細胞羧肽酶1 調(diào)控小鼠睪丸初級精母細胞GC-2增殖的作用與機制研究

張 婷 王萬倫 劉桐佳 劉 爽 邊艷超 張傳領 肖 瑞

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學內(nèi)蒙古自治區(qū)分子病理學重點實驗室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010059；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學藥學院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010110

生殖細胞發(fā)育異常會導致男性不育[1]。哺乳動物的精子發(fā)生包括精原細胞的增殖、精母細胞的減數(shù)分裂及精子的形成等過程，任何一個階段發(fā)生異常均會影響成熟精子的產(chǎn)生[2-3]。

細胞羧肽酶1（Cytosolic carboxypeptidase 1,CCP1），由Agtpbp1 基因編碼形成，在腦、睪丸及心臟中呈高表達[4-5]。CCP1 具有去谷氨酰化酶活性[6-7]，參與調(diào)控微管的組裝、運輸和信號轉導等過程[8-10]。Agtpbp1 基因缺失會導致小鼠浦肯野細胞的變性[11-12]、精子發(fā)生缺陷等[13-17]。微管是細胞分裂和遷移的重要組成部分，α和β 微管蛋白的多聚谷氨酸化改變與細胞的增殖分裂密切相關[18-19]。在肺癌A549 細胞中敲低AGTPBP1后，該細胞的增殖與遷移均增加[20]，但CCP1 在睪丸等其他高表達組織中是否也影響細胞的增殖尚未有報道。

本研究利用小鼠初級精母細胞GC-2 作為體外細胞模型，研究CCP1 過表達對GC-2 細胞增殖與周期的影響，并為CCP1 在精子發(fā)生中發(fā)揮作用的分子機制研究奠定實驗基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細胞系 小鼠精母細胞（GC-2）購自中國科學院干細胞庫。

1.1.2 主要材料與試劑 MEM NEAA、高糖DMEM（美國Gibco 公司，貨號：11140050、C11995500BT）；慢病毒顆粒（中國上海吉凱基因公司，貨號：LVCON335）；CCK-8 試劑盒（中國上海生工公司，貨號：E606335）；總RNA 提取試劑盒（中國北京天根公司，貨號：DP419）；反轉錄試劑盒與q-PCR 試劑盒（日本TaKaRa 公司，貨號：RR047A、RR820A）；兔抗鼠CCP1、兔抗鼠CDK2、兔抗鼠GAPDH 中國武漢三鷹公司，貨號：14067-1-AP、10122-1-AP、60004-1-Ig）；紅外熒光染料標記的羊抗兔IgG（美國LICOR 公司，貨號：RK-611-130-002）。

1.2 實驗方法

1.2.1 細胞培養(yǎng)GC-2 細胞接種于10%胎牛血清、1%鏈霉素/青霉素及1%MEM NEAA 的高糖DMEM 培養(yǎng)基37℃、5%CO2培養(yǎng)。

1.2.2 模型制備方法與分組 陰性對照組（NC 組，感染攜帶空載體慢病毒）；GC-2 細胞過表達CCP1 組（GC-2+CCP1 組，感染攜帶CCP1 重組質(zhì)粒慢病毒）。感染6 h 撤去病毒37℃、5%CO2培養(yǎng)。

1.2.3 CCK-8 實驗 不同時間每組細胞各接種5 個復孔，37℃、5%CO2培養(yǎng)6、12、24、48、72 h 后，加入CCK-8溶液孵育2 h 后使用酶標儀測定各孔在450 nm 波長處的光密度（OD）值并繪制折線圖。

1.2.4 流式細胞術實驗 收集兩組細胞各3 管，70%乙醇固定過夜，次日收集細胞沉淀并加入PI 溶液重懸細胞，37℃避光孵育30 min 后流式細胞儀檢測細胞周期并計算G1期、S 期、G2/M 期細胞的百分比。

