李偉偉,耿曉松,王宏偉,侯麗娟,宋新文
1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院感染疾病科,河南衛(wèi)輝453100;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院
HIF-2α基因沉默對人肝癌細(xì)胞株 HepG2增殖能力的影響
李偉偉1,耿曉松2,王宏偉1,侯麗娟1,宋新文1
1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院感染疾病科,河南衛(wèi)輝453100;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院
目的 探討缺氧誘導(dǎo)因子-2α(hypoxia-inducible factors-2α,HIF-2α)表達(dá)水平對人肝癌細(xì)胞株HepG2增殖能力的影響。方法 用氯化鈷(CoCl2)誘導(dǎo)細(xì)胞模擬缺氧微環(huán)境,并根據(jù) CoCl2濃度不同分為 50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、400 μmol/L 組,選擇CoCl2濃度為200 μmol/L模擬腫瘤內(nèi)缺氧微環(huán)境。采用siRNA干擾沉默HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá),分別應(yīng)用RT-PCR、Western blotting方法檢測HIF-2α mRNA和蛋白的表達(dá),MTT方法檢測HepG2細(xì)胞增殖,繪制細(xì)胞生長曲線,流式細(xì)胞技術(shù)觀察細(xì)胞周期的改變。結(jié)果 建立細(xì)胞缺氧模型,作為低氧組;采用濃度為50 nmol/L的HIF-2α siRNA轉(zhuǎn)染缺氧環(huán)境下的HepG2細(xì)胞,作為低氧+HIF-2α siRNA組,結(jié)果顯示:低氧組、低氧+Control siRNA組的HIF-2α mRNA和蛋白表達(dá)顯著高于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組(P<0.05);細(xì)胞生長曲線結(jié)果顯示:低氧組、低氧+Control siRNA組的光密度值顯著高于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組(P<0.05);細(xì)胞周期結(jié)果顯示:低氧組、低氧+Control siRNA組HepG2細(xì)胞在DNA合成前期(G0/G1期)細(xì)胞比率顯著低于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組,合成期(S)及合成后期(G2/M)細(xì)胞比率顯著高于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組(P<0.05)。結(jié)論 缺氧微環(huán)境通過促進(jìn)人肝癌細(xì)胞株HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá)進(jìn)一步促進(jìn)HepG2細(xì)胞增殖,而針對HIF-2α的靶向siRNA能有效抑制肝癌HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá),從而抑制HepG2細(xì)胞的增殖。
缺氧誘導(dǎo)因子-2α;氯化鈷;RNA干擾;肝癌;細(xì)胞增殖
惡性腫瘤在生長過程中會出現(xiàn)腫瘤內(nèi)部的缺氧微環(huán)境,腫瘤細(xì)胞通過改變自身內(nèi)源基因的表達(dá)來適應(yīng)變化的微環(huán)境,缺氧誘導(dǎo)因子家族能夠適應(yīng)細(xì)胞內(nèi)氧氣濃度的降低,并對多種基因進(jìn)行調(diào)控[1-2]。研究[3]發(fā)現(xiàn),HIF-1α主要與腫瘤急性缺氧相關(guān),而在腫瘤的長期慢性缺氧過程中,發(fā)揮主要作用的調(diào)控因子為HIF-2α。HIF-2α在腎癌、肝癌等腫瘤中高表達(dá),它能通過啟動其下游靶基因,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移,加速疾病惡化[4-5]。本研究通過誘導(dǎo)缺氧環(huán)境,應(yīng)用RNA干擾技術(shù)沉默人肝癌細(xì)胞株HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá),觀察下調(diào)HIF-2α表達(dá)對人肝癌細(xì)胞增殖能力的影響。
1.1 材料 人肝癌細(xì)胞株HepG2購自中國科學(xué)院上海細(xì)胞庫;RPMI 1640培養(yǎng)液、Trizol、RT-PCR試劑盒及LipofectamineTM2000脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染盒購自美國Invitrogen公司;胎牛血清購自美國Gibco公司;CoCl2購自美國Sigma公司;HIF-2α引物由上海生工生物工程有限公司合成;HIF-2α siRNA由廣州市銳博生物科技有限公司合成。
1.2 方法
1.2.1 建立細(xì)胞缺氧模型:HepG2細(xì)胞為貼壁細(xì)胞,置于100 g/L胎牛血清、100 U/ml青霉素和100 μg/ml鏈霉素的RPMI 1640培養(yǎng)液,于體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2、37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每2~3 d傳代1次。取對數(shù)生長期細(xì)胞,接種于24孔板,接種細(xì)胞數(shù)量為1×104個(gè)/孔,37℃,體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)24 h后,培養(yǎng)基調(diào)換成含不同濃度 CoCl2(50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、400 μmol/L)的培養(yǎng)基,模擬腫瘤內(nèi)缺氧微環(huán)境,37℃,體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2再培養(yǎng)24 h后收集細(xì)胞用于檢測。
