朱海星,何新陽
(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院·安徽省立醫(yī)院腫瘤外科,安徽 合肥230031)
胃癌(gastric cancer,GC)是世界范圍內(nèi)最常見的消化道惡性腫瘤之一,具有較高的發(fā)病率和死亡率[1]。目前,手術(shù)仍是治療胃癌的主要方法,而大多數(shù)患者確診時已屬晚期,手術(shù)治療的效果較為有限[2]。因此,化療在根除惡性腫瘤細(xì)胞中起著關(guān)鍵作用,但其5年生存率低于30%,結(jié)果仍然不令人滿意[3],原因主要是胃癌細(xì)胞的耐藥性,而多藥耐藥是胃癌化療失敗的主要原因,也是導(dǎo)致胃癌患者死亡率較高的原因之一[4]。因此,探索新的、潛在的治療策略以解決胃癌患者的耐藥性具有重要的意義。多項研究表明,一些關(guān)鍵分子和信號通路參與了胃癌細(xì)胞的耐藥性。鋅指蛋白139 (ZNF139)是鋅指蛋白家族成員之一,具有轉(zhuǎn)錄和調(diào)控下游基因的功能[5]。van Dekken等[6]研究發(fā)現(xiàn),ZNF139的表達(dá)可能與腫瘤的生長和發(fā)展有關(guān),ZNF139參與胃癌細(xì)胞分化的過程,促進(jìn)胃癌細(xì)胞的侵襲和發(fā)育[7]。然而,ZNF139在胃癌耐藥性中的主要下游靶點仍然未知。因此,要了解胃癌耐藥性的機(jī)制,還需要進(jìn)一步研究ZNF139的作用機(jī)制。在過去的幾年里,miRNAs的作用一直是癌癥研究的熱點。有研究[8]表明,miR-181a-5p與腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。此外,另一項研究[9]發(fā)現(xiàn),miR-181a-5p通過參與Wnt/β-catenin信號通路來調(diào)控結(jié)直腸癌的進(jìn)展和化療耐藥。由此可見,miR-181a-5p可能參與了胃癌細(xì)胞的耐藥性,但其具體的調(diào)控機(jī)制不完全清楚。本研究旨在探討ZNF139與miR-181a-5p之間的關(guān)系及其在胃癌細(xì)胞耐藥性中的作用和分子機(jī)制,為臨床治療提供參考。
1.1.1 組織樣本和細(xì)胞 采集2019年1月至2020年1月中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院經(jīng)病理證實的35例胃癌患者(年齡42~75歲)的癌組織和癌旁組織(對照組)樣本。對照組樣本為來自同一患者的鄰近正常胃組織;胃癌臨床分期包括I期3例,II期9例,III期18例,IV期5例。所有參與者術(shù)前均未接受放療和化療。每個癌組織和癌旁組織(約1.0 cm×0.5 cm ×0.5 cm)均取自參與者(距離切緣超過3 cm),樣本浸泡于液氮中快速冷凍,后轉(zhuǎn)移至-80 ℃低溫冰箱保存。本研究獲得醫(yī)院倫理委員批準(zhǔn)同意。 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)均符合胃癌相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)[10];(2)40歲≤年齡≤75歲;(3)患者及家屬知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)已發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移者;(2)合并其他臟器腫瘤、消化系統(tǒng)嚴(yán)重疾病者;(3)妊娠期及哺乳期婦女;(4)伴有其他系統(tǒng)疾患者。
