張 亮,賈 棟,魏明豪,曹屹東,馬 劼
(空軍軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院神經(jīng)外科,西安 710000;*通訊作者,E-mail:caoyidongtangdu@163.com)
膠質(zhì)瘤是一種原發(fā)性腦瘤,根據(jù)WHO(World Health Organization)分類系統(tǒng)將其劃分為低級(jí)別Ⅰ、Ⅱ級(jí)和高級(jí)別Ⅲ、Ⅳ級(jí)等四個(gè)等級(jí),該疾病的治療一直未曾突破。1973年膠質(zhì)瘤的發(fā)病率約為5.9/10萬(wàn)人,目前增長(zhǎng)至約為6.61/10萬(wàn)人,其中放射性診斷的應(yīng)用是造成膠質(zhì)瘤發(fā)病率快速升高的主要因素之一[1-3]。膠質(zhì)瘤的增殖和侵襲能力較強(qiáng),手術(shù)難以治愈,術(shù)后復(fù)發(fā)率較高。高惡性膠質(zhì)瘤患者約占所有膠質(zhì)瘤患者的80%,綜合治療方案也難以治愈該疾病,并且預(yù)后較差[4]。膠質(zhì)瘤患者的死亡率也非常高[3,5]。因膠質(zhì)瘤治愈非常困難,抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的快速增殖及較強(qiáng)的侵襲能力是重要的研究方向。
microRNA(miRNA)為非編碼RNA,可調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄后表達(dá)水平,從而影響細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等,并且參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。在癌癥發(fā)病過(guò)程中,miRNAs通過(guò)調(diào)控與癌癥發(fā)生發(fā)展相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)揮致癌或抑癌作用[6]。本文研究了miR-3188對(duì)WDR20基因的表達(dá)調(diào)控以及對(duì)膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展的影響。
高惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87及正常人腦膠質(zhì)細(xì)胞LN-18購(gòu)于南京科佰生物技術(shù)有限公司。miR-3188、WDR20、GAPDH、U6等引物由上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司合成。Lipofectamine2000脂質(zhì)體、Trizol試劑、胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司;青霉素、鏈霉素購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;1640培養(yǎng)基、胰蛋白酶購(gòu)自美國(guó)Gibco公司;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、Power SYBR Green PCR Master Mix試劑盒購(gòu)自美國(guó)Applied Biosystems公司;Matrigel膠購(gòu)自美國(guó)BD公司;WDR20、GAPDH和辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記抗體購(gòu)自美國(guó)Santa公司;ECL發(fā)光液、RIPA裂解液和DharmFECT Duo試劑購(gòu)自上海寶賽生物科技有限公司。
本研究選擇的細(xì)胞系為U87-MG高惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞系和LN-18正常人腦膠質(zhì)細(xì)胞系,利用含有10%胎牛血清以及100 μmol/ml青霉素及鏈霉素的1640培養(yǎng)基,置于37 ℃ 5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),選取生長(zhǎng)狀態(tài)良好的細(xì)胞應(yīng)用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司合成siWDR20、miR-3188 mimic、陰性對(duì)照miRNA-NC、miR-3188 inhibitor及陰性對(duì)照NC inhibitor,利用Lipofectamine2000脂質(zhì)體根據(jù)推薦濃度20 nmol/L轉(zhuǎn)染細(xì)胞,細(xì)胞轉(zhuǎn)染后培養(yǎng)24 h,利用RT-PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染效率。
收集細(xì)胞置于RNase free EP管中,向其中加入1 ml Trizol試劑,震蕩混勻,加入0.2 ml氯仿振蕩混勻,于4 ℃離心機(jī)中13 000 r/min離心15 min,取上清加入1/2體積的異丙醇混勻冰上靜置10 min,離心10 min后棄上清,利用75%乙醇洗滌沉淀,重復(fù)兩次,將沉淀置于超凈工作臺(tái)中吹干乙醇,加入30 μl RNase-free水,溶解混勻。利用分光光度計(jì)測(cè)定總RNA OD260/280以及濃度。
利用M-MLV試劑盒逆轉(zhuǎn)錄進(jìn)行mRNA檢測(cè),利用miScript試劑盒逆轉(zhuǎn)錄進(jìn)行miRNA檢測(cè)。利用Power SYBR Green PCR Master Mix根據(jù)說(shuō)明書,檢測(cè)mRNA或miRNA的表達(dá)水平。