1.2.2 HIF-2α mRNA表達(dá)的檢測:收集各組HepG2細(xì)胞,按照Trizol RNA試劑盒說明書步驟操作,反轉(zhuǎn)錄成cDNA,然后以cDNA為模板,以熒光定量PCR的方法擴(kuò)增HIF-2α mRNA,RT-PCR方法檢測各組細(xì)胞中HIF-2α mRNA的表達(dá)。HIF-2α引物序列:上游:5'-GGTGAAAGTCTACAACAACTGCC-3',下游:5'-ATGGGTGCTGGATTGGTTC-3',擴(kuò)增片段 104 bp。GAPDH 引物序列:上游:5'-TGGCACCCAGCACAATGAA-3',下游:5'-CTAAGTCATAGTCCGCCTAGAAGCA-3',片段長度133 bp。PCR反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性5 min、95℃變性30 s、60℃退火30 s和72℃延伸30 s,共40個(gè)循環(huán)。
1.2.3 細(xì)胞轉(zhuǎn)染及實(shí)驗(yàn)分組:取對數(shù)生長期HepG2細(xì)胞,接種24孔板,接種細(xì)胞數(shù)量為1×104個(gè)/孔,37℃,體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)24 h后,混合稀釋好的HIF-2α siRNA和脂質(zhì)體 LipofectamineTM2000載體試劑,形成HIF-2α siRNA/LipofectamineTM2000復(fù)合物。分為常氧組、低氧(+200 μmol/L CoCl2)組、低氧+Control siRNA組、低氧+HIF-2α siRNA組。培養(yǎng)48 h后收集各組 HepG2細(xì)胞,檢測 HIF-2α mRNA的表達(dá)。
1.2.4 HIF-2α蛋白表達(dá)的檢測:將常氧組、低氧組、低氧+Control siRNA組、低氧+HIF-2α siRNA組分別進(jìn)行培養(yǎng),48 h后提取各組核蛋白,Western blotting方法檢測各組HepG2細(xì)胞中HIF-2α蛋白的表達(dá),掃描分析軟件計(jì)算光密度掃描后的灰度值。
1.2.5 細(xì)胞增殖的檢測:取對數(shù)生長期HepG2細(xì)胞,計(jì)數(shù)后接種96孔板,接種細(xì)胞數(shù)量為1×104個(gè)/孔,37℃,體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)24 h后,在培養(yǎng)基中加入200 μmol/L CoCl2并進(jìn)行轉(zhuǎn)染。設(shè)常氧組、低氧組、低氧 +Control siRNA組、低氧 +HIF-2α siRNA組,于轉(zhuǎn)染后24 h,加入5 g/L,pH為7.4的MTT溶液20 μl培養(yǎng) 4 h,吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)上清液,加入 150 μl/孔二甲基亞砜(DMSO),平板震蕩儀震蕩10 min后,在490 nm波長測定光密度值(OD值)。OD值越大,表示細(xì)胞增殖能力越強(qiáng)。每24 h重復(fù)上述操作1次,連續(xù)測定5次。在酶聯(lián)免疫檢測儀上測定各孔OD值,記錄結(jié)果,以時(shí)間為橫坐標(biāo),平均OD值為縱坐標(biāo),繪制細(xì)胞生長曲線圖。
1.2.6 細(xì)胞周期變化的檢測:收集各組HepG2細(xì)胞,用不含EDTA的胰蛋白酶收集處理后的細(xì)胞,800 r/min離心10 min,70%乙醇4℃固定細(xì)胞過夜,預(yù)冷的磷酸鹽緩沖液(PBS)洗3次,加入 200 μl RNase A(1 mg/ml),37 ℃溫育30 min。再加入800 μl碘化乙啶(PI)染色液(100 ng/ml)混勻,4℃避光放置30 min。使用流式細(xì)胞儀測定細(xì)胞周期。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析,計(jì)量資料以±s表示。多樣本均數(shù)比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA),兩兩比較采用LSD檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 成功建立HepG2細(xì)胞缺氧模型 RT-PCR結(jié)果顯示,HIF-2α cDNA擴(kuò)增片段大小為104 bp,內(nèi)參GAPDH片段大小為133 bp,常氧培養(yǎng)HepG2細(xì)胞即有一定量HIF-2α表達(dá),HIF-2α mRNA在4組不同濃度的CoCl2作用下培養(yǎng)的HepG2細(xì)胞中均有目的條帶出現(xiàn),經(jīng)半定量分析結(jié)果顯示,隨著CoCl2濃度的增加(50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、400 μmol/L),HIF-2α mRNA的相對表達(dá)量遞增,各濃度組與常氧組比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。在CoCl2濃度為200 μmol/L 和 400 μmol/L 時(shí),HIF-2α mRNA 表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),考慮到細(xì)胞在200 μmol/L CoCl2濃度時(shí)較 400 μmol/L 時(shí)損傷輕,故選擇200 μmol/L CoCl2濃度作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的缺氧損傷濃度(見表1、圖1)。