1.1.2 主要儀器及試劑 人胃細(xì)胞系MKN45(貨號:ACC 409)、正常胃粘膜上皮細(xì)胞系GES-1(貨號:21875091)和阿霉素耐藥GC MDR細(xì)胞系MKN45/ADR(貨號:21127022)均購自美國American Type Culture Collection(ATCC) 細(xì)胞庫。RPMI 1640培養(yǎng)基(貨號:A10491)和胰蛋白酶(貨號:31870-082)購自Gibco公司。TRIzol試劑和LipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染試劑購置自Invitrogen公司。熒光定量RT-PCR試劑(貨號:25030-024)和反轉(zhuǎn)錄試劑盒購(貨與:25-025)自Promega公司。蛋白提取試劑盒(貨號:163-2084)購自中國Beyotime公司。兔ZNF139抗體 ZNF139(貨號:ab32124)由美國Sigma公司提供。兔P-gp(貨號:13978)、GST-π(貨號:3498)、MRP-1(貨號:14182)、Bcl-2(貨號:2772)、TS(貨號:3452)、Bax(貨號:13598)和β-actin(貨號:5174)抗體購自美國Santa Cruz Biotechnology;MTT試劑盒( 貨號:M92050)購自美國Sigma公司。
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)和轉(zhuǎn)染 人GC細(xì)胞系MKN45、MKN45/ADR和GES-1,用含10%胎牛血清、100 mg/mL鏈霉素和100 U/mL青霉素的RPMI 1640(Invitrogen) 培養(yǎng)。將細(xì)胞分為MKN45、MKN45/ADR和GES-1組,其中MKN45/ADR在含有0.4 mg/L的ADR中培養(yǎng),維持耐藥表型。實驗前1周停止此干預(yù)。于37 ℃、5% CO2濕化氣氛孵育后,用0.25%胰蛋白酶溶液加0.02% EDTA消化,進(jìn)行傳代培養(yǎng)。采用BLOCK-iTTMRNAi設(shè)計器(序列:5’-ACC TCG GAA GAT TCA GCA T-3’)設(shè)計ZNF139-siRNA序列,將其轉(zhuǎn)染到ZNF139高表達(dá)的GC細(xì)胞株MKN45/ADR中,以轉(zhuǎn)染非特異性siRNA序列(NS-siRNA:5’-GAC GAG TTG ACT GCG ATT G-3’)的細(xì)胞作為陰性對照,構(gòu)建ZNF139-siRNA和NS-siRNA組;構(gòu)建人ZNF139過表達(dá)載體。利用KpnI和NotI酶切位點將人ZNF139編碼序列(NM_003439)亞克隆到pcDNA3.1載體中。轉(zhuǎn)染前將GC細(xì)胞接種于六孔板24 h,密度為4 × 105/mL。按照試劑轉(zhuǎn)染手冊LipofectamineTM2000,將質(zhì)粒載體、siRNA或miR-181a-5p模擬物轉(zhuǎn)染到GC細(xì)胞或耐藥細(xì)胞中,構(gòu)建 pcDNA-ZNF139、miR-181a-5p和Anti-miR-181a-5p組,其中細(xì)胞用RPMI 1640沖洗,使其無血清和無抗生素。24 h后檢測轉(zhuǎn)染效率,并進(jìn)行后續(xù)實驗。
1.2.2 MTT試驗 將胃癌組織和正常癌旁組織切片后研磨,隨后,制備單細(xì)胞懸液。用0.02% EDTA-0.25%胰蛋白酶消化后的GC細(xì)胞,以5 × 104細(xì)胞/mL的密度接種于96孔板,轉(zhuǎn)染ZNF139-siRNA,細(xì)胞生長至80%時加入化療藥物[阿霉素(ADR)、5-氟尿嘧啶(5-Fu)、奧沙利鉑(L-OHP)]。實驗結(jié)束前4 h,在孔中加入濃度為5 mg/mL的MTT 20微升。每孔加入DMSO 150微升,室溫?fù)u板15 min后,用酶標(biāo)儀在570 nm波長下測定吸光度值(OD值)。以上實驗重復(fù)3次。
