陳雙華,李榮,周玉生(1. 南華大學(xué)藥物藥理研究所,湖南 衡陽 421001;2. 湖南中醫(yī)藥高等??茖W(xué)校,湖南 株洲 412000;3. 南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院,湖南 衡陽 421001;4. 南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院,湖南 衡陽 421001)
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一,病死率居女性腫瘤首位[1]。隨著診療手段的不斷發(fā)展,乳腺癌患者的病死率逐漸下降,但即便是在疾病早期進(jìn)行治療,也只能短時(shí)間內(nèi)控制疾病的發(fā)展,大多數(shù)患者仍會(huì)復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、惡化。因此,深入了解乳腺癌的發(fā)病機(jī)制和乳腺癌細(xì)胞的分子生物學(xué)特點(diǎn),尋找乳腺癌新的治療靶點(diǎn),對(duì)乳腺癌的防治是非常必要的[2]。
ABCE1 屬ATP 結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)子基因亞家族成員之一,其編碼的ABCE1 蛋白是一種核糖核酸酶L(ribonuclease L,RNase L)抑制因子[3]。RNase L 屬于2-5 腺苷酸(2'-5'oligoadenylate,2-5A)系統(tǒng),作用于水解磷酸二酯鍵,水解單鏈RNA 分子[4]。以往研究表明RNase L 主要與干擾素抗病毒作用有關(guān),近期研究表明此酶有誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的功能[5-6]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn),RNase不僅具有消化酶的功能,而且還可作為一種有選擇性的細(xì)胞毒素,具有抗病毒和抗腫瘤等特殊的生物學(xué)功能[7]。研究發(fā)現(xiàn),ABCE1 能特異性抑制2-5A/RNase L 信號(hào)通路,又名RNase L 抑制因子,從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞蛋白質(zhì)合成及細(xì)胞增殖,促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[3]。Huang 等[2]研究發(fā)現(xiàn),在人小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)染ABCE1基因的siRNA 后能限制腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲與遷移,并促使其凋亡。使用ABCE1 特異性shRNA 的慢病毒載體感染人肺腺癌細(xì)胞后,細(xì)胞生長(zhǎng)受到顯著的抑制,凋亡率增加[8],上述研究均提示ABCE1基因與惡性腫瘤有著較為密切的關(guān)系。
微小RNA(micro RNA,miRNA)是真核細(xì)胞中一類參與基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的非編碼小分子RNA,是一類近年來新發(fā)現(xiàn)的非編碼小RNA分子,通常成熟miRNA 通過與mRNA 完全或不完全配對(duì),降解靶mRNA 或阻遏其轉(zhuǎn)錄后翻譯[9]。研究表明,超過50%的miRNA 基因定位于與腫瘤相關(guān)的基因組區(qū)域或其脆性位點(diǎn),認(rèn)為miRNA 在腫瘤的發(fā)生機(jī)制中扮演著重要作用。多種miRNA 在乳腺癌中低表達(dá)并可作為腫瘤抑制基因,如miR-34、miR-125、miR-200、miR-205、miR-328、miR-30、miR-213和miR-203等[10-12]。Cosentino 等[12]首次對(duì)乳腺癌疾病患者的癌組織miRNA 表達(dá)譜進(jìn)行了系統(tǒng)性分析,發(fā)現(xiàn)這些miRNA 表達(dá)異??赡苷T發(fā)乳腺癌,并在腫瘤的分類及預(yù)后評(píng)估方面起著重要的作用,如miR-213及miR-203與乳腺癌的發(fā)展相關(guān)聯(lián)。隨著越來越多miRNA 與乳腺癌相關(guān)研究成果的積累,現(xiàn)在更多的關(guān)注于miRNA 的靶向調(diào)控作為乳腺癌治療的一個(gè)新手段。因此本課題研究ABCE1在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用,并尋找調(diào)控其基因表達(dá)的miRNA,探討干預(yù)ABCE1基因表達(dá)對(duì)乳腺癌腫瘤細(xì)胞的影響及作用機(jī)制。
乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7,中南大學(xué)湘雅藥學(xué)院饋贈(zèng),來源于中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫)。β-actin 抗體(sc-47778)、GAPDH 抗體(sc-47724)、tubulin抗體(sc-23950)(美國(guó)santa cruz 公司);山羊抗兔IgG(ZB-2301)、兔抗山羊IgG(ZF-0314)和DAB試劑盒(ZLI-9017)(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司);RNA 提取試劑盒、cDNA 反轉(zhuǎn)錄試劑盒、RIPA 裂解液(CW2333)和SDS-PAGE 制膠試劑盒(CW0022)(康為世紀(jì));蛋白marker(26616)(Thermo scientific);clone1 試劑盒(CL001)(湖南萊拓福生物科技有限公司)。miR-145 mimic 和miR-145 inhibitor 由吉瑪基因(中國(guó))合成;本實(shí)驗(yàn)中所用到的引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
生物倒置顯微鏡(日本Nikon 公司),高速冷凍離心機(jī)(德國(guó)Eppendorf 公司),酶標(biāo)儀(美國(guó)BioTek 公司),凝膠成像分析系統(tǒng)(美國(guó)Alpha Innotech 公司),Q-PCR 儀(美國(guó)Bio Rad 公司)。
MCF-7 細(xì)胞培養(yǎng)于含體積分?jǐn)?shù)為10%胎牛血清、100 U·mL-1青霉素和100 U·mL-1鏈霉素的DMEM 高糖培養(yǎng)基中,培養(yǎng)環(huán)境為37 ℃、5%CO2條件。
本研究中所用到的組織樣本來自南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦產(chǎn)科,選擇2015年1月至2017年3月收住院行手術(shù)治療的乳腺癌患者10 例,術(shù)前均無放療、化療及其他治療史,患者中位年齡52 歲(31 ~69 歲),均經(jīng)病理檢查確診。所有患者均為中國(guó)漢族人,無親緣關(guān)系,并簽署知情同意書,收集上述患者術(shù)后乳腺病變組織和癌旁組織,-86℃保存。本研究已獲得本院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)同意。納入標(biāo)準(zhǔn):① 乳腺癌患者經(jīng)病理診斷確診;② 認(rèn)知功能正常;③ 知情同意本研究。排除標(biāo)準(zhǔn):① 有乳腺整形病史患者;② 認(rèn)知功能障礙患者;③ 伴有嚴(yán)重心肝腎功能不全患者;④ 伴有急性傳染病患者。
提取乳腺癌組織和癌旁組織蛋白:將組織稱重,分別取約100 mg 組織于研磨器內(nèi),加入500 μL 細(xì)胞裂解液RIPA 研磨。
提取乳腺癌細(xì)胞蛋白:將乳腺癌細(xì)胞MCF-7分為3 組,分別是對(duì)照組(轉(zhuǎn)染miR-NC,序列為5'-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3')、miR-145高表達(dá)組(轉(zhuǎn)染miR-145 mimic,序列為5'-GUCCAGUUUUCCCAGGAAUCCCU-3')和miR-145抑制組(轉(zhuǎn)染miR-145 inhibitor,序列為5'-AGGGAUUCCUGGGAAAACUGGAC-3')。用預(yù)冷的PBS 清洗細(xì)胞3 次,小心傾去PBS,并加入RIPA裂解液于冰上孵育30 min。使用RIPA 裂解液分別提取組織和細(xì)胞中的總蛋白后,采用BAD 試劑盒測(cè)定提取液中蛋白濃度,上樣蛋白量為70 μg,蛋白樣本與上樣緩沖液以1∶4 體積混合均勻,置于100℃水中煮10 min,使蛋白充分變性。待蛋白樣本混合物自然冷卻后加至凝膠加樣孔內(nèi),電泳直至溴酚蘭到達(dá)凝膠底部。
利用轉(zhuǎn)膜裝置用濕轉(zhuǎn)法將凝膠上的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到PVDF 上,轉(zhuǎn)膜后用麗春紅溶液染膜4 ~8 min,再用去離子水漂洗脫色,觀察PVDF 膜上有無蛋白條帶出現(xiàn),以明確轉(zhuǎn)膜效果。將已完成轉(zhuǎn)膜的PVDF 膜浸泡于1%脫脂奶粉中室溫封閉1 h。然后用TBST 漂洗PVDF 膜3 次,每次5 min,用相應(yīng)一抗于37℃孵育1 h,然后將PVDF 膜用TBST 漂洗3 次,每次5 min,加入辣根過氧化酶標(biāo)記的IgG二抗,于37℃孵育45 ~60 min,TBST 洗膜3 次,每次5 min,然后取出PVDF 膜,瀝干殘余液體,置于凝膠成像分析系統(tǒng)觀察照相并進(jìn)行灰度掃描。用β-actin 作標(biāo)準(zhǔn),來表示目的蛋白的相對(duì)含量。
