RNA干擾沉默mTOR基因對肝癌HepG2細胞侵襲和轉移的影響

顧 靚，張陽德

（中南大學衛生部肝膽腸外科研究中心，湖南長沙 410008）

RNA干擾沉默mTOR基因對肝癌HepG2細胞侵襲和轉移的影響

顧 靚，張陽德*

（中南大學衛生部肝膽腸外科研究中心，湖南長沙 410008）

目的：探討RNA干擾技術對人肝癌HepG2細胞mTOR的表達及細胞侵襲與轉移的影響。方法：體外合成mTOR siRNA，并轉染HepG2細胞24 h，同時設無義對照組（轉染無義對照siRNA）、空白對照組（轉染空脂質體）及正常對照組（不轉染）。采用western blot法檢測各組HepG2細胞的mTOR蛋白表達；應用Transwell小室細胞體外實驗檢測轉染后肝癌HepG2細胞的穿膜細胞數，評價肝癌細胞體外侵襲和轉移能力的變化。結果：mTOR siRNA轉染組HepG2細胞mTOR蛋白的表達低于各對照組（P＜0.05）；HepG2細胞侵襲和轉移力均顯著低于各對照組（P＜0.05）。結論：mTOR siRNA可有效抑制HepG2細胞mTOR蛋白的表達，且能抑制HepG2細胞的侵襲和遷移。

原發性肝癌；HepG2細胞；mTOR；RNA干擾；HepG2細胞；侵襲；轉移

原發性肝癌是原發于肝細胞或肝內膽管上皮細胞的惡性腫瘤之一。肝癌起病隱匿，發展迅速，惡性程度高，一旦發現多為中晚期，不論是手術還是姑息治療，效果均不理想。由于肝癌是一種高侵襲、高轉移性癌癥，臨床治療又易復發轉移，使療效難以提高。據統計，我國肝癌的死亡率在我國各種惡性腫瘤中高居第二位，占全部惡性腫瘤死亡人數的18.8%，每年有10萬人以上死于肝癌[1-2]。因此，如何阻斷癌細胞侵襲與轉移，是目前肝癌研究的熱點之一。本研究旨在研究RNA干擾沉默mTOR基因對肝癌HepG2細胞遷移和侵襲力的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

肝癌HepG2細胞系購自中國生命科學院細胞庫，含高糖DMEM培養基和胎牛血清購自碧云天生物技術公司。RPMI-1640購自美國 Gibco公司。T7 RiboMAXTMExpress RNAi System試劑盒購自美國Promega公司。脂質體Lipofectamine2000購自美國Invitrogen公司。兔抗人mTOR單克隆抗體購自美國Cell Signaling公司。兔抗人actin單克隆抗體購自美國Santa Cruz公司。Transwell小室購自美國Corning公司。基質膠Matrigel購自美國BD Biosciences公司。

1.2 方法

1.2.1 HepG2細胞培養 將凍存于液氮中的肝癌HepG2細胞株取出，迅速放入37～40℃水浴箱中，使其在1 min內融化，無菌條件下打開安瓿，將細胞懸液吸取到培養瓶中，補足培養液，置CO2培養箱（5%CO2，37℃）中培養。待細胞貼壁，換培養液一次，至細胞長成單層后即開始傳代。吸去培養液，加1 ml 0.25%胰蛋白酶，輕輕晃動培養瓶，使胰蛋白酶覆蓋整個瓶底。室溫消化3～5 min。鏡下見細胞皺縮，間距增大時，滴加幾滴培養液終止消化。加10%胎牛血清RPMI-1640培養液充分吹打，制成單個細胞懸液，加入10%胎牛血清RPMI-1640培養液的量為原加入量的2倍，即一瓶傳成兩瓶，置于培養箱內約3 d形成單層即可進行實驗。

