下調Rab11基因對宮頸癌HeLa/SiHa細胞侵襲遷移的影響及機制探討

闞巖巖，張建華，周 敏，章龍珍，王 俠

1.徐州醫學院研究生學院腫瘤學系，江蘇 徐州 221002；2.徐州醫學院附屬醫院放療科，江蘇 徐州 221002

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下調Rab11基因對宮頸癌HeLa/SiHa細胞侵襲遷移的影響及機制探討

闞巖巖1，張建華1，周 敏1，章龍珍2，王 俠2

1.徐州醫學院研究生學院腫瘤學系，江蘇 徐州 221002；2.徐州醫學院附屬醫院放療科，江蘇 徐州 221002

［摘要］背景與目的：Rab11基因在宮頸癌細胞中高表達，可能與細胞惡性轉化相關。本研究采用RNA干擾技術下調Rab11基因表達，并探討其對宮頸癌HeLa/SiHa細胞侵襲遷移的影響及可能的相關機制。方法：將HeLa/SiHa細胞分為2組：陰性對照組(轉染陰性對照的小干擾RNA)和Rab11 siRNA干擾組(轉染小干擾Rab11siRNA)。蛋白［質］印跡法(Western blot)檢測Rab11干擾效果，檢測轉染Rab11 siRNA后，侵襲相關蛋白Rac1、基質金屬蛋白酶2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）和MMP9表達的變化；細胞劃痕損傷實驗檢測細胞遷移；Transwell實驗檢測細胞侵襲；細胞免疫熒光實驗從形態學角度探索在小干擾Rab11后Rac1蛋白在細胞膜上聚集位置的變化。結果：轉染小干擾Rab11siRNA到HeLa/SiHa細胞后，Rab11蛋白表達受到高效抑制(P<0.01)；細胞遷移、侵襲能力受到抑制(P<0.05)，Rac1蛋白表達明顯下調(P<0.01)，MMP2、MMP9蛋白表達下調(P<0.05)，Rab11 siRNA處理組細胞運動前端細胞膜下Rac1蛋白聚集量減少。結論：Rab11基因表達下調可以抑制HeLa/ SiHa細胞的遷移和侵襲，其機制可能與Rac1、MMP2和MMP9蛋白表達量下降及Rac1定位的改變有關。

［關鍵詞］Rab11；Rac1；基質金屬蛋白酶；宮頸癌；細胞侵襲；細胞遷移

Correspondence to: WANG Xia E-mail: wangxia_66@163.com

隨著宮頸癌癌前篩查的普及、診斷率的提高，宮頸癌發病年齡呈低齡化趨勢［1］。盡管手術和同步放化療對早期宮頸癌患者治愈率達80%~95%，但對局部晚期及復發轉移的宮頸癌患者仍未有令人滿意的治療手段，亟需尋找有效的治療方式。Rab基因于1983年第一次被發現并命名，目前為止有60多個家族成員被發現［2］。Rab11是Rab小分子GTP酶家族的一個亞家族成員，最早由Hale發現并命名，參與多種蛋白的運輸，與乳腺癌、直腸癌等的侵襲、遷移密切相關［3-5］。Rac1(Ras-related C3 botulinum substrate 1)是Rho家族Rac亞家族的成員，主要調節肌動蛋白骨架重組、細胞周期的進行和特定基因表達［6］。有研究認為，Rac1參與多種腫瘤細胞的侵襲遷移［7］，Rab11可以調控Rac1來控制細胞發生集體遷移的過程［8］，基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)可在多種癌組織中表達，且其表達的強弱與腫瘤的侵襲性和轉移能力密切相關［9］，但目前在宮頸癌細胞中尚未發現Rac1和MMP在Rab11基因的誘導下發生遷移和侵襲作用的報道。本研究應用RNAi技術，將Rab11基因的特異性小分子干擾RNA(siRNA)轉染入HeLa/SiHa細胞，以觀察阻斷Rab11基因表達對細胞侵襲、遷移的影響；同時檢測Rac1、MMP2、MMP9蛋白表達和Rac1蛋白聚集位置的變化，初步了解其在Rab11 siRNA干擾后在宮頸癌中的分子機制。