按正常細(xì)胞培養(yǎng)方法培養(yǎng)待檢測(cè)細(xì)胞,將細(xì)胞酶解為單細(xì)胞,接種于96孔板中,在37 ℃ 5% CO2培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng),培養(yǎng)24,48,72 h時(shí),采用全自動(dòng)熒光酶標(biāo)儀測(cè)定細(xì)胞懸液在490 nm波長(zhǎng)處的吸光值,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并繪制細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線。細(xì)胞增殖檢測(cè)原理為外源MTT可被活細(xì)胞中的琥珀脫氫酶還原轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)紫色結(jié)晶甲臜,其不可溶并于細(xì)胞中沉積,死細(xì)胞則沒(méi)有上述功能。DMSO可將細(xì)胞中的甲臜溶解,利用酶標(biāo)儀測(cè)其在490 nm波長(zhǎng)處的吸光值,并且在一定細(xì)胞數(shù)范圍內(nèi),吸光值與細(xì)胞數(shù)成正比,OD值越大,細(xì)胞數(shù)越高。
將細(xì)胞接種于24孔板中,過(guò)夜培養(yǎng),待細(xì)胞培養(yǎng)至融合度約為70%時(shí),轉(zhuǎn)染細(xì)胞,將孔徑為8 μm的PET膜小室置于24孔板,在小室的底部加入稀釋8倍的Matrigel膠,利用200 μl無(wú)血清培養(yǎng)基將待檢測(cè)細(xì)胞重懸,轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)室上孔,于下孔板中加入作為趨化物的完全培養(yǎng)基,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,擦除上室未發(fā)生侵襲的細(xì)胞,利用0.1%結(jié)晶紫溶液染色,光鏡觀察。
利用Target Scan Human 7.1(http://www.targetscan.org/vert-71/)及microRNA.org-Targets and Expression(http://34.236.212.39/microrna/microrna/getGeneForm.do)等預(yù)測(cè)miR-3188的靶基因,并分析miR-3188與WDR20的結(jié)合位點(diǎn)。
將WDR20的miR-3188預(yù)測(cè)靶點(diǎn)序列或突變序列3′-UTR構(gòu)建于pmirGLO載體。突變序列以正常WDR20的3′-UTR序列為模板,在與miR-3188相結(jié)合的預(yù)測(cè)位點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)突變。將miRNA-NC、miR-3188 mimic、NC inhibitor或miR-3188 inhibitor分別與所構(gòu)建的載體同時(shí)利用DharmFECT Duo試劑進(jìn)行轉(zhuǎn)染待測(cè)細(xì)胞,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,采用Dual-Glo Luciferase分析系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
收集常規(guī)培養(yǎng)的細(xì)胞,利用RIPA試劑裂解細(xì)胞,隨即置于冰上靜置20 min,15 000 r/min離心15 min,收集上清。利用BCA法檢測(cè)蛋白的濃度,采用Western blot檢測(cè)目的蛋白的表達(dá)變化,將蛋白樣品加入加樣緩沖液,加熱變性;再利用SDS-PAGE電泳分離蛋白,于轉(zhuǎn)移緩沖液中電泳轉(zhuǎn)膜至醋酸纖維素膜上;轉(zhuǎn)膜結(jié)束后利用TBST配制5%脫脂奶粉常溫封閉1 h,以稀釋500倍的一抗WDR20孵育,于4℃條件下孵育過(guò)夜;孵育結(jié)束后利用TBST緩沖液洗滌3次,每次10 min;洗脫后以稀釋10 000倍的IgG標(biāo)記的羊抗兔二抗孵育1 h,孵育結(jié)束后,利用TBST緩沖液洗滌3次,每次5 min,加入ECL顯色劑,顯影拍照,GAPDH作為內(nèi)參。
本研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行表示。數(shù)據(jù)處理采用SPSS19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件。利用Student’st檢驗(yàn)以及單因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行差異統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)P值小于0.05時(shí),說(shuō)明數(shù)據(jù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
利用RT-PCR檢測(cè)miR-3188在高惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87中的表達(dá)變化,結(jié)果顯示,在U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞中,miR-3188的相對(duì)表達(dá)水平為6.3±0.54,與正常膠質(zhì)細(xì)胞比較,表達(dá)顯著上調(diào)(P<0.01,見圖1)。

