蔡 娟,陳志強,左學(xué)良
1.皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院(弋磯山醫(yī)院)腫瘤內(nèi)科,重大疾病非編碼RNA轉(zhuǎn)化研究安徽普通高校重點實驗室,安徽 蕪湖 241001;2.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽中心,江蘇 南京 210029;3.皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院(弋磯山醫(yī)院)胃腸外科,安徽 蕪湖 241001
胃癌是全世界發(fā)病率第五位、死亡率第四位的惡性腫瘤,每年新發(fā)病例數(shù)近109萬,死亡病例數(shù)約77萬[1]。復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移是胃癌患者的首要死亡原因,然而目前對此仍缺乏有效的治療手段。因此,探索胃癌復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移機制、尋找有效治療靶點對改善患者預(yù)后具有重要意義。
環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)廣泛存在于真核生物中,具有高度穩(wěn)定性、組織特異性和進化保守性等特征,能在多層面調(diào)控機體的生理和病理過程[2],且circRNA與多種腫瘤的增殖、侵襲相關(guān)。高表達的circ-RanGAP1 通過負調(diào)控miR-877-3p,促進胃癌細胞增殖和侵襲[3]。CircTLK1能結(jié)合miR-136-5p,促進結(jié)腸癌細胞的增殖和侵襲[4]。
在前期研究中,作者發(fā)現(xiàn)circSMARCA5在胃癌組織中呈低表達,與胃癌患者的TNM分期、神經(jīng)脈管侵犯和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有顯著負相關(guān)性,過表達circSMARCA5能抑制胃癌細胞增殖和侵襲[5],但其具體分子機制仍不清楚。本文通過研究circSMARCA5對胃癌細胞糖代謝重編程的影響,探討其潛在的分子機制,以期為胃癌提供新的治療靶點。
人正常胃黏膜上皮細胞系GES-1及人胃癌細胞系MKN45、MKN74、AGS購自中國科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會細胞庫。RPMI-1640培養(yǎng)基、10%胎牛血清、胰蛋白酶、青-鏈霉素和磷酸鹽緩沖生理鹽水(phosphate-buffered saline,PBS)均購自美國Gibco公司,LipofectamineTM3000和TRIzol試劑購自美國Invitrogen公司,反轉(zhuǎn)錄試劑盒和實時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(realtime fluorescent quantitative polymerase chain reaction,RTFQ-PCR)試劑盒購自日本TaKaRa公司,慢病毒circSMARCA5過表達載體(LVcircSMARCA5)和慢病毒陰性對照(LV-NC)購自上海吉凱基因醫(yī)學(xué)科技股份有限公司,miR-4295模擬物(miR-4295 mimics)和miR-4295模擬物陰性對照(miR-4295 NC)購自廣州銳博生物技術(shù)有限公司,細胞計數(shù)試劑盒-8(cell counting kit-8,CCK-8)試劑購自日本同仁化學(xué)研究所,transwell小室購自美國BD公司,Seahorse XF糖酵解壓力測試試劑盒購自美國Agilent Technologies公司,GLUT1、LDHA和Ki-67抗體、葡萄糖攝取試劑盒和乳酸檢測試劑盒均購自英國Abcam公司,PTEN、β-tubulin抗體和辣根過氧化物酶偶聯(lián)二抗購自美國Cell Signaling Technology公司。
收集2016年1月—2016年12月于皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院行手術(shù)切除的60例胃癌患者的癌組織及癌旁黏膜組織(距腫瘤>5 cm),其中男性44例,女性16例,年齡36 ~ 78歲。所有患者術(shù)前均未接受化療、放療或免疫治療。本研究經(jīng)皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn),所有患者均簽署知情同意書。BALB/c裸小鼠8只,雄性,5 ~ 6周齡,購自南京市江寧區(qū)青龍山動物繁殖場。動物許可證號:SCXK(蘇)2017-0001。
1.3.1 細胞培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染