1　材料和方法

1.1材料

人宮頸癌細胞株HeLa及SiHa購自中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所細胞庫，DMEM-1640培養基購自美國Hyclone公司，胎牛血清(fetal bovine serum，FBS)購自杭州四季青生物科技有限公司，轉染試劑脂質體LipofectamineTM2000購自美國 Invitrogen 公司，anti-Rab11、anti-actin購自美國Santacruz公司，anti-Rac1購自美國PTG公司，anti-MMP2、anti-MMP9和二抗購自美國Bioworld公司，免疫熒光二抗購自徐州微科曼得生物工程有限公司，Matrigel基質膠購自美國BD公司，細胞侵襲細胞培養板購于美國Corning公司。Rab11 siRNA由上海吉瑪制藥技術有限公司合成，si-Rab11序列為：5’-GAGCACCAUUGGAGUAGAGTT-3’， 小干擾陰性對照組(si-negative control)siRNA序列為：5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3’。

1.2方法

1.2.1細胞培養及轉染

HeLa、SiHa細胞用含10%滅活的FBS DMEM-1640培養液，于37℃、CO2體積分數為5%的培養箱中培養，取對數生長期的細胞，用0.25%胰酶消化、傳代。

將培養He La/Si Ha細胞分為2組：sinegative control組及小干擾Rab11 siRNA組。轉染前一天將HeLa/SiHa細胞接種于6孔板中，轉染時細胞融合達到60%～80%，按LipofectamineTM2000說明書的步驟分別轉染陰性對照組和Rab11 siRNA組。

1.2.2蛋白［質］印跡法（Western blot）檢測

分組同細胞轉染，HeLa/SiHa細胞在轉染48 h后，蛋白裂解液裂解細胞并提取總蛋白。30 μg蛋白經SDS-PAGE膠分離后，轉移至硝酸纖維素膜上，5%脫脂奶粉封閉2 h，加入一抗，4℃溫育過夜，加入熒光二抗(1∶10 000稀釋)室溫溫育2 h。TBST洗膜后，曝光分析。

1.2.3細胞侵襲能力檢測

按BioCoat Matrigel invasion chamber試劑盒說明書進行試驗，顯微鏡下取6個不同的視野(×200)進行計數，重復3次，計算侵襲細胞的平均數。

1.2.4細胞遷移能力檢測

待轉染后細胞數達70%生長融合時，用移液槍頭沿培養板底部呈一字型劃痕，用PBS洗，換上無血清的培養基，分別于培養0、6、12、24和36 h時在倒置顯微鏡下(10×10)測量劃痕的寬度。細胞遷移率=(1-測量時劃痕寬度/初始劃痕寬度)×100%。

1.2.5細胞免疫熒光實驗檢測Rac1的定位改變

將兩組轉染后的細胞培養48 h的6孔板(鋪有蓋玻片)從培養箱中取出，PBS洗后，4%多聚甲醛固定20 min，0.5%TritonX-100處理細胞10 min，2%BSA封閉l h，每個蓋玻片上滴加50 μL稀釋好的一抗，置于4℃過夜，每個蓋玻片上加入50 μL左右稀釋好的熒光二抗，室溫溫育1 h，每孔加入染核試劑DAPI少許，室溫下放置5 min，加入封片劑封片，熒光顯微鏡下觀察拍照。

1.3統計學處理

所有研究均設3份平行實驗，采用SPSS 16.0軟件對上述結果進行分析，計量資料采用±s表示，組間兩兩比較采用t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2　結 果

2.1Rab11 siRNA干擾后Rab11蛋白的抑制情況

Western blot檢測結果顯示，在25×103處有灰色條帶顯示，Rab11蛋白在Rab11 siRNA組的表達量明顯低于si-negative control組(HeLa組t=5.120，P＜0.01，SiHa組t=4.956，P＜0.01，圖1)。

2.2Rab11 siRNA轉染后細胞侵襲能力的檢測

Transwell小室實驗結果顯示，與si-negative control組相比，轉染Rab11 siRNA組HeLa/ SiHa細胞的侵襲能力明顯下降，差異均有統計學意義(HeLa組t=16.841，P＜0.01；SiHa組t=18.244，P＜0.01，圖2)。

圖 1　Rab11 siRNA對于Rab11蛋白表達的影響Fig. 1 Effect of Rab11 siRNA on Rab11 expression

圖 2　Rab11 siRNA對宮頸癌HeLa/SiHa細胞侵襲能力的影響Fig. 2 Effect of Rab11 siRNA on cervical cancer HeLa/SiHa cell invasion capacity

2.3Rab11 siRNA轉染后細胞遷移能力的檢測

細胞劃痕損傷實驗結果顯示，Rab11 siRNA組與si-negative control組相比，HeLa/SiHa細胞的遷移能力明顯降低(HeLa組24 h t=3.909，P＜0.01，36 h t=2.997，P＜0.05，SiHa組24 h t=4.007，P＜0.01，36 h t=2.838，P＜0.05，圖3)。