表1 不同濃度CoCl2作用下HepG2細(xì)胞中HIF-2α mRNA的相對表達(dá)量(±s)Tab 1 Expressions of HIF-2α mRNA in HepG2 cells under the impact of different concentrations of CoCl2(±s)
表1 不同濃度CoCl2作用下HepG2細(xì)胞中HIF-2α mRNA的相對表達(dá)量(±s)Tab 1 Expressions of HIF-2α mRNA in HepG2 cells under the impact of different concentrations of CoCl2(±s)
注:與常氧組比較,*P<0.05。
組別 HIF-2αmRNA常氧組0.708±0.048 CoCl250 μmol/L 0.900 ±0.042*CoCl2100 μmol/L 1.070 ±0.045*CoCl2200 μmol/L 1.166 ±0.040*CoCl2400 μmol/L 1.170 ±0.038*F值96.915
圖1 不同濃度 CoCl2組 HepG2細(xì)胞中 HIF-2α mRNA的表達(dá)Fig 1 Expressions of HIF-2α mRNA of HepG2 cells in different concentrations of CoCl2groups
2.2 轉(zhuǎn)染48 h后各組HepG2細(xì)胞中HIF-2α mRNA的表達(dá) RT-PCR結(jié)果顯示:HIF-2α mRNA在4組細(xì)胞中均有目的條帶出現(xiàn)。半定量分析結(jié)果顯示,HIF-2α mRNA的表達(dá)在低氧組、低氧+Control siRNA組均比常氧組和低氧 +HIF-2α siRNA組顯著升高(P<0.05);低氧+Control siRNA與低氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);低氧+HIF-2α siRNA組與常氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表2、圖2)。
2.3 轉(zhuǎn)染48 h后各組HepG2細(xì)胞中HIF-2α蛋白的表達(dá) Western blotting結(jié)果顯示:HIF-2α蛋白的相對表達(dá)量在低氧組、低氧+Control siRNA組均比常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組顯著升高(P<0.05);低氧+Control siRNA組與低氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);低氧+HIF-2α siRNA組與常氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表3、圖3)。
表2 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α mRNA的表達(dá)(±s)Tab 2 Expressions of HIF-2α mRNA in each group cell after 48 hours transfection(±s)
表2 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α mRNA的表達(dá)(±s)Tab 2 Expressions of HIF-2α mRNA in each group cell after 48 hours transfection(±s)
注:與常氧組比較,*P <0.05;與低氧組比較,#P <0.05。
組別 HIF-2αmRNA常氧組 0.617±0.078#低氧組 1.127±0.069*低氧+Control siRNA組 1.060±0.060*低氧+HIF-2α siRNA組 0.557±0.082#F值98.95
圖2 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α mRNA的表達(dá)Fig 2 Expressions of HIF-2α mRNA in each group cell after 48 hours transfection
表3 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α蛋白的表達(dá)(±s)Tab 3 Expressions of HIF-2α protein in each group cell after 48 hours transfection(±s)
表3 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α蛋白的表達(dá)(±s)Tab 3 Expressions of HIF-2α protein in each group cell after 48 hours transfection(±s)
注:與常氧組比較,*P <0.05;與低氧組比較,#P <0.05。
組別 HIF-2α蛋白常氧組 0.022±0.005#低氧組 0.077±0.010*低氧+Control siRNA組 0.082±0.013*低氧+HIF-2α siRNA組 0.018±0.005#F值89.447
圖3 轉(zhuǎn)染48 h后各組細(xì)胞中HIF-2α蛋白的表達(dá)Fig 3 Expressions of HIF-2α protein in each group cell after 48 hours transfection
2.4 MTT 結(jié)果 分別于 24 h、48 h、72 h、96 h、120 h檢測各組HepG2細(xì)胞的OD值,結(jié)果顯示:低氧組、低氧+Control siRNA組的OD值顯著高于常氧組與低氧+HIF-2α siRNA組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),說明細(xì)胞增殖能力加快,生長速度加快。低氧+Control siRNA組與低氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);低氧+HIF-2α siRNA組與常氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖4)。
