程永芳,段慧明(廣西中醫(yī)藥大學(xué)科學(xué)實驗中心,廣西中醫(yī)基礎(chǔ)研究重點實驗室,南寧 530200)
肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是臨床上較為常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤,發(fā)病率和病死率高。美國癌癥協(xié)會發(fā)布的癌癥統(tǒng)計分析報告顯示,全球HCC發(fā)病率和病死率在惡性腫瘤中分別排第6位和第3位,主要分布在亞洲和非洲等[1-2]。由于肝癌早期不易被察覺,其轉(zhuǎn)移快且隱蔽,大多數(shù)肝癌患者確診時已到中晚期,并且我國肝癌患者大多在確診時還伴隨有嚴(yán)重的肝硬化,目前的多種治療手段包括手術(shù)放化療、靶向治療、免疫治療甚至聯(lián)合治療均未能改變其預(yù)后差、5年生存率低等特征。外泌體研究的興起,深入研究外泌體在肝癌中的作用機制,將為肝癌的早期診斷、治療和預(yù)后的評估開辟新的途徑。
外泌體是一種幾乎所有類型細胞(包括腫瘤細胞)都會分泌的,直徑為30~100 nm的小囊泡[3]。它們富含來自親代細胞的選擇性蛋白質(zhì)和核酸,具有標(biāo)志蛋白(CD81、CD9、CD63、TSG101、ALIX等)[4],可傳遞關(guān)鍵成分,具有調(diào)節(jié)細胞間通信的潛力,并且是通過“運輸”分子來調(diào)節(jié)細胞過程的關(guān)鍵信使。外泌體可以傳遞蛋白質(zhì)、可溶性因子,最重要的是可以傳遞調(diào)節(jié)受體細胞蛋白表達的RNA和microRNAs(miRNAs)[5]。這對于機體的正常穩(wěn)態(tài)和各種疾病包括腫瘤的發(fā)病機制都是非常重要的[6]。腫瘤來源的外泌體可能有助于腫瘤微環(huán)境的募集和重編程以形成促致瘤的土壤。腫瘤來源的外泌體可改變局部和全身微環(huán)境,通過將其內(nèi)容物(如EGFRVIII、KRAS、lncRNAs或miRNAs等)轉(zhuǎn)移到其他腫瘤細胞以誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)變,遷移和侵襲或受體細胞耐藥,從而促進腫瘤進展和轉(zhuǎn)移并可通過TGF-β1或其他配體的分泌抑制腫瘤細胞凋亡[7-10],本研究通過對HepG2肝癌細胞系外泌體的分離及分析,揭示外泌體在肝癌進展中的作用。
HepG2細胞株,購自中國科學(xué)院上海細胞庫。
DMEM高糖培養(yǎng)基(凱基生物);胎牛血清(四季青);兔CD9、TSG101、ALIX單克隆抗體及HRP-山羊抗兔二抗(Servicebio);胰蛋白酶(Solarbio);PBS緩沖液(凱基生物);CCK-8試劑盒(Beyotime);Caspase3/7細胞凋亡活性檢測試劑盒“綠色熒光”(上海生工);BCA蛋白定量試劑盒(南京建成)。
MCO-18AIC二氧化碳培養(yǎng)箱(日本PHCbi公司);CP100NX超速冷凍離心機、HT7800/HT7700透射電子顯微鏡(日本Hitachi公司);Multiskan Sky全波長酶標(biāo)儀(美國Thermo Fisher公司);Infinite M200Pro Nanoquant光吸收微孔板熒光檢測儀(瑞士TECAN公司);DYCZ-24DN雙垂直電泳儀、DYCZ-40D轉(zhuǎn)印電泳儀(北京六一儀器廠)。
將HepG2肝癌細胞置于DMEM高糖培養(yǎng)基(含10%胎牛血清)中。種板24 h后,換成含1%胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基[11],將細胞置于37℃、5%CO2飽和濕度的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。
待細胞狀態(tài)良好且生長至1×107~1×108,收集細胞培養(yǎng)上清液用以提取外泌體。4℃,300×g離心10 min,去除細胞污染。吸取上清液于2000×g離心10 min,去除死細胞。吸取上清液于10 000×g離心30 min,去除細胞碎片,吸取上清液于100 000×g超速離心90 min,去除上清液,磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌后于100 000×g超速離心90 min,沉淀即為外泌體[12]。PBS重懸,BCA法測定蛋白濃度,-80℃凍存?zhèn)溆谩?/p>
