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        利拉魯肽對乳腺癌細(xì)胞生物學(xué)特性的影響及其機(jī)制研究*

        2021-01-05 00:29:10朱爭艷朱宏飛徐元萍武華軍
        關(guān)鍵詞:利拉魯小室孔板

        趙 琳, 朱爭艷, 朱宏飛, 徐元萍, 武華軍

        武漢市第三醫(yī)院(武漢大學(xué)同仁醫(yī)院) 1藥學(xué)部 2婦科,武漢 4300603湖北省中醫(yī)院麻醉科,武漢430061

        迄今為止,癌癥仍是全球范圍內(nèi)人類死亡的最主要原因之一,是世界性的問題,嚴(yán)重威脅著人類的健康及社會的發(fā)展。乳腺癌是全球女性中發(fā)病率及死亡率均居首位的惡性腫瘤[1],在過去的30年里,雖然乳腺癌的臨床治療得到了顯著的改善,但仍是全球半數(shù)以上女性癌癥相關(guān)死亡的主要原因[2]。因此,探討乳腺癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)制,尋找新的藥物靶點(diǎn),對乳腺癌新治療策略的提出具有重大意義。研究發(fā)現(xiàn),人附睪蛋白4(human epididymis protein 4,HE4)在乳腺癌中呈高表達(dá),可通過影響細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)和蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信號通路促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[3]。而且,HE4在乳腺癌的發(fā)生及復(fù)發(fā)中具有診斷價值,可作為早期檢測和診斷乳腺癌的候選生物標(biāo)志物[4]。

        利拉魯肽是一種新型降糖藥,而糖尿病與部分腫瘤的發(fā)生密切相關(guān),研究顯示,利拉魯肽可抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,發(fā)揮抗乳腺癌的作用,可能與p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)信號通路相關(guān)[5-6]。但利拉魯肽與乳腺癌發(fā)生發(fā)展機(jī)制的關(guān)系并未完全明確,本研究將深入探討利拉魯肽是否通過HE4影響乳腺癌細(xì)胞的生物學(xué)行為,并闡述其作用機(jī)制,為利拉魯肽臨床治療乳腺癌提供藥物靶點(diǎn)及理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

        1.1.1 試劑 人乳腺癌MCF-7細(xì)胞(中國科學(xué)院細(xì)胞庫);利拉魯肽(諾和諾德制藥有限公司);DMEM(美國Hyclone公司);胎牛血清(美國Gibco公司);二甲基亞砜(美國Sigma公司);載體pSIREN(美國Addgene公司);內(nèi)切酶BamHⅠ、EcoRⅠ(美國NEB公司);反轉(zhuǎn)錄試劑盒(日本TaKaRa公司);SYBR Green PCR試劑盒(美國KAPA Biosystems公司);Matrigel膠、Annexin Ⅴ-FITC/PI凋亡檢測試劑盒(美國BD公司);兔抗HE4、兔抗Bad、兔抗Bcl-2和Caspase-3抗體(武漢Bioswamp);兔抗PI3K、兔抗p-PI3K、兔抗AKT、兔抗p-AKT、兔抗ERK及小鼠抗p-ERK抗體(英國Abcam公司)。

        1.1.2 儀器 倒置顯微鏡(德國Leica公司);酶標(biāo)儀(美國Thermo公司);熒光定量PCR儀、凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio Rad公司);Transwell小室(美國康寧);流式細(xì)胞儀(美國BECKMAN公司)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 細(xì)胞復(fù)蘇與培養(yǎng) 將MCF-7細(xì)胞從液氮罐中取出,于37℃水浴中解凍,待凍存液完全融化后,將細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)移至新的離心管中。1000 r/min離心3 min,棄上清,加入1 mL DMEM懸浮細(xì)胞沉淀,轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)瓶中,再加入4 mL含10%胎牛血清的DMEM,置于37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

