張煒,胡志,付橋,孫偉,徐律,褚浩,王瀟,張志超(武漢市第三醫(yī)院 泌尿外科,湖北 武漢 430074)
腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma,RCC)是腎原發(fā)腫瘤的主要類型[1],在泌尿系統(tǒng)腫瘤中其發(fā)病率較高[2]。由于放化療效果不理想,手術(shù)切除是RCC的主要治療方法,但其術(shù)后復(fù)發(fā)率高達20%~40%[3]。因此,全面了解腫瘤進展的潛在分子機制有助于尋找RCC診斷和治療的新模式。微小RNA(microRNA,miRNA)及其靶基因在細(xì)胞發(fā)育、增殖、凋亡、遷移和侵襲等許多生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用。其中miR-124在肝癌[4]和RCC[5]等多種癌癥細(xì)胞中均表達下調(diào)。在RCC 中,miR-124的低表達與RCC 的組織學(xué)分級、臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)[6]。此外,miR-124也被證實能夠通過靶向HDAC4 抑制RCC 細(xì)胞的自噬而增強順鉑敏感性[7]。Jagged1(JAG1)作為Notch配體,廣泛表達于哺乳動物的多個組織和發(fā)育階段,可間接激活Notch信號通路。JAG1/Notch通路可激活多種致癌因子,調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能[8]。本課題組利用生物信息學(xué)軟件預(yù)測miR-124與JAG1之間可能存在靶向關(guān)系,由此推測miR-124對RCC的抑制作用可能與JAG1有關(guān)。為此,本研究通過上調(diào)miR-124 表達,觀察其對RCC 惡性生物學(xué)行為的影響,并進一步探討其與JAG1/Notch通路的調(diào)控關(guān)系。
收集2018 年6 月至2021 年10 月在武漢市第三醫(yī)院行根治性手術(shù)治療的38 例RCC 患者的RCC 組織和癌旁組織(距離腫瘤邊緣4 cm處取材)標(biāo)本。手術(shù)切除后,樣本立即被冷凍在液氮中,并在-80℃保存以供分析。所有組織標(biāo)本均用福爾馬林固定,石蠟包埋。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)所有患者在手術(shù)前均未接受過任何形式的輔助治療;(2)經(jīng)2017第8版國際抗癌聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)診斷為RCC;(3)簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):術(shù)前曾接受放療、化療、免疫治療的患者。
38例患者根據(jù)2005國際泌尿病理協(xié)會的診斷標(biāo)準(zhǔn)劃分:1級11例、2級13例、3級8例、4級6例。本研究獲武漢市第三醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(批號:2018-0419)。
RCC 細(xì)胞(Caki-2、A498、ACHN、786-O、OS-RC-2)和人正常腎細(xì)胞(293T)均購自北納生物公司。RPMI 1640培養(yǎng)基、胎牛血清購自武漢尚恩生物技術(shù)有限公司,青霉素-鏈霉素購自上海源葉生物科技有限公司,miR-124 mimic、NC mimic、miR-124 inhibitor、NC inhibitor、pcDNA 和pc-JAG1 均購自上海GenePharma 有限公司,Lipofectamine 2000 試劑盒購自北京諾為生物技術(shù)有限公司,TRIzol、SYBR Green ⅠPCR Master Mix 購自北京優(yōu)尼康生物科技有限公司,miRNeasy Mini Kit 購自杭州沃森生物技術(shù)有限公司,雙熒光素酶報告基因檢測試劑盒、MTT試劑盒均購自北京百奧萊博科技有限公司,兔源一抗JAG1、cleaved caspase-3、BAX、Bcl2、NICD、HES1、HES5、GAPDH 單抗及辣根過氧化物酶標(biāo)記羊抗兔IgG二抗均購自美國Abcam公司。Nanodrop 2000微量紫外分光光度計購自深圳市瑞盛科技有限公司,ABI PRISM 7500 real-time PCR System 購自上海智巖科學(xué)儀器有限公司,Bio-rad Gel Dol EZ 成像儀購自上海艾研生物科技有限公司儀器部;多功能酶標(biāo)儀購自珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司,Transwell 小室購自上海未熹生物科技有限公司,Annexin Ⅴ凋亡檢測試劑盒購自上海生工生物公司,流式細(xì)胞儀購自碧迪醫(yī)療器械(上海)有限公司。
