NEK2對前列腺癌細胞增殖的影響

何廣寧　吳永定　陳果　蔡志煅　曾彥茹　江福能

523059東莞，南方醫科大學附屬東莞人民醫院腫瘤外科(何廣寧)；510180 廣州，廣州醫科大學公共衛生學院(吳永定)；510180 廣州，廣州醫科大學附屬廣州市第一人民醫院泌尿外科 廣東省臨床分子醫學及分子診斷重點實驗室(陳果，曾彥茹，江福能)；510515 廣州，南方醫科大學南方醫院 廣東省腎臟病研究所(蔡志煅)

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NEK2對前列腺癌細胞增殖的影響

何廣寧吳永定陳果蔡志煅曾彥茹江福能

523059東莞，南方醫科大學附屬東莞人民醫院腫瘤外科(何廣寧)；510180 廣州，廣州醫科大學公共衛生學院(吳永定)；510180 廣州，廣州醫科大學附屬廣州市第一人民醫院泌尿外科 廣東省臨床分子醫學及分子診斷重點實驗室(陳果，曾彥茹，江福能)；510515 廣州，南方醫科大學南方醫院 廣東省腎臟病研究所(蔡志煅)

【摘要】目的探討中心體相關激酶2(NEK2)在良性前列腺上皮細胞和前列腺癌細胞中的表達差異，及NEK2對前列腺癌細胞增殖的影響。方法運用熒光實時定量PCR檢測NEK2在良性前列腺上皮細胞PrEC和前列腺癌細胞PC3、LNCaP和DU145中的表達情況，通過短發夾RNAs(shRNA)抑制LNCaP細胞株中內源性NEK2的表達，再利用細胞增殖實驗及裸鼠腫瘤種植檢測LNCaP增殖情況。結果前列腺癌細胞PC3、LNCaP和DU145中的NEK2表達水平均比良性前列腺上皮細胞PrEC增加(P均<0.01)。shRNA技術構建的NEK2表達在LNCaP細胞中下調， NEK2 mRNA和蛋白表達水平均下降(P均<0.01)。細胞增殖實驗顯示，培養至72 h時shNEK2的細胞增殖率明顯低于注射無關序列的LNCaP(Scrambled)細胞。體內試驗顯示，shNEK2組的移植瘤體積明顯小于Scrambled細胞，shNEK2組移植瘤的NEK2蛋白表達比Scrambled組下調(P<0.01)。結論NEK2的過度表達能促進前列腺癌細胞的增殖，NEK2有望作為前列腺癌治療的潛在生物學標志物。

【關鍵詞】前列腺癌；中心體相關激酶2；細胞增殖

前列腺癌的發生、發展是環境的刺激和眾多基因的變異共同作用的結果[1]。正常細胞轉變成癌細胞的過程和抑癌基因的失活、原癌基因的激活和信號轉導基因、DNA修復相關基因及生長因子基因的突變及細胞周期的控制有關。中心體相關激酶2(NEK2) 是細胞周期調控蛋白激酶家族成員之一[2]。NEK2除了分離中心體，在有絲分裂的啟動階段具有調節中心體中微管構成的作用[3-4]。NEK2能加快中心體蛋白(NIP)的移位。另外，NEK2也可能加速了有絲分裂中微管核化所必需的蛋白的補充[5]。因此，NEK2不僅是分裂間期中心體的一個關鍵組件，而且還是中心體自身裝配及檢修所必需的[6]。我們迫切需要深入研究和探索介導促進前列腺腫瘤細胞增殖的分子生物學機制，找到潛在的治療靶標，為前列腺癌的分子靶向治療提供理論依據。本課題組在前期研究miR-195的表達譜芯片時，篩選了一批下調基因，結合Taylor數據庫統計，發現NEK2與miR-195臨床表達呈高度負相關，本研究觀察了NEK2在良性前列腺上皮細胞及前列腺癌細胞中表達水平的差異，旨在探討NEK2對前列腺癌細胞增殖的影響。

材料與方法

一、細胞株與實驗動物

3種前列腺癌細胞株(PC3、DU145、LNCaP)為2012年從美國馬納薩斯學院(Manassas, VA, USA)的美國模式培養物集存庫 (ATCC)購買所得，而良性前列腺上皮細胞系PrEC是從瑞士Lonza 公司購買，從公司購買的細胞株均由公司負責鑒定和包裝，并在細胞復蘇3個月內送到實驗室。所有細胞株均在10% 胎牛血清、5%CO2、37℃的條件下培養。裸鼠購于廣東省醫學實驗動物中心，飼養于廣州醫科大學動物實驗中心，所有操作均符合動物倫理要求。