        1.2.2 MTT法篩選利拉魯肽半抑制濃度(half maximal inhibitory concentration,IC50) 收集處于對數(shù)生長期的MCF-7細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞密度后接種于96孔板中,每孔180 μL,約1×103個細(xì)胞,于37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)過夜,待細(xì)胞貼壁。加入不同濃度(0、10、50、100、500和1000 nmol/L)的利拉魯肽,培養(yǎng)24 h。加入20 μL濃度為5 mg/mL的MTT溶液,繼續(xù)培養(yǎng)4 h。吸去培養(yǎng)液上清,加入150 μL二甲基亞砜溶解液,振蕩10 min后,酶標(biāo)儀檢測490 nm處的吸光度(A)值,計(jì)算利拉魯肽干預(yù)MCF-7細(xì)胞的IC50。

        1.2.3 si-HE4重組質(zhì)粒構(gòu)建 基于GenBank公布的HE4基因序列(NM_006103.3),設(shè)計(jì)HE4干擾靶序列進(jìn)行合成,上游引物:5′-GATGAAATGCTGCCGCAAT-3′,下游引物:5′-TGACCAGA-ACTGCACGCAA-3′,陰性對照序列:5′-TTCTCCGAACGTGTCACGT-3′。采用內(nèi)切酶BamHⅠ和EcoRⅠ進(jìn)行雙酶切,使載體線性化,與目的基因片段連接,經(jīng)過陽性克隆鑒定后篩選出重組質(zhì)粒,并轉(zhuǎn)染MCF-7細(xì)胞。

        1.2.4 RT-PCR檢測轉(zhuǎn)染效率 轉(zhuǎn)染24 h后,RT-PCR檢測MCF-7細(xì)胞中HE4表達(dá)水平。實(shí)驗(yàn)過程如下:提取細(xì)胞總RNA,采用反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA,以cDNA為模板進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增,以GAPDH為內(nèi)參基因,采用2-ΔΔCt法計(jì)算HE4 mRNA相對表達(dá)量。引物序列見表1。

        表1 RT-PCR引物序列Table 1 RT-PCR primer sequences

        1.2.5 實(shí)驗(yàn)分組及處理 收集對數(shù)生長期的MCF-7細(xì)胞,接種于12孔板中,每孔1 mL,約4×105個細(xì)胞。將細(xì)胞分為對照組、陰性對照(si-NC)組、si-HE4組、利拉魯肽組、si-HE4+利拉魯肽組。si-NC組和si-HE4組細(xì)胞分別進(jìn)行陰性對照質(zhì)粒和si-HE4重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)染;利拉魯肽組細(xì)胞則是采用IC50的利拉魯肽進(jìn)行干預(yù);si-HE4+利拉魯肽組細(xì)胞經(jīng)過si-HE4重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后,再采用IC50利拉魯肽繼續(xù)干預(yù)。

        1.2.6 劃痕實(shí)驗(yàn)觀察細(xì)胞遷移 在6孔板背后均勻畫橫線,橫穿過孔,每孔至少穿過5條橫線。每孔接種約1×106個細(xì)胞,培養(yǎng)過夜,待細(xì)胞鋪滿孔板。第2天用無菌槍頭垂直于孔板背后的橫線劃痕,PBS洗去劃下的細(xì)胞,并加入無血清培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)。在0、24和48 h分別拍照,觀察細(xì)胞遷移情況。