與LN-18組比較,**P<0.01圖1 miR-3188在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的相對(duì)表達(dá)Figure 1 Relative expression of miR-3188 in glioma cells
為了深入了解miR-3188對(duì)膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展的影響,利用miR-3188 inhibitor或NC inhibitor轉(zhuǎn)染U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞,研究miR-3188對(duì)該腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲能力的影響。結(jié)果顯示,與miRNA-NC組比較,miR-3188 mimic組的相對(duì)表達(dá)量顯著上升(P<0.01);與NC inhibitor組比較,miR-3188 inhibitor組的相對(duì)表達(dá)量顯著降低(P<0.05,見圖2A)。此外,MTT結(jié)果顯示,miR-3188 mimic組細(xì)胞增殖率明顯高于miRNA-NC組(P<0.05,見圖2B);miR-3188 inhibitor組細(xì)胞增殖率明顯低于NC inhibitor組(P<0.05)。細(xì)胞侵襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與miRNA-NC組比較,miR-3188 mimic組細(xì)胞侵襲數(shù)量明顯增加;與NC inhibitor組比較,miR-3188 inhibitor組細(xì)胞侵襲數(shù)量明顯減少(P<0.01,見圖3)。

與miRNA-NC組比較,**P<0.01,與NC inhibitor組比較,#P<0.05A. miR-3188的相對(duì)表達(dá)水平與miRNA-NC組比較,*P<0.05,與NC inhibitor組比較,#P<0.05B. 膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖圖2 miR-3188對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖的調(diào)控Figure 2 Regulation of miR-3188 on proliferation of glioma cells
利用生物信息學(xué)預(yù)測(cè)分析成熟miR-3188序列的靶基因,結(jié)果顯示,miR-3188與WDR20 mRNA 3′UTR具有結(jié)合位點(diǎn)(見圖4A)。為了證明miR-3188是否直接結(jié)合WDR20 mRNA 3′UTR,構(gòu)建野生型和3′UTR突變的WDR20基因熒光報(bào)告載體并轉(zhuǎn)染細(xì)胞。結(jié)果顯示,在WDR20 3′UTR野生型熒光報(bào)告載體轉(zhuǎn)染的細(xì)胞中,與miRNA-NC轉(zhuǎn)染組細(xì)胞比較,細(xì)胞熒光活性miR-3188 mimic轉(zhuǎn)染后顯著下調(diào)(P<0.01),與NC inhibitor轉(zhuǎn)染組細(xì)胞比較,miR-3188 inhibitor轉(zhuǎn)染后,細(xì)胞熒光活性顯著上調(diào)(P<0.01);而WDR20 3′UTR突變組的熒光活性變化不顯著(見圖4B)。

與miRNA-NC組比較,**P<0.01;與NC inhibitor組比較,##P<0.01B.細(xì)胞中雙熒光素酶的相對(duì)熒光活性檢測(cè)圖4 miR-3188對(duì)WDR20 WT-3′UTR和mut-3′UTR雙熒光素酶報(bào)告載體熒光活性的影響Figure 4 Effect of miR-3188 on the fluorescent activity of WDR20 WT-3′UTR and mut-3′UTR dual-luciferase reporter vector
為了驗(yàn)證WDR20表達(dá)受miR-3188影響,利用RT-PCR檢測(cè)當(dāng)miR-3188過(guò)表達(dá)、沉默時(shí)WDR20的表達(dá)。結(jié)果顯示,當(dāng)miR-3188過(guò)表達(dá)時(shí),WDR20表達(dá)水平顯著下降,與對(duì)照組比較下降63%(P<0.01),當(dāng)miR-3188表達(dá)被抑制時(shí),WDR20表達(dá)與NC inhibitor組比較上調(diào)2.3倍(P<0.01,見圖5,6)。

與miRNA-NC組比較,**P<0.01;與NC inhibitor組比較,##P<0.01圖5 miR-3188對(duì)WDR20 mRNA表達(dá)的影響Figure 5 Effect of miR-3188 on the mRNA expression of WDR20
分析WDR20表達(dá)量變化時(shí)對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲、增殖的影響,首先檢測(cè)pc-DNA3.1空載、pc-DNA3.1/WDR20、control siRNA及siWDR20轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,對(duì)WDR20相對(duì)表達(dá)的影響(見圖7A)。與pc-DNA3.1空載轉(zhuǎn)染組比較,pc-DNA3.1/WDR20轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,WDR20表達(dá)水平顯著上升(P<0.01);與control siRNA轉(zhuǎn)染細(xì)胞組比較,siWDR20轉(zhuǎn)染細(xì)胞后,WDR20表達(dá)水平顯著下降(P<0.05)。隨后分析了WDR20表達(dá)異常時(shí)對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲、增殖的影響,結(jié)果顯示,當(dāng)WDR20過(guò)表達(dá)時(shí),細(xì)胞的增殖(見圖7B)和侵襲(見圖8)能力顯著下降(P<0.05或P<0.01);而WDR20表達(dá)沉默時(shí),膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖(見圖7B)和侵襲(見圖8)能力增強(qiáng)(P<0.05或P<0.01)。