2.4Rab11 siRNA干擾后Rac1、MMP2和MMP9蛋白的表達情況

Western blot檢測結果顯示，在21×103、72×103和92×103處有灰色條帶顯示，Rac1、MMP2和MMP9蛋白在Rab11 siRNA組的表達量明顯低于si-negative control組(Rac1蛋白HeLa組t=8.794，P<0.01，SiHa組t=15.650，P<0.01；MMP2蛋白HeLa組t=5.634，P<0.01，SiHa組t=4.391，P<0.05；MMP9蛋白HeLa組t=3.430，P<0.05，SiHa組t=4.082，P<0.05，圖4)。

2.5轉染Rab11 siRNA對宮頸癌細胞骨架蛋白Rac1定位的影響

Rab11 siRNA組與si-negative control組相比，分布在細胞周圍的紅色熒光強度降低，集中在細胞膜前端上的紅色熒光明顯減少(紅色熒光為分布在細胞膜上的Rac1蛋白，藍色熒光為細胞核DAPI染色，圖5)。

圖 3　Rab11 siRNA對宮頸癌HeLa/SiHa細胞遷移能力的影響Fig. 3 Effect of Rab11 siRNA on cervical cancer HeLa/SiHa cell migration capacity

圖 4　Rab11 siRNA對宮頸癌HeLa/SiHa細胞中Rac1、MMP2和MMP9蛋白表達的影響Fig. 4 Effect of Rab11 siRNA on Rac1， MMP2 and MMP9 expression in human cervical cancer HeLa/SiHa cell

圖 5　免疫熒光法檢測Rab11 siRNA對宮頸癌細胞Rac1定位的影響Fig. 5 Immunoflorescence analysis of Rac1 localization in human cervical cancer cell transiently transfected withRab11 siRNA

3　討 論

全世界范圍內，宮頸癌占女性腫瘤發病率的第5位，占女性腫瘤死亡率的第4位［10］。近10年宮頸癌發病率不斷增高，尤其是亞洲發展中國家。宮頸癌患者的預后與腫瘤的侵襲、轉移密切相關，遠處轉移已成為提高患者生存率的主要障礙。深入研究宮頸癌的遷移、侵襲機制對于改善宮頸癌患者的總體預后水平起著至關重要的作用。

Rab11是Rab小分子GTP酶家族的一個亞家族成員，在內吞再循環過程中，Rab11作為關鍵調節因子，參與調節再循環內體的形成、運輸，并引導攜帶受體的膜泡錨定于質膜之上，實現了受體和脂質的循環利用［11］。Rab11基因在乳腺癌、食管癌及皮膚癌等腫瘤中高表達，并在部分腫瘤的侵襲轉移過程中起著重要作用［12-14］。然而，Rab11在宮頸癌細胞中的研究目前報道甚少。本研究采用siRNA技術，轉染宮頸癌HeLa/SiHa細胞，經Western blot證明沉默效果的基礎上，細胞劃痕實驗顯示，Rab11下調表達24和36 h后，HeLa/SiHa細胞的遷移能力明顯下降；Transwell實驗顯示，HeLa/SiHa細胞的侵襲能力明顯下降，與未下調組相比，差異均有統計學意義。

Rac1是Rho家族Rac亞家族的成員。在細胞的遷移過程中，Rac1是形成含豐富肌動蛋白的膜上褶皺所必需的，這種褶皺被稱為板狀偽足，它被認定為引導細胞遷移和細胞運動的驅動力［6］。近年研究表明，Rac1在結腸癌、胃癌和肺癌組織中的表達明顯升高，且與其侵襲、轉移密切相關［7］。Liu等［15］發現，干涉HeLa 和SiHa細胞中Rab5a基因的內源性表達后，活化的Rac1水平下調，腫瘤細胞侵襲能力降低，證明Rac1與宮頸癌的侵襲遷移密切相關。Rab11 與Rab5同屬于Rab小分子GTP酶家族的成員，其作用有所不同，Rab11主要作用是調節細胞的囊泡運輸，Rab5主要負責調控胞吞泡與早期內體的融合。同時有研究顯示，在肺癌細胞中，下調Rab11后Rac1蛋白表達量顯著降低［14］。本實驗通過Western blot檢測，在HeLa/SiHa細胞轉染Rab11 siRNA后，與對照組相比，Rac1蛋白的表達明顯降低，進一步證實了Rab11能夠調控Rac1蛋白的表達。有研究提示，Rac1的高度表達可破壞鈣黏蛋白依賴的細胞連接，并通過調節肌動蛋白絲的聚合重組改變細胞的形態表型，增強細胞的遷移侵襲能力［16］。細胞免疫熒光實驗發現，轉染組與對照組比較，細胞免疫熒光強度減弱，Rac1的表達受到抑制，使細胞骨架重構，在細胞運動前端的胞膜下Rac1蛋白聚集減少，進而抑制片狀偽足的形成及膜的多極化，抑制腫瘤細胞，最終抑制宮頸癌細胞的遷移、侵襲。有文獻報道，在集體細胞遷移過程中，Rab11調控酪氨酸激酶的下游分子Rac1來控制膜突蛋白的活性以調節細胞間信息傳遞，本研究結果與之相符［8, 17］。在腫瘤細胞分泌的MMP中，MMP2和MMP9是最主要的降解型膠原酶，在腫瘤的新生血管形成、腫瘤細胞的浸潤和轉移灶的形成過程中均起重要作用。本實驗通過Western blot檢測結果顯示，與未下調組相比，轉染組MMP2與MMP9蛋白表達降低，提示Rab11可以通過調控宮頸癌HeLa/SiHa細胞中MMP2、MMP9蛋白的表達來影響細胞的侵襲、遷移。

