袁婷, 韋四喜, 夏英, 夏萬松, 李紅羽, 杜洪, 金泳, 黃海,***
(1.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 臨床檢驗(yàn)中心, 貴州 貴陽 550004; 2.貴州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 檢驗(yàn)科, 貴州 貴陽 550001; 3.貴州省第二人民醫(yī)院 檢驗(yàn)科, 貴州 貴陽 550004; 4.貴州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院, 貴州 貴陽 550004)
消化系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一是胃癌(gastric cancer,GC),據(jù)2020年全球癌癥數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)GC發(fā)病率排名第5,死亡率排名第4[1]。當(dāng)前,對(duì)GC發(fā)病機(jī)制的深入研究表明GC進(jìn)展與多種分子水平變化有關(guān),包括癌基因與抑癌基因的異常表達(dá)、非編碼RNA表達(dá)失調(diào)、腫瘤微環(huán)境改變及相關(guān)信號(hào)通路異常調(diào)節(jié)等[2],使分子靶向治療在GC治療中具有重要作用。目前常用的靶向藥物是抗表皮生長(zhǎng)因子受體抗體、抗血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子抗體及靶向程序性死亡受體-1(programmed cell death protein-1,PD-1)單克隆抗體等[3]。盡管國(guó)內(nèi)外研究已在這些靶向藥物治療中取得一定進(jìn)展,但由于GC具有高度異質(zhì)性,仍有許多分子機(jī)制尚未進(jìn)行深入研究,目前相關(guān)研究進(jìn)展依然有限[4]。因此,尋找新的早期標(biāo)志物對(duì)GC治療具有重要作用,亦對(duì)研發(fā)治療GC新型藥物和靶向藥物具有重要意義。糖原代謝在腫瘤進(jìn)展過程中具有重要作用,糖原是細(xì)胞中葡萄糖的貯存形式,其對(duì)能量供應(yīng)和體內(nèi)葡萄糖平衡至關(guān)重要[5]。調(diào)節(jié)糖原動(dòng)員的關(guān)鍵酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase,GP),其有3種亞型,即腦型、肝型及肌型糖原磷酸化酶[6-9]。腦型糖原磷酸化酶(brain-type glycogen phosphorylase,PYGB)主要在成人大腦及胎盤組織中表達(dá),一般認(rèn)為在人體應(yīng)激狀態(tài)(如缺氧、麻醉)時(shí)提供能量[10-12];Xia等[13]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在GC組織中表達(dá)顯著升高,沉默PYGB,可通過Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)途徑抑制GC細(xì)胞生長(zhǎng)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。然而,PYGB對(duì)GC細(xì)胞凋亡的影響及其機(jī)制目前尚不清楚。因此,本研究選擇GC細(xì)胞AGS為研究對(duì)象,主要探討PYGB對(duì)GC細(xì)胞凋亡的影響及其機(jī)制,從而能夠?yàn)镻YGB開發(fā)為GC治療的新靶點(diǎn)提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
1.1.1組織來源 收集2019年6月—2020年6月于胃腸外科接受手術(shù)治療的29例初診GC患者的癌組織及距腫瘤邊緣>5 cm的癌旁組織,GC患者在術(shù)前未進(jìn)行放療和化療。29例GC組織中,男19例、女10例,年齡43~80歲、平均年齡(60.3±9.6)歲,據(jù)美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì) (American Joint Committee on Cancer,AJCC) GC 腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(tumor node metastasis,TNM)病理分期標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ期3例、Ⅱ期5例、Ⅲ期14例及Ⅳ期7例。
1.1.2細(xì)胞來源 GC細(xì)胞系HGC-27(未分化)、MGC-803(低分化)、MKN45(低分化)、AGS(高分化)及人胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院細(xì)胞資源中心。
