楊念，李琛，李洪亮，鄭燕，房樹華，汪選斌△，趙雅瑋△

脂代謝重新編程是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1（SREBP1）是含有bHLH-Zip 結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子［1］，可調(diào)控內(nèi)源性膽固醇、脂肪酸、三酰甘油和磷脂合成所需酶的表達(dá)，以維持血脂動態(tài)平衡［2］。研究發(fā)現(xiàn)，SREBP1的過度表達(dá)與某些惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，在脂肪酸合成活躍的組織器官，如肝臟［3］、乳腺［4］、前列腺［5］，其發(fā)生腫瘤之后的惡性程度與SREBP1的表達(dá)增加有關(guān)。本研究利用生物信息學(xué)預(yù)測、分析并構(gòu)建SREBP1基因啟動子雙熒光素酶報告基因載體，以期為研究針對SREBP1靶點(diǎn)的天然活性抑制劑篩選奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料 限制性內(nèi)切酶KpnⅠ和XhoⅠ、RPMI 1640 培養(yǎng)基、Opti-MEM 和lipofectamine 3 000 轉(zhuǎn)染試劑購自美國Thermo Fisher Scientific 公司，DNA marker 和感受態(tài)細(xì)胞Trans1-T1購自北京全式金生物公司，KOD-Plus-Neo 購自日本TOYOBO 公司，Gibson Assembly Master Mix 購自美國NEB公司，細(xì)胞基因組提取試劑盒、膠回收試劑盒和去內(nèi)毒素質(zhì)粒抽提試劑盒購自美國Omega公司，雙熒光素酶報告基因檢測試劑盒購自美國Promega 公司，新生牛血清購自杭州天杭四季青公司，人肝癌細(xì)胞系HepG2由湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院腫瘤中心中藥藥理實(shí)驗(yàn)室保存，質(zhì)粒pGL3-Basic 和pRL-SV40 由湖北醫(yī)藥學(xué)院郭興榮副教授惠贈，大黃素購自上海陶素生化公司（批號T2869），引物委托上海生工生物工程公司合成，序列測定委托武漢擎科創(chuàng)新生物科技有限公司完成。

1.2 方法

1.2.1 分析軟件 選取SREBP1（Ensembl：ENSG00000072310）基因起始密碼子上游5 000 bp 序列，利用在線軟件NNPP、Prometer SCAN、TSSG、TSSW 和Nsite 在默認(rèn)條件下對SREBP1基因啟動子序列及其轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測分析。 分別在CpGFinder、MethPrimer、MethPrimer 2.0 和CpGPlot 四個軟件上傳獲取的基因序列，按照默認(rèn)條件進(jìn)行CpG 島預(yù)測分析。將Cister 軟件閾值設(shè)置為0.1，對SREBP1基因順式元件進(jìn)行預(yù)測，并得出相應(yīng)結(jié)果。本研究使用的在線軟件見表1。

1.2.2 HepG2 細(xì)胞培養(yǎng) HepG2 細(xì)胞株用含10%胎牛血清的RPMI 1640 培養(yǎng)基在37 ℃、5%CO2及飽和濕度條件下培養(yǎng)，根據(jù)細(xì)胞生長情況進(jìn)行適當(dāng)換液傳代。