1.2.5 RNA 提取和q-PCR 提取細胞總RNA，反轉錄得到濃度為100 ng/μl 的cDNA。按照總體積20 μl 的反應體系（TB Green Premix Ex Taq Ⅱ（Tli RNaseH Plus）（2 倍）10 μl，正反向引物各0.8 μl，ROX Reference Dye Ⅱ（50 倍）0.4 μl，cDNA 2 μl，滅菌水6 μl），進行95℃30 s；95℃3 s，60℃30 s，40 個循環(huán)的q-PCR反應。PCR 引物序列包括Gapdh 正向引物：5’-AGGTCGGTGTGAACGGATTTG-3’，反向引物：5’-TGTAGACCATGTAGTTGAGGTCA-3’；Ccp1 正向引物：5’-GGGGTCGAAGAGCGAGTTTC-3’，反向引物：5’-GAATGGAGTGAGTCTGCACCA-3’；細胞周期蛋白B1（Cyclin B1，Ccnb1）正向引物：5’-AAGGTGC-CTGTGTGTGAACC-3’，反向引物：5’-GTCAGCCCCATCATCTGCG-3’；細胞周期蛋白D1（Cyclin D1，Ccnd1）正向引物：5’-GCGTACCCTGACACCAATCTC-3’，反向引物：5’-CTCCTCTTCGCACTTCTGCTC-3’;細胞周期蛋白依賴性激酶2（Cyclin-dependent kinase 2，Cdk2）正向引物：5’-CCTGCTTATCAATGCAGAGGG-3’，反向引物：5’-TGCGGGTCACCATTTCAGC-3’。q-PCR 結果通過2-△△Ct方法統(tǒng)計分析。

1.2.6 Western blot 提取細胞總蛋白，95℃8 min后進行SDS-PAGE 膠；電泳70 V 1 h，110 V 1 h；200 mA轉膜1 h；室溫封閉1 h；一抗（CCP1 1∶1 000、CDK2 1∶1 000、GAPDH 1∶10 000）室溫孵育2 h；室溫孵育二抗1 h。在避光條件下將NC 膜置于Odessey CLX 紅外激光成像系統(tǒng)掃描并觀察結果。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0 對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，計量資料采用均數(shù)±標準差（）表示，比較采用t 檢驗。以P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 成功構建CCP1 過表達的穩(wěn)定細胞系

NC 組與GC-2+CCP1 組細胞在感染24 h 后均觀察到gcGFP 綠色熒光蛋白的表達，提示獲得了GC-2+CCP1 細胞株。見圖1。

圖1 GC-2 細胞過表達CCP1

2.2 兩組CCP1 mRNA 和蛋白表達水平比較

與NC 組比較，GC-2+CCP1 組CCP1 mRNA 和蛋白表達水平均升高（t=79.55，P ＜0.000 1）。見圖2。

圖2 兩組CCP1 mRNA 和蛋白表達情況

2.3 CCP1 過表達抑制GC-2 細胞的增殖

與NC 組比較，GC-2+CCP1 組細胞在培養(yǎng)72 h后增殖能力降低（t=3.132，P=0.035）。見圖3。

圖3 CCP1 過表達對GC-2 細胞增殖能力的影響

2.4 CCP1 過表達導致GC-2 細胞發(fā)生G2/M 期阻滯

與NC 組比較，GC-2+CCP1 組細胞周期G1期降低，G2/M 期增高（P ＜0.05），兩組S 期比較，差異無統(tǒng)計學意義（P ＞0.05）（表1、圖4A～B），Ccnb1 與Ccnd1 的mRNA 表達水平降低（P=0.010、0.006）（圖4C），而Cdk2 的mRNA 及蛋白表達水平均升高（P=0.003）（圖4C～D）。

圖4 CCP1 過表達對GC-2 細胞周期及細胞周期蛋白的影響

表1 兩組細胞周期分布比較（%，）

表1 兩組細胞周期分布比較（%，）

3 討論

精子發(fā)生過程包括連續(xù)的細胞周期增殖、有絲分裂、減數(shù)分裂和分化，對產(chǎn)生精子很重要[21]。在CCP1缺失的pcd 小鼠中不僅出現(xiàn)神經(jīng)退行性病變，還表現(xiàn)出精子發(fā)生缺陷[15-17]。

本研究選擇GC-2 細胞作為研究對象，發(fā)現(xiàn)CCP1過表達會抑制GC-2 細胞的體外增殖能力發(fā)生G2/M期阻滯。CCP1 的過表達抑制生殖細胞GC-2 的增殖，則會影響小鼠睪丸的生殖和發(fā)育及正常精子的產(chǎn)生，但這還需要進一步的動物實驗進行驗證。

Cdk2、Ccnb1 及Ccnd1 是調(diào)控細胞周期的關鍵因子，三者的異常表達均會導致細胞周期與增殖發(fā)生異常[22-25]。本研究發(fā)現(xiàn)當過表達CCP1 時GC-2 細胞的Cdk2、Ccnb1 及Ccnd1 的表達會發(fā)生改變，這一現(xiàn)象可能是CCP1 過表達抑制GC-2 細胞體外增殖能力的重要機制。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控CCP1 過表達可能通過調(diào)控Cdk2、Ccnb1 及Ccnd1 的表達抑制GC-2 細胞的增殖發(fā)生G2/M 期阻滯。因此，CCP1 在睪丸生殖細胞的增殖過程中發(fā)揮著重要作用，但確切的作用機制仍需進一步實驗驗證。