竇娜,李春曉,王婷,王勁松,王海娟,錢海利,南鵬,張競堯,李慧,門秀麗#
1華北理工大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,河北省慢性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,唐山市慢性病臨床基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北唐山063200
2國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院,北京1000210
國家癌癥中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,結(jié)直腸癌是導(dǎo)致中國癌癥相關(guān)死亡的常見惡性腫瘤之一,且發(fā)病率逐年上升[1]。2015年,中國新增結(jié)直腸癌病例數(shù)和病死人數(shù)分別為33.1萬和15.9萬[2]。目前,結(jié)直腸癌采取手術(shù)治療為主、放化療為輔的綜合治療手段[3]。雖然結(jié)直腸癌的治療水平不斷提高,但是由于結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移率高達(dá)50%~60%,故患者遠(yuǎn)期預(yù)后仍不理想[4]。腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)因子1(metastasis associated 1,MTA1)最初是在乳腺癌細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)的[5],在結(jié)腸癌等多種腫瘤組織中高表達(dá),與腫瘤轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)[6-7]。然而,MTA1促進(jìn)結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的機(jī)制尚不清楚。為闡明MTA1促進(jìn)結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的潛在機(jī)制,本實(shí)驗(yàn)室前期將敲除MTA1的結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116及對照細(xì)胞進(jìn)行RNA測序分析,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞角蛋白19(cytokeratin 19,CK19)在敲除MTA1的HCT116細(xì)胞中表達(dá)顯著下調(diào)。CK19是細(xì)胞角蛋白家族中的一員,當(dāng)上皮細(xì)胞生物學(xué)行為發(fā)生改變時(shí),其表達(dá)水平、細(xì)胞定位或翻譯后修飾發(fā)生改變[8]。已有研究表明,CK19在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá),且與結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移、預(yù)后等相關(guān)[9],但未見MTA1與CK19關(guān)系的報(bào)道。本研究旨在探討MTA1與CK19在結(jié)腸癌細(xì)胞中表達(dá)的相關(guān)性及與結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的關(guān)系。
選擇2012年8月至2016年6月在中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院行結(jié)腸癌切除手術(shù)的80例結(jié)腸癌患者,所有患者均經(jīng)過病理組織學(xué)檢查確診為結(jié)腸癌,同時(shí)取結(jié)腸癌組織與癌旁組織(距結(jié)腸癌組織1~2 cm)進(jìn)行研究。
人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞、敲除MTA1的HCT116細(xì)胞(HCT116crMTA1)、對照細(xì)胞(HCT116crMTA1control 2)及人胚腎293細(xì)胞由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存。慢病毒空載(Lenti-GFP)、過表達(dá)MTA1慢病毒(Lenti-MTA1)、無意義的小干擾RNA(siNC)、CK19特異性的小干擾RNA(siCK19)均購自上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司,CK19過表達(dá)質(zhì)粒與CK19過表達(dá)對照質(zhì)粒均購自廣州復(fù)能基因有限公司,psPAX2、pMD2.G均購自北京中原合聚經(jīng)貿(mào)有限公司,嘌呤霉素購自生工生物工程(上海)股份有限公司,Lipofectamine 2000購自英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司,Matrigel基質(zhì)膠購自北京市普京康利科技有限公司,兔抗人MTA1購自艾博抗(上海)貿(mào)易有限公司,鼠抗人β-actin、CK19抗體分別購自西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司、美國Santa Cruz Biotechnology公司,辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔及羊抗鼠免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)、SP試劑盒、PV-9001試劑盒及二氨基聯(lián)苯胺(diaminobenzidine,DAB)顯色試劑盒均購自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