利用含10%胎牛血清、青-鏈霉素的RPMI-1640培養(yǎng)基,將細胞置于37 ℃、CO2體積分數(shù)為5%的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細胞貼壁生長融合度達80%時,加入胰蛋白酶消化并傳代。取對數(shù)生長期的AGS細胞,消化后接種于6孔板中培養(yǎng)過夜,加入過表達circSMARCA5慢病毒載體(LVcircSMARCA5)及其對照病毒(LV-NC)轉(zhuǎn)染細胞,并用嘌呤霉素篩選1周,構(gòu)建穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細胞株。通過RTFQ-PCR檢測circSMARCA5表達水平。在過表達circSMARCA5的穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細胞株中,利用LipofectamineTM3000轉(zhuǎn)染miR-4295 mimics或si-PTEN,48 h后檢測miR-4295和PTEN的表達水平。
1.3.2 RTFQ-PCR檢測
利用TRIzol 試劑提取組織和細胞總RNA,應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄試劑盒將RNA 反轉(zhuǎn)錄成cDNA。以cDNA 為模板,按照RTFQ-PCR 試劑盒說明書進行PCR 反應(yīng),利用2-ΔΔCt法計算circSMARCA5、GLUT1、LDHA、miR-4295 和PTEN 的相對表達量。CircSMARCA5、miR-4295、GLUT1、LDHA、PTEN、β-actin和U6 的引物序列由廣州銳博生物技術(shù)有限公司設(shè)計并合成。circSMARCA5 有義鏈為5′-CTCCAAGATGGGCGAAAG-3′,反義鏈為5′-TGTGTTGCTCCATGTCTAATCA-3′ ;miR-4295 有義鏈為5′-GGAAGATCTAGGATCACA GTTAACTCAGAA-3′,反義鏈為5′-CGGGGTA CCGCACAATCCAAAACAAGAA-3′ ;GLUT1 有義鏈為5′-GGCCAAGAGTGTGCTAAA GA A-3′,反義鏈為5′-ACAGCGTTGATGCCAG ACA G-3′;LDHA 有義鏈為5′-ATGGCAAC TCTAAAG GATCAGC-3′,反義鏈為5′-CCAA CCCCAACAAC TGTAATCT-3′;PTEN有義鏈為5′-GAGGGATAAA ACACCATG-3′,反向引物序列為5′-AGGGGTAG GATGTGAACCAGTA-3′;β-actin 有義鏈為5′-TG ACGTGGACATCC GCAAAG-3′,反向引物序列為5′-CTGGAA GGTGGACAGCGAGG-3′;U6 有義鏈為5′-TGGACTCTGTTCGCTCAGGT-3′,反義鏈為5′-TGCCTCCTTCCGTACCACAT-3′。
1.3.3 CCK-8實驗
將處于對數(shù)生長期的細胞按照1×103個/孔的密度接種于96孔板,加入100 μL培養(yǎng)基分別培養(yǎng)24、48、72及96 h后加入10 μL CCK-8試劑,置于細胞培養(yǎng)箱中避光溫育2 h,檢測450 nm波長處各孔的吸光度。實驗重復(fù)3次。
1.3.4 Transwell實驗
胰酶消化LV-NC和LV-circSMARCA5兩組細胞后,用無血清培養(yǎng)基制備2×105個/mL的單細胞懸液,取250 μL細胞懸液加入預(yù)鋪基質(zhì)膠的transwell上室,在下室加入500 μL含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基,培養(yǎng)24 h后,用4%多聚甲醇固定20 min,1%結(jié)晶紫染色10 min,在顯微鏡下觀察并拍照。實驗重復(fù)3次。
1.3.5 細胞糖酵解能力檢測
取處于對數(shù)生長期的各組細胞,以2×105個細胞/mL的密度接種于Seahorse 96孔板,待細胞融合度達約80%,通過設(shè)定程序加入葡萄糖(10 mmol/L)、寡霉素(1 μmol/L)和2-脫氧葡萄糖(50 mmol/L),利用Seahorse XF細胞能量代謝分析儀檢測細胞外酸化速率,并計算糖酵解速率及糖酵解能力值。取2 μL細胞培養(yǎng)上清液,依據(jù)葡萄糖和乳酸檢測試劑盒說明書,利用GENios Plus酶標(biāo)儀檢測各組細胞葡萄糖攝取水平和乳酸生成量。實驗重復(fù)3次。
1.3.6 蛋白質(zhì)印跡法(Western blot)檢測
收集各組細胞,提取總蛋白,用二辛可寧酸(bicinchoninic acid,BCA)試劑盒測定蛋白濃度,取50 μg蛋白進行10%十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,將分離的蛋白電轉(zhuǎn)移至聚偏二氟乙烯膜上。用5%脫脂奶粉封閉2 h,采用吐溫-20三羥甲基氨基甲烷緩沖生理鹽水(trisbuffered saline Tween,TBST)洗膜3次,每次10 min,加入稀釋的GLUT1、LDHA、PTEN或β-tubulin一抗,4 ℃溫育過夜。TBST洗膜3次,加入辣根過氧化物酶偶聯(lián)二抗,室溫溫育2 h,TBST洗膜3次,用ECL化學(xué)發(fā)光試劑顯色。