采用Trizol 分別提取乳腺組織總RNA 提取和MCF-7 細(xì)胞總RNA 提取,核酸蛋白分析儀測(cè)量樣本的A260和A280值。按逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明合成cDNA,置于-20℃保存?zhèn)溆?。采?0 μL 反應(yīng)體系進(jìn)行目的基因表達(dá)分析,實(shí)驗(yàn)條件為:50 ℃ 2 min;95 ℃ 5 min;95 ℃ 30 s;60 ℃30 s,40 個(gè)循環(huán);Melt Curve 55 ~95℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果由熒光定量PCR 分析軟件自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。實(shí)驗(yàn)中使用引物如下:ABCE1上游引物:5'-GCCCAGTTATGGCAGACAAG-3',下游引物:5'-GTGACAACTCCATAGGCGCT-3';β-actin 上游引物:5'-CTCCATCCTGGCCTCGCTGT-3',下游引物:5'-GCTGTCACCTTCACCGTTCC-3'。根據(jù)miRNA-145 成熟體序列5'-GUCCAGUUUUCCCAGGAAUCCCU-3'設(shè)計(jì)如下引物用于檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)miRNA-145 的表達(dá)水平:上游引物:5'-ACACTCCAGCTGGGGTCCAGTTTTCCCAGGA-3';下游引物:5'-CTCAACTGGTGTCGTGGAGTCGGCAATTCAGTTGAGAGGGATTC-3'。以U6 作為miR-145 檢測(cè)的參照miRNA,U6 上游引物:5'-CTCGCTTCGGCAGCACA-3',下游引物:5'-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3'。
將乳腺癌細(xì)胞MCF-7 分為3 組,即對(duì)照組(轉(zhuǎn)染miR-NC)、miR-145 高表達(dá)組(轉(zhuǎn)染miR-145 mimic) 和miR-145 抑制組(轉(zhuǎn)染miR-145 inhibitor)。收集各組MCF-7 細(xì)胞,用完全培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞懸液濃度為5×104個(gè)·mL-1,在96 孔板中每孔加入100 μL 細(xì)胞懸液,每個(gè)樣本設(shè)6 個(gè)復(fù)孔,邊緣孔用無菌PBS 充填,細(xì)胞培養(yǎng)24 h 后,每孔加入20 μL MTT 工作液(5 mg·mL-1),培養(yǎng)3 ~4 h 后,棄去培養(yǎng)液,每孔加入150 μL DMSO,繼續(xù)孵育15 min 后,酶標(biāo)儀檢測(cè)490 nm 處各孔的吸光度值(OD)。細(xì)胞存活率=(實(shí)驗(yàn)組OD-空白組OD)/(對(duì)照組OD-空白組OD)×100%。
根據(jù)clone1 試劑盒設(shè)計(jì)ABCE1 mRNA 3'-UTR 插入片段引物,序列如下:上游引物:5'-AT TCTAGGCGATCGCTCGAGTAGACTGACTCTG AGAATAT-3'(Xhol);下游引物:5'-TTATTGC GGCCAGCGGCCGCAGCCATTATTTGCATATT AA-3'(Notl)。從MCF-7 細(xì)胞中提取總mRNA,利用上述引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增出ABCE1 從終止密碼子到3500 位的UTR 序列及兩側(cè)Xhol 和Notl的酶切序列區(qū)。利用clone1 試劑盒將psiCHECK質(zhì)粒與PCR 產(chǎn)物進(jìn)行連接,培養(yǎng)感受態(tài)細(xì)胞,提取菌液,純化質(zhì)粒,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
通過Target Scans 靶基因預(yù)測(cè)軟件對(duì)miR-145的潛在靶基因進(jìn)行預(yù)測(cè),為了降低假陽性,選擇至少6 種miRNA 靶標(biāo)預(yù)測(cè)工具預(yù)測(cè)的交集。利用在線軟件RNAhybrid 預(yù)測(cè)miR-145 與ABCE1 mRNA 靶序列的結(jié)合自由能。通過TAM 數(shù)據(jù)庫查詢miR-145 與疾病的相關(guān)性。
采用重組質(zhì)粒psiCHECK-ABCE1-3'UTR 轉(zhuǎn)染HEK293T 細(xì)胞,轉(zhuǎn)染前24 h 在500 μL 完全培養(yǎng)基重接種1×105個(gè)MCF-7 細(xì)胞,待細(xì)胞融合度達(dá)80%時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)染。轉(zhuǎn)染步驟分別取1 μg psiCHECKABCE1-3'UTR 質(zhì)粒和psiCHECK 空質(zhì)粒用50 μL 無血清培養(yǎng)基稀釋。取2 μL 脂質(zhì)體lipofectamne2000用50 μL 無血清培養(yǎng)基稀釋,輕輕混勻,室溫下靜置5 min。將含有質(zhì)粒的培養(yǎng)基和含有脂質(zhì)體的培養(yǎng)基混合在一起,室溫下靜置20 min。將上述混合物按100 μL/孔分別加到24 孔培養(yǎng)板中,輕輕混勻。將24 孔培養(yǎng)板在CO2培養(yǎng)箱中孵育24 h,轉(zhuǎn)染24 h 后收集細(xì)胞采用熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)試劑盒檢測(cè)熒光素酶活性。