免疫組化采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進行。4 μm石蠟包埋組織切片在二甲苯中脫蠟,在分級醇中再水化。室溫下加入3%過氧化氫反應(yīng)5 min,內(nèi)源性過氧化物酶被阻斷。蒸餾水沖洗后,將組織切片放入10 mmol/L檸檬酸緩沖液(pH=6.0)中煮沸10 min,完成抗原回收。用5%~10%正常山羊血清反應(yīng)30 min,進行非特異性蛋白結(jié)合。這些治療與PBS沖洗交替進行。用JAG1多克隆抗體(1∶500)在室溫下處理1 h后用PBS漂洗5 min,重復(fù)3 次,加入辣根過氧化物酶偶聯(lián)二抗(1∶1 000)反應(yīng)10 min,再用PBS 漂洗5 min,重復(fù)3次,用3,3-二氨基聯(lián)苯胺染色,用蘇木精復(fù)染,然后進行透明和封片處理。最后在顯微鏡下觀察JAG1的表達情況。陰性對照是用非免疫血清替代一抗進行的。對照切片與樣品平行處理。
所有染色切片均由3 位獨立調(diào)查者以盲法進行評估。評分標(biāo)準(zhǔn)[9]:染色程度:無染色(0 分)、淺黃色(1分)、棕黃色(2分)、棕褐黃色(3分);陽性細(xì)胞百分?jǐn)?shù):≤5%(0分)、>5%~25%(1 分),>25%~50%(2分),>50%~75%(3分),>75%(4分)。兩者得分乘積為最終評分標(biāo)準(zhǔn),≤3分為陰性,>3分為陽性。
將RCC 細(xì)胞(Caki-2、A498、ACHN、786-O、OSRC-2)和人正常腎細(xì)胞(293T)置于含有10%胎牛血清和青霉素-鏈霉素的RPMI 1640 培養(yǎng)基中,并在37 ℃、5%CO2的加濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。OS-RC-2 細(xì)胞匯合度達90%左右時,根據(jù)Lipofectamine 2000 試劑盒說明書進行轉(zhuǎn)染:首先取0.8 μg 質(zhì)粒DNA(NC mimic、miR-124 mimic、pcDNA、pc-JAG1)和2 μL Lipofectamine 2000 分別用50μL Opti-MEM 稀釋,混合后靜置20 min,將轉(zhuǎn)染復(fù)合物置于24孔細(xì)胞板中,100μL/孔,與細(xì)胞混合均勻后培養(yǎng)48 h。實驗分成5組:Control組(常規(guī)培養(yǎng),不轉(zhuǎn)染)、NC mimic組(轉(zhuǎn)染NC mimic與Lipofectamine 2000復(fù)合物)、miR-124 mimic 組(轉(zhuǎn)染miR-124 mimic 與Lipofectamine 2000復(fù)合物)、miR-124 mimic+pcDNA 組(共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic 和pcDNA 與Lipofectamine 2000 復(fù)合物)和miR-124 mimic+pc-JAG1 組(共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic和pc-JAG1 與Lipofectamine 2000 復(fù)合物)。qPCR 法檢測轉(zhuǎn)染后的干擾/過表達效果。
采用TRIzol 根據(jù)miRNeasy Mini Kit 說明書從RCC 組織和細(xì)胞中提取總RNA。RNA 純度和濃度用Nanodrop 2000 測定,隨后RNA 在-80℃保存。將RNA 反轉(zhuǎn)錄成cDNA。以cDNA 為模板制備PCR 反應(yīng)體系:cDNA 5 μL,SYBR Green ⅠPCR Master Mix 10 μL,正反向引物各0.4 μL,H2O 4.2 μL。PCR反應(yīng)采用ABI PRISM 7500 real-time PCR System,具體的反應(yīng)過程為95 ℃5 min、95 ℃20 s、59 ℃15 s,共39 個循環(huán)。采用U6/GAPDH 作為內(nèi)參。miR-124和JAG1 mRNA 的相對表達量計算公式為2-ΔΔCt。所用引物序列見表1。
表1 qPCR引物序列