目前有關Rab11基因與宮頸癌侵襲遷移關系的研究鮮有報道。本研究結果顯示，在宮頸癌HeLa/SiHa細胞中，通過RNA干擾使Rab11基因表達沉默，進而對宮頸癌細胞的惡性行為產生抑制作用，這種抑制作用是通過對細胞中Rac1、MMP2和MMP9蛋白表達下調和對Rac1蛋白位置的改變而引發腫瘤細胞性狀改變，從而抑制其轉移能力。

綜上所述，siRab11對宮頸癌HeLa/SiHa細胞的遷移、侵襲有較好的抑制作用，為進一步開展宮頸癌分子靶向治療奠定了基礎，為降低宮頸癌患者的遠處轉移率提供了理論依據。為更好地了解Rab11基因在宮頸癌發生、發展中的作用，有必要進一步研究Rab11與其他調節侵襲、遷移相關基因之間的關系和體內試驗的進一步證實。

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Effect of silencing Rab11 by RNAi on invasion and migration of cervical cancer cell lines HeLa/SiHa and its mechanism

KAN Yanyan1, ZHANG Jianhua1, ZHOU Min1, ZHANG Longzhen2, WANG Xia2(1. Department of Oncology, the Graduate School, Xuzhou Medical College, Xuzhou 221000, Jiangsu Province, China; 2.Department of Radiotherapy, the Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College, Xuzhou 221000, Jiangsu Province, China)

［Key words］Rab11；Rac1；Matrix metalloproteinase；Cervical cancer；Cell invasion；Cell migration

［Abstract］Background and purpose: The expression of Rab11 gene was increased in cervical cancer cell and may be involved in the cellular malignant transformation. This study used the sequence-specific siRNA knocking down the expression of Rab11 gene and aimed to investigate its effect on invasion and migration of cervical cancer cell lines HeLa/SiHa and its mechanism. Methods: HeLa/SiHa cells were divided into 2 groups: non-specific siRNA group transfected with unrelated siRNA (Rab11-NC) and Rab11 siRNA group transfected with Rab11 siRNA (Rab11siRNA). Western blot was used to examine the Rab11 protein expression. Cell migration and invasion were detected by cell scratch and Transwell invasion assay. Western blot was used to further investigate the expression of Rac1, matrix metalloproteinase 2 （MMP2） and MMP9 which were critical for regulating cell invasion. Moreover， immunofluorescence was used to identify intracellular location of Rac1 in HeLa/SiHa cells. Results: The Rab11 siRNA inhibited expression of Rab11 gene (P<0.01). The invasion and migration capacities of HeLa/SiHa cells were markedly inhibited in Rab11siRNA group (P＜0.05）. The expression of Rac1 significantly decreased （P<0.01). The expression of MMP2 and MMP9 decreased (P＜0.05） as well. The recruitment of Rac1 to protruding edge significantly decreased following down-regulation of Rab11. Conclusion: Down-regulated Rab11 expression could inhibit the expression of Rac1, MMP2 and MMP9, and alter the location of Rac1, leading to suppression of HeLa/SiHa cells migration and invasion.

DOI:10.3969/j.issn.1007-3969.2016.03.006

中圖分類號：R737.33

文獻標志碼：A

文章編號：1007-3639(2016)03-0238-07

基金項目：江蘇省徐州市科技發展基金（KC14SH111）。

通信作者：王 俠 E-mail: wangxia_66@163.com

收稿日期：（2015-06-08 修回日期：2015-08-30）