1.2.2 siRNA的體外合成及細胞轉染 siRNA的體外合成參照T7 RiboMAXTMExpressRNAi System試劑盒說明書操作，應用40 g/L瓊脂糖凝膠電泳，測定siRNA的長度和濃度，預實驗篩選出1段干擾效果較好的特異性siRNA，同時體外轉錄合成1段無義對照siRNA。將細胞分為4組：正常對照組（不加轉染試劑）、空白對照組（轉染空脂質體）、無義對照組（轉染無義對照 siRNA）、mTOR siRNA轉染組。轉染組應用Lipofecter脂質體將150 nmol/L mTOR siRNA轉染HepG2細胞，轉染24 h。每組設3個復孔，重復3次實驗。

1.2.3 western-blot法檢測mTOR蛋白質表達 轉染結束后將細胞裂解液加入培養板中提取蛋白質，用BCA法檢測蛋白質含量。每例標本取總蛋白60 μg加熱至100℃10 min，10%聚丙烯酰胺凝膠電泳分離后用半干式電轉印儀轉移到PVDF膜上。轉膜90 min將膜取出，用蒸餾水沖洗，放入5%脫脂奶粉中，37℃搖床上封閉1 h。再將膜放入mTOR的一抗（兔抗人mTOR單克隆抗體，濃度為中1∶400）中4℃孵育過夜，洗膜后放入辣根過氧化物酶標記的羊抗鼠的二抗（1∶2 000）中37℃孵育1 h，洗膜后DAB顯色待出現明顯條帶時，用蒸餾水終止反應。以β-actin（43kD）為內參。凝膠成像系統拍照，獲得的圖像用軟件ImageTool 3.0測灰度值，并與內參相比得其相對值，取3次重復實驗結果的均值進行比較。

1.2.4 體外細胞侵襲能力檢測 取對數生長期細胞，制備成3×105個/ml的單細胞懸液。Transwell小室正反面分別在超凈臺紫外線照射滅菌2 h，無菌條件下在24孔Transwell上室聚碳酸酯膜（PVPF膜，孔徑8μm）上包被1 mg/ml的Matrigel膠50 μl，37℃放置30 min，使之在微孔濾膜上重組為基底膜結構。在上室的微孔中分別加入上述4組單細胞懸液各100 μl，下室加入含15%FBS的DMEM培養液500 μl作為趨化因子，每組細胞設5個復孔。置于37℃、5%CO2的培養箱中培養24 h。取出小室，取出Transwell小室，用棉簽仔細擦去上室面剩余培養基和未發生轉移的細胞，室溫干燥30 min。用0.1%結晶紫在37℃條件下染色30 min。光學顯微鏡下觀察侵襲至膜上的細胞數，每個復孔取5個視野進行計數，并取均數進行統計。

1.2.5 體外細胞遷移能力檢測 將Transwell小室超凈臺紫外線照射滅菌2 h，在上室的微孔中分別加入4組細胞的單細胞懸液（3×105個/ml）100 μl，隨后在下室加入含15%FBS的DMEM培養液500 μl，每組細胞設5個復孔。培養、染色、計數方法同侵襲實驗。

2 結果

2.1 siRNA沉默mTOR基因的效率

蛋白質印跡法檢測顯示，正常對照組、空白對照組、無義對照組的相對表達強度分別是 1.35±0.22、1.34±0.26、1.34±0.19，3組間表達差異無統計學意義（P＞0.05）；mTOR siRNA轉染組的相對表達強度為0.57±0.13，與各對照組比較均顯著降低（P＜0.05）。見圖1，其中A組為mTOR siRNA轉染組，B組為正常對照組、C組為空白對照組、D組為無義對照組。

2.2 體外細胞侵襲能力檢測結果

HepG2細胞體外侵襲實驗顯示，siRNA mTOR轉染組的細胞，穿過Transwell小室Matrigel基質膠的細胞數較正常對照組顯著減少（P＜0.05），空白對照組、無義對照組與正常對照組比較則無顯著性差異（P＞0.05）。實驗結果提示，RNA干擾沉默mTOR基因能降低肝癌HepG2細胞的侵襲力。見表1。

表1 侵襲實驗各組HepG2細胞穿膜細胞數的比較（±s）Tab.1 Comparison of transmembrane cell count of HepG2 cell by invasion assay(±s)