二、主要試劑

細胞培養所需試劑全部購于美國Gibco公司，核酸蛋白提取試劑盒、SYBR GreenⅠPCR試劑盒以及蛋白免疫印跡所用試劑全部購于日本Takara公司，FuGENE轉染試劑購于美國Promega公司，全部引物由上海生工生物技術有限公司合成，細胞計數試劑盒(CCK)-8購于碧云天生物技術研究所， NEK2抗體 (bs-5732R)購于北京博奧森生物技術有限公司。

三、 方法

1. 細胞RNA提取和質控

采用Trizol法，將樣本按照說明書要求提取PC3、DU145、LNCaP 、PrEC的RNA，所得RNA經美國安捷倫2100生物分析儀及配套試劑RNA6000 Nano檢測電泳鑒定，將RNA條帶清晰、RNA完整性計數≥6.0并且 28S/18S>0.7的樣本保存備用。

2. 實時熒光定量PCR

采用一步法實時熒光定量PCR(RT-PCR)，使用PC3、DU145、LNCaP及PREC mRNA的逆轉錄產物為模板，分別擴增目的基因，檢測并驗證NEK2 mRNA在前列腺癌細胞中的表達水平，所有數據分析采用美國Bio-Rad 公司的Opticon Monitor software 3.1版。

3. 細胞株構建與驗證

按照試劑盒說明書用短發夾RNA(shRNA)轉染LNCaP(shNEK2)。使用蛋白免疫印跡法驗證NEK2蛋白表達強度：轉染48 h后提取蛋白，進行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)電泳，然后將凝膠上的蛋白轉移至膜上，封閉，加入抗體孵育后與發光液充分反應，曝光并將結果掃描后用圖像分析系統處理，β-actin 用作內參對照。設PrEC為陰性對照、未轉染的LNCaP為陽性對照、轉染無關序列的LNCaP(Scrambled)為陰性對照。通過RT-PCR驗證shNEK2及Scrambled的NEK2 mRNA表達水平。引物序列：NEK2上游5’- GCTTAGGTAGCCCTTTTCATTTACA-3’、下游5’-GCCTCAGGTCTATGAACCCAG-3’，長度1 155 bp；GA-PDH上游5’-CATGGGTGTGAACCATGAGAAGT-3’、下游5’-ACAGTAGAGGCAGGGATGATGTTCT-3’。

4. LNCaP增殖情況檢測

按照CCK-8試劑盒說明書把細胞接種到96孔板，按步驟加入試劑后使用ELISA法測定各孔光密度。

5. 裸鼠腫瘤模型構建及檢測

在裸鼠的左右兩側分別注射sh-NEK2(sh-NEK2組)與Scambled(Scrambled組)各2×106個。植入細胞43 d后，收集腫瘤組織使用卡尺測量腫瘤進行免疫組織化學檢測。

四、統計學處理

結果

一、NEK2 mRNA在PrEC、LNCaP、DU145和PC3中的表達情況

NEK2在前列腺癌細胞DU145、 LNCap、PC3中的表達水平分別為0.76±0.08、0.96±0.02、0.84±0.05，均高于前列腺上皮細胞PrEC中的0.35±0.04(t分別為12.965、38.580、21.645，P均<0.001)。前列腺癌細胞中，LNCaP的NEK2表達水平分別高于DU145及PC3 (t分別為6.860、6.303，P均<0.001)，見圖1。

圖1　NEK2在人類前列腺癌和前列腺增生

與PrEC比較，**P<0.01

二、NEK2在PrEC、LNCaP、Scramble和shNEK2中的表達

shRNA-LNCaP中NEK2蛋白表達強度均低于PrEC、LNcap、Scrambled細胞，其mRNA表達水平為1.01±0.01，亦低于Scrambled細胞的0.12±0.02(t=11.258，P<0.001)，提示實驗組LNCaP的NEK2表達被成功抑制，見圖2。

三、NEK2對LNCaP增殖的影響

1. 體外試驗

培養至72 h時，shNEK2的細胞增殖(18.1±5.3)%，低于Scrembled組的(41.2±1.7)% (t=3.951，P<0.001) 。

2. 接種shNEK2和Scrambled的裸鼠移植瘤比較

裸鼠分別皮下注射Scrambled和shNEK2細胞43 d后，shNEK2組的移植瘤體積小于Scrambled組，見圖3。shNEK2組移植瘤的NEK2蛋白表達比Scrambled組下調(4.82±0.06vs. 1.37±0.02，t=94.482，P<0.001)，見圖4。