1.1.3主要試劑和儀器 烏拉圭xy-cell胎牛血清(上海賽笠),LipofectamineTM3000(美國(guó)Invitrogen),Trizol試劑(上海生工),逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription, RT)試劑和實(shí)時(shí)熒光定量 PCR(reverse transcription-quantitative PCR,RT-qPCR)試劑TB Green?Premix Ex TaqTMⅡ(日本TaKaRa),甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate ddehydrogenase,GAPDH)兔源多克隆抗體(南京巴傲得),PYGB兔源多克隆抗體(美國(guó)Abcam),細(xì)胞周期檢測(cè)試劑盒(江蘇凱基),細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(上海七海),活性氧檢測(cè)試劑盒(南京建成);PYGB、次黃嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine phosphoribosyl transferase,HPRT)引物由本課題組設(shè)計(jì),上海生工生物工程股份有限公司合成,HPRT的引物序列為5′-ATGGCGACCCGCAGCCCT-3′(forward)和5′-CCATGAGGAATAAACACCCT-3′(reverse),PYGB的引物序列為5′-CAGAACACGATGGTGAACCT-3′(forward)和5′-AGGTAGCCATTGAGTCAAGG-3′(reverse),根據(jù)GenBank數(shù)據(jù)庫中PYGB基因已知序列(ID5834)由上海吉瑪公司設(shè)計(jì)合成3對(duì)si-RNA序列,si-PYGB1序列為5′-GGAACUCGAGGAGAUAGAATT-3′(sense)和5′-UUCUAUCUCCUCGAGUUCCTT-3′(antisense),si-PYGB2序列為5′-CCAGGGUCCUGUAUCCAAATT-3′(sense)和5′-UUUGGAUACAGGACCCUGGTT-3′(antisense),si-PYGB3序列為5′-CCCUGUACAAUCGAAUCAATT-3′(sense)和5′-UUGAUUCGAUUGUACAGGGTT-3′(antisense);同時(shí)設(shè)計(jì)亂序無意義陰性序列si-NC做為陰性對(duì)照,其序列為5′-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT -3′(sense)和5′- ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′(antisense),CO2恒溫培養(yǎng)箱(美國(guó)Thermo Scientific),Light Cycler 480TMRT-qPCR儀(瑞士Roche公司),臺(tái)式冷凍離心機(jī)(美國(guó)Beckman Coulter),F(xiàn)ACS Calibur型流式細(xì)胞儀(美國(guó)Becton,Dickinson)。
1.2.1一般臨床資料收集 收集 29例GC患者性別、年齡、腫瘤侵襲、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和TNM分期等一般臨床資料。
1.2.2細(xì)胞培養(yǎng) 從液氮罐內(nèi)取出GC細(xì)胞AGS、MKN45、HGC-27、MGC-803及人胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1,快速融化,800 r/min離心3 min,棄上清;用含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基3 mL重懸細(xì)胞,轉(zhuǎn)移至直徑60 mm細(xì)胞培養(yǎng)皿,放細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng);48 h傳代,傳代比例1 ∶3;取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞用凍存液(含90%胎牛血清和10% DMSO溶液)凍存,4 ℃、 30 min,-20 ℃、 30 min,-80 ℃、 48 h,液氮罐內(nèi)長(zhǎng)期保存。
1.2.3RT-qPCR檢測(cè)GC組織和細(xì)胞中PYGB的表達(dá) GC組織和癌旁組織與GC細(xì)胞AGS、 MKN45、HGC-27、MGC-803及人胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1中總RNA的提取根據(jù)Trizol試劑盒說明書操作;根據(jù)TaKaRa逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA,實(shí)時(shí)熒光定量PCR通過Light Cycler 480TM實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行,用HPRT作為內(nèi)參基因,人胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1作為對(duì)照,用2-ΔΔCt法于計(jì)算GC細(xì)胞中PYGB的相對(duì)表達(dá)量;癌旁組織作為對(duì)照組,用2-ΔCt法于計(jì)算GC組織中PYGB的相對(duì)表達(dá)量。將GC組織與其癌旁組織相比,檢測(cè)PYGB的表達(dá),并以PYGB表達(dá)量的中位數(shù)作為臨界值,高于臨界值時(shí)視為高表達(dá),低于臨界值時(shí)視為低表達(dá)[14]。
