見圖2,灰度值柱狀圖見圖3(注:由于Ad-GFP感染細胞的C197蛋白表達均為陰性結果,因此只提供SGC7901細胞感染后的結果)。
3.3 Ad-GFP-C197感染后腫瘤細胞的增殖抑制情況
與Ad-GFP比較,Ad-GFP-C197感染后3種腫瘤細胞的增殖曲線均表現(xiàn)出抑制現(xiàn)象,SGC7901細胞、MCF7細胞均在第2天開始表現(xiàn)出受到抑制,CaCO2細胞在第3天開始表現(xiàn)出受到抑制;3種腫瘤細胞的OD值分別從第4、5、4天開始組間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見圖4。此外,隨作用時間的延長,3種腫瘤細胞的增殖抑制率均呈升高趨勢;第3、4天時,CaCO2細胞增殖抑制率較其他2種細胞顯著更高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01);第6、7天時,MCF7細胞增殖抑制率較其他2種細胞顯著更高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);3種腫瘤細胞的增殖抑制率最高可達37.31%~41.42%,詳見表1。以上結果表明,Ad-GFP-C197對3種腫瘤細胞均有顯著的增殖抑制作用。
4 討論
腫瘤細胞與正常細胞的最大區(qū)別之一是90%以上的腫瘤細胞表現(xiàn)出端粒酶活性,而端粒酶可以延長端粒,使腫瘤細胞得以永生,因此其成為區(qū)別腫瘤細胞與正常細胞的重要標志之一[15-16]。端粒酶除了能通過延長端粒促進腫瘤生長外,還能通過與Wnt信號通路的β-catenin及轉錄因子Brg1結合,發(fā)揮促進腫瘤發(fā)生相關靶基因(如c-myc)表達[17-18]、調節(jié)細胞周期[19]、抑制活性氧簇(ROS)誘導的細胞凋亡[20]等作用。
人端粒酶主要由hTR、有逆轉錄活性的hTERT和端粒相關蛋白組成,hTERT是人端粒酶活性的限速酶,其表達異常增加通常被認為是腫瘤發(fā)生的前期標志[21]。hTERT含有1 132個氨基酸,主要有3個功能部分,即與hTR結合的N端、逆轉錄區(qū)、與DNA結合的C端。hTERT C端是端粒酶與染色體末端DNA 3′ 端懸突結合的功能區(qū),是端粒酶活性的重要部分[22]。與高度保守的逆轉錄區(qū)不同,C端同源性較弱、保守性較低,是hTERT與其他逆轉錄酶的主要區(qū)別之一,也是特異性抑制端粒逆轉錄酶的重要靶位[23]。hTERT的C端含有多個結合位點和定位區(qū),也是其在細胞內進行端粒末端復制所必需的結構域,因此筆者推測,當C197在細胞內大量表達后,因為其含有相應的結合位點,能競爭性與hTERT的底物DNA 3′端懸突結合,從而抑制細胞內hTERT活性,使細胞內的hTERT無法結合到Wnt通路啟動子上,使該通路受到抑制,進而起到抗腫瘤作用?;诖?,本課題組選擇C197進行腫瘤細胞抑制作用研究。
目前抑制端粒酶活性的抗腫瘤化合物有很多,如端粒酶抑制劑GRN163L、G-四聯(lián)體穩(wěn)定劑Telomestatin等。其中GRN163L已進入Ⅱ期臨床試驗,但進展緩慢,效果也難以令人滿意,這是因為端粒酶抑制劑作用于端粒酶后需要較長的時間才能表現(xiàn)出明顯的抑制作用,這一過程一般需要20 d左右,而在體內給藥時這一過程更長[24]。在這個漫長的過程中,許多腫瘤細胞的端粒依然得以維持或代償,使得上述抗腫瘤化合物難以發(fā)揮抑制端粒酶的理想效果[25]。
本課題組前期研究對Ad-GFP-C197的表達載體進行設計時,在C197的N端加上了6個His標簽,這不但有利于檢測C197基因片段的表達,而且便于后續(xù)的蛋白純化[11]。本研究發(fā)現(xiàn),Ad-GFP-C197感染后,C197在SGC7901細胞、MCF7細胞、CaCO2細胞中均能高水平地表達;而且上述3種細胞的增殖均受到顯著抑制,且從第2~3天起即開始表現(xiàn)出增殖抑制現(xiàn)象,起效迅速。這表明,Ad-GFP-C197克服了其他端粒酶抑制劑起效慢的缺點,能夠迅速發(fā)揮抑制腫瘤細胞增殖的作用。
綜上所述,Ad-GFP-C197能夠在SGC7901細胞、MCF7細胞、CaCO2細胞中高水平表達C197,且對3種腫瘤細胞均有顯著且迅速的增殖抑制作用。但C197能否對腫瘤細胞中hTERT的表達也產(chǎn)生影響尚不完全明確,其抗腫瘤作用機制還需后續(xù)進一步研究。
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(收稿日期:2018-01-24 修回日期:2018-08-24)
(編輯:段思怡)