陳埏芳, 馮淑芬, 施 穎, 鐘 綠, 李觀宏, 湯紹輝
(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化科,廣東廣州510630)
肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是原發(fā)性肝癌中最常見的病理類型,是世界上第五大常見惡性腫瘤,也是腫瘤死亡的第三大原因[1]。雖然近年來HCC 的診療水平有所提高,但我國HCC 患者的5年生存率僅約12%[2]。復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致HCC患者死亡的兩大主因。因此,研究HCC 發(fā)生和轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制,對HCC的個(gè)體化精準(zhǔn)治療極其重要。
胰島素樣生長因子1 受體(insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R)是一種廣泛表達(dá)于多種類型細(xì)胞表面的酪氨酸激酶跨膜蛋白,主要介導(dǎo)IGF-1和IGF-2 的生物學(xué)作用,參與機(jī)體物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖分化及胚胎發(fā)育等生物學(xué)過程[3-4]。近年研究表明,IGF-1R 在多種惡性腫瘤(包括HCC)中表達(dá)水平顯著增高,IGF-1R過表達(dá)促進(jìn)肝癌細(xì)胞生長、侵襲與轉(zhuǎn)移,抑制IGF-1R 表達(dá)可能成為HCC 治療的新靶點(diǎn)[5-7]。但是,目前有關(guān)IGF-1R調(diào)控HCC生長與侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制尚未完全明確。
IGF-1R 致癌的分子機(jī)制涉及Janus 激酶(Janus kinase,JAK)/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducers and activators of transcription,Stat)信號通路的異?;罨?-11]。Stat3 蛋白屬于 Stat 家族成員,研究顯示Stat3 的激活可以促進(jìn)HCC 發(fā)生和腫瘤血管形成,與HCC 的進(jìn)展和預(yù)后密切相關(guān)[12]。但是目前對IGF-1R-Stat3 通路的研究尚不夠深入,活化狀態(tài)的Stat3調(diào)節(jié)下游靶基因的中間環(huán)節(jié)并不明確[8-11]。
我們前期研究顯示,IGF-1R 通過正向調(diào)控中期因子(midkine)表達(dá)促進(jìn)HCC 生長與侵襲,而抑制midkine 表達(dá)則可以逆轉(zhuǎn)IGF-1R 對HCC 生長及侵襲的促進(jìn)作用[7]。但是,IGF-1R 調(diào)控 midkine 表達(dá)的機(jī)制目前國內(nèi)外尚缺乏系統(tǒng)深入研究。因此,我們對肝癌細(xì)胞中IGF-1R-Stat3信號通路與midkine表達(dá)調(diào)控的關(guān)系進(jìn)行了初步探討,以期為HCC 分子靶向治療提供參考資料。
1.1 臨床標(biāo)本收集 32例HCC 組織標(biāo)本(男25例,女 7 例,平均年齡 52.6 歲)、32 例配對癌旁肝組織(matched adjacent nontumorous tissues,MANT)標(biāo)本(術(shù)中切除距離肝癌病灶≥2 cm)和13 例正常成人肝組織(normal adult liver tissues,NALT)標(biāo)本(男10例,女3例,11例為外傷性肝破裂患者,2例為肝血管瘤患者)于 2006 年 1 月至 2017 年12 月收集于暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院。所有患者的診斷均通過病理證實(shí)。組織標(biāo)本離體后立即放入液氮中速凍后轉(zhuǎn)入超低溫冰箱存放。本研究由暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。
1.2 細(xì)胞株 肝癌細(xì)胞株(Huh7 和Hep3B)和正常肝細(xì)胞株(HL-7702)購于ATCC。穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7 細(xì)胞株及midkine 表達(dá)載體已由本課題組前期構(gòu)建并保存[7]。
1.3 主要試劑 小量質(zhì)粒抽提試劑盒購于北京全式金生物公司;Lipofectamine?2000 轉(zhuǎn)染試劑購于Invitrogen;抗Stat3、磷酸化Stat3(phosphorylated Stat3,p-Stat3)和GAPDH 兔單克隆抗體及抗兔IgG(H+L)生物素化抗體購于Cell Signaling Technology;抗midkine 兔單克?。跡P1143Y]抗體購于Abcam;MTT 檢測試劑盒購于Abcam;Transwell 細(xì)胞培養(yǎng)板購于BD。