圖2　NEK2在PrEC、LNCaP、Scrambled和shNEK2中的表達

A：蛋白免疫印跡結果；B：RT-PCR結果；**P<0.01

圖3　Scrambled組和shNEK2組的移植瘤體積比較

A：Scrambled組;B：shNEK2組

討論

異常中心體幾乎存在于所有的人類腫瘤中。有學者認為，中心體異常可能引起染色體不穩定性的發生，由此增加了野生型抑癌基因丟失和原癌基因突變的幾率[7]。因此，染色體有絲分裂的操縱失控是多種惡性腫瘤發生、發展的中心環節。目前公認的中心體相關激酶家族包括Polo樣激酶家族、Aurora蛋白激酶家族及NIMA相關激酶家族[8]。有研究顯示，NEK2在細胞周期調控尤其在中心體周期調控方面起著重要作用[9]，NEK2不僅是分裂間期中心體的一個關鍵組件，而且還是中心體自身裝配及檢修所必需的酶[6]。已有研究指出，有活性的NEK2可能使不成熟中心體的分離，導致2代中心粒間的內聚力喪失[10]。無活性的NEK2會導致單極紡錘體、異常中心體及非整倍體的形成[11]。上述研究顯示，NEK2可影響腫瘤的發生過程。

目前已發現，在包括腎癌、 膽管癌、 睪丸癌、乳腺癌、卵巢癌等各種腫瘤中均存在著 NEK2 過度表達[12-14]。更重要的是，NEK2的表達上調已經被證實與直腸癌、乳腺癌和黑色素瘤的臨床進展和不良預后存在重要的聯系[15-16]。但是，目前筆者尚未見對NEK2在前列腺癌中的作用機制以及與前列腺癌進展預后關系的研究。

圖4　Scrambled組和shNEK2組異種移植物的免疫組織化學染色結果

A、B：Scramble組；C、D：shNEK2組；棕色：NEK2陽性表達；藍色：細胞核染色

本研究首先檢測NEK2在良性的前列腺上皮細胞株PrEC和前列腺癌細胞株PC3、DU145、LNCaP中的表達差異，并發現NEK2的過度表達可能促進了前列腺癌細胞的增殖，初步證明NEK2參與腫瘤的發病進程，可能起著促癌基因的作用。有學者認為，NEK2 及其同系物過度表達可聚集中心體，加快推進有絲分裂進程，甚至直接導致染色質的分裂[17]。也有認為變異的 NEK2 表達影響染色體著絲點蛋白，導致異倍體形成[18]。還有研究表明，NEK2的過度表達可以引發額外中心體的產生，從而導致細胞的異常增殖[10]。結合本研究，NEK2可能通過細胞周期調控細胞增殖影響前列腺腫瘤的發展。

腫瘤的發生是個復雜的過程，還需要做大量的工作才能更好地理解NEK家族的成員在腫瘤的發生中所起的作用。本研究在細胞水平和動物層面證實NEK2影響腫瘤細胞增殖方面的作用，可能為前列腺癌的診斷與治療帶來新方向。

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(本文編輯：林燕薇)

Effect of NEK2 on prostate cancer cell proliferation

HeGuangning,WuYongding,ChenGuo,CaiZhiduan,ZengYanru,JiangFuneng.

DepartmentofSurgicalOncology,DongguanMunicipalPeople’sHospital,SouthernMedicalUniversity,Dongguan523059,China

【Abstract】ObjectiveTo compare the expression levels of NEK2 between the benign prostate epithelial cells and prostate cancer cells, and evaluate the effect of NEK2 upon prostate cancer cell proliferation. MethodsThe expression levels of NEK2 in benign prostate cancer PrEC cell line and prostate cancer PC3, LNCaP and DU145 cell lines were measured by qRT-PCR. The expression of endogenous NEK2 in the LNCaP cell line was inhibited with shRNA. CCK8 assay and subcutaneous implantation of xenografts were utilized to assess the proliferation of LNCaP cells. ResultsThe expression levels of NEK2 in the PC3, LNCaP and DU145 were significantly higher compared with that in the PrEC (all P<0.01). By using shRNA, the expression of NEK2 was down-regulated in the LNCaP cells at both mRNA and protein levels (both P<0.01). Cell proliferation assayshowed that the LNCaP cells treated with NEK2 shRNA yielded lower proliferation rate compared with those LNCaP cell treated with non-sense sequence(P<0.01). In vivo experiment revealed smaller grafted tumors and lower expression of NEK2 protein in mice injected with shNEK2 LNCaP cell compared with those injected with scrambled LNCaP cell. ConclusionsOverexpression of NEK2 can promote the proliferation of prostate cancer cells. NEK2 has the potential to serve as a biomarker for prostate cancer therapy.

【Key words】Prostate cancer; NEK2; Cell proliferation

(收稿日期：2015-10-24)

Corresponding author, Jiang Funeng, E-mail:jiangfuneng@qq.com

通訊作者，江福能，E-mail：jiangfuneng@qq.com

基金項目：廣東省自然科學基金項目(2014A030310088)；廣州市醫藥衛生科技項目(20141A011007)；廣東省臨床分子醫學及分子診斷實驗室重點實驗室資助項目

DOI：10.3969/j.issn.0253-9802.2016.04.005

·基礎研究論著·