表1 侵襲實驗各組HepG2細胞穿膜細胞數的比較（±s）Tab.1 Comparison of transmembrane cell count of HepG2 cell by invasion assay(±s)

與正常對照組比較，*P＜0.05*P＜0.05,vs normal control group

組別 n 穿膜細胞數正常對照組空白對照組無義對照組mTOR siRNA組5 5 5 5 86.60±6.88 89.20±7.92 86.60±4.83 44.60±5.41*

2.3 體外細胞遷移能力檢測結果

HepG2細胞體外遷移中，各組透過人工膜的細胞數見表2。siRNA mTOR轉染組的細胞數量比正常對照組顯著減少（P＜0.05），這說明RNA干擾沉默mTOR基因能降低肝癌HepG2細胞的遷移力。而空白對照組、無義對照組間與正常對照組比較均差異無統計學意義 （P＞0.05）。

表2 遷移實驗各組HepG2細胞穿膜細胞數的比較（±s）Tab.2 Comparison of transmembrane cell count HepG2 cells in each migration group(±s)

表2 遷移實驗各組HepG2細胞穿膜細胞數的比較（±s）Tab.2 Comparison of transmembrane cell count HepG2 cells in each migration group(±s)

與正常對照組比較，*P＜0.05*P＜0.05,vs normal control group

組別 n 穿膜細胞數正常對照組空白對照組無義對照組mTOR siRNA組5 5 5 5 145.60±4.93 145.00±5.83 140.60±6.91 93.00±4.85*

3 討論

原發性肝癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一，我國是原發性肝癌的高發區。肝癌起病隱匿，發展迅速，惡性程度高，一旦發現多為中晚期，失去了手術機會，而化療、放療等姑息性治療，效果亦不理想。雖然早期患者手術切除是首選的治療方法，但由于85%～90%的肝癌患者伴有肝硬化，較差的肝功能和腫瘤的多中心性生長，患者也往往不能耐受較大范圍的肝臟切除術，并且約有一半的手術患者容易病情復發。侵襲和轉移是肝癌難于治療，導致死亡的主要原因。因此，進一步深入研究肝癌細胞侵襲和轉移的相關機制，并在此基礎上發展出有效的干預手段，對于提高肝癌患者的治療水平有重要意義。

近幾年來，與腫瘤侵襲和轉移相關的基因和蛋白質不斷被發現。最近發現，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin，mTOR）與腫瘤的發生發展有密切關系。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在感受營養信號、調節細胞生長與增殖中起著關鍵性的作用。mTOR被認為是磷脂酰肌醇 3-激酶相關激酶 （phosphatidylinositol 3-kinase（PI3K）-related kinase，PIKK）蛋白質家族成員，因為在mTOR的C末端有一個激酶結構域，約234個氨基酸。mTOR可在多種因素的活化下參與基因轉錄、蛋白質翻譯起始、核糖體生物合成、細胞凋亡等多種生物學功能，在細胞生長中處于核心地位[3]。近年來發現，許多腫瘤都伴有mTOR信號通路的異常，mTOR在腫瘤發生密切相關的多種生理病理過程如細胞生長增殖、細胞周期調控、細胞遷移等發揮了重要作用[4-6]。

研究發現TOR信號通路的活化與肝癌的發生也有密切關系，抑制TOR信號通路能夠在一定程度上阻止肝癌的進展。Sahin等[7]報道，肝細胞癌組織中mTOR表達增加，且mTOR磷酸化水平顯著增強，mTOR特異性抑制劑雷帕霉素預處理肝癌細胞株后，能顯著抑制細癌胞的增殖。國外學者通過動物實驗研究發現，mTOR另一特異性抑制劑西羅莫司對于肝癌也有良好的治療效果[8]。黃酮類化合物水飛薊賓具有很好的抗癌作用，但其作用機制尚不清楚。最近有學者研究發現，水飛薊賓能顯著抑制HIF-1的累積及其轉錄活性，而HIF-1alpha在肝細胞癌血管發生、侵襲力、轉移中發揮了重要作用，但是水飛薊賓既不影響HIF-1alpha的降解速度也不影響其穩態的mRNA水平。進一步研究發現水飛薊賓抑制HIF-1alpha與其對mTOR及其下游底物p70S6K、4E-BP1很強的去磷酸化作用有關[9]。Ladu等[10]研究發現，E2F1在人類和嚙齒動物肝癌中都可能是關鍵的抗細胞凋亡因子，其機制與通過拮抗由PIK3CA/Akt/mTOR途徑激活介導的c-Myc促凋亡作用。以上研究證明，mTOR參與了肝癌的發生發展，但其具體機制尚有待進一步研究。