所有數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行分析,t檢驗(yàn)用于兩個(gè)樣本間的比較,方差分析用于多個(gè)樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗(yàn)。P<0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
為了確定ABCE1 與乳腺癌的相關(guān)性,我們檢測(cè)乳腺癌組織和癌旁組織中ABCE1 蛋白及mRNA 的表達(dá)情況。結(jié)果顯示,10 例乳腺癌組織樣本中ABCE1 蛋白含量明顯高于其癌旁組織(P<0.05),但mRNA 的表達(dá)水平在乳腺癌組織和癌旁組織間并無明顯差異(見圖1,2)。
圖1 乳腺癌組織和癌旁組織中ABCE1 蛋白的表達(dá)情況Fig 1 Expression of ABCE1 protein in the breast cancer and adjacent tissues
圖2 乳腺癌組織和癌旁組織中ABCE1 mRNA 的表達(dá)情況Fig 2 Expression of ABCE1 mRNA in the breast cancer and adjacent tissues
乳腺癌組織中ABCE1 蛋白含量明顯增加,但其mRNA 水平并未明顯改變,提示在乳腺癌組織中可能存在對(duì)ABCE1 的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)機(jī)制。筆者將ABCE1 mRNA 序列輸入miR Base、miR anda、TargetScan 和PicTar 等miRNA 靶標(biāo)預(yù)測(cè)網(wǎng)站,以預(yù)測(cè)靶向調(diào)節(jié)ABCE1 的miRNA,得到miR-135、miR-29、miR-145 等多個(gè)目標(biāo)miRNA。同樣,檢索疾病數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中miR-145 表達(dá)是明顯降低的,并且TAM 疾病數(shù)據(jù)庫也顯示miR-145 與乳腺腫瘤和細(xì)胞增殖能力密切相關(guān)(見圖3)。進(jìn)一步分析miR-145 對(duì)ABCE1 mRNA 的3'-UTR 序列能較好吻合,且兩者結(jié)合自由能較低,提示具有較高親和力(見圖4)。因此,上述相關(guān)查詢結(jié)果提示miR-145 對(duì)ABCE1 的調(diào)控機(jī)制可能參與乳腺癌發(fā)生發(fā)展。
圖3 TAM 數(shù)據(jù)庫顯示miR-145 與乳腺腫瘤和細(xì)胞增殖具有明確的相關(guān)性Fig 3 TAM database shows that miR-145 is clearly associated with breast tumors and cell proliferation
圖4 ABCE1 mRNA 與miR-145 結(jié)合的自由能Fig 4 Free energy of ABCE1 mRNA binding with miR-145
為了驗(yàn)證ABCE1基因的3'UTR 是否是miR-145 的靶序列,我們將ABCE1基因的3'UTR 片段克隆到熒光素酶報(bào)告基因載體psiCHECK 中,構(gòu)建miR-reporter 載體psiCHECK-ABCE1-3'UTR,將熒光素酶報(bào)告載體psiCHECK-ABCE1-3'UTR 分別和miR-145 mimic(miR-145 高表達(dá)組)、miR-NC(對(duì)照組)共轉(zhuǎn)染HEK 293T 細(xì)胞,48 h 后檢測(cè)熒光素酶活性。結(jié)果表明,共轉(zhuǎn)染miR-145 mimic 和psiCHECK-ABCE1-3'UTR 后,熒光素酶活性受到明顯抑制(見圖5)。說明ABCE1是miR-145 的靶基因。
圖5 熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)檢測(cè)miR-145 與ABCE1 的結(jié)合能力Fig 5 Binding ability of miR-145 with ABCE1 by luciferase reporter gene assay