采用在線生物信息學(xué)預(yù)測軟件TargetScan檢測miR-124和JAG1的結(jié)合位點。以psiCHECK2載體為基礎(chǔ),psiCHECK載體圖譜如圖1所示。構(gòu)建野生型(WTJAG1 3'UTR)和突變型(MUT-JAG1 3'UTR)載體質(zhì)粒。根據(jù)Lipofectamine 2000 試劑盒的說明制備轉(zhuǎn)染混合物(0.8μg質(zhì)粒DNA(NC mimic、miR-124 mimic、WTJAG1 3'UTR、MUT-JAG1 3'UTR)和2μL Lipofectamine 2000分別用50μL Opti-MEM稀釋后均勻混合即可得到轉(zhuǎn)染混合物),并采用雙熒光素酶報告基因檢測試劑盒檢測37 ℃培養(yǎng)24 h后的熒光素酶活性。共轉(zhuǎn)染組為NC mimic+WT-JAG1 3'UTR 組、miR-124 mimic+WTJAG1 3'UTR組、NC mimic+MUT-JAG1 3'UTR組、miR-124 mimic+MUT-JAG1 3'UTR組。
圖1 psiCHECK2載體結(jié)構(gòu)圖
提取組織和細(xì)胞的總蛋白,并根據(jù)BCA試劑盒的說明測定蛋白濃度。將提取的蛋白加入樣品緩沖液(30 g/孔)中,95 ℃加熱10 min。10%聚丙烯酰胺凝膠電泳進行蛋白分離。用5%牛血清白蛋白在室溫下封閉聚偏氟乙烯膜1 h。以4倍的比例加入一抗(1∶1 000)過夜(4 ℃):JAG1、cleaved caspase-3、BAX、Bcl2、NICD、HES1、HES5和GAPDH。然后將辣根過氧化物酶標(biāo)記羊抗兔IgG二抗(1∶2 000)加入樣品,室溫反應(yīng)1 h,用化學(xué)發(fā)光試劑處理樣品,以GAPDH 作為內(nèi)參對照。經(jīng)Bio-rad Gel Dol EZ成像儀掃描記錄。利用ImageJ軟件對目標(biāo)條帶進行灰度值分析。
轉(zhuǎn)染后的OS-RC-2 細(xì)胞接種在96 孔板上,稀釋到設(shè)計濃度(5×103個細(xì)胞/孔)。細(xì)胞在37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24、48和72 h。每孔加入20 μL的MTT(濃度5 mg/mL),繼續(xù)培養(yǎng)4 h。然后小心取出孔內(nèi)的培養(yǎng)液,各加入150μL二甲基亞砜,在搖床上緩慢震蕩10 min,待結(jié)晶全部溶解后,使用多功能酶標(biāo)儀在450 nm 波長下測量相應(yīng)的光密度(D)值。根據(jù)公式計算RCC細(xì)胞活力:細(xì)胞活力=實驗組D值/對照組D值×100%。
遷移實驗:將轉(zhuǎn)染后的OS-RC-2 細(xì)胞放置在Transwell 的上腔室,下腔室則添加含10%胎牛血清的RPMI 1640 培養(yǎng)基,37 ℃培養(yǎng)48 h 后,取出上室,去除未遷移細(xì)胞,用70%甲醛固定穿膜細(xì)胞30 min,用0.1%結(jié)晶紫染色穿膜細(xì)胞。倒置顯微鏡下捕捉遷移細(xì)胞的圖像,隨機選取5個區(qū)域計數(shù)遷移細(xì)胞。侵襲實驗:操作步驟與遷移實驗基本一致,只是上腔室需要預(yù)先鋪滿50 mg/L人工基膜1∶8稀釋液。
用胰蛋白酶消化細(xì)胞并離心(400×g)5 min,轉(zhuǎn)染24 h后收集細(xì)胞,制成單細(xì)胞懸液(1×106/mL)。室溫下,將100 μL細(xì)胞懸液注入試管中,同時將碘化丙啶與RNaseA混合,后與細(xì)胞在4 ℃下反應(yīng)30 min。立即采用流式細(xì)胞儀進行檢測和分析,使用Cell Quest 軟件進行數(shù)據(jù)分析。
qPCR、WB法檢測結(jié)果顯示,RCC組織中miR-124水平明顯低于癌旁組織,JAG1 mRNA和蛋白水平則明顯高于癌旁組織(均P<0.01,圖2);RCC細(xì)胞系(Caki-2、A498、ACHN、786-O、OS-RC-2)中miR-124水平明顯比人正常腎細(xì)胞293T低,JAG1 mRNA和蛋白水平明顯比人正常腎細(xì)胞293T高(均P<0.05),且OS-RC-2細(xì)胞中miR-124水平最低,JAG1 mRNA 和蛋白水平最高(均P<0.05,圖3),因此選擇OS-RC-2細(xì)胞進行轉(zhuǎn)染實驗。免疫組化檢測結(jié)果(圖4)顯示,JAG1染色主要存在于細(xì)胞膜和/或細(xì)胞質(zhì)中。JAG1 在RCC 組織中的陽性表達率為92.11%(35/38),陰性表達率為7.89%(3/38);在癌旁組織中的陽性表達率為28.95%(11/38),陰性表達率為71.05%(27/38),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=31.722,P<0.05)。免疫組化評分結(jié)果顯示,癌旁組織JAG1蛋白陽性表達評分明顯低于RCC 組織[(2.56±0.24)vs(5.89±0.36)分,t=23.089,P<0.05]。
圖2 miR-124和JAG1蛋白在RCC組織中分別呈低表達和高表達