1.2.3 RT-qPCR 采用TRIzol試劑(Invitrogen,美國)從轉(zhuǎn)染細(xì)胞中分離總RNA,先采用預(yù)冷的PBS清洗2~3遍,加入1 mL Trizol裂解細(xì)胞15 min,待貼壁細(xì)胞完全脫落后,移至2 mL EP管,并使用紫外分光光度計測量RNA濃度。使用MultiscribeRTkit(Applied Biosystems,USA) 和oligo(dT),在40 ℃反應(yīng)6 min,65 ℃反應(yīng)25 min,35個循環(huán)條件下合成互補DNA(cDNA) ,得到cDNA產(chǎn)物,保存于-80 ℃,用于進(jìn)一步的實驗。體系總量為20 μL:PCR反應(yīng)包含2 μL cDNA、0.4 μL正向引物、0.4 μL反向引物、7.2 μL H2O2和10 μL SYBR;擴(kuò)增條件為25 ℃,10 min,48 ℃,30 min,95 ℃,5 min。采用2-ΔΔCt法計算表達(dá)水平,GAPDH作為實驗內(nèi)參。所用引物如下:ZNF139(411 bp):(F) 5′-CTT CCT GAG TTC TTG GTT TCG-3′,(R) 5′-CCT TTG ACC CAC TGG TTT ATG-3′;MDR-1(302 bp):(F) 5′-GAA TGT TCA GTG GCT CCG AG-3′,(R) 5′-ACA ATC TCT TCC TGT GAC ACC -3′;GST-π(341 bp):(F) 5′-ATA CCA TCC TGC GTC ACC TG-3′,(R) 5′-TCC TTG CCC GCC TCA TAG TT-3′;P-gp(480 bp):(F) 5′-CAT CAG CAG GCA CCA CAA C-3′,(R) 5′-TTC CAG GTC TCC TCC TTC TTG-3′;Bcl-2(459 bp):(F) 5′-TGT GTG GAG AGC GTC AAC C-3′,(R) 5′-TGG ATC CAG GTG TGC AGG T-3′; TS(397 bp):(F) 5′-TTT CTG ACG GCA ACT TCA AC-3′,(R) 5′-AGT CCA ATG TCC AGC CCA T-3′;Bax(452 bp) (F) 5′-TTT CTG ACG GCA ACT TCA AC-3′,(R) 5′-AGT CCA ATG TCC AGC CCA T-3′;GAPDH(580 bp):(F) 5′-GAC CCC TTC ATT GAC CTC AAC-3′,(R) 5′-CGC TCC TGG AAG ATG GTG AT-3′。
1.2.4 Western blot 采用RIA裂解緩沖液(Beyotime Biotechnology,中國)和蛋白酶抑制劑(Roche,中國)提取轉(zhuǎn)染細(xì)胞的總蛋白,用BCA試劑盒(Thermo Fisher Scientific,Waltham,Massachusetts,USA)測定蛋白濃度。變性后,取相同量總蛋白上樣,經(jīng)10%聚丙烯酰胺SDS凝膠(SDS/PAGE)分離后,轉(zhuǎn)移到PVDF膜上(Amersham Pharmacia Biotech),在37 ℃下用5%脫脂乳封閉1 h,將膜與ZNF139、P-gp、GST-π、MRP-1、Bcl-2、TS、Bax和β-actin的一抗在4 ℃下孵育過夜。然后用含Tween 20 (TBST)的Tris緩沖鹽水洗滌膜,與二抗在室溫下孵育2 h,用TBST洗滌。最后,用增強化學(xué)發(fā)光(ECL) western blot檢測試劑反應(yīng)后,檢測蛋白條帶。使用ImageJ軟件對條帶的灰度值進(jìn)行分析。
1.2.5 染色質(zhì)免疫共沉淀 將細(xì)胞在1%甲醛中室溫培養(yǎng)15 min,使相關(guān)蛋白與DNA交聯(lián)。隨后,添加甘氨酸至最終濃度為0.125 M,交聯(lián)終止。用300 μL的放射免疫沉淀緩沖液(50 mM Tris/HCl,pH 8.0,150 mM NaCl,5 mM EDTA,1% NP-40,0.5%去氧膽酸鹽和蛋白酶抑制劑 )啟動細(xì)胞裂解。裂解產(chǎn)物經(jīng)過超聲處理,生成約600 bp的染色質(zhì)片段,然后使用瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行評估。