1.2.4蛋白印跡法(Western blot)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)PYGB的表達(dá) 收集GC細(xì)胞AGS、 MKN45、HGC-27、 MGC-803及人胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1,提取細(xì)胞總蛋白,經(jīng)10%SDS-PAGE凝膠電泳分開后,轉(zhuǎn)移至0.45 μm的PVDF膜上,5%牛奶室溫封閉2 h,一抗GAPDH(1 ∶20 000)和PYGB(1 ∶1 000)于4 ℃搖床孵育過夜;TBST溶液洗膜3次、5 min/次,室溫孵育HPR標(biāo)記的羊抗兔IgG(1 ∶20 000)二抗1 h,TBST溶液洗膜3次,5 min/次;用化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)采集圖像,拍照保存。
1.2.5RT-qPCR和Western blot檢測(cè)AGS細(xì)胞轉(zhuǎn)染si-NC和si-PYGB 1~3后PYGB的表達(dá) 按“1.2.2”項(xiàng)下方法培養(yǎng)胃癌細(xì)胞AGS,待細(xì)胞長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)接種于6孔板,根據(jù)RNA干擾技術(shù)合成的si-RNA序列將實(shí)驗(yàn)分為Control組(空白對(duì)照)、si-NC組(陰性對(duì)照)、si-PYGB 1組(si-PYGB 1)、si-PYGB 2組(si-PYGB 2)和si-PYGB 3組(si-PYGB 3),次日按LipofectamineTM3000轉(zhuǎn)染試劑說明書進(jìn)行轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染至48 h,分別收集各組細(xì)胞提取總RNA和總蛋白,采用RT-qPCR和Western blot檢測(cè)AGS細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)染si-NC和si-PYGB 1~3后對(duì)PYGB表達(dá)的影響。根據(jù)轉(zhuǎn)染si-NC和si-PYGB 1~3后對(duì)PYGB表達(dá)的影響,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中,si-PYGB 1~3對(duì)序列僅保留干擾效果最好的si-PYGB 2組,即后續(xù)實(shí)驗(yàn)中僅有si-NC組和si-PYGB 2組。
1.2.6流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期、凋亡及細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平 按“1.2.2”項(xiàng)下方法培養(yǎng)胃癌細(xì)胞AGS,待細(xì)胞長(zhǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)接種于6孔板,實(shí)驗(yàn)分為si-NC組(陰性對(duì)照)和si-PYGB 2組(si-PYGB 2),次日按LipofectamineTM3000轉(zhuǎn)染試劑說明書進(jìn)行轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染至48 h,收集2組細(xì)胞,1 000 r/min離心5 min,取細(xì)胞沉淀,分別根據(jù)細(xì)胞周期試劑盒、細(xì)胞凋亡試劑盒和ROS檢測(cè)試劑盒說明書染色,1 h內(nèi)上機(jī)檢測(cè)。
RT-qPCR和Western blot結(jié)果顯示,與人正常胃黏膜上皮細(xì)胞GES-1相比,在GC細(xì)胞AGS和MKN45中PYGB mRNA和蛋白的表達(dá)上調(diào)、而在HGC-27和MGC-803中表達(dá)下調(diào),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。RT-qPCR結(jié)果顯示,與癌旁組織相比,GC組織中PYGBmRNA表達(dá)上調(diào)(P<0.05)。見圖1。
注:A為GES-1和GC細(xì)胞系的RT-qPCR檢測(cè)結(jié)果,C為GES-1和GC細(xì)胞系的Western blot檢測(cè)結(jié)果,D為GC組織和癌旁組織的RT-qPCR檢測(cè)結(jié)果;(1)與GES-1比較,P<0.05; (2)與癌旁組織比較,P<0.05。圖1 GC細(xì)胞株、GC組織及癌旁組織中PYGB mRNA和蛋白的表達(dá)Fig.1 Expression of PYGB mRNA and protein in GC cell strains, GC tissues, and adjacent tissues
χ2檢驗(yàn)結(jié)果顯示PYGB的表達(dá)水平與GC患者性別、年齡、腫瘤侵襲、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及TNM分期無關(guān)(P>0.05)。見表1。
表1 PYGB表達(dá)與GC患者臨床病理特征的關(guān)系(n)Tab.1 Relationship between PYGB expression and clinicopathological characteristics of GC patients(n)