為明確miR-145 對(duì)ABCE1 的靶向調(diào)節(jié)作用對(duì)乳腺癌細(xì)胞凋亡的影響,我們檢測(cè)了乳腺癌組織和癌旁組織中的miR-145 的表達(dá)情況。結(jié)果顯示,乳腺癌組織中miR-145 表達(dá)水平顯著降低(見圖6)。然后,在乳腺癌細(xì)胞MCF-7 中通過外源轉(zhuǎn)染miR-145 mimic 和miR-145 inhibitor 分別上調(diào)或下調(diào)細(xì)胞內(nèi)miR-145 水平。結(jié)果表明,與miR-145 抑制組相比,miR-145 高表達(dá)組能夠顯著抑制ABCE1 蛋白表達(dá)(見圖7)。此外,MTT 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)染miR-145 的MCF-7 細(xì)胞存活率顯著低于miR-145 抑制組細(xì)胞(見圖8)。
圖6 乳腺癌組織與癌旁組織中miR-145 的表達(dá)差異Fig 6 Expression differences of miR-145 in the breast cancer tissues and adjacent tissues
圖7 miR-145 對(duì)乳腺癌細(xì)胞MCF-7 中ABCE1 蛋白表達(dá)的影響(n =3)Fig 7 Effect of miR-145 on the expression of ABCE1 in MCF-7 cells(n =3)
圖8 miR-145 對(duì)MCF-7 細(xì)胞增殖能力的影響(n =3)Fig 8 Effect of miR-145 on the proliferation of MCF-7 cells(n =3)
臨床上乳腺癌的治療主要通過手術(shù)、放化療等[13],但不可避免地給患者帶來了極大傷害,且后續(xù)治療對(duì)身心均有不利影響,因此深入研究乳腺癌的發(fā)病機(jī)制,從中尋找可供應(yīng)用的治療靶點(diǎn)將有益于臨床治療。
腫瘤細(xì)胞的代謝過程如轉(zhuǎn)錄、翻譯都異??哼M(jìn),RNase L 能通過切割RNA 抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄,被認(rèn)為是腫瘤治療的重要分子靶點(diǎn)。ABCE1在多種腫瘤組織中高表達(dá),是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵基因,其編碼的ABCE1 蛋白是一種RNase L 抑制因子,通過抑制RNase L 發(fā)揮促腫瘤細(xì)胞增殖的作用。本研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌組織中ABCE1 蛋白含量明顯高于癌旁組織,提示其與乳腺癌的發(fā)生密切相關(guān)。然而,ABCE1 mRNA 的表達(dá)水平在兩組間并無明顯差異,說明在乳腺癌組織中存在著對(duì)ABCE1 的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)機(jī)制。我們通過多種miRNA 靶標(biāo)預(yù)測(cè)軟件發(fā)現(xiàn)ABCE1 的3'-UTR 含有多個(gè)miR-145 互補(bǔ)的序列,提示miRNA-145 與ABCE1 之間可能存在調(diào)控關(guān)系。應(yīng)用miRNA 靶標(biāo)預(yù)測(cè)顯示miR-145 與ABCE1 mRNA 的3'-UTR序列能較好吻合,提示miR-145 與ABCE1 mRNA的結(jié)合特異性較高。采用RNAhybrid 和PicTar 在線網(wǎng)站發(fā)現(xiàn)miR-145 與ABCE1 mRNA 結(jié)合自由能較低,提示兩者具有較高的親和力。這些均說明miR-145 對(duì)ABCE1 靶向抑制是一種普遍存在的生理性調(diào)節(jié)。我們通過在乳腺癌細(xì)胞MCF-7 中外源轉(zhuǎn)染miR-145 mimic 和miR-145 inhibitor 分別上調(diào)或下調(diào)細(xì)胞內(nèi)miR-145 水平,證實(shí)了miR-145 mimic 能抑制MCF-7 細(xì)胞中ABCE1 的表達(dá),同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。此外,熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)也顯示miR-145 與ABCE1 mRNA 具有結(jié)合能力,這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)miR-145 對(duì)ABCE1 蛋白表達(dá)存在靶向調(diào)節(jié)作用。
綜上所述,本研究篩選出乳腺癌組織內(nèi)能夠有效靶向ABCE1 mRNA 的miR-145。通過外源性增加miR-145 能夠抑制ABCE1 的表達(dá),進(jìn)而取消ABCE1 對(duì)2-5A/RNase L 信號(hào)的阻滯,有利于RNase L 促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的凋亡。因此,miR-145 及其調(diào)節(jié)的ABCE1基因可能作為新的突破口,為乳腺癌的診治提供新的作用靶點(diǎn)。