PTEN-Long對人腦膠質瘤U251細胞增殖、侵襲及凋亡的影響

耿連婷 鄭克彬 李春暉 張新婷 曾昭穆 張欣

1河北大學附屬醫院神經外科（河北保定071000）；2石家莊市第四醫院醫療美容科（石家莊050000）；3河北大學醫學院（河北保定071000）

膠質瘤是最常見的原發性顱內腫瘤［1］，其發病機制尚不明了［2］，手術和放化療效果有時并不理想，目前基因治療越來越受到重視。第10 號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源基因（phosohatase and tensin homolgue deleted on chromosome 10，PTEN）是重要的抑癌基因［3-4］，PTEN-Long 是PTEN的一種翻譯變體［5］，與其具有相似的磷酸酶活性。PTEN-Long 還具有特殊的細胞分泌和穿透作用［5］，在基因治療中增加了蛋白治療的可能性，避免了免疫原性風險［6］。PTEN-Long 可抑制PI3KAKT 通路活性，此通路影響腫瘤增殖的多個關鍵步驟，核轉錄因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）影響細胞存活及凋亡，其異常激活和惡性腫瘤的發生密切相關［7］，目前對PTEN-Long 影響下游NF-κB 的研究相對較少。本研究通過構建PTENLong 過表達模型，探討PTEN-Long 對U251 細胞增殖、遷移、侵襲、凋亡的影響及與PI3K-AKT-NF-κB信號通路的關系，為基因治療提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料 人膠質瘤細胞U251 購自國家實驗細胞資源共享服務平臺北京總部，PTEN-Long 過表達載體質粒構建和慢病毒包裝由賽業公司完成。慢病毒表達載體包含了包裝、轉染、穩定整合所需要的遺傳信息。質粒組成中包含目的基因hPTEN［NM_001304717.2］*/3xFLAG、EGFP：T2A：Puro 和氨芐西林抗性基因。表達載體和包裝質粒共轉染細胞，在細胞中進行病毒的包裝，包裝好的假病毒顆粒分泌到細胞外的培養基中，離心取得上清液后，可直接用于宿主細胞的感染，目的基因進入到宿主細胞后，經過反轉錄，整合到基因組，從而高水平的表達效應分子。胎牛血清、DMEM 培養基購自Gibco 公司；基因檢測引物由Invitrogen 公司合成；逆轉錄試劑盒、實時熒光定量試劑盒購自TaKaRa 公司；兔抗人β-Actin、辣根過氧化酶標記羊抗兔抗體購自Affinity 公司；兔抗人AKT1/2/3、p-Akt 抗體購自Abways 公司；兔抗人IκBα單抗購自Abcam 公司；兔抗人PTEN、NF-κB p65、p-NF-κB p65、bcl-xl 單抗購自CST 公司；CCK-8 試劑盒購自DOJINDO 公司；基底膠購自Solarbio 公司。實驗經河北大學醫學綜合實驗中心動物倫理委員批準（倫理批準號：2018015）。

1.2 細胞培養及轉染 U251 細胞在含10% FBS、1%青鏈霉素的DMEM 培養基，37 ℃，5%CO2，飽和濕度環境的條件下連續培養。實驗分3 組：（1）未感染慢病毒的U251 為對照組；（2）感染LV-EGFP的U251 為空載組；（3）感染LV-PTEN-Long-EGFP的U251 為過表達組。取對數期細胞接種至12 孔板（1×105個/孔），24 h 后觀察細胞密度，匯合度在80%為宜。更換新鮮培養基，加入慢病毒質粒載體，使感染復數（multiplicity of infection，MOI）值為50，加入Polybrene 溶液（5 μg/mL）。6～12 h 后觀察細胞形態并更換新鮮培養基，72 h 后于熒光顯微鏡下觀察綠色熒光，若轉染效率為80%以上，嘌呤霉素（1.5 μg/mL）篩選3 d。

1.3 RT-PCR 檢測目的基因的mRNA 表達水平Trizol 法提取細胞總RNA，根據試劑盒說明書制備cDNA 及RT-PCR 擴增。PTEN-Long 基因上游引物5′-CTCCAAATTTTAAGGTGAAGCTGT-3′，下游引物5′-CTCTGGATCAGAGTCAGTGGT-3′；PTEN 基因上游引物5′-CAGAAAGACTTGAAGGCGTAT-3′，下游引物5′-AACGGCTGAGGGAACTC-3′；AKT 基因上游引物5′-GCAGCACGTATACGAGAAGA-3′，下游引物5′-GGTGTCAGTCTCCGACGTG-3′；NF-κB p65基因上游引物5′-GAGGACTGCTGCTACGTCAC-3′，下游引物5′-ACCAGGTTCAGGTTCAGCTC-3′；IκBα基因上游引物5′-AACCTGCAGCAGACTCCACT-3′，下游引物5′-ACACCAGGTCAGGATTTTGC-3′；bcl-xl基因上游引物5′-GTAAACTGGGGTCGCATTGT-3′，下游引物5′-TGCTGCATTGTTCCCAT AGA-3′；β-Actin 基因上游引物5′-CATCCCCCAAAGTTCACAAT-3′，下游引物5′-AGTGGGGTGGCTTTTAGGAT-3′。使用Applied Biosystems 7300 Fast Real-Time PCR 系統與SYBR 熒光染料進行檢測，反應條件為預變性95 ℃30 s，1 個循環；PCR 反應95 ℃5 s，60 ℃31 s，40 個循環。mRNA 的相對定量采用2-△△Ct法，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測擴增產物，結果經Champ Gel 5000 全自動凝膠成像系統進行分析，實驗重復3 次。