2.1 RT-qPCR 實(shí)驗(yàn) 采用TRIzol 試劑盒制備各細(xì)胞株及肝組織標(biāo)本總RNA,驗(yàn)證總RNA 抽提完整后,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA 并進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR 分析。采用相對定量法(2-ΔΔCt)表示目的基因表達(dá)量。以18S rRNA 作為內(nèi)參照。引物由蘇州金唯智公司合成。IGF-1R 的上游引物序列為5'-GGTGTC-CAATAACTACATTG-3',下游引物序列為5'-CAGCGGTTTGTGGTCCAGC-3';Stat3 的上游引物序列為5'-CATCTTGAGCACTAAGCCT-3',下游引物序列為5'-GAGATAGACCAGTGGAGACA-3';midkine的上游引物序列為5'-CTGGGGTGCGTGTGATGGGG-3',下游引物序列為5'-CTTTGGTCTTGGGGGTGCAG-3';18S rRNA 的上游引物序列為5'-CCTGGATACCGCAGCTAGGA-3',下游引物序列為5'-GCGGCGCAATACGAATGCCCC-3'。
2.2 Western blot 檢測 Stat3、p-Stat3 和 midkine 的蛋白水平 用RIPA 裂解液提取細(xì)胞總蛋白,4℃離心,收集上清,采用BCA法測定蛋白濃度,將待測樣品上樣后進(jìn)行電泳。電泳至PVDF膜后封閉,加入Ⅰ抗和Ⅱ抗。ECL 顯色試劑盒進(jìn)行顯色,用凝膠成像儀進(jìn)行拍照,以GAPDH為內(nèi)參照,分析蛋白表達(dá)水平。
2.3 篩選針對Stat3的siRNA(siStat3) 通過查詢GenBank 中人 Stat3 mRNA 序列(NM_139276.2),根據(jù) siRNA 設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì) 3 對 siRNA(Stat3_001、Stat3_002 和Stat3_003)及1 對無任何靶基因的陰性對照siRNA(negative control siRNA,NC siRNA),并委托蘇州金唯智公司合成,序列見表1。培養(yǎng)Huh7細(xì)胞至匯合度為30%~50%,采用Lipofectamine ?2000轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染siRNA。實(shí)驗(yàn)分為4組,即陰性對照組(NC siRNA)和3 個(gè)實(shí)驗(yàn)組(Stat3_001、Stat3_002和Stat3_003),每組設(shè)置3 個(gè)siRNA 濃度梯度(25、50和 100 nmol/L)。轉(zhuǎn)染 24 h 后,按 TRIzol 試劑盒說明抽提Huh7 細(xì)胞總RNA,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA 并進(jìn)行定量 PCR 擴(kuò)增,測定 Stat3 的 mRNA 表達(dá)量,引物序列同前。每個(gè)樣本同時(shí)擴(kuò)增3個(gè)復(fù)管,并連續(xù)進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)。采用2-ΔΔCt表示目的基因表達(dá)量。
表1 Stat3 siRNA候選序列Table 1.Candidate sequences of Stat3 siRNA
2.4 IGF-1R 和Stat3 過表達(dá)載體的構(gòu)建 提取Hun7細(xì)胞總RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。以反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物cDNA為模板,PCR 擴(kuò)增。PCR 條件為:94℃ 5 min;98℃30 s,58℃ 30 s,68℃ 20 s,30 個(gè)循環(huán);68℃下延伸5 min;16℃保存。引物由蘇州金唯智公司合成。IGF-1R 的上游引物序列為5'-ccggaattcgccaccATGAAGTCTGGCTCCGGAGGAG-3',下游引物序列為5'-ctagtctagaTCAGCAGGTCGAAGACTGGGG-3';Stat3的上游引物序列為5'-GATCCGCTTCAGACCCGTCAACAAACTCGAGTTTGTTGACGGGTCTGAAGTTTTTTG-3',下游引物序列為5'-AATTCAAAAAACTTCAGACCCGTCAACAAACTCGAGTTTGTTGACGGGTCTGAAGCG-3'。在上、下游分別引入EcoRI 與XbaI 的酶切位點(diǎn)及保護(hù)性堿基。用EcoRI 和XbaI 雙酶切質(zhì)粒載體pcDNA3.1和PCR擴(kuò)增得到的目的基因,分別收集目的片段后使用T4 連接酶進(jìn)行連接,構(gòu)建重組質(zhì)粒,并進(jìn)行酶切鑒定和送至蘇州金唯智基因公司進(jìn)行測序鑒定。
2.5 MTT 法檢測細(xì)胞活力 實(shí)驗(yàn)分為5 組:空白對照(blank control,Bla)組(未轉(zhuǎn)染的Huh7細(xì)胞)、IGF-1R 組(瞬時(shí)轉(zhuǎn)染IGF-1R 過表達(dá)質(zhì)粒的Huh7 細(xì)胞)、siStat3+midkine 組(瞬時(shí)共轉(zhuǎn)染 siStat3 及 midkine 過表達(dá)質(zhì)粒的Huh7細(xì)胞)、shIGF-1R 組(穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7 細(xì)胞)和shIGF-1R+Stat3 組(穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7 細(xì)胞瞬時(shí)轉(zhuǎn)染Stat3 過表達(dá)質(zhì)粒)。取上述5 組細(xì)胞,調(diào)整密度為1×108/L,接種至96 孔板,每孔加入 100 μL DMEM 培養(yǎng)液,于 37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)細(xì)胞,待貼壁后收集各時(shí)點(diǎn)(0、24、48和72 h)細(xì)胞,加入MTT,孵育4 h后,用酶標(biāo)儀在波長570 nm處讀取吸光度。