1.2.3 pGL3-SREBP1-pro 啟動子載體構(gòu)建 培養(yǎng)HepG2 細(xì)胞，按照試劑盒說明書抽提HepG2 細(xì)胞基因組。以基因組DNA 為模板，PCR 擴(kuò)增SREBP1基因啟動子，擴(kuò)增片斷約2 000 bp（引物序列見表2）。50 μL PCR 反應(yīng)體系：10×PCR Buffer for KOD-Plus-Neo 5 μL、2 mmol/L dNTPs 5 μL、25 mmol/L MgSO43 μL、上下游引物（10 μmol/L）各1.5 μL、KODPlus-Neo 1 μL、基因組DNA模板5 μL、ddH2O 28 μL。PCR反應(yīng)條件：94 ℃預(yù)變性2 min；98 ℃變性10 s，63 ℃退火30 s，68 ℃延伸1 min，35個循環(huán)；68 ℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物電泳檢測，用DNA 凝膠回收試劑盒純化回收后，-20 ℃保存。用KpnⅠ、XhoⅠ雙酶切質(zhì)粒pGL3-Basic，50 μL 酶切反應(yīng)體系：10×Buffer 5 μL、質(zhì)粒5 μg、KpnⅠ0.5 μL、XhoⅠ0.5 μL、ddH2O補(bǔ)足至50 μL。37 ℃酶切1.5 h后終止反應(yīng)，酶切產(chǎn)物用DNA凝膠試劑盒純化回收后，-20 ℃保存。Gibson Assembly 是一種基于雙鏈DNA 分子同源序進(jìn)行無縫拼接的DNA 連接方式。其中克隆的DNA片段與預(yù)處理好的pGL3-Basic載體兩末端具有相互重疊的核酸序列，以保證DNA片段按正確的順序進(jìn)行拼接，再將這些片段直接加入混合酶（T5核酸外切酶、DNA合成酶、DNA連接酶）中，一步完成無縫拼接，流程圖見圖1。連接體系為10 μL：載體2 μL，克隆片段2 μL，Gibson Assembly Mix 6 μL，50 ℃反應(yīng)1 h。連接產(chǎn)物經(jīng)轉(zhuǎn)化Trans1-T1 感受態(tài)細(xì)胞，挑陽性菌落接種于20 mL 氨芐抗性的LB 培養(yǎng)基中，37 ℃、250 r/min振蕩培養(yǎng)過夜后，提取質(zhì)粒進(jìn)行酶切鑒定，測序正確后命名為pGL3-SREBP1-pro。

Tab.1 Bioinformatics online software used in this study表1 本研究使用的生物信息學(xué)在線軟件

Tab.2 The amplification primer of SREBP1 promoter表2 SREBP1基因啟動子擴(kuò)增引物

1.2.4 雙熒光素酶報告基因的檢測 常規(guī)培養(yǎng)肝癌HepG2細(xì)胞，設(shè)置空載組（pGL3-Basic+pRL-SV40）、攜帶報告基因載體的對照組（pGL3-SREBP1-pro+pRL-SV40）及添加天然活性抑制劑大黃素組（大黃素+pGL3-SREBP1-pro+pRLSV40）。轉(zhuǎn)染前1 d 將5×105/mL 的HepG2 細(xì)胞接種至6 孔板培養(yǎng)過夜，第2 天細(xì)胞密度達(dá)70%～90%時，在轉(zhuǎn)染前約1 h換新鮮培養(yǎng)基，天然活性抑制劑大黃素組加入含大黃素的培養(yǎng)基（大黃素終濃度100 μmol/L）。按照Lipofectamine 3 000試劑盒要求配制轉(zhuǎn)染液，每孔加2.5 μg質(zhì)粒（2 475 ng目的載體和25 ng 內(nèi)參載體pRL-SV40）。室溫孵育轉(zhuǎn)染混合液5 min 后加入含有細(xì)胞的培養(yǎng)板培養(yǎng)24 h，用PBS 洗2 次，加入1×PLB（passive lysis buffer）室溫?fù)u動培養(yǎng)板裂解15 min，取上清，13 000 r/min 離心15 s；在96 孔酶標(biāo)板中加入50 μL LARⅡ試劑，再加入10 μL細(xì)胞裂解液上清，立即放入酶標(biāo)儀混勻并讀取螢火蟲熒光酶活性讀數(shù)，隨后立刻向反應(yīng)液中加入50 μL Stop & GoBuffer（螢火蟲熒光素酶終止液和海腎熒光素酶的底物）立即放入酶標(biāo)儀混勻并讀取海腎熒光素酶活性讀數(shù)。每個實(shí)驗(yàn)組重復(fù)3次，取平均值，每個樣品的螢火蟲熒光酶數(shù)值與海腎熒光素酶數(shù)值的比值即為熒光素酶表達(dá)強(qiáng)度。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 21.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 SREBP1生物信息分析