圖3 miR-124和JAG1蛋白在RCC細(xì)胞中分別呈低表達和高表達
圖4 JAG1在RCC組織和癌旁組織中的表達(×400)
TargetScan 預(yù)測軟件結(jié)果(圖5A)顯示,miR-124與JAG1 3'UTR 存在作用位點。雙熒光素酶報告基因?qū)嶒灆z測結(jié)果(圖5B)顯示,與NC mimic+WTJAG1 3'UTR組相比,miR-124 mimic+WT-JAG1 3'UTR組熒光素酶活性被顯著抑制(P<0.05),而miR-124 mimic+MUT-JAG1 3'UTR 組熒光素酶活性抑制不明顯(P>0.05)。qPCR、WB 法檢測結(jié)果(圖6)顯示,miR-124 mimic 組JAG1 mRNA 和蛋白表達顯著低于NC mimic 組,miR-124 inhibitor 組JAG1 mRNA和蛋白表達顯著高于NC inhibitor組(均P<0.05)。
圖5 雙熒光素酶報告基因?qū)嶒烌炞CmiR-124負(fù)調(diào)控JAG1
圖6 miR-124抑制OS-RC-2細(xì)胞中JAG1 mRNA(A)和蛋白(B)的表達
qPCR、WB 法檢測結(jié)果(圖7)顯示,與Control 組和NC mimic組比較,miR-124 mimic組OS-RC-2細(xì)胞中miR-124 表達升高,JAG1 mRNA 和蛋白表達降低(均P<0.05);與miR-124 mimic+pcDNA組和miR-124 mimic 組相比,miR-124 mimic+pc-JAG1 組OS-RC-2細(xì)胞中miR-124 表達降低,JAG1 mRNA 和蛋白表達升高(均P<0.05)。
圖7 共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic和pc-JAG1抑制OS-RC-2細(xì)胞中miR-124的表達(A)促進JAG1表達(B)
MTT 法檢測結(jié)果(圖8)顯示,miR-124 mimic 組OS-RC-2 細(xì)胞活力(24、48、72 h)顯著低于Control 組和NC mimic組,miR-124 mimic+pc-JAG1 組OS-RC-2細(xì)胞活力(24、48、72 h)顯著高于miR-124 mimic+pcDNA組和miR-124 mimic組(均P<0.05)。
圖8 共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic和pc-JAG1提高OS-RC-2細(xì)胞的活力
Transwell 實驗檢測結(jié)果(圖9)顯示,較Control組和NC mimic 組而言,miR-124 mimic 組遷移、侵襲細(xì)胞數(shù)目顯著減少,凋亡率顯著升高,cleaved caspase-3 和BAX 蛋白表達明顯增加,Bcl2 蛋白表達明顯減少(均P<0.05);相比miR-124 mimic+pcDNA組和miR-124 mimic 組,miR-124 mimic+pc-JAG1 組遷移、侵襲細(xì)胞數(shù)目明顯增多,凋亡率明顯降低,cleaved caspase-3和BAX蛋白表達顯著降低,Bcl2蛋白表達顯著增加(均P<0.05)。
圖9 共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic和pc-JAG1促進OS-RC-2細(xì)胞遷移和侵襲并抑制其凋亡
WB 檢測結(jié)果(圖10)顯示,miR-124 mimic 組OS-RC-2細(xì)胞中NICD、HES1、HES5蛋白表達顯著低于Control 組(均P<0.05),miR-124 mimic+pc-JAG1組OS-RC-2 細(xì)胞中NICD、HES1、HES5 蛋白表達顯著高于miR-124 mimic組(P<0.05),而NC mimic組和Control 組、miR-124 mimic+pcDNA 組 和miR-124 mimic 組OS-RC-2 細(xì)胞中NICD、HES1、HES5 蛋白表達無明顯差異(P>0.05)。
圖10 共轉(zhuǎn)染miR-124 mimic 和pc-JAG1 促進OS-RC-2 細(xì)胞中Notch信號通路相關(guān)蛋白的表達
男性、年齡增長、吸煙和遺傳易感性均是目前公認(rèn)的RCC危險因素。由于缺乏診斷生物標(biāo)志物和早期特殊癥狀,約20%~30%的RCC患者在初始診斷時就有轉(zhuǎn)移[10]。而且,經(jīng)手術(shù)治療后,RCC 患者發(fā)生轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的概率仍然較高,約為50%,這與預(yù)后不良有關(guān)[11]。因此,了解RCC 復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的分子機制對改善RCC治療意義重大。