RNA干擾也被稱為基因沉默療法，是近年來發現和發展起來的新型基因阻斷技術，主要利用雙鏈RNA誘發對宿主細胞特異性RNA轉錄的抑制，從而抑制特異性基因的表達，具有特異性強、效率高的特點。RNA干擾是基因調節的有效工具，在疾病的治療方面顯示了廣闊的前景[11]。RNA干擾在腫瘤研究領域也有了長足的進步，針對細胞凋亡、細胞周期、端粒酶、信號傳導通路、新生血管、細胞因子及其受體基因等不同位點而設計的小干擾RNA對腫瘤均有明顯的阻抑作用，RNA干擾技術的迅速發展為腫瘤分子靶向治療開辟了新的途徑和領域[12-13]。

本研究結果表明，RNA干擾技術可以顯著沉默靶基因mTOR表達。蛋白質印跡法檢測顯示，正常對照組、空白對照組、無義對照組的相對表達強度分別是1.35±0.22、1.34± 0.26、1.34±0.19，這3組的表達差異無統計學意義（P＞0.05）；mTOR siRNA轉染組的相對表達強度為（0.57±0.13），與各對照組比較均顯著降低（P＜0.05）。通過RNA干擾特異性地抑制基因的表達來闡明基因在生物體中的功能，較傳統方法如基因敲除省時方便。例如使用基因敲除技術敲除一個基因需要6～12個月，而本研究使用RNA干擾技術可以在瞬時抑制目的基因的表達。本研究結果還提示，RNA干擾靶向干預mTOR基因的表達后，能顯著降低肝癌HepG2細胞的侵襲力和遷移力。因此，在肝癌靶向基因治療研究中，mTOR可能成為重要的靶標之一。通過RNA干擾技術沉默mTOR基因，阻止肝癌細胞的侵襲和轉移，將為臨床上提高肝癌防治水平提供一種新的策略。

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Effect of mTOR gene inhibition by siRNA on invasion and metastasis of human Hepatoma HepG2 cells

GU Liang,ZHANG Yangde*
(Ministry of Health,Central South University,Hepatobiliary&Enteric Surgery Research Center,Changsha City,Hu′nan Province,Changsha 410008,China)

Objective:To study the effect of mTOR siRNA on the expression of mTOR gene,cell invasion and metastasis of human Hepatoma HepG2 cell.Methods:The oligonucleotide templates of mTOR siRNA were designed primarily,then were used to transfect HepG2 with 24 h,and the control groups were established accordingly by using siRNA with insignificant order,liposome only and no transfection.The level of protein of mTOR was measured by western blot. Transwell chamber in vitro was to detect the cell count which were able to invade matrigel membrane to assess the ability of cell invasion and metastasis.Results:The expression of mTOR protein in the groups transfected with mTOR siRNA was lower than that of the control groups(P＜0.05).The invasion and metastasis of HepG2 cells transfected with mTOR siRNA were decreased than those of the control groups (P＜0.05).Conclusion:RNA interference of mTOR in HepG2 cell line could effetively restrain the expression of mTOR,which could significantly inhibit the invasion and metastasis of HepG2 cell.

Hepatocellular carcinoma;HepG2 cells;mTOR;RNA interference;Invasion;Metastasis

R735.7

A

1673-7210（2011）02（c）-014-03

*通訊作者

2010-12-10）