2.6 Transwell 實(shí)驗(yàn)檢測細(xì)胞遷移及侵襲能力 在細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中,取上述5 組細(xì)胞,計(jì)數(shù)1×105個(gè)細(xì)胞,取100 μL 細(xì)胞懸液接種于Transwell 小室的上室,下室中加入600 μL 完全培養(yǎng)液,在37℃、5%CO2培養(yǎng)箱孵育12~48 h。取出Transwell 小室,棄培養(yǎng)液,用棉簽擦去上室內(nèi)的細(xì)胞,4%多聚甲醛固定20 min,PBS 洗滌 1 次,用結(jié)晶紫染色 10 min,再用 PBS洗滌1 次,顯微鏡下觀察5 個(gè)高倍視野計(jì)數(shù),拍照統(tǒng)計(jì)結(jié)果。檢測細(xì)胞侵襲能力時(shí),取Matrigel 加入Transwell 小室中,37℃孵育 2 h 使Matrigel 凝固,余下步驟同遷移實(shí)驗(yàn)。
用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,用GraghPad Prism 7 軟件作圖。每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次,記錄平均值。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。組間均數(shù)比較采用單因素方差分析及LSD-t檢驗(yàn),兩變量相關(guān)性評估采用Pearson 積矩相關(guān)分析。以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
RT-qPCR 結(jié)果顯示,Huh7 和 Hep3B 細(xì)胞中 IGF-1R、Stat3 和 midkine 的 mRNA 表達(dá)水平均顯著高于HL-7702 細(xì)胞(P<0.01),見圖1A;HCC 組織中IGF-1R、Stat3 和 midkine 的 mRNA 表達(dá)水平均顯著高于MANT 及 NALT(P<0.01),MANT 中 IGF-1R mRNA表達(dá)水平也顯著高于NALT(P<0.05),見圖1B。線性相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)一步顯示,HCC 組織中Stat3 和midkine mRNA 表達(dá)水平均與IGF-1R mRNA 表達(dá)水平呈正相關(guān)(r=0.716 和r=0.681,P<0.01),midkine mRNA 表達(dá)水平與Stat3 mRNA 表達(dá)也呈正相關(guān)(r=0.657,P<0.01),見圖1C。
Figure 1.The mRNA expression of IGF-1R,Stat3 and midkine was up-regulated in HCC cell lines and tissues.A:the mRNA expression of IGF-1R,Stat3 and midkine in HCC cell lines(Huh7 and Hep3B)and normal liver cell line(HL-7702)was detected by RT-qPCR(n=3);B:the mRNA expression of IGF-1R,Stat3 and midkine in human HCC tissues(n=32),matched adjacent nontumorous tissues(MANT,n=32)and normal adult liver tissues(NALT,n=13)was detected by RT-qPCR;C:linear correlation analyses among IGF-1R,Stat3 and midkine mRNA expression levels in HCC tissues(n=32).Mean±SD.**P<0.01 vs HL-7702 group;△P<0.05,△△P<0.01 vs NALT group;##P<0.01 vs MANT group.圖1 IGF-1R、Stat3和midkine在HCC細(xì)胞株和組織中的mRNA表達(dá)水平上調(diào)
siStat3 轉(zhuǎn)染 Huh7 細(xì)胞后,RT-qPCR 檢測轉(zhuǎn)染效果,結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染 Stat3_001、Stat3_002 及Stat3_003的Huh7 細(xì)胞中Stat3 mRNA 表達(dá)量均有不同程度的降低,抑制效率約為37%~80%,其中Stat3_003 濃度在100 nmol/L 時(shí)抑制效率最高,達(dá)80%,見表2。因此采用此siRNA用于后續(xù)研究。