近年來研究發(fā)現(xiàn)miRNA 在RCC 的生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。miR-124 是一種腫瘤抑制因子,SHEN 等[12]指出miR-124 在黑色素瘤組織中表達降低,過表達miR-124 可通過降解RACK1 抑制黑色素瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,促進黑色素瘤細(xì)胞凋亡;FAN 等[13]的研究結(jié)果表明,miR-124 可通過抑制IQGAP1 的表達抑制結(jié)直腸癌的進展;在食管癌中,miR-124可抑制細(xì)胞侵襲和遷移,其抑制作用與靶向調(diào)控BECN1有關(guān)[14];而在RCC中,miR-124過表達可抑制MMP-9表達,降低RCC 細(xì)胞的侵襲能力[15]。本研究結(jié)果顯示,miR-124 在RCC 組織和細(xì)胞中呈低表達,與?AYKARA等[16]的研究結(jié)果一致,說明miR-124在RCC 中發(fā)揮抑癌作用。由于miR-124 在OS-RC-2細(xì)胞的表達與人正常腎細(xì)胞293T 差異最大,所以本研究選擇OS-RC-2細(xì)胞中進行后續(xù)實驗。
本研究通過在OS-RC-2 細(xì)胞中轉(zhuǎn)染miR-124 mimic發(fā)現(xiàn),miR-124表達顯著升高,說明細(xì)胞轉(zhuǎn)染成功;此外,過表達miR-124 可有效抑制RCC 細(xì)胞增殖、遷移和侵襲,促進RCC 細(xì)胞凋亡。Cleaved caspase-3 是caspase-3 的激活形式,細(xì)胞中cleaved caspase-3表達水平與凋亡率呈正比。BAX和Bcl2屬于同一個家族,且均與細(xì)胞凋亡有關(guān),但兩者作用相反,BAX促進細(xì)胞凋亡,而Bcl2抑制細(xì)胞凋亡[17]。本研究結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染miR-124 mimic 可顯著升高cleaved caspase-3和BAX蛋白表達、降低Bcl2蛋白表達,這與凋亡檢測結(jié)果相對應(yīng),揭示miR-124 對RCC細(xì)胞凋亡的促進作用與cleaved caspase-3、BAX、Bcl2蛋白的表達水平有關(guān)。
JAG1 是Notch 典型的配體之一,已有研究證實JAG1 在肝癌[18]、乳腺癌[19]等不同類型的腫瘤中發(fā)揮促癌作用。本研究發(fā)現(xiàn),JAG1在RCC組織和細(xì)胞中的表達顯著升高,這與吳科榮等[20]的研究結(jié)果一致,提示JAG1 在RCC 中也作為促癌因子起作用。PAN等[21]指出,miR-124 通過靶向JAG1 抑制胃癌進展。而本研究通過TargetScan 預(yù)測軟件得到miR-124 與JAG1 3'UTR 互補的核苷酸位點。進一步研究發(fā)現(xiàn),miR-124 靶向負(fù)調(diào)控JAG1 的表達。此外,回復(fù)實驗結(jié)果顯示,過表達JAG1 可逆轉(zhuǎn)miR-124 過表達對RCC細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡的作用。
JAG1 可通過細(xì)胞間的相互作用觸發(fā)Notch 信號。在宮頸癌、舌癌中,JAG1 表達的升高可激活Notch信號通路,并進一步誘發(fā)下游基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯,而上游的miRNA對JAG1的表達和Notch信號通路具有調(diào)控作用[22-23]。NICD 是Notch 受體的一種激活形式,通過激活的Notch信號通路可以釋放NICD,從而增加HES1、HES5 等HES 家族表達[24]。HES1 和HES5 對Notch 信號通路至關(guān)重要,可以抑制細(xì)胞凋亡,促進細(xì)胞侵襲、遷移和增殖[25]。本研究結(jié)果顯示,miR-124 過表達時,NICD、HES1、HES5 蛋白表達下降,而過表達JAG1 會干擾miR-124 對NICD、HES1、HES5 蛋白表達的抑制作用,揭示miR-124 通過下調(diào)JAG1,抑制Notch信號通路的激活。
綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn),miR-124 通過抑制JAG1/Notch信號通路,抑制RCC細(xì)胞遷移、侵襲和增殖,加速RCC 細(xì)胞凋亡,為RCC 的機制研究提供了參考依據(jù)。