2.1.1SREBP1啟動子區(qū)特征序列及其轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測結(jié)果 在SREBP1基因起始密碼子上游5 000 bp 序列，NNPP 和Prometer SCAN 兩個軟件均預(yù)測存在5 個啟動子特征序列，見表3。TSSG 結(jié)果顯示，有2 個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，分別位于1 810 bp處和4 955 bp 處。TSSW 結(jié)果顯示，有3 個轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)在1 838 bp、2 587 bp 和4 936 bp 處，2 555 bp 處有TATA 盒。Nsite 預(yù)測有17 個轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，見表4。

Tab.3 The analysis results of the NNPP and Prometer SCAN predicting SREBP1 promoter表3 NNPP和Prometer SCAN軟件預(yù)測SREBP1基因啟動子分析結(jié)果

2.1.2SREBP1基因CpG 島分析 CpGFinder、MethPrimer、MethPrimer 2.0 和CpGPlot4 個軟件預(yù)測SREBP1基因分別有1 個、4 個、3 個、2 個CpG 島，結(jié)果見表5。

2.1.3SREBP1可能的功能性順式元件 Cister軟件對SREBP1基因順式元件的預(yù)測結(jié)果見圖2。共有49 個可能的功能性順式元件，主要集中在SREBP1上游5′端約1 000～2 000 bp 和4 000～5 000 bp 的位置。

Fig.1 The flowchart of pGL3-SREBP1-pro vector constructed by Gibson Assembly圖1 Gibson Assembly構(gòu)建pGL3-SREBP1-pro載體流程圖

Tab.4 The analysis results of the Nsite predicting SREBP1 transcription factor binding sites表4 Nsite軟件預(yù)測SREBP1基因轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分析結(jié)果

Tab.5 The prediction results of SREBP1 CpG Island表5 SREBP1基因CpG島預(yù)測結(jié)果

2.2SREBP1啟動子雙熒光素酶報告基因載體的構(gòu)建結(jié)果 根據(jù)生物信息學(xué)的分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)SREBP1啟動子的轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點(diǎn)，CpG 島及順式作用元件主要集中在前2 000 bp的位置，因此選取長度為2 036 bp的SREBP1啟動子開展后續(xù)試驗(yàn)。以HepG2細(xì)胞基因組DNA為模板，擴(kuò)增SREBP1的啟動子，擴(kuò)增片斷約2 000 bp（圖3）。Gibson Assembly 拼接PCR 片斷和線性化pGL3-Basic 載體，構(gòu)建pGL3-SREBP1-pro啟動子載體，pGL3-SREBP1-pro酶切鑒定結(jié)果見圖4。構(gòu)建載體測序后證實(shí)序列與人源性SREBP1啟動子區(qū)序列相一致。

Fig.2 The prediction results of Cister to SREBP1 cis-element圖2 Cister對SREBP1基因順式元件的預(yù)測結(jié)果

2.3 大黃素對SREBP1啟動子雙熒光素酶報告基因轉(zhuǎn)錄活性的影響 結(jié)果顯示，3組間熒光素酶活性差異有統(tǒng)計學(xué)意義（n=3，F(xiàn)=488.647，P＜0.001），pGL3-SREBP1-pro組熒光素酶活性顯著高于pGL3-Basic 組（3.124 5±0.206 3vs.0.020 3±0.001 9，P＜0.001），所構(gòu)建的SREBP1雙熒光素酶報告基因具有啟動子活性。大黃素給藥組熒光素酶活性（1.452 6±0.043 7）顯著低于pGL3-SREBP1-pro 組（P＜0.001），大黃素能明顯抑制SREBP1的轉(zhuǎn)錄活性。