將上清液以13 000 rpm離心10min,然后與30 μL蛋白A-Sepharose beads(Sigma,美國)和剪切后的鮭魚精子DNA一起孵育,在4 ℃下預(yù)清除15 min。在13 000 rpm離心5 min后,將收集的上清液平均分為三份:一份用于提取DNA作為輸入,另一份用于免疫沉淀,加入或不加入2 μg ZNF139抗體,在4 ℃搖動過夜。然后,用蛋白A-Sepharose beads和剪切的鮭魚精子DNA沉淀免疫復(fù)合物。離心后,收集小球,用放射免疫沉淀洗滌緩沖液沖洗。將200微升洗脫緩沖液(1% SDS,0.1 M NaHCO3)加入到洗凈的珠中,洗脫免疫沉淀,免疫沉淀在65 ℃孵育過夜。12 000 rpm離心10 min,苯酚-氯仿提取,乙醇沉淀提取DNA。PCR擴(kuò)增含有ZNF139結(jié)合位點的啟動子片段,ZNF139(411bp): (F) 5′-CTT CCT GAG TTC TTG GTT TCG-3′,(R) 5′-CCT TTG ACC CAC TGG TTT ATG-3′。
1.2.6 熒光素酶活性檢測 用pGL3-miR-181a-5p-luc將miR-181a-5p(5′-AACAUUCAACGCUGUCGGUGAGU-3′)上游1.5 kb啟動子區(qū)域亞克隆到pGL3-Basic載體中、pcDNA-ZNF139或pGL3-Basic,再加上pRL-TK,一式三份轉(zhuǎn)染生長至70%匯合的細(xì)胞中。轉(zhuǎn)染48 h后,根據(jù)制造商的手冊,使用Dual-Luciferase? Reporter Assay System(Promega,Madison,WI)測量熒光素酶活性,室溫裂解細(xì)胞15 min,加入Renilla luciferase的底物,終止LAR II反應(yīng),向40 μL的LAR II中加入10 μL細(xì)胞裂解液,混勻后,檢測讀數(shù),即為Firefly luciferase的值,計算出每管的Firefly luciferase/Renillaluciferase的比值,以control組的比值為單位1,得到不同處理組的相對luciferase活性與pRL-TK的熒光素酶活性相比。
與對照組相比,ZNF139 mRNA和蛋白在胃癌組織中表達(dá)上調(diào)(P<0.05),miR-181a-5p mRNA表達(dá)水平降低(P<0.05) 。見圖1。
藥物敏感性結(jié)果表明,添加ADR、5-FU和L-OHP后,胃癌組織中的細(xì)胞抑制率低于胃癌旁組織 (P<0.05)。見圖2。
在MKN45、MKN45/ADR和GES-1三種細(xì)胞系中,ZNF139 mRNA和蛋白在MKN45/ADR中表達(dá)水平最高,其次是MKN45,在GES-1中表達(dá)水平最低(P<0.05)。而miR-181a-5p mRNA的表達(dá)趨勢則相反,在MKN45/ADR最低,其次是MKN45,在GSE-1表達(dá)水平最高 (P<0.05)。添加ADR、5-FU和L-OHP后,MKN45/ADR細(xì)胞抑制率最低,MKN45次之,GES-1細(xì)胞抑制率最高(P<0.05)。見圖3。
轉(zhuǎn)染對照siRNA后,ZNF139蛋白在細(xì)胞內(nèi)水平不變,而轉(zhuǎn)染ZNF139-siRNA的MKN45/ADR細(xì)胞中,ZNF139蛋白有不同程度的降低(P<0.05)。ZNF139蛋白表達(dá)水平呈劑量依賴性降低,轉(zhuǎn)染48 h后抑制作用最大(P<0.05)。轉(zhuǎn)染ZNF139-siRNA的MKN45/ADR細(xì)胞中,ADR、5-FU和L-OHP降低了細(xì)胞存活率(P<0.05)。pcDNA-ZNF139轉(zhuǎn)染MKN45 48 h后,ZNF139蛋白的表達(dá)增加(P<0.05)。pcDNA-ZNF139轉(zhuǎn)染后,ADR、5-FU或L-OHP處理的細(xì)胞活性升高(P<0.05)。見圖4。