        1.2.7 Transwell小室侵襲實(shí)驗(yàn)觀察細(xì)胞侵襲 實(shí)驗(yàn)前24 h,將細(xì)胞培養(yǎng)于不含血清的培養(yǎng)液,進(jìn)行血清饑餓處理。采用PBS將24孔板和Transwell小室浸泡5 min,進(jìn)行濕潤。在小室中鋪設(shè)80 μL Matrigel(基質(zhì)膠),在培養(yǎng)箱中放置30 min。消化細(xì)胞,PBS重懸后,將細(xì)胞密度稀釋到1×105個/mL,取0.5 mL細(xì)胞懸液接種于Transwell小室中,下層24孔板中加入750 μL含10%胎牛血清的培養(yǎng)液,培養(yǎng)48 h。每孔中加入1 mL 4%多聚甲醛室溫固定15 min,棄去固定液,PBS洗滌,再加入1 mL 0.5%結(jié)晶紫溶液染色30 min,PBS洗滌并晾干。擦去Transwell小室中沒有穿過基質(zhì)膠的細(xì)胞,于顯微鏡下拍照觀察細(xì)胞侵襲情況,并計(jì)數(shù)每個視野中的細(xì)胞數(shù)量。

        1.2.8 流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡 收集細(xì)胞,PBS洗滌后,消化細(xì)胞,待輕輕吹打可將貼壁細(xì)胞吹打下來時,停止消化。收集細(xì)胞懸液,轉(zhuǎn)移至離心管中,1000 r/min離心5 min,棄上清,PBS重懸細(xì)胞沉淀后進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)。取約5×105個細(xì)胞,1000 r/min離心5 min,棄上清,加入200 μL Binding buffer重懸細(xì)胞,再加入10 μL Annexin Ⅴ-FITC和10 μL PI,混勻后避光孵育30 min。加入300 μL Binding buffer后,于流式細(xì)胞儀進(jìn)行檢測。

        1.2.9 Western blot檢測蛋白表達(dá) 提取細(xì)胞總蛋白,BCA法進(jìn)行蛋白定量,以每孔20 μg蛋白上樣量進(jìn)行SDS-PAGE。電泳結(jié)束后將蛋白轉(zhuǎn)印至PVDF膜上,室溫封閉2 h。將膜分別放入加有HE4(1∶1000)、PI3K(1∶1000)、p-PI3K(1∶1000)、AKT(1∶500)、p-AKT(1∶1000)、ERK(1∶1000)、p-ERK(1∶10000)、Bad(1∶1000)、Bcl-2(1∶1000)、Caspase-3(1∶1000)、GAPDH(1∶1000)抗體的孵育盒中,室溫孵育1 h。用含0.05% Tween-20的PBS(PBST)洗滌3次后,加入按照1∶10000稀釋的辣根過氧化物酶標(biāo)記的二抗進(jìn)行室溫孵育1 h。PBST洗滌3次后,加入化學(xué)發(fā)光試劑,并檢測各蛋白條帶的灰度值,以目的蛋白與GAPDH的灰度值比作為其相對表達(dá)量。

        1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        本研究數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析,兩組間均數(shù)比較采用t檢驗(yàn),以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 利拉魯肽干預(yù)濃度篩選

        MTT法檢測不同濃度利拉魯肽干預(yù)下的細(xì)胞活性,隨著利拉魯肽濃度的升高,細(xì)胞存活率降低(圖1),計(jì)算得出利拉魯肽干預(yù)MCF-7細(xì)胞24 h的IC50為315.448 nmol/L,以該濃度為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中利拉魯肽組的干預(yù)濃度。

        2.2 轉(zhuǎn)染效率檢測

        si-HE4重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)染24 h后檢測細(xì)胞中HE4 mRNA表達(dá)水平,結(jié)果顯示:與對照組比較,si-HE4組HE4 mRNA表達(dá)水平明顯降低(P<0.05),見圖2,提示本研究轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)成功。

        圖1 MTT檢測細(xì)胞存活率Fig.1 Detection of cells survival rates by MTT assay

        與對照組比較,*P<0.05圖2 RT-PCR檢測細(xì)胞中HE4 mRNA的表達(dá)Fig.2 Detection of HE4 mRNA expression by RT-PCR