與miRNA-NC組比較,**P<0.01;與NC inhibitor組比較,##P<0.01圖6 miR-3188對(duì)WDR20蛋白表達(dá)的影響Figure 6 Effect of miR-3188 on the protein expression of WDR20
本研究從膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲、增殖能力方面結(jié)合miR-3188以及WDR20在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中表達(dá)進(jìn)行了研究分析,結(jié)果顯示,miR-3188在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的表達(dá)顯著上調(diào)。在人體內(nèi),miRNAs參與調(diào)控多種多樣的生命進(jìn)程,尤其在癌癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中可能發(fā)揮促癌或抑癌作用。研究顯示,miR-4326通過(guò)抑制APC2的表達(dá)促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖,當(dāng)miR-4326表達(dá)被抑制時(shí),肺癌細(xì)胞的增殖過(guò)程被抑制;而miR-4326過(guò)表達(dá)明顯促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖[7],表明miR-4326在肺癌發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮促癌作用。Adhami等[8]研究顯示,在乳腺癌細(xì)胞中,miR-21和miR-210表達(dá)顯著上升,miR-145、miR-139-5p、miR-99a、miR-205和miR-497表達(dá)比正常細(xì)胞低。Li等[9]報(bào)道,在胃癌組織和細(xì)胞系中,miR-21的表達(dá)顯著上升,miR-21表達(dá)與15-PGDN表達(dá)呈負(fù)相關(guān),可引起PGE2在細(xì)胞中積累,PGE2具有致癌作用并促進(jìn)腫瘤組織的生長(zhǎng)惡化,表明,miR-21對(duì)胃癌的發(fā)展具有促進(jìn)作用。Bu等[10]研究顯示,在非小細(xì)胞肺癌中,miR-1297能夠靶向調(diào)控抑癌基因PTEN的表達(dá),miR-1297表達(dá)上調(diào)時(shí),PTEN表達(dá)被抑制,影響非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中PTEN/Akt/Skp2信號(hào)途徑,miR-1297過(guò)表達(dá)可以明顯促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和侵襲。
目前關(guān)于miR-3188在人癌細(xì)胞中表達(dá)及其功能的研究較少。Zhou等[11]研究顯示,在乙型肝炎病毒引起的肝癌中,miR-3188的表達(dá)顯著升高,當(dāng)miR-3188表達(dá)沉默時(shí),細(xì)胞的增殖及侵襲能力顯著下降,miR-3188在該腫瘤細(xì)胞中直接靶向抑制ZHX2的表達(dá),ZHX2通過(guò)與NF-YA互作抑制Notch1信號(hào)通路,從而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展,因此認(rèn)為miR-3188具有促進(jìn)乙型肝炎病毒引發(fā)的肝癌發(fā)生發(fā)展的作用。Chen等[12]研究顯示,在乳腺癌組織和MCF-7細(xì)胞中,miR-3188的表達(dá)明顯上調(diào),同時(shí)其直接靶向調(diào)控的TUSC5表達(dá)下降,miR-3188表達(dá)被抑制時(shí),癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力下降,并且癌細(xì)胞的凋亡率上升。本研究顯示miR-3188在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的表達(dá)呈現(xiàn)顯著上調(diào)現(xiàn)象,當(dāng)miR-3188表達(dá)被抑制時(shí),膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖及侵襲能力都顯著下降,表明miR-3188可能促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞癌變的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。進(jìn)一步的生物學(xué)分析顯示W(wǎng)DR20為miR-3188靶向調(diào)控基因,根據(jù)雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn),miR-3188可靶向抑制WDR20的表達(dá)。