RT-qPCR 結(jié)果顯示,與空白對照組相比,瞬時(shí)上調(diào) IGF-1R 表達(dá),Stat3 和 midkine 的 mRNA 表達(dá)水平顯著上調(diào)(P<0.01),見圖2A;Western blot 結(jié)果顯示,瞬時(shí)上調(diào) IGF-1R 表達(dá)后 Stat3、p-Stat3 及 midkine的蛋白水平也顯著上調(diào),見圖2B。
表2 針對Stat3的siRNA篩選結(jié)果Table 2.Results of siRNA screening for Stat3
穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)則可顯著降低Stat3 和midkine 的mRNA 表達(dá)水平(P<0.01)及Stat3、p-Stat3和midkine的蛋白水平,見圖2A、B。
在穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7細(xì)胞中,瞬時(shí)上調(diào)Stat3 表達(dá)逆轉(zhuǎn)了敲減IGF-1R表達(dá)所致的midkine mRNA及蛋白表達(dá)水平降低(P<0.01),見圖2A、B。
在Huh7細(xì)胞中瞬時(shí)敲減Stat3表達(dá),可下調(diào)midkine mRNA 及蛋白表達(dá)(P<0.01),瞬時(shí)上調(diào)Stat3 表達(dá)則可上調(diào)midkine mRNA 及蛋白表達(dá)(P<0.01),見圖2C、D。
MTT 法及 Transwell 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在 Huh7 細(xì)胞中瞬時(shí)上調(diào)IGF-1R 表達(dá)可顯著增強(qiáng)其活力、遷移能力和侵襲能力(P<0.01);瞬時(shí)敲減Stat3表達(dá)并同時(shí)瞬時(shí)上調(diào)midkine 表達(dá)則其活力、遷移能力和侵襲能力無明顯變化(P>0.05);而穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)則顯著抑制Huh7 細(xì)胞活力、遷移能力和侵襲能力(P<0.01);在穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的 Huh7 細(xì)胞中瞬時(shí)上調(diào)Stat3 表達(dá)可逆轉(zhuǎn)敲減IGF-1R表達(dá)所致的細(xì)胞活力、遷移能力和侵襲能力的抑制(P<0.01),見圖3、4。
IGF-1R 是IGF 家族中的一個(gè)重要成員。大量研究表明,IGF-1R 在多種惡性腫瘤包括HCC 中的表達(dá)水平顯著上調(diào),其致癌機(jī)制涉及多條信號通路活化,其中IGF-1R-Stat3 信號通路激活在HCC 發(fā)生中具有重要作用,但Stat3 信號的下游靶分子尚未完全明確[8-11]。
Stat3 是Stat 轉(zhuǎn)錄因子家族的一員,參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、血管生成、免疫反應(yīng)、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移等病理生理過程[8,10,13-14],而且對于細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的建立和維持至關(guān)重要[8,13]。此外,midkine 是一種肝素結(jié)合生長因子[15],在胚胎發(fā)育過程中呈現(xiàn)高水平表達(dá),但在正常成人組織表達(dá)水平極低[16-17]。最近研究表明,midkine 參與人類多種腫瘤(包括HCC)的發(fā)生發(fā)展[18-21]。
在本研究中,我們檢測到IGF-1R、Stat3 和midkine 在 HCC 細(xì)胞株(Huh7 和 Hep3B)和 32 例人 HCC組織中的mRNA 表達(dá)水平顯著升高;線性相關(guān)分析顯示HCC 組織中Stat3 和midkine mRNA 的表達(dá)水平均與IGF-1R mRNA 表達(dá)水平呈正相關(guān),midkine mRNA 表達(dá)水平也與Stat3 mRNA 表達(dá)水平呈正相關(guān)。這些結(jié)果表明,IGF-1R-Stat3 信號通路和midkine 表達(dá)在HCC 中被激活,且前者可能正向調(diào)控后者表達(dá)。與本研究結(jié)果相似,多項(xiàng)研究報(bào)道IGF-1R[5-7,22]、Stat3[23-24]及 midkine[25-26]在 HCC 中的表達(dá)水平顯著上調(diào)。
為進(jìn)一步明確IGF-1R-Stat3 信號通路與midkine表達(dá)之間的聯(lián)系,我們在Huh7 肝癌細(xì)胞中進(jìn)行了過表達(dá)或敲減IGF-1R和Stat3的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,在 Huh 細(xì)胞中,IGF-1R 正向調(diào)控 Stat3 和 midkine 的 mRNA 表達(dá)水平及 Stat3、p-Stat3 和 midkine 的蛋白表達(dá)水平;在穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7細(xì)胞中,瞬時(shí)上調(diào)Stat3 表達(dá)逆轉(zhuǎn)了敲減IGF-1R表達(dá)所致的midkine mRNA 及蛋白表達(dá)水平降低;在Huh7 細(xì)胞中瞬時(shí)上調(diào)或下調(diào)Stat3表達(dá),則midkine 的mRNA和蛋白表達(dá)水平也出現(xiàn)了同向變化。上述結(jié)果表明,在 HCC 細(xì)胞中,IGF-1R 通過上調(diào) Stat3 表達(dá)并增加其磷酸化水平促進(jìn)midkine表達(dá);結(jié)合前述HCC組織中IGF-1R、Stat3 和midkine 表達(dá)的線性相關(guān)分析結(jié)果,表明IGF-1R-Stat3 信號通路正向調(diào)控midkine表達(dá)。