        2.3 利拉魯肽與si-HE4對MCF-7細(xì)胞遷移的影響

        隨著遷移時間的延長,與對照組比較,si-HE4組、利拉魯肽組及si-HE4+利拉魯肽組遷移細(xì)胞少,劃痕間距大,48 h時差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),見圖3。提示利拉魯肽和沉默HE4均可抑制乳腺癌MCF-7細(xì)胞遷移。

        2.4 利拉魯肽與si-HE4對MCF-7細(xì)胞侵襲的影響

        與對照組相比,si-HE4組、利拉魯肽組及si-HE4+利拉魯肽組侵襲細(xì)胞數(shù)量均明顯減少(P<0.05);與si-HE4組或利拉魯肽組比較,si-HE4+利拉魯肽組侵襲細(xì)胞數(shù)量亦明顯減少(P<0.05),見圖4。提示利拉魯肽和沉默HE4均可抑制乳腺癌MCF-7細(xì)胞侵襲。

        2.5 利拉魯肽與si-HE4對MCF-7細(xì)胞凋亡的影響

        與對照組相比,si-HE4組、利拉魯肽組及si-HE4+利拉魯肽組細(xì)胞凋亡率均明顯升高(均P<0.05);與si-HE4組或利拉魯肽組比較,si-HE4+利拉魯肽組細(xì)胞凋亡率更高,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),見圖5。提示利拉魯肽和沉默HE4可誘導(dǎo)乳腺癌MCF-7細(xì)胞凋亡。

        與對照組比較,*P<0.05;與si-HE4組比較,#P<0.05圖3 劃痕實(shí)驗(yàn)觀察細(xì)胞遷移(×100)Fig.3 Observation of cells migration by scratch test(×100)

        1:對照組;2:si-NC組;3;si-HE4組;4:利拉魯肽組;5:si-HE4+利拉魯肽組;與對照組比較,*P<0.05;與si-HE4組比較,#P<0.05;與利拉魯肽組比較,&P<0.05圖4 Transwell小室實(shí)驗(yàn)觀察細(xì)胞侵襲(×200)Fig.4 Observation of cells invasion by transwell chamber(×200)

        2.6 利拉魯肽與si-HE4對MCF-7細(xì)胞相關(guān)蛋白表達(dá)的影響

        與對照組比較,si-NC組細(xì)胞中各蛋白表達(dá)水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05),而si-HE4組、利拉魯肽組、si-HE4+利拉魯肽組細(xì)胞中HE4、p-PI3K、p-AKT、p-ERK、Bcl-2蛋白相對表達(dá)量均明顯降低(均P<0.05),Bad和Caspase-3表達(dá)明顯升高(均P<0.05);與si-HE4組或利拉魯肽組比較,si-HE4+利拉魯肽組HE4、cAMP、p-PI3K、p-AKT、p-ERK、Bcl-2蛋白表達(dá)進(jìn)一步降低(均P<0.05),Bad和Caspase-3表達(dá)進(jìn)一步升高(均P<0.05)。見表2和圖6。

        1:對照組;2:si-NC組;3;si-HE4組;4:利拉魯肽組;5:si-HE4+利拉魯肽組;與對照組比較,*P<0.05;與si-HE4組比較,#P<0.05;與利拉魯肽組比較,&P<0.05圖5 流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡率Fig.5 Detection of apoptotic rate by flow cytometry

        表2 各蛋白表達(dá)水平比較Table 2 Comparison of protein expression

        1:對照組;2:si-NC組;3:si-HE4組;4:利拉魯肽組;5:si-HE4+利拉魯肽組圖6 Western blot檢測蛋白表達(dá)Fig.6 Detection of protein expression by Western blotting