miR-181a-5p模擬物轉(zhuǎn)染MKN45/ADR后,miR-181a-5p mRNA表達(dá)上調(diào)(P<0.05)。轉(zhuǎn)染miR-181a-5p模擬物后MKN45/ADR細(xì)胞存活率降低(P<0.05)。在MKN45/ADR細(xì)胞中轉(zhuǎn)染Anti-miR-181a-5p抑制miR-181a-5p mRNA水平,轉(zhuǎn)染后細(xì)胞存活率提高(P<0.05)。見圖5。
轉(zhuǎn)染ZNF139-siRNA至MKN45/ADR細(xì)胞后,miR-181a-5p mRNA的表達(dá)升高(P<0.05)。同時,轉(zhuǎn)染MKN45/ADR后,ZNF139 mRNA和蛋白的表達(dá)無明顯變化(P>0.05)。轉(zhuǎn)染pcDNA-ZNF139 48 h后,MKN45細(xì)胞中miR-181a-5p mRNA下調(diào)(P<0.05)。建立miR-181a-5p的熒光素酶報告基因質(zhì)粒,該質(zhì)粒位于啟動子區(qū)上游,序列為2 kb,與pcDNA-ZNF139共轉(zhuǎn)染細(xì)胞?;蚍治鼋Y(jié)果顯示,ZNF139可能抑制miR-181a-5p的啟動子活性。通過ChIP分析進(jìn)一步證實ZNF139直接與miR-181a-5p的啟動子區(qū)結(jié)合。因此,ZNF139作為轉(zhuǎn)錄因子,可以通過直接偶聯(lián)到miR-181a-5p的啟動子區(qū)域來抑制MKN45中miR-181a-5p的轉(zhuǎn)錄活性。見圖6。
抑制ZNF139可降低MKN45/ADR細(xì)胞中P-gp、MRP-1、Bcl-2的表達(dá)(P<0.05),而GST-π、TS和Bax的表達(dá)無明顯變化(P>0.05)。見圖7。
miR-181a-5p模擬物轉(zhuǎn)染MKN45/ADR細(xì)胞后,P-gp、MRP和Bcl-2的表達(dá)降低(P<0.05),而GST-π、TS和Bax的表達(dá)未見改變(P>0.05)。見圖8。
胃癌發(fā)病率居全國消化系統(tǒng)惡性腫瘤之首,且預(yù)后極差[11]。而胃癌細(xì)胞的耐藥性直接導(dǎo)致化療的失敗,是影響患者預(yù)后的重要原因。有研究數(shù)據(jù)[12]表明,ZNF139參與了細(xì)胞耐藥性的調(diào)控,能夠逆轉(zhuǎn)GC細(xì)胞系MKN28的耐藥性。本研究結(jié)果顯示,在胃癌組織和細(xì)胞系中ZNF139 mRNA和蛋白表達(dá)升高(P<0.05),miR-181a-5p mRNA表達(dá)降低(P<0.05)。轉(zhuǎn)染ZNF139-siRNA后,MKN45/ADR細(xì)胞中miR-181a-5p mRNA表達(dá)升高(P<0.05),化療藥物ADR、5-FU、L-OHP處理后,MKN45/ADR細(xì)胞存活率降低(P<0.05)。MKN45細(xì)胞系轉(zhuǎn)染pcDNA-ZNF139后,ZNF139 mRNA和蛋白的表達(dá)水平升高(P<0.05),miR-181a-5p mRNA的表達(dá)水平下降(P<0.05),同時細(xì)胞對ADR、5-FU、L-OHP的耐藥性增強(P<0.05)。雙熒光素酶活性試驗表明,ZNF139抑制了miR-181a-5p啟動子的轉(zhuǎn)錄活性(P<0.05)。通過抑制ZNF139可降低MKN45/ADR細(xì)胞中P-gp、MRP-1、Bcl-2的表達(dá)(P<0.05);miR-181a-5p模擬物轉(zhuǎn)染MKN45/ADR細(xì)胞后,P-gp、LRP和Bcl-2的表達(dá)降低(P<0.05)。因此,推斷ZNF139可促進(jìn)GC細(xì)胞的耐藥性。