1.3.7 裸小鼠皮下移植瘤實驗
將BACB/c裸小鼠隨機分為LV-NC和LVcircSMARCA5兩組,每組4只。用胰酶消化過表達circSMARCA5的AGS細胞及其對照細胞,加入無血清RPMI-1640培養(yǎng)基調(diào)整細胞密度至1×108/ mL,用1 mL注射器向每只裸小鼠肩胛部皮下注射100 μL細胞懸液。從第6天開始,每3天測量腫瘤長、短徑,待最大體積達約1 000 mm3時,處死小鼠,取出腫瘤測量并稱重,計算腫瘤體積,繪制移植瘤生長曲線。腫瘤體積按照如下公式計算:體積(mm3)=0.5×長徑(mm)×短徑2(mm2)。
1.3.8 免疫組織化學(xué)方法檢測
收集各組皮下瘤的組織標(biāo)本,常規(guī)用4%甲醛溶液固定,經(jīng)脫水、浸蠟包埋、切片后使用山羊血清溫育30 min封閉,4 ℃溫育一抗過夜。次日用PBS清洗3次,室溫溫育二抗30 min,PBS清洗3次。滴加辣根過氧化物酶溶液,室溫溫育30 min,PBS清洗3次,滴加DAB顯色液,當(dāng)顯微鏡下可見染色區(qū)域發(fā)黃即可使用蒸餾水沖洗,蘇木精復(fù)染 1 min。使用梯度乙醇進行脫水處理,二甲苯浸泡,最后滴加中性樹膠,蓋玻片封片,顯微鏡下觀察并拍照。通過染色強度和陽性細胞比例進行免疫組織化學(xué)評分。染色強度評分標(biāo)準(zhǔn)為0分(陰性)、1分(弱陽性)、2分(中等強度)、3分(強陽性)。陽性細胞比例的評分標(biāo)準(zhǔn)為0分(<10%)、1分(10% ~ 49%)、2分(50% ~ 69%)、3分(>70%)。將染色強度評分與陽性細胞比例評分相乘計算總分。
1.3.9 雙熒光素酶報告基因?qū)嶒?/p>
將野生型或突變型circSMARCA5和PTEN 3′-UTR序列連接到雙熒光酶報告載體中,將各野生型或突變型載體分別與miR-NC、miR-4295 mimics共轉(zhuǎn)染。48 h后用雙熒光素酶報告基因測定系統(tǒng)檢測各組細胞的熒光素酶活性。
1.3.10 RNA免疫沉淀(RNA immunoprecip-itation,RIP)實驗
按照RIP試劑盒操作步驟驗證circSMARCA5與miR-4295的靶向關(guān)系。裂解細胞后,收集裂解液進行實驗,利用RTFQ-PCR檢測circSMARCA5的富集程度。
1.3.11 統(tǒng)計學(xué)處理
采用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以x±s表示,正態(tài)分布的兩組計量資料比較采用獨立樣本t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析,相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
RTFQ-PCR結(jié)果顯示,circSMARCA5在胃癌細胞系中表達較正常胃黏膜上皮細胞明顯降低(圖1A)。LV-circSMARCA5組AGS細胞中circSMARCA5的表達水平較LV-NC組明顯升高,表明過表達circSMARCA5的穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細胞株構(gòu)建成功(圖1B)。CCK-8實驗和transwell實驗結(jié)果表明,LV-circSMARCA5組細胞的增殖和侵襲能力較LV-NC組降低(均P<0.05,圖1C和D)。以上結(jié)果表明,過表達circSMARCA5能夠抑制胃癌細胞的增殖和侵襲。
圖1 過表達circSMARCA5能夠抑制胃癌細胞的增殖和侵襲Fig.1 CircSMARCA5 overexpression suppresses the proliferation and invasion of gastric cancer cells
代謝異常是腫瘤細胞的基本特征之一,circRNA已被證實能夠調(diào)控腫瘤細胞糖代謝重編程[6]。為了探索circSMARCA5是否參與調(diào)控胃癌細胞糖酵解過程,本研究采用RTFQ-PCR檢測葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(glucose transporter 1,GLUT1)和乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase,LDHA)的表達情況,發(fā)現(xiàn)過表達circSMARCA5后GLUT1和LDHA的基因表達下降(圖2A)。Western blot檢測結(jié)果進一步證實過表達circSMARCA5可降低GLUT1和LDHA的蛋白水平(圖2B)。相較于LV-NC組,LVcircSMARCA5組細胞的葡萄糖攝取水平和乳酸生成量顯著下降,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(圖2C)。Seahorse XF細胞能量代謝分析結(jié)果顯示,與對照組相比,LV-circSMARCA5組細胞外酸化速率降低,表明過表達circSMARCA5可抑制細胞糖酵解活性(圖2D)。LV-circSMARCA5組的細胞糖酵解速率及糖酵解能力值低于LV-NC組(均P<0.05,圖2E)。以上結(jié)果表明,過表達circSMARCA5能夠抑制胃癌細胞糖酵解。