由經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資病理醫(yī)師對染色結(jié)果進(jìn)行評價(jià),每例組織標(biāo)本分別獨(dú)立評價(jià)至少5個(gè)高倍視野,且每個(gè)視野觀察細(xì)胞數(shù)不少于200個(gè)。結(jié)合染色強(qiáng)度和染色細(xì)胞所占百分比評分進(jìn)行結(jié)果判定。染色強(qiáng)度:無色為0分,淡黃色為1分,棕黃色為2分,黃褐色為3分;染色細(xì)胞所占百分比:無染色細(xì)胞為0分,<10%為1分,10%~50%為2分,51%~80%為3分,>80%為4分。兩項(xiàng)評分的乘積即為MTA1或CK19蛋白表達(dá)的最終評分,評分>4分為MTA1或CK19蛋白高表達(dá),評分≤4分為MTA1或CK19蛋白低表達(dá)。
接種對數(shù)生長期的HCT116細(xì)胞,培養(yǎng)過夜,待其融合度達(dá)30%時(shí)分別加入10 μl Lenti-MTA1和Lenti-GFP,繼續(xù)培養(yǎng)48 h后加入嘌呤霉素篩選,分別構(gòu)建MTA1過表達(dá)結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞系(HCT116MTA1)和對照細(xì)胞系(HCT116control 1)。按照1.5∶1∶2的比例將包裝質(zhì)粒psPAX2、pMD2.G和目的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染至人胚腎293細(xì)胞中(兩組目的質(zhì)粒分別是CK19過表達(dá)質(zhì)粒、CK19過表達(dá)對照質(zhì)粒),48、72 h后收集病毒,-80℃保存。待HCT116crMTA1細(xì)胞融合度達(dá)30%~50%時(shí),加入病毒,隔天換病毒,分別構(gòu)建CK19過表達(dá)細(xì)胞系(命名為HCT116crMTA1CK19組)和CK19過表達(dá)對照細(xì)胞系(命名為HCT116crMTA1control組)。
對HCT116MTA1細(xì)胞分別轉(zhuǎn)染siCK19和siNC,構(gòu)建敲降CK19細(xì)胞系及敲降CK19對照細(xì)胞系,命名為HCT116MTA1siCK19組和HCT116MTA1-control組,按照Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑盒說明書進(jìn)行轉(zhuǎn)染。
收集細(xì)胞,提取蛋白質(zhì),以10%的十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分離蛋白,恒壓15 V轉(zhuǎn)膜90 min,5%脫脂牛奶封閉1 h,加入一抗 MTA1(1∶1000)、CK19(1∶1000)、β-actin(1∶5000),4℃孵育過夜,用含0.1%吐溫-20的磷酸鹽 緩 沖 液(Tween-20 phosphate buffered saline,PBST)洗膜3次,加入二抗IgG(1∶5000),常溫孵育1 h。PBST緩沖液洗膜3次,曝光、顯影。
將Matrigel基質(zhì)膠均勻包被Transwell小室的上室基底膜,置于培養(yǎng)箱中1 h,之后將100 μl細(xì)胞懸液加入上層小室中,下室加入600 μl 20%血清培養(yǎng)基,培養(yǎng)48 h后,磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)沖洗3次,甲醇固定約10 min,結(jié)晶紫溶液染色10 min,倒置顯微鏡下隨機(jī)選取5個(gè)視野計(jì)數(shù)并拍照,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。
對TCGA-COAD數(shù)據(jù)集中的結(jié)直腸癌組織的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基因共表達(dá)分析,利用cBioPortal軟件分析平臺,獲取結(jié)直腸癌在TCGA數(shù)據(jù)庫中的質(zhì)譜數(shù)據(jù),篩選共表達(dá)的基因,篩選條件為:Spearman相關(guān)系數(shù)絕對值>0.3,P<0.05,篩選MTA1和CK19共表達(dá)的基因集,求取交集后,利用DAVID數(shù)據(jù)庫進(jìn)行GO富集分析,找出顯著富集的功能聚類項(xiàng)。
采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,組間比較采用t檢驗(yàn),采用Pearson相關(guān)分析法進(jìn)行相關(guān)性分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