ZNF139由6個C2H2鋅指結(jié)構(gòu)組成,包括SCAN和一個KRAB結(jié)構(gòu)域。鋅指結(jié)構(gòu)屬于DNA結(jié)合域,而SCAN和KRAB促進(jìn)輔助因子之間的蛋白質(zhì)相互作用[13]。關(guān)于ZNF139表達(dá)與腫瘤的關(guān)系已有少量報道。van Dekken等[6]發(fā)現(xiàn),ZNF139在食管-胃交界處腺癌中表達(dá)增加;此外,ZNF139還能促進(jìn)GC細(xì)胞的侵襲和進(jìn)展[14]。采用RNAi技術(shù)抑制ZNF139的表達(dá)后,發(fā)現(xiàn)胃細(xì)胞MKN28對化療藥物更加敏感,且相關(guān)耐藥基因發(fā)生了變化[12],表明ZNF139與GC密切相關(guān)。但ZNF139對GC細(xì)胞耐藥的機(jī)制尚未完全明了。因此,本研究通過基因干擾和克隆技術(shù)進(jìn)一步探討了ZNF139對GC細(xì)胞耐藥的影響,結(jié)果表明,抑制ZNF139的表達(dá)抑制了胃癌細(xì)胞的耐藥性。將過表達(dá)ZNF139的合成基因序列轉(zhuǎn)染非耐藥GC細(xì)胞系后發(fā)現(xiàn),其耐藥能力明顯增強??梢?,ZNF139在調(diào)節(jié)GC細(xì)胞的耐藥性中起重要作用。
miRNAs是指一類小而廣泛的非編碼ssRNAs,大約包含22 nts。最近有研究[15]表明,腫瘤細(xì)胞的耐藥性與miRNA密切相關(guān)。其中miR-181a-5p在癌癥的發(fā)生發(fā)展中的作用已被多項研究證實,但結(jié)果仍存在爭議。如有研究[16]指出,miR-181a-5p在胰腺癌和乳腺癌中表達(dá)上調(diào)。然而,也研究[17]表明,miR-181a在膠質(zhì)瘤和侵襲性慢性淋巴細(xì)胞白血病中表達(dá)下調(diào)。即使在結(jié)直腸癌的發(fā)展過程中,miR-181a也可同時作為癌基因和腫瘤抑制因子,且與結(jié)直腸癌不良預(yù)后相關(guān)[18]。另外,miR-181a的表達(dá)水平在炎癥性腸病相關(guān)結(jié)直腸癌從非腫瘤性到非典型增生的過程中升高,而在非典型增生發(fā)展為癌癥時降低[19]。miR-181a-5p在細(xì)胞增殖和化療耐藥性方面也起到抑癌的作用。本研究表明,在GC組織和細(xì)胞系中,miR-181a-5p受到ZNF139的負(fù)調(diào)控,通過抑制ZNF139的表達(dá)可使miR-181a-5p mRNA水平升高(P<0.05);相反,過表達(dá)ZNF139會降低miR-181a-5p mRNA的表達(dá)(P<0.05),表明ZNF139可調(diào)控miR-181a-5p的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),增加miR-181a-5p水平挽救了ZNF139下調(diào)細(xì)胞的耐藥特性。此外,值得注意的是,ZNF139直接結(jié)合并促進(jìn)了miR-181a-5p的轉(zhuǎn)錄,表明ZNF139可通過miR-181a-5p調(diào)控GC細(xì)胞的耐藥性。此外,觀察干預(yù)胃癌細(xì)胞前后與耐藥性相關(guān)基因P-gp、MRP-1、GST-π、Bcl-2、TS和Bax表達(dá)情況,以闡明ZNF139-miR-181a-5p通路在胃癌耐藥性中的調(diào)控機(jī)制。結(jié)果表明,抑制ZNF139表達(dá)減弱了P-gp、MRP-1和Bcl-2的表達(dá)(P<0.05),而轉(zhuǎn)染miR-181a-5p mimic后P-gp、MRP和Bcl-2的表達(dá)水平升高(P<0.05)。由此可見,ZNF139 -miR-181a-5p通路通過誘導(dǎo)P-gp、MRP-1和Bcl-2的表達(dá)水平在GC中引起細(xì)胞耐藥特性。
綜上所述,ZNF139和miR-181a-5p在GC組織和細(xì)胞系中呈現(xiàn)異常表達(dá)。ZNF139是miR-181a-5p的上游調(diào)控因子。ZNF139 -miR-181a-5p通路可能通過誘導(dǎo)胃癌中P-gp、MRP-1和Bcl-2的表達(dá)來增加細(xì)胞的耐藥特性,但其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。