RT-qPCR和Western blot結(jié)果顯示,與si-NC組比較,si-PYGB 1組、si-PYGB 2組和si-PYGB 3組PYGB mRNA和蛋白表達(dá)水平下降(P<0.05),而si-NC組與Control組比較、差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。由于si-PYGB 2組的干擾效果最好,因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)用si-PYGB 2組。見圖2。
注:A為RT-qPCR檢測(cè)PYGB mRNA表達(dá),B、C為Western blot檢測(cè)PYGB蛋白表達(dá);(1)與si-NC組比較,P<0.05。圖2 各組細(xì)胞中PYGB mRNA和蛋白的表達(dá)Fig.2 Expression of PYGB mRNA and protein levels in each group of cells
與si-NC組相比,si-PYGB 2組AGS細(xì)胞S期比例下降、G2/M期比例上升(P<0.05),提示敲低PYGB誘導(dǎo)AGS細(xì)胞周期阻滯在G2/M期;si-NC組與si-PYGB 2組AGS細(xì)胞 G0/G1期比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見圖3。
與si-NC組相比,si-PYGB 2組AGS細(xì)胞凋亡率上升(P<0.05),提示敲低PYGB可誘導(dǎo)AGS細(xì)胞凋亡。見圖4。
注:A為AnnexinⅤ-FITC和PI熒光分布,B為細(xì)胞凋亡定量結(jié)果;(1)與si-NC組比較,P<0.05。圖4 敲低PYGB后各組AGS細(xì)胞凋亡Fig.4 Apoptosis of AGS cells in each group after knockdown of PYGB
與si-NC組比較,si-PYGB 2組AGS細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),提示敲低PYGB,誘導(dǎo)AGS細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加。見圖5。
注:A為DCFH熒光分布,B為ROS含量占比;(1)與si-NC組比較,P<0.05。圖5 敲低PYGB后各組AGS細(xì)胞內(nèi)ROS水平Fig.5 ROS levels in AGS cells of each group after knockdown of PYGB
GC是消化道最常見的惡性腫瘤之一,目前常規(guī)治療(如手術(shù)、化療及靶向治療)對(duì)患者療效有限,且根據(jù)不同分子類型及不同病理特征給予個(gè)體化治療,才能在GC患者治療上取得新進(jìn)展[15-16]。因此,研究GC新的治療靶點(diǎn)具有重要意義。PYGB在多種腫瘤中異常表達(dá),與腫瘤發(fā)生發(fā)展、腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲、遷移及預(yù)后不良相關(guān)[13,17-18]。本研究結(jié)果顯示PYGB在GC細(xì)胞AGS和MKN45及GC組織中表達(dá)上調(diào),提示PYGB可能與GC發(fā)生有關(guān)。然而,χ2檢驗(yàn)顯示PYGB高表達(dá)與GC患者性別、年齡、腫瘤侵襲、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及TNM分期無關(guān)(P>0.05),這與Xia等[13]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在GC組織中表達(dá)顯著升高,并與GC患者的臨床病理特征(包括腫瘤大小、淋巴結(jié)受累及腫瘤和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移)呈正相關(guān)不一致,這可能與研究的樣本數(shù)量較少有關(guān),需要收集更多GC組織來驗(yàn)證這一結(jié)果。
腫瘤發(fā)生發(fā)展與腫瘤細(xì)胞的過度增殖、凋亡減少及細(xì)胞周期調(diào)控異常密切相關(guān)[19]。細(xì)胞周期遵循G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)及M期(分裂期)的發(fā)展規(guī)律[20]。本研究通過RNAi干擾技術(shù)下調(diào)AGS細(xì)胞中PYGB基因的表達(dá)后,發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)AGS細(xì)胞周期阻滯在G2/M期并導(dǎo)致AGS細(xì)胞凋亡,提示PYGB可能成為GC治療的新靶點(diǎn)。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在前列腺癌組織中表達(dá)上調(diào),沉默PYGB可能通過影響核因子(nuclear factor κB,NF-κB)/核因子-類胡蘿卜素相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)信號(hào)傳導(dǎo)途徑進(jìn)而抑制PC3細(xì)胞的細(xì)胞活力,且PYGB沉默還可增加PC3細(xì)胞中的ROS含量,進(jìn)而促進(jìn)PC3細(xì)胞凋亡。