Fig.3 The PCR product of SREBP1 promoter圖3 SREBP1啟動子PCR產(chǎn)物

Fig.4 The double enzyme cutting identification result of recombinant plasmid圖4 重組質(zhì)粒雙酶切鑒定

3 討論

3.1 SREBP1是潛在的癌癥治療新靶點(diǎn) 脂代謝的改變是影響腫瘤生長、生存和對抗藥性治療的關(guān)鍵因素。腫瘤病人組織SREBP1 表達(dá)水平增高，SREBP1 所調(diào)節(jié)的脂肪生成基因轉(zhuǎn)錄激活。因此，SREBP1是理想的潛在癌癥治療靶點(diǎn)。

3.2 生物信息學(xué)方法是預(yù)測SREBP1啟動子的重要手段 啟動子是調(diào)控基因表達(dá)的重要組成部分，利用生物信息學(xué)軟件對啟動子進(jìn)行分析和預(yù)測，可為后續(xù)研究指明方向。為搜尋啟動子區(qū)域，本研究分別采用5 種不同的啟動子分析軟件對SREBP1基因啟動子區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該基因至少存在2個啟動子，且存在TATA 盒。雖然由于各預(yù)測軟件的原理不同可能導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果有一定偏差，但基本可以確定啟動子存在于SREBP1基因的5′非編碼區(qū)上游。CpG島通常位于基因啟動子的核心序列和轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近。本研究應(yīng)用在線軟件CpGFinder、MethPrimer、MethPrimer 2.0 和CpGPlot 在SREBP1上游啟動子區(qū)域2 000 bp的位置均發(fā)現(xiàn)CpG島。轉(zhuǎn)錄因子亦稱為反式作用因子，通過與順式作用元件（即轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)）結(jié)合才能有效激活基因轉(zhuǎn)錄，啟動子調(diào)控元件的鑒定有助于尋找相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子。Cister 軟件分析出SREBP1基因啟動子轉(zhuǎn)錄區(qū)5 000 bp片段中有49個可能的功能性順式元件，因此后續(xù)構(gòu)建系列截短熒光素酶表達(dá)載體時要充分參考此結(jié)果，不能中斷這些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。本研究運(yùn)用生物信息學(xué)預(yù)測SREBP1啟動子，有效地從基因組中查找已知及末知的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，為研究基因的結(jié)構(gòu)和功能提供了可靠依據(jù)。

3.3 雙熒光素酶報告基因可有效檢測SREBP1活性 雙熒光素酶報告基因是研究基因表達(dá)調(diào)控和基因工程的重要手段之一，熒光素酶的表達(dá)量與熒光的強(qiáng)度相關(guān)，可作為真核細(xì)胞中基因表達(dá)量及啟動子活性的測定手段。筆者根據(jù)SREBP1基因生物信息學(xué)分析得到的結(jié)果，采用新型無縫克隆技術(shù)Gibson Assembly 方法成功構(gòu)建了SREBP1啟動子雙熒光素酶報告基因載體，此方法較傳統(tǒng)的酶切連接、同源重組方法更為高效、簡單、多變，提高了構(gòu)建成功率，為進(jìn)一步研究SREBP1基因啟動活性及轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件、探討基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3.4SREBP1轉(zhuǎn)錄活性檢測為尋找腫瘤脂代謝新靶點(diǎn)提供技術(shù)平臺 目前，中藥、天然產(chǎn)物抗腫瘤己經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。已有研究表明，中藥能夠抑制腫瘤脂代謝和SREBP1轉(zhuǎn)錄活性［7］。利用SREBP1轉(zhuǎn)錄活性檢測，可為尋找腫瘤脂代謝新靶點(diǎn)提供技術(shù)平臺。同時，大黃素作為天然活性抑制劑抑制了SREBP1轉(zhuǎn)錄活性，與筆者前期發(fā)現(xiàn)的大黃素能夠抑制SREBP1mRNA 和蛋白水平表達(dá)的結(jié)論一致［6］，對相應(yīng)的SREBP1天然抑制劑的開發(fā)和利用具有重要意義。