用移液槍吸取外泌體20 μL滴在碳膜銅網(wǎng)放置5 min,用濾紙吸去多余液體。將2% 磷鎢酸滴在碳膜銅網(wǎng)上放置2 min,用濾紙吸去多余液體,室溫干燥。透射電子顯微鏡下觀察,采集圖像分析。
取出凍存的外泌體,室溫下冰上放置融化3 min,取出10 μL分離出的外泌體,加入5 μL含有蛋白酶抑制劑的RIPA細胞裂解液,振蕩混勻,室溫放置10 min,4℃下20 000×g離心20 min。上清液為蛋白裂解液,取10 μL裂解液加入5×loading buffer,95℃加熱5 min,冷卻,經(jīng)12%SDS-PAGE 150 V恒壓跑膠1.5 h,15 V恒壓轉(zhuǎn)膜,于室溫下脫色搖床上用5%的脫脂牛奶(0.5%TBST配)封閉1 h,加入1∶1000稀釋兔抗人CD9、TSG101、ALIX單克隆抗體,4℃搖床孵育過夜,TBST洗膜3次,每次5 min,將二抗用TBST稀釋3000倍,室溫下孵育30 min后,用TBST在室溫下脫色搖床上洗3次,每次5 min,化學(xué)發(fā)光顯色,凝膠圖像分析。
收集處于對數(shù)生長期細胞,接種至96孔板中(2500細胞/孔),種板24 h后,換成含1%胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基,加入外泌體(300 μg·mL-1)10 μL共孵育作為外泌體組,用等體積的PBS處理的細胞作為對照組,沒有細胞的小孔加入等體積PBS作空白組。每組設(shè)置3個復(fù)孔,細胞培養(yǎng)24~72 h后,每孔加10 μL CCK-8溶液,再孵育1 h,450 nm處測定吸光度值。
收集處于對數(shù)生長期細胞,接種至96孔板中(2250細胞/孔),種板24 h后,換成含1%胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基,加入外泌體(206 μg·mL-1)20 μL共孵育48 h作為外泌體組。對照組未作共培養(yǎng)處理,用Caspase3/7細胞凋亡活性檢測試劑盒檢測細胞凋亡情況(酶標(biāo)儀檢測Ex/Em=490/525 nm處的熒光強度)。
所得數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,用Excel對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析作圖,兩組間比較采用t檢驗,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
用透射電子顯微鏡觀察外泌體的形態(tài),一般為圓形或橢圓形膜性囊泡,直徑30~100 nm,見圖1。
圖1 透射電子顯微鏡下觀察到的外泌體形態(tài)(×40 000)Fig 1 Morphology of exosomes under transmission electron microscope(×40 000)
對HepG2細胞分泌的外泌體作Western blot定性分析,可見外泌體穩(wěn)定表達CD9、TSG101、ALIX等蛋白標(biāo)志物,見圖2。
圖2 外泌體標(biāo)志物的表達Fig 2 Expression of exosomal markers
以CCK-8法檢測加入外泌體處理后的腫瘤細胞的增殖趨勢,可發(fā)現(xiàn)外泌體具有促進腫瘤細胞增殖的能力,但72 h相比48 h細胞吸光度值有所減少,見表1。
表1 CCK-8法檢測細胞不同時間點吸光度值( ±s,n=3)Tab 1 Absorbance of cells at different time measured by CCK-8 method ( ±s,n=3)
表1 CCK-8法檢測細胞不同時間點吸光度值( ±s,n=3)Tab 1 Absorbance of cells at different time measured by CCK-8 method ( ±s,n=3)
注:與對照組比較,#P<0.01。Note:Compared with the control group,#P<0.01.