Zhang等[18]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在骨肉瘤組織及骨肉瘤細(xì)胞系MG63和HOS中高表達(dá),沉默PYGB可通過阻斷含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)/B淋巴細(xì)胞瘤(b-cell lymphoma,Bcl)和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1(cyclin dependent kinase 1,CDK1)信號(hào)傳導(dǎo)途徑,抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖、侵襲和遷移,導(dǎo)致骨肉瘤細(xì)胞周期阻滯,促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞凋亡。Wu等[21]研究發(fā)現(xiàn)沉默PYGB可通過激活蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)信號(hào)傳導(dǎo)途徑顯著減弱H9c2心肌細(xì)胞中高葡萄糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激,并改善心肌細(xì)胞中的葡萄糖代謝,如糖原含量增加、葡萄糖消耗和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)增加。Zhou等[22]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在卵巢癌組織中表達(dá)上調(diào),且PYGB高表達(dá)與卵巢癌患者預(yù)后差顯著相關(guān),沉默PYGB可通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路顯著抑制卵巢癌細(xì)胞增殖、侵襲、遷移及異種移植腫瘤形成;Xiao等[23]研究發(fā)現(xiàn)PYGB在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系和組織中表達(dá)上調(diào),過表達(dá)PYGB通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞增殖、遷移及侵襲,但抑制細(xì)胞凋亡,而這些作用可通過沉默PYGB有效逆轉(zhuǎn)。此外,Zhan等[24]研究發(fā)現(xiàn)沉默PYGB可通過激活磷酸肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/Akt信號(hào)通路抑制非小細(xì)胞肺癌的細(xì)胞活力、遷移及侵襲,并促進(jìn)細(xì)胞凋亡,而這些作用可通過PYGB的過表達(dá)而有效逆轉(zhuǎn)。這些發(fā)現(xiàn)均表明,沉默PYGB可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,提示PYGB可能成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。
本研究還發(fā)現(xiàn)RNAi干擾技術(shù)下調(diào)AGS細(xì)胞中PYGB基因的表達(dá)后,可誘導(dǎo)AGS細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加。ROS是正常代謝和異源生物暴露的產(chǎn)物,過量ROS可誘導(dǎo)細(xì)胞大分子的氧化修飾,抑制蛋白質(zhì)功能并促進(jìn)細(xì)胞死亡[25]。有文獻(xiàn)報(bào)道,細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加時(shí),促進(jìn)細(xì)胞凋亡[26-27]。其機(jī)制可能是ROS形成促進(jìn)線粒體釋放細(xì)胞色素c,導(dǎo)致細(xì)胞活力喪失,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡;另一方面,ROS的產(chǎn)生可激活鞘磷脂酶,該酶作用于鞘磷脂產(chǎn)生神經(jīng)酰胺,進(jìn)而激活細(xì)胞凋亡途徑[28]。因此,本研究提示沉默PYGB,可能是通過促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
總之,本研究表明PYGB在GC細(xì)胞AGS、MKN45及GC組織中表達(dá)上調(diào),沉默PYGB可誘導(dǎo)AGS細(xì)胞周期阻滯在G2/M期,導(dǎo)致AGS細(xì)胞凋亡;沉默PYGB導(dǎo)致的AGS細(xì)胞凋亡與細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加密切相關(guān),提示PYGB可能成為GC治療的新靶點(diǎn),也為GC治療提供新思路。在今后的研究中,應(yīng)該深入探討沉默PYGB,誘導(dǎo)GC細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制,以期為GC治療提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
貴州醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)2021年7期