>與control組比較,**P<0.01;與control siRNA組比較,#P<0.05A. WDR20的相對(duì)mRNA表達(dá)水平與control組比較,*P<0.05;與control siRNA組比較,#P<0.05B.膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖圖7 WDR20對(duì)U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖的調(diào)控Figure 7 Regulation of WDR20 on proliferation of U87 glioma cells

圖8 WDR20對(duì)U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲的調(diào)控 (×200)Figure 8 Regulation of WDR20 on invasion of U87 glioma cells (×200)
有報(bào)道表明,WDR20為色氨酸-天冬氨酸重復(fù)(WD-repeat)家族的一個(gè)成員,該家族蛋白一般由4-16個(gè)WD結(jié)構(gòu)域組成,每個(gè)結(jié)構(gòu)域都含有一個(gè)約400個(gè)氨基酸殘基的保守序列[13]。WDR20含有5個(gè)WD結(jié)構(gòu)域,是去泛素化酶復(fù)合物的一個(gè)重要組分,可激活去泛素化酶USP12和USP46,能夠與USP1-associated factor 1(UAF1)互作[14]。近年來(lái)的研究顯示,WDR20與透明細(xì)胞腎癌[15]、淋巴癌[16]和前列腺癌[17]的發(fā)生發(fā)展具有正相關(guān)或負(fù)相關(guān)性。WD家族蛋白參與去泛素化調(diào)控,在真核細(xì)胞中,蛋白去泛素化可以調(diào)控多種細(xì)胞功能,其調(diào)控位點(diǎn)位于泛素化C-末端和靶蛋白的一個(gè)賴氨酸殘基之間,去泛素化酶(DUBs)能夠作用于上述調(diào)控位點(diǎn)并裂解異構(gòu)肽鍵。在人體中,泛素化特異性蛋白酶(USPs)是DUBs中最大的家族,其共有50個(gè)成員[18]。USPs能夠調(diào)控機(jī)體內(nèi)多種重要的細(xì)胞過(guò)程,如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)、DNA修復(fù)以及細(xì)胞周期進(jìn)程等[19]。WD40-repeat包含蛋白UAF1(USP1-associated factor 1)可以與USP1、USP12和USP46發(fā)生直接反應(yīng)[19],當(dāng)UAF1與三者結(jié)合時(shí)可激活后者活性[20,21];另一個(gè)WD40-repeat包含蛋白WDR20能夠激活USP12和USP46[21],WDR20能夠與UAF1協(xié)同激活USP12和USP46,使后者得以發(fā)揮最大活性[22]。有研究指出,USP12在前列腺癌中異常表達(dá),并且在結(jié)直腸癌中表達(dá)量上調(diào)[17,23]。目前關(guān)于WDR20在腫瘤中作用的研究較少,但USP12和USP46在腫瘤發(fā)展中作用的報(bào)道較多。USP12可促進(jìn)組蛋白H2B和H2A去泛素化,當(dāng)其在前列腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)時(shí),可以促進(jìn)細(xì)胞的凋亡[17]。USP12通過(guò)促進(jìn)PHLPP1去泛素化,使得AKT去磷酸化并失活,最終抑制前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。此外研究顯示,在結(jié)腸癌細(xì)胞中,USP46與WDR20和UAF1互作,促進(jìn)PHLPP1去泛素化并抑制AKT活性[24]。上述報(bào)道表明,WDR20在前列腺癌和結(jié)腸癌中具有抑癌作用。目前尚未有WDR20在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中作用的報(bào)道。本研究顯示W(wǎng)DR20在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中表達(dá)顯著低于正常細(xì)胞,并且表達(dá)受miR-3188靶向調(diào)控,miR-3188在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)時(shí),WDR20表達(dá)被抑制,同時(shí)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲能力顯著增加。
本研究在膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲、增殖能力對(duì)miR-3188以及WDR20在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的作用研究表明,miR-3188在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中能夠抑制WDR20表達(dá),從而解除對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲、增殖的抑制。該研究結(jié)果為膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ),同時(shí)也為膠質(zhì)瘤的深入研究提供了新的思路。