為了探討IGF-1R-Stat3信號通路影響midkine 表達(dá)對HCC細(xì)胞生物學(xué)行為的影響,我們在Huh7細(xì)胞中過表達(dá)或敲減IGF-1R和Stat3及上調(diào)midkine 表達(dá)后觀察細(xì)胞活力、遷移能力和侵襲能力的變化。結(jié)果顯示,在Huh7 細(xì)胞中瞬時(shí)上調(diào)IGF-1R 表達(dá)可顯著增強(qiáng)其活力、遷移能力和侵襲能力;瞬時(shí)敲減Stat3表達(dá)并同時(shí)瞬時(shí)上調(diào)midkine 表達(dá)則其活力、遷移能力和侵襲能力無明顯變化;而穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)則顯著抑制Huh-7 細(xì)胞活力、遷移能力和侵襲能力;在穩(wěn)定敲減IGF-1R表達(dá)的Huh7 細(xì)胞中,瞬時(shí)上調(diào)Stat3 表達(dá)可逆轉(zhuǎn)敲減IGF-1R表達(dá)所致的細(xì)胞活力、遷移能力和侵襲能力的抑制。
Figure 2.Effect of IGF-1R on the expression of Stat3 and midkine(A,B),and effect of Stat3 on midkine expression(C,D)in Huh7 cells.The mRNA expression of Stat3 and midkine was detected by RT-qPCR(A,C),and the protein levels of Stat3,p-Stat3 and midkine were detected by Western blot(B,D).Bla:blank control;shIGF-1R:stable knockdown of IGF-1R;IGF-1R:transient over-expression of IGF-1R;Stat3:transient over-expression of Stat3;siStat3:transient knock-down of Stat3.Mean±SD. n=3.**P<0.01 vs Bla group;##P<0.01 vs shIGF-1R group.圖2 IGF-1R對Huh7細(xì)胞Stat3和midkine表達(dá)水平及Stat3對Huh7細(xì)胞midkine表達(dá)水平的影響
Figure 3.Effect of IGF-1R-Stat3 signaling pathway and midkine expression changes on Huh7 cell viability.Bla:blank control;IGF-1R:transient over-expression of IGF-1R;siStat3+midkine:transient knock-down of Stat3 and transient over-expression of midkine;shIGF-1R:stable knockdown of IGF-1R;shIGF-1R+Stat3:stable knockdown of IGF-1R and transient over-expression of Stat3.Mean±SD. n=3.**P<0.01 vs Bla group;##P<0.01 vs shIGF-1R group.圖3 IGF-1R-Stat3信號通路及midkine表達(dá)改變對Huh7細(xì)胞活力的影響
Figure 4.Effect of IGF-1R-Stat3 signaling pathway and midkine expression changes on Huh7 cell migration(A)and invasion(B).Scale bar=50 μm.Bla:blank control;IGF-1R:transient over-expression of IGF-1R;siStat3+midkine:transient knockdown of Stat3 and transient over-expression of midkine;shIGF-1R:stable knockdown of IGF-1R;shIGF-1R+Stat3:stable knockdown of IGF-1R and transient over-expression of Stat3.Mean±SD. n=3.**P<0.01 vs Bla group;#P<0.05 vs shIGF-1R group.圖4 IGF-1R-Stat3通路及midkine表達(dá)改變對Huh7細(xì)胞遷移和侵襲的影響
綜上所述,本研究結(jié)果提示,IGF-1R-Stat3 信號通路通過激活midkine表達(dá)增強(qiáng)HCC細(xì)胞活力,促進(jìn)其遷移和侵襲,而抑制該通路激活則顯著降低HCC細(xì)胞的活力、遷移能力和侵襲能力。