BMP-2對肺癌細胞上皮-間質轉化的影響及其作用機制

王福琴

（山西醫科大學晉祠學院，山西太原 030025）

目前，肺癌發病機制仍未明確，臨床多經手術、放化療治療，但術后癌細胞侵襲性轉移、復發仍是影響肺癌患者死亡的重要原因[1]。因此，探尋肺癌細胞侵襲、轉移發生機制至關重要。而包括肺癌在內的多種腫瘤細胞侵襲、轉移與上皮-間質轉化有較大關聯。研究發現，肺癌組織中BMP-2特異性升高，可判斷預后[2]。骨形態發生蛋白（BMPs）是轉化生長因子-β超家族成員，可刺激骨細胞分化。骨形態發生蛋白-2（BMP-2）為BMPs最具代表性因子，可促進骨修復，抑制腫瘤細胞生長。但臨床就其BMP-2對肺癌細胞上皮-間質轉化影響的研究仍較少。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

采用中國科學院上海細胞生物研究所提供的肺腺癌細胞系A549，取自12例手術切除肺腺癌組織新鮮標本，其中男8例、女4例；年齡41～75（60.05±1.55）歲。儀器包括美國Beckman公司高速低溫離心機、美國Forma Scientific公司細胞培養箱、日立公司7000型自動生化分析儀、美國BD公司Matrigel侵襲小室24孔培養板等。試劑包括Bioscience公司流式細胞檢測試劑盒、美國R&D公司BMP-2（質量濃度1 mg/mL）、美國Cell Signaling公司鼠抗人E-cad單克隆抗體、美國Invitrogen公司DMEM高糖培養液、鏈霉素、青霉素等。

1.2 方法

1.2.1 BMP-2對A549細胞上皮-間質轉化、侵襲、凋亡影響檢測

1.2.1.1 實驗分組

人肺腺癌A549細胞以青霉素、10%胎牛血清、鏈霉素制成的DMEM培養液培養；均處于對數生長期、生長良好。隨機分為A組（空白對照）、B組（10 μg/mL BMP-2處理24 h）、C組（50 μg/mL BMP-2處理24 h）、D組（100μg/mL BMP-2處理24 h），各3例。

1.2.1.2 細胞上皮-間質轉化實驗

經免疫組織化學SP法檢測E-cad表達：SP法行E-cad蛋白染色，加入一抗，4 ℃下孵育，過夜；PBS液洗滌，3次；加入二抗，37 ℃下孵育，30 min；DAB顯色，10 min；染色、脫水、透明，中性樹膠封固。陽性標準為細胞質呈棕黃色顆粒著色。400倍光學顯微鏡下檢測E-cad表達強度，每個點陣計數1 000個腫瘤細胞。陽性（++）為E-cad陽性細胞≥90%，弱陽性（+）為10%～90%，陰性（-）為＜10%或完全消失。

蛋白質印跡法檢測：200 μL RIPA裂解液裂解細胞，提取蛋白，100 ℃下煮沸，5 min，混合蛋白加樣緩沖液，10% SDS-PAGE分離蛋白。室溫下封閉2 h，加入一抗、vimentin、BMP-2、β-actin單克隆抗體，4 ℃下過夜。緩沖液洗膜，3次，加入二抗，室溫孵育，1 h。緩沖液洗膜，3次，加增強化學發光試劑，室溫孵育，3 min。暗室曝光，30 s～5 min，顯影，定影，成像。目的條帶以IPP軟件行灰度分析。

1.2.1.3 細胞侵襲實驗

B、C、D組以胰蛋白酶消化細胞，離心，置于無血清DMEM培養液，細胞密度5×105/個。24孔培養板中置入Matrigel侵襲小室，以含10%胎牛血清DMEM培養液500 μL加入下室，以細胞懸液200 μL加入上室，培養24 h。PBS液洗滌，3次；37 ℃下，以4%多聚甲醛溶液固定細胞，30 min；PBS液洗滌，3次；小室內面Matrigel基質膠以棉簽清除干凈，細胞核染色，置于載玻片，200倍熒光顯微鏡下觀察。分別取每張膜上、下、左、右、中部視野計數穿膜細胞數，檢測3次，取平均值。

1.2.1.4 細胞凋亡實驗

6孔培養板內，以1×106個/mL密度接種A549細胞。B、C、D組各設置3個平行孔。作用24 h后，收集細胞，離心，PBS液洗滌，2次；結合液重懸蛋白、Annexin V-FITC避光孵育，15 min；離心，沉淀。流式細胞儀檢測細胞凋亡率，檢測3次，取平均值。

1.2.2 BMP-2促進A549細胞上皮-間質轉化、凋亡中p38 MAPK信號作用

實驗分組：進入對數生長期細胞中加入100 μg/mL BMP-2處理24 h，設為E組；E組基礎上再加終質量濃度10 μmol/L的sb203580處理細胞24 h，設為F組。分別經免疫組織化學法、FCM法等檢測p38 MAPK信號通路對BMP-2誘導A549細胞上皮-間質轉化、侵襲、凋亡的影響，方法同1.2.1。

1.3 統計處理

數據以GraphPad Prism 5軟件分析。計量資料以（±s）表示，以t檢驗對比。P＜0.05為有統計學差異。

2 結果與分析

2.1 BMP-2對A549細胞上皮-間質轉化影響

B、C、D組細胞質內E-cad表達強度呈濃度依賴性降低，見圖1。C組、D組BMP-2表達水平高于A組（P＜0.05），D組vimentin水平高于A組（P＜0.05），見表1。