圖4 各組HepG2細(xì)胞生長曲線Fig 4 HepG2 cell growth curve drawn by the MTT method
2.5 細(xì)胞周期 按照1.2.6方法,通過流式細(xì)胞儀檢測,結(jié)果顯示,低氧組、低氧+Control siRNA組HepG2細(xì)胞在DNA合成前期(G0/G1期)細(xì)胞比率顯著低于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組,合成期(S)及合成后期(G2/M)細(xì)胞比率顯著高于常氧組和低氧+HIF-2α siRNA組(P<0.05);低氧組與低氧+Control siRNA組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);低氧+HIF-2α siRNA組與常氧組相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見圖 5)。
圖5 流式細(xì)胞儀檢測各組HepG2細(xì)胞的細(xì)胞周期分布柱狀圖Fig 5 The cell cycle distribution histogram of HepG2 cells in each group
惡性腫瘤在生長過程中,由于組織增生過快及血管形成不足,其內(nèi)部處于相對缺氧的微環(huán)境,缺氧是肝癌等實(shí)體瘤微環(huán)境的基本特征之一[6]。缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factors,HIFs)通過調(diào)控多條信號通路,使腫瘤組織適應(yīng)缺氧環(huán)境,HIF-2α是細(xì)胞內(nèi)氧信號調(diào)節(jié)途徑中關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,與維持腫瘤細(xì)胞能量代謝、糖酵解、新生血管形成、細(xì)胞增殖等惡性生物學(xué)行為密切相關(guān)[7-10],因此,構(gòu)想能否通過影響HIF-2α的表達(dá),從而干預(yù)肝癌的發(fā)生、發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)通過模擬缺氧環(huán)境及沉默HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá),觀察HIF-2α對人肝癌細(xì)胞增殖能力的影響,為肝癌的基因治療提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
CoC12與 HIF-α氧依賴降解域結(jié)合,抑制脯氨酸殘基羥化,從而阻礙HIF-α降解導(dǎo)致HIF-α堆積,模擬缺氧對HIF-α的誘導(dǎo)作用[11]。RNA干擾是近年發(fā)展的基因阻斷技術(shù),導(dǎo)入雙鏈RNA阻斷同源基因的表達(dá)促其mRNA降解,從而誘導(dǎo)該細(xì)胞目的基因功能喪失或出現(xiàn)特定基因缺失的表型,具有高選擇性、特異性強(qiáng)、細(xì)胞毒性低及作用持久等優(yōu)點(diǎn),是目前腫瘤基因治療的重要手段[12-13]。本研究運(yùn)用CoCl2建立缺氧模型,模擬腫瘤內(nèi)部缺氧微環(huán)境[14],轉(zhuǎn)染HIF-2α siRNA于HepG2細(xì)胞,結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染 HIF-2α siRNA 48 h后,肝癌HepG2細(xì)胞中內(nèi)源性HIF-2α mRNA及蛋白表達(dá)均顯著低于低氧組,表明缺氧環(huán)境能夠促進(jìn)人肝癌細(xì)胞株HepG2細(xì)胞中HIF-2α的表達(dá),靶向HIF-2α siRNA具有特異性效果,使得HIF-2α基因有效沉默,從而干擾腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為。
腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與細(xì)胞的生長速度、細(xì)胞周期分布密切相關(guān)[15]。為進(jìn)一步明確HIF-2α在肝癌HepG2細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期中的作用,采取MTT法分析轉(zhuǎn)染后24 h、48 h、72 h、96 h 和 120 h 肝癌 HepG2 細(xì)胞增殖的變化,結(jié)果顯示:HIF-2α siRNA轉(zhuǎn)染組各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的OD值均顯著低于低氧組。流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞周期,結(jié)果顯示:HIF-2α siRNA轉(zhuǎn)染組G0/G1期細(xì)胞比率顯著高于低氧組,而合成期(S)及合成后期(G2/M)細(xì)胞比率顯著低于低氧組,說明靶向siRNA沉默HIF-2α基因表達(dá)后,細(xì)胞更多的阻滯于G0/G1期,S期及G2/M期細(xì)胞比例顯著下降,提示HIF-2α siRNA對HepG2細(xì)胞的生長具有顯著抑制作用。
綜上所述,靶向siRNA能顯著降低人肝癌HepG2細(xì)胞內(nèi)源性HIF-2α mRNA及蛋白的表達(dá),進(jìn)一步抑制細(xì)胞增殖,且其抑制增殖作用與增加G0/G1期細(xì)胞阻滯有關(guān),對其作用途徑與具體分子機(jī)制的進(jìn)一步研究有可能為臨床治療肝癌提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