        3 討論

        乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一,大量流行病學(xué)研究顯示,糖尿病與乳腺癌之間存在密切關(guān)聯(lián)[7-8]。利拉魯肽是一種通過DNA重組技術(shù)生成的胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)受體激動劑,常用于臨床治療糖尿病[9]。據(jù)報道,利拉魯肽具有潛在的抗乳腺癌作用,研究顯示利拉魯肽可抑制MCF-7細(xì)胞的增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[10]。但關(guān)于利拉魯肽抗乳腺癌的作用機(jī)制,目前并未完全闡述明確。HE4是具有免疫保護(hù)作用的蛋白酶抑制劑家族成員之一,在卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌等腫瘤組織中高表達(dá)[3,11]。當(dāng)HE4低表達(dá)時,乳腺癌細(xì)胞增殖能力減弱,細(xì)胞凋亡增多,細(xì)胞移植瘤生長緩慢[12],說明抑制HE4表達(dá)可望達(dá)到治療乳腺癌的效果?;谏鲜鲅芯繄蟮溃覀儾孪肜旊膶θ橄侔┑闹委熥饔每赡芘cHE4的表達(dá)水平有關(guān),為驗(yàn)證此猜想,本研究使用IC50利拉魯肽干預(yù)乳腺癌細(xì)胞,觀察其與沉默HE4基因?qū)θ橄侔┘?xì)胞生物學(xué)特征的影響。結(jié)果顯示,IC50利拉魯肽和沉默HE4基因均可抑制乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲,并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,發(fā)揮抗乳腺癌作用,兩者聯(lián)合處理后效果更顯著,而且IC50利拉魯肽干預(yù)乳腺癌細(xì)胞亦可降低HE4蛋白表達(dá)。

        Bcl-2家族在細(xì)胞凋亡調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵性作用,該蛋白家族包括抗凋亡和促凋亡成員,其中抗凋亡成員包括:Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w等,而促凋亡成員分為兩組,Bax組(包括:Bax、Bak和Bok)和BH3-only蛋白(包括Bad、Bim、Bid等)[13]。研究發(fā)現(xiàn),Bad與Bcl-2均與細(xì)胞中線粒體凋亡途徑有關(guān),促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白間的相互作用改變線粒體通透性,控制著線粒體色素C(Cyt-c)等物質(zhì)從線粒體中釋放出來,通過線粒體途徑觸發(fā)Caspase凋亡反應(yīng)[14-15]。在本次研究中,利拉魯肽組和si-HE4組細(xì)胞中抗凋亡Bcl-2蛋白表達(dá)下調(diào),而Bad和Caspase-3表達(dá)上調(diào),且si-HE4+利拉魯肽組中蛋白表達(dá)差異更明顯。

        在乳腺癌細(xì)胞中,PI3K/AKT/mTOR通路是最常見的失調(diào)途徑之一,該通路過表達(dá)和激活與癌細(xì)胞的生長及預(yù)后不良有關(guān),被認(rèn)為是乳腺癌潛在的治療靶點(diǎn)[16]。Woo等[17]研究也證實(shí)了抑制PI3K/AKT/mTOR通路的激活,可抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡,且通路的抑制效果越好,對乳腺癌細(xì)胞發(fā)揮的抗腫瘤活性就越強(qiáng)。ERK磷酸化在細(xì)胞增殖和凋亡中的作用一直以來存在爭議,但相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,抑制乳腺癌細(xì)胞中AKT和ERK磷酸化可發(fā)揮抑制細(xì)胞增殖,促進(jìn)凋亡的治療效果[18]。本次研究結(jié)果顯示,利拉魯肽和干擾HE4表達(dá)均可抑制乳腺癌細(xì)胞中PI3K、AKT及ERK的磷酸化水平,兩者聯(lián)合處理的抑制效果更強(qiáng)。

        結(jié)合上述結(jié)果分析,提示利拉魯肽可能通過抑制乳腺癌細(xì)胞中HE4的表達(dá),影響PI3K/AKT及ERK信號通路的激活,從而影響乳腺癌細(xì)胞的生物特性。本研究結(jié)果在前人研究的基礎(chǔ)上,從體外研究進(jìn)一步闡述了利拉魯肽對乳腺癌的治療機(jī)制,但還需通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深層次的驗(yàn)證。

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