圖1 四組細胞質內E-cad表達強度

表1 四組E-cad、vimentin水平對比（±s，μg/mL）

表1 四組E-cad、vimentin水平對比（±s，μg/mL）

組別E-cadvimentin A組0.45±0.050.22±0.02 B組0.38±0.040.23±0.03 C組0.19±0.040.25±0.05 D組0.15±0.030.38±0.05

2.2 BMP-2對肺癌A549細胞侵襲、凋亡的影響

B、C、D組穿過濾泡細胞數多于A組，細胞早期凋亡率低于A組（P＜0.05），見表2。

表2 四組穿過濾泡細胞數、早期凋亡率對比（±s）

表2 四組穿過濾泡細胞數、早期凋亡率對比（±s）

組別穿過濾泡細胞數/個細胞早期凋亡率/%A組45.28±18.605.14±2.05 B組114.35±14.681.62±0.55 C組212.48±14.851.31±0.35 D組315.26±30.480.98±0.48

2.3 BMP-2促進A549細胞上皮-間質轉化中p38 MAPK信號作用

F組細胞質內E-cad表達高于E組，如圖2。F組E-cad表達水平高于E組，vimentin表達水平低于E組（P＜0.05），如表3。

圖2 兩組細胞質內E-cad表達強度

表3 兩組E-cad、vimentin水平對比（±s，μg/mL）

表3 兩組E-cad、vimentin水平對比（±s，μg/mL）

組別E-cadvimentin E組0.20±0.100.51±0.10 F組0.31±0.110.39±0.08

2.4 BMP-2促進A549細胞侵襲、凋亡中p38 MAPK信號作用

F組穿過濾泡細胞數少于E組，細胞早期凋亡率高于E組（P＜0.05），見表4。

表4 兩組穿過濾泡細胞數、早期凋亡率對比（±s）

表4 兩組穿過濾泡細胞數、早期凋亡率對比（±s）

組別穿過濾泡細胞數/個細胞早期凋亡率/%E組305.48±45.600.89±0.45 F組155.65±23.051.54±0.78

3 討論

目前認為，肺癌形成是一個多因素、多步驟過程，具體發病機制尚不清楚，誘發機體死亡重要原因之一為腫瘤細胞侵襲、轉移[3]。BMP信號通路與腫瘤進展密切相關，抑制BMP受體表達可阻斷BMP信號通路，控制腫瘤細胞生長分化[4]。上皮-間質轉化即特定生理、病理狀況下上皮細胞向間充質細胞轉化現象，可致使腫瘤細胞轉變為具有較強運動能力“間質樣”細胞，且可侵入周圍組織間隙、脈管系統，引發腫瘤侵襲、轉移。而肺癌細胞上皮-間質轉化由多種細胞因子參與，如BMP-2等。BMP-2能參與調控多種基因生理活性，可引發細胞增殖、凋亡，且在組織修復、再生中作用顯著。研究發現乳腺癌細胞中存在BMP-2高表達，且參與腫瘤發生、發展[5]。但臨床就肺癌細胞中BMP-2表達的研究仍較少。

機體正常上皮細胞完整性維持中，E-cad蛋白意義顯著，該蛋白屬于上皮細胞表型特征蛋白，廣泛參與細胞間連接。本研究中，B、C、D組細胞質內均存在E-cad表達，且強度呈濃度依賴性降低。而E-cad表達下降，可反映上皮細胞特征的丟失。Vimentin是一種細胞骨架蛋白，在正常上皮細胞中不表達，但可在間質細胞中廣泛存在，如巨噬細胞、內皮細胞等，是上皮-間質轉化的一個重要因素。本研究中，隨著BMP-2濃度的提升，肺癌細胞內vimentin呈濃度依賴性增加。提示BMP-2可促使肺癌細胞向間質細胞轉化，誘導出現上皮-間質轉化。此外，B、C、D組穿過濾泡細胞數較A組多，且三組呈遞增趨勢，推測BMP-2可提升A549細胞侵襲能力。細胞凋亡為腫瘤轉移調控一個重要機制。但臨床針對肺癌細胞出現上皮-間質轉化后是否影響細胞凋亡能力仍存在較大爭議。本次研究中，B、C、D組細胞早期凋亡率均較A組低，三組呈遞減趨勢，分析可能與所選細胞株本身凋亡率偏低有關，而BMP-2可抑制A549細胞早期凋亡，且增強侵襲能力。

本研究還分析了BMP-2促進A549細胞上皮-間質轉化中p38 MAPK信號的作用。p38 MAPK是一種細胞信號轉導途徑，在腫瘤細胞出現上皮-間質轉化中發揮重要作用，且可影響多種腫瘤細胞侵襲、轉移。研究發現，p38 MAPK特異性抑制劑SB203580能激活caspase-8啟動外源性凋亡途徑，誘導細胞凋亡[6]。本研究中，F組E-cad表達水平較E組高，vimentin水平較E組低，提示p38 MAPK通路抑制劑能調控部分BMP-2誘導肺癌A549細胞上皮-間質轉化。F組穿過濾泡細胞數少于E組，早期凋亡率高于E組，故推測p38 MAPK通路抑制劑能對BMP-2誘導肺癌A549細胞侵襲能力進行抑制，并逆轉BMP-2誘導A549細胞早期凋亡。但考慮到肺癌細胞上皮-間質轉化的發生與多種復雜信號通路有關，并非由單因素決定，故今后仍需進行更深層次分析。

綜上所述，肺癌細胞上皮-間質轉化發生中BMP-2作用顯著，可經由激活p38 MAPK信號通路調控，從而促使細胞侵襲能力增強，抑制細胞凋亡。