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(責(zé)任編輯:王全楚)
Effect of HIF-2α gene silencing on multiplication capacity of human hepatocellular carcinoma cell HepG2
LI Weiwei1,GENG Xiaosong2,WANG Hongwei1,HOU Lijuan1,SONG Xinwen1
1.Department of Infectious Diseases,the First Affiliated Hospital,Xinxiang Medical University,Weihui 453100;2.School of Nursing,Xinxiang Medical University,China
ObjectiveTo investigate the impacts of expression level of hypoxia-inducible factors-2α (HIF-2α)on the multiplication capacity of human hepatocellular carcinoma cell HepG2.MethodsCobalt chloride(CoCl2)cells were induced by simulated hypoxic microenvironment,and depending on the concentration of CoCl2into 50 μmol/L group,100 μmol/L group,200 μmol/L group,400 μmol/L group,200 μmol/L concentration of CoCl2was selected to simulate hypoxia in tumor microenvironment.siRNA was transfected into human hepatocellular carcinoma HepG2 cell to silent HIF-2α.Application of RT-PCR and Western blotting method respectively to detect the expression of HIF-2α mRNA and protein,MTT method to detect the proliferation of HepG2 cells,to curve the cell growth,and Flow cytometry to observe the changes of cell cycle.ResultsEstablishment of cellular hypoxia model as the hypoxia group.The concentration of 50 nmol/L HIF-2α siRNA transfection of HepG2 cells under hypoxia environment as the hypoxia+HIF-2α siRNA group.Resultsshowed that the HIF-2α mRNA and protein expression of hypoxia group and hypoxia+control siRNA group were significantly higher than normal oxygen group and hypoxia+HIF-2α siRNA group(P<0.05).The results of cell growth curve showed that the optical density of hypoxia group and hypoxia+control siRNA group were significantly higher than normal oxygen group and hypoxia+HIF-2α siRNA group(P <0.05).Cell cycle showed that in the beginning of DNA synthesis in HepG2 cells(G0/G1period)cells of hypoxia group and hypoxia+control siRNA group were significantly lower than normal oxygen group and hypoxia+HIF-2α siRNA group;but synthesis phase(S)and later synthesis(G2/M)cell rate were significantly higher than normal oxygen group and hypoxia+HIF-2α siRNA group(P<0.05).ConclusionHypoxic microenvironment can promote the expression of HIF-2α in HepG2 cells to further promote the proliferation of HepG2 cells.Whereas,for siRNA targeting HIF-2α can effectively inhibit the expr-ession of hepatocellular carcinoma HepG2 cells in the HIF-2α,thus inhibit the proliferation of HepG2 cells.
Hypoxia induced factors-2α;CoCl2;RNA interference;Hepatocellular carcinoma;Multiplication
R735.7
A
1006-5709(2017)08-0921-05
2017-05-15
10.3969/j.issn.1006-5709.2017.08.022
李偉偉,碩士,主治醫(yī)師,研究方向:肝病臨床和基礎(chǔ)。E-mail:liweiweicyk@163.com
宋新文,碩士,主任醫(yī)師,研究方向:肝病臨床和基礎(chǔ)。E-mail:283521725@qq.com