組別吸光度值24 h48 h72 h對照組0.280±0.0290.437±0.0060.384±0.026外泌體組0.284±0.0190.514±0.0640.474±0.020#
采用綠色熒光法(Caspase3/7細胞凋亡活性檢測試劑盒)檢測細胞凋亡的水平,可發(fā)現(xiàn)相比于對照組,外泌體具有抑制腫瘤細胞凋亡的作用,但不顯著,見圖3。
圖3 外泌體對HepG2細胞凋亡的影響(n=3)Fig 3 Effects of exosomes on apoptosis of HepG2 cells(n=3)
外泌體是近些年國內(nèi)外研究的熱點,尤其在腫瘤方面應(yīng)用廣泛,越來越多的證據(jù)表明,來源于腫瘤細胞的外泌體在癌癥中起著關(guān)鍵作用[13],本研究主要探索肝癌細胞外泌體對肝癌細胞增殖和凋亡的影響。
本研究采用多步超速離心法從肝癌HepG2細胞的培養(yǎng)液上清液中分離出外泌體(因考慮最大限度利用外泌體,同時為了防止其降解,外泌體是分批次提取,每次實驗提取一次)并通過透射電子顯微鏡觀察外泌體形態(tài),利用Western blot檢測其標(biāo)志物的表達。采用CCK-8法、綠色熒光法分別檢測外泌體對HepG2細胞增殖和凋亡的影響。
多步超速離心分離外泌體是最常見的外泌體提取方法,100 000×g超速離心,時間在70 min以上是多步離心的關(guān)鍵步驟。最后PBS溶解后的外泌體可以直接使用不影響后續(xù)實驗,而不需要在使用前過濾除菌,過濾很容易使外泌體濃度降低,因為外泌體直徑與濾膜孔徑接近,不易濾過。
電鏡觀察到的外泌體一般為圓形或橢圓形膜性囊泡狀結(jié)構(gòu),直徑在200 nm以下,也有直徑在200 nm以上的其他微泡和凋亡小體等,外泌體具有標(biāo)志性蛋白CD9、TSG101、ALIX等。外泌體的電鏡觀察證明提取到的囊泡從形態(tài)和大小上符合外泌體的描述,但還不能完全證實就是外泌體,只是初步驗證,而Western blot檢測到外泌體的標(biāo)志性蛋白則更進一步從結(jié)構(gòu)成分上驗證了外泌體的存在。
CCK-8法顯示外泌體對HepG2細胞具有促增殖作用,24 h和48 h效果較弱且48 h細胞量要高于72 h,可能細胞在生長到72 h時營養(yǎng)下降,導(dǎo)致細胞量下降的作用可能逐漸超過增殖作用,原因可能是種板時采用的是含10%血清的高糖DMEM,而在外泌體處理前(即種板24 h后)將含10%血清的高糖DMEM換成了含1%血清的高糖DMEM(血清濃度高會影響增殖),但濃度低了又會導(dǎo)致后續(xù)營養(yǎng)不足,也可能是種板時三塊板上的細胞未處在同一個生長期導(dǎo)致,需要更好的優(yōu)化生長條件并對培養(yǎng)基進一步摸索條件使其在進入第3日時還能保持很好的營養(yǎng),為了有更好的效果同時還應(yīng)進一步加大外泌體的提取濃度。
綠色熒光法檢測用外泌體共培育的HepG2細胞的凋亡情況,結(jié)果顯示外泌體有一定的抑制HepG2細胞凋亡的作用,但幅度不大,作用不顯著,這可能和本批次提取的外泌體濃度(質(zhì)量濃度為206 μg·mL-1)不高有關(guān)。
增殖和凋亡是外泌體功能的一體兩面,能促進增殖就能抑制凋亡。促進增殖的作用強,必定抑制凋亡的作用也強,反之亦然,促增殖能力弱必定抑制凋亡能力也弱。而本研究促增殖能力要稍強于抑制凋亡能力,沒有較好表現(xiàn)出兩種作用強度的一致性,很可能是由于外泌體是分批次提取,導(dǎo)致濃度的差異,因此體外實驗也應(yīng)盡量接近體內(nèi)這種作用的統(tǒng)一性,最好所有實驗都采用一次提取的外泌體,這樣能保證增殖和凋亡實驗都是采用同一濃度的外泌體,但是這樣也會導(dǎo)致一次收集的細胞工作量過大的問題,而且,外泌體長時間低溫保存也會導(dǎo)致外泌體的降解,因此需要找到一個合理的濃度。
綜上,本研究從肝癌細胞的培養(yǎng)液中提取到的外泌體(其濃度還應(yīng)進一步提高),具有促進肝癌細胞增殖和抑制其凋亡的能力。