采用免疫組織化學(xué)法檢測80例結(jié)腸癌組織及80例癌旁組織中MTA1及CK19的表達(dá)情況。結(jié)果顯示在結(jié)腸癌組織中,MTA1在細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中均有表達(dá),其中MTA1低表達(dá)9例,高表達(dá)71例;CK19主要在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá),其中CK19低表達(dá)40例,高表達(dá)40例。而在癌旁組織中,MTA1、CK19均低表達(dá)。結(jié)腸癌組織中MTA1、CK19評分均明顯高于癌旁組織,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(表1)。Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示,在結(jié)腸癌組織中MTA1與CK19表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.490,P<0.01)。
表1 結(jié)腸癌組織與癌旁組織中MTA 1與CK19評分的比較(± s)
表1 結(jié)腸癌組織與癌旁組織中MTA 1與CK19評分的比較(± s)
組織類型結(jié)腸癌組織(n=80)癌旁組織(n=80)t值P值MTA1評分7.53±2.41 1.21±1.08 21.411 0.000 CK19評分4.79±2.47 0.36±0.64 15.518 0.000
在MTA1過表達(dá)的HCT116MTA1細(xì)胞中CK19表達(dá)上調(diào),而在敲除MTA1的HCT116crMTA1細(xì)胞中CK19表達(dá)下調(diào)。(圖1)
圖1 Westernblot法檢測四組細(xì)胞中MTA 1與CK19的表達(dá)情況
Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,HCT116crMTA1control組細(xì)胞穿透細(xì)胞數(shù)為(58.33±16.07),少于HCT116crMTA1CK19組的(147.00±10.82),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.604,P<0.05);HCT116MTA1-control組細(xì)胞穿透細(xì)胞數(shù)為(1077.67±233.98),多于HCT116MTA1siCK19組的(671.33±78.04),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.853,P<0.05)。
通過TCGA數(shù)據(jù)庫,分別篩選得到在結(jié)直腸癌中與MTA1及CK19表達(dá)相關(guān)的基因集,然后對上述兩個(gè)基因集求取交集,進(jìn)行功能聚類分析。共篩選獲得與MTA1表達(dá)相關(guān)的基因2675個(gè),與CK19表達(dá)相關(guān)的基因3674個(gè),其中重疊基因2315個(gè)。利用DAVID數(shù)據(jù)分析平臺對上述重疊基因集進(jìn)行基因功能聚類分析,發(fā)現(xiàn)該基因簇參與細(xì)胞黏附、mRNA剪接、細(xì)胞代謝、蛋白質(zhì)合成等生物學(xué)過程(圖2),其中細(xì)胞黏附過程的參與基因包括鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白β2亞基類似物1(guanine nucleotide binding protein beta polypeptide 2-like 1,GNB2L1)、皮層肌動(dòng)蛋白(cortactin,CTTN)、α胞襯蛋白 1(spectrin alpha,non-erythrocytic 1,SPTAN1)和淋巴細(xì)胞溶質(zhì)蛋白1(lymphocyte cytosolic protein 1,LCP1)等。
圖2 與MTA 1、CK19表達(dá)相關(guān)的重疊基因的GO聚類分析
結(jié)腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤,在中國發(fā)病率逐年增高[10]。多數(shù)患者在明確診斷時(shí)已處于癌癥晚期,腫瘤轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致其高病死率的主要原因[11]。雖然已知結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移是多基因共同作用的結(jié)果,但對結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移機(jī)制還尚未清楚。開展結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究對延長結(jié)腸癌患者生存及改善預(yù)后具有重要意義。
腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)因子(metastasis associated,MTA)是與腫瘤轉(zhuǎn)移高度相關(guān)的基因家族,在腫瘤組織中高表達(dá),與腫瘤患者的預(yù)后密切相關(guān)。其中,在多種腫瘤組織中高表達(dá)的MTA1基因,是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的MTA家族成員[12]。近年來,研究發(fā)現(xiàn)MTA1與惡性腫瘤組織的浸潤轉(zhuǎn)移密切相關(guān),高表達(dá)MTA1的腫瘤組織浸潤率和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率明顯增高,且更易發(fā)生血行轉(zhuǎn)移[13]。MTA1主要參與組成具有核小體重塑活性的組蛋白去乙?;?,促進(jìn)組蛋白脫乙?;?,間接調(diào)控抑制腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移的基因,進(jìn)而發(fā)揮促進(jìn)腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移的作用[14]。已有研究表明,MTA1可以通過改變細(xì)胞角蛋白的組裝,調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架蛋白的定位,增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的惡性行為,使腫瘤細(xì)胞具有更強(qiáng)的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。細(xì)胞角蛋白參與調(diào)節(jié)包括細(xì)胞遷移、凋亡、侵襲與感染等多個(gè)過程[15]。已有研究表明,CK19在結(jié)腸癌組織中高表達(dá),且與結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移、預(yù)后等相關(guān)[9]。CK19是構(gòu)成細(xì)胞骨架蛋白中間絲的主要成分之一,參與維持上皮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[16]。CK19在上皮來源的腫瘤細(xì)胞中特異性表達(dá),健康人外周血中無表達(dá),如在腫瘤患者外周血中檢測到CK19的表達(dá),則考慮發(fā)生血行微轉(zhuǎn)移[17]。本實(shí)驗(yàn)室前期的RNA測序結(jié)果表明CK19在敲除MTA1的HCT116細(xì)胞中表達(dá)顯著下調(diào),本研究結(jié)果顯示MTA1蛋白與CK19蛋白在結(jié)腸癌組織中表達(dá)呈顯著正相關(guān)。進(jìn)而,在過表達(dá)MTA1的HCT116細(xì)胞中應(yīng)用RNA干擾技術(shù)沉默CK19,可減弱腫瘤細(xì)胞的侵襲能力;在敲除MTA1的HCT116細(xì)胞中過表達(dá)CK19,可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力;以上結(jié)果表明,結(jié)腸癌細(xì)胞中MTA1可通過上調(diào)CK19增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力,這在既往文獻(xiàn)中未見報(bào)道。此外,為了給后續(xù)研究提供線索,本研究通過數(shù)據(jù)庫分析獲得與MTA1、CK19表達(dá)均相關(guān)的基因簇,并進(jìn)行功能聚類分析,發(fā)現(xiàn)與MTA1、CK19表達(dá)均相關(guān)的基因簇參與細(xì)胞黏附、mRNA剪接、細(xì)胞代謝、蛋白質(zhì)合成等過程,其中MTA1參與mRNA剪接與細(xì)胞代謝等均已有相關(guān)報(bào)道,說明該數(shù)據(jù)分析具有可靠性。同時(shí),MTA1、CK19在細(xì)胞黏附過程中的富集分?jǐn)?shù)最高,提示MTA1、CK19可能通過調(diào)控細(xì)胞黏附過程促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲。具體而言,基因功能富集分析提示,在與MTA1、CK19表達(dá)相關(guān)的基因簇中,GNB2L1、CTTN、SPTAN1和LCP1等可能參與MTA1、CK19調(diào)控的細(xì)胞黏附過程。LCP1是高度保守的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白,與波形蛋白四聚體形成復(fù)合物,在細(xì)胞黏附期間參與波形蛋白的組裝并構(gòu)成細(xì)胞骨架[18]。同時(shí),LCP1的一個(gè)結(jié)構(gòu)域蛋白與波形蛋白相互作用,而另一個(gè)結(jié)構(gòu)域蛋白可與CK19相互作用[19]。MTA1、CK19有可能通過與LCP1蛋白的相互作用進(jìn)一步影響細(xì)胞黏附過程,從而影響結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移,具體的調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。
綜上所述,在結(jié)腸癌組織中,MTA1和CK19表達(dá)呈正相關(guān),MTA1可通過上調(diào)CK19促進(jìn)結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞侵襲。MTA1、CK19有可能作為結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物,為治療結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移提供分子治療靶點(diǎn),具體的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。