圖2 過表達circSMARCA5能夠抑制胃癌細胞糖酵解Fig.2 CircSMARCA5 overexpression inhibits glycolysis of the gastric cancer cells
裸小鼠皮下移植瘤實驗結(jié)果表明,LVcircSMARCA5組的裸小鼠皮下移植瘤體積和重量顯著低于LV-NC組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001,圖3A ~ C)。免疫組織化學(xué)檢測結(jié)果顯示,LV-circSMARCA5組皮下瘤組織的GLUT1、LDHA和Ki-67表達顯著低于LV-NC組(均P<0.05,圖3D)。以上結(jié)果表明,過表達circSMARCA5能夠抑制裸小鼠皮下移植瘤生長。
圖3 過表達circSMARCA5能夠抑制裸小鼠皮下移植瘤生長Fig.3 CircSMARCA5 overexpression suppresses xenograft tumor growth in vivo
ENCORI 數(shù)據(jù)庫預(yù)測結(jié)果提示,circSMARCA5與miR-4295存在互補結(jié)合的核苷酸序列(圖4 A)。據(jù)此,我們設(shè)計了circSMARCA5與miR-4295結(jié)合位點的突變序列,并進行雙熒光素酶報告基因?qū)嶒?。結(jié)果顯示,miR-4295 mimics+circSMARCA5-WT共轉(zhuǎn)染組的熒光素酶活性顯著降低(P<0.001),而miR-4295 NC+circSMARCA5-MUT組和miR-4295 mimics+circSMARCA5-MUT組的熒光素酶活性無明顯改變(P>0.05,圖4B)。收集60例胃癌患者癌及癌旁正常胃黏膜組織,患者的臨床病理學(xué)資料見表1。RTFQ-PCR結(jié)果顯示,胃癌組織中miR-4295的表達水平較正常胃黏膜組織升高(圖4C)。Pearson相關(guān)性分析表明胃癌組織中circSMARCA5與miR-4295的表達水平呈負相關(guān)(r=-0.571,P<0.01,圖4D)。RIP實驗結(jié)果顯示,與對照組相比,AGO2富集程度在LV-circSMARCA5組中更高(圖4E)。RIP和熒光原位雜交(flurescenceinsituhybridization,F(xiàn)ISH)實驗結(jié)果進一步證實了circSMARCA5與miR-4295可直接結(jié)合(圖4F和G)。RTFQ-PCR結(jié)果顯示,與LV-NC組相比,LV-circSMARCA5組細胞中的miR-4295表達水平出現(xiàn)顯著下降(P<0.01,圖4H)。以上結(jié)果表明,在胃癌細胞中circSMARCA5可與miR-4295結(jié)合,并靶向調(diào)控miR-4295表達。
表1 60例胃癌患者的臨床病理學(xué)資料Tab.1 The clinicopathological features of 60 gastric cancer patients
圖4 CircSMARCA5靶向調(diào)控miR-4295表達Fig.4 CircSMARCA5 directly targets miR-4295
在circSMARCA5過表達組的AGS細胞中上調(diào)miR-4295表達水平,進行回復(fù)實驗。結(jié)果顯示,過表達circSMARCA5對胃癌細胞增殖、侵襲和糖酵解活性的抑制作用可被miR-4295 mimics部分挽救(圖5)。
圖5 CircSMARCA5通過靶向調(diào)控miR-4295表達抑制胃癌細胞增殖和侵襲Fig.5 CircSMARCA5 inhibits the proliferation and invasion of gastric cancer cells through targeting miR-4295
生物信息學(xué)預(yù)測結(jié)果提示miR-4295與PTEN存在互補結(jié)合的核苷酸序列,據(jù)此設(shè)計了miR-4295與PTEN結(jié)合位點的突變序列(圖6A-B)。雙熒光素酶報告基因?qū)嶒灲Y(jié)果顯示:miR-4295 mimics+PTEN-WT共轉(zhuǎn)染組的熒光素酶活性顯著降低(P<0.001),而miR-4295 NC+PTENMUT組和miR-4295 mimics+PTEN-MUT組的熒光素酶活性無明顯改變(P>0.05,圖6C)。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明胃癌組織中miR-4295與PTEN的表達水平成負相關(guān)(r=-0.421,P=0.001,圖6D)。RTFQ-PCR結(jié)果顯示,miR-4295 mimics組胃癌細胞中PTEN mRNA表達水平顯著低于miR-4295 NC組(P<0.001,圖6E)。以上結(jié)果表明在胃癌細胞中miR-4295可與PTEN直接結(jié)合并下調(diào)PTEN的表達。
圖6 PTEN是miR-4295的下游靶基因Fig.6 PTEN was a direct target gene of miR-4295
在circSMARCA5過表達組的AGS細胞中敲低PTEN表達水平,進行回復(fù)實驗。結(jié)果顯示,過表達circSMARCA5對胃癌細胞增殖、侵襲和糖酵解活性的抑制作用可被si-PTEN部分挽救(圖7A ~ D)。本研究機制模式圖見圖7E。
圖7 CircSMARCA5通過調(diào)控miR-4295/PTEN軸抑制胃癌細胞增殖和侵襲Fig.7 CircSMARCA5 inhibits the proliferation and invasion of gastric cancer cells through miR-4295/PTEN axis
circRNA已被證實廣泛參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程[7],并可作為腫瘤診斷、預(yù)后的分子標(biāo)志物以及潛在的治療靶點[8-10]。既往研究[11-12]發(fā)現(xiàn),circSMARCA5在多種腫瘤中發(fā)揮了抑癌作用。circSMARCA5在肝癌組織中表達明顯降低,上調(diào)circSMARCA5表達可抑制肝癌的侵襲轉(zhuǎn)移[11]。在骨肉瘤中,circSMARCA5通過調(diào)控SRSF1表達,抑制腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移[12]。circSMARCA5在胃癌中表達降低并能抑制胃癌細胞的增殖和侵襲[5],本文在此基礎(chǔ)上進一步探討circSMARCA5調(diào)控胃癌增殖和侵襲的具體分子機制。
在氧含量正常的情況下,利用糖酵解是腫瘤細胞主要的能量來源,這種現(xiàn)象被稱為Warburg效應(yīng)[13]。Warburg效應(yīng)為腫瘤細胞的快速增殖提供了足夠的能量和營養(yǎng),并且與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移存在著密切聯(lián)系[14-15]。CircRNA可通過調(diào)節(jié)Warburg效應(yīng),影響腫瘤細胞的增殖和侵襲[6,16]。本研究發(fā)現(xiàn)circSMARCA5能夠顯著降低胃癌細胞的葡萄糖攝取和乳酸生成量,下調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1和代謝酶LDHA的表達水平,從而抑制細胞糖酵解。
為了進一步研究circSMARCA5影響胃癌增殖和侵襲的分子機制,本研究通過ENCORI數(shù)據(jù)庫預(yù)測miR-4295可與circSMARCA5特異性結(jié)合。既往文獻報道m(xù)iR-4295在胃癌、胰腺癌和膀胱癌等多種腫瘤中表達升高,與TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有明顯的正相關(guān)性[17-19],并可調(diào)控腫瘤細胞代謝重編程[20],進而促進腫瘤進展。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),miR-4295在胃癌組織中表達較癌旁組織明顯升高,并與circSMARCA5的表達水平呈負相關(guān),F(xiàn)ISH和雙熒光素酶報告基因?qū)嶒灲Y(jié)果進一步證實了circSMARCA5可與miR-4295直接結(jié)合。
生物信息學(xué)預(yù)測miR-4295與PTEN mRNA的3′-UTR存在相互結(jié)合位點。PTEN是一個重要的代謝調(diào)控因子[21],能夠負調(diào)控PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,降低腫瘤細胞糖酵解,從而抑制腫瘤進展[22]。在本研究中,我們通過雙熒光素酶報告基因?qū)嶒炦M一步證實miR-4295與PTEN的相互結(jié)合,在胃癌組織中兩者的表達呈負相關(guān),并且在胃癌細胞中過表達miR-4295能夠降低PTEN的表達。此外,回復(fù)實驗結(jié)果表明,在circSMARCA5過表達組細胞中上調(diào)miR-4295或者下調(diào)PTEN表達可部分地逆轉(zhuǎn)過表達circSMARCA5對胃癌細胞增殖、侵襲和糖酵解的抑制作用。
綜上所述,circSMARCA5能夠抑制胃癌細胞的增殖和侵襲,其分子機制可能是通過調(diào)控miR-4295/PTEN軸抑制胃癌細胞糖代謝重編程。
利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。