1.4 Western blot 檢測目的蛋白表達水平 用裂解液提取蛋白，取總蛋白（60 μg）進行SDS-PAGE電泳，穩壓冰浴電轉至PVDF 膜上，用5%脫脂牛奶封閉37 ℃2 h，一抗孵育4 ℃過夜，TBST 洗膜。二抗孵育37 ℃1.5 h，TBST 洗膜。ECL 避光孵育PVDF 膜3 min，用C-DiGit Blot Scanner 對條帶進行定量分析，實驗重復3 次。

1.5 CCK-8 法、流式細胞儀檢測細胞增殖能力及周期變化 取對數期細胞接種至96 孔板（100 μL，5 × 103個/孔），在細胞貼壁及培養24、48、72 h 后，加入CCK-8 試劑（10 μL/孔）。3 h 后用酶標儀測定450 nm 處的OD 值。收集細胞，通過流式細胞儀檢測各組細胞周期情況，實驗重復3 次。

1.6 劃痕實驗檢測細胞遷移能力 取對數期細胞接種于24 孔板（2 × 105個/孔），待細胞生長至融合度為80%～90%時，用無菌槍頭（200 μL）刮擦細胞形成縱向劃痕，PBS 清洗，在各孔中加入500 μL無血清培養基。在0、12、24 h 時拍照并統計劃痕面積，每組取5 個視野進行分析，實驗重復3 次。

1.7 Transwell 法檢測細胞侵襲能力 在上室加入100 μL 基質膠，37 ℃放置30 min。取100 μL 細胞懸液（1 × 105個）加入上室，下室加入600 μL 完全培養基，37 ℃孵育24 h。用棉簽將小室上層細胞輕輕擦去，室溫下甲醇固定下層細胞20 min，晾干后置于0.1%結晶紫中染色15 min，PBS 清洗。拍照并統計各組侵襲細胞數，每組隨機選取5 個視野進行分析，實驗重復3 次。

1.8 統計學方法 應用SPSS 19.0 進行分析，多個樣本均數間的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t 法，數據以表示。每項實驗均至少重復3 次，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 攜帶PTEN-Long慢病毒轉染的檢測結果 當MOI 為50 時，熒光表達率為80%以上（圖1～3）。與對照組及空載組相比，RT-PCR 結果顯示過表達組PTEN-Long 的mRNA 表達量增加（F=65.42，P＜0.01，圖4、表1），Western blot 結果顯示過表達組PTEN-Long蛋白表達量增加（F=78.99，P＜0.01，圖5、表2）。PTEN-Long 在U251 細胞中穩 定 過表達。

圖1 U251 細胞光鏡表達（對照組，SP×100，標尺50 μm）Fig.1 Expression of U251 cells by light microscopy（control group，SP × 100，Bar：50 μm）

圖2 LV-EGFP 轉染U251 細胞的熒光表達（空載組，SP×100，標尺50 μm） Fig.2 Expression of EGFP in U251 cells after transfection of LV-EGFP（empty group，SP × 100，Bar：50 μm）

圖3 LV-PTEN-Long-EGFP 轉染U251 細胞的熒光表達（過表達組，SP×100，標尺50 μm）Fig.3 Expression of EGFP in U251 cells aftertransfection of LV-PTEN-Long-EGFP（overexpressed group，SP×100，Bar：50 μm）

2.2 PTEN-Long 抑制PI3K-AKT-NF-κB 信號通路的mRNA 表達 隨著PTEN-Long 的mRNA 水平增加，過表達組與對照組及空載組比，NF-κB p65（F=53.32，P＜0.01）、bcl-xl（F=933.88，P＜0.01）表達量減少，IκBα（F=26.61，P＜0.01）表達量增加，PTEN-Long 下調PI3K-AKT-NF-κB 信號通路（圖4、表1）。

2.3 PTEN-Long 抑制PI3K-AKT-NF-κB 信號通路的蛋白表達 隨著PTEN-Long 蛋白表達水平的增加，與對照組及空載組比，過表達組p-Akt（F=56.19，P＜0.01）、NF-κB p65（F=43.65，P＜0.01）、p-NF-κB p65（F=114.68，P＜0.01）、bcl-xl（F=19.26，P＜0.01）表達量減少，IκBα（F=45.23，P＜0.01）表達量增加。PTEN-Long 下調PI3K-AKT-NF-κB 信號通路（圖5、表2）。

2.4 PTEN-Long 抑制細胞增殖 通過CCK-8 法檢測0、24、48、72 h 的OD 值。與對照組及空載組比，過表達組細胞增殖能力降低（F=18.42，P＜0.01；F=79.72，P＜0.01；F=306.47，P＜0.01）（表3）。通過流式細胞儀檢測細胞周期，結果顯示過表達組細胞周期被阻滯在G0/G1 期（F=26.32，P＜0.01）（表4）。

圖4 通過凝膠電泳分析轉染前后mRNA 表達量變化Fig.4 Changes in mRNA expression after transfection were analyzed by agarose gel electrophoresis（n=3）

表1 通過2-△△Ct分析細胞中mRNA 的相對表達量Tab.1 Relative expression of mRNA in cells by 2-△△C（tn=3） ±s

表1 通過2-△△Ct分析細胞中mRNA 的相對表達量Tab.1 Relative expression of mRNA in cells by 2-△△C（tn=3） ±s

注：與對照組及空載組比較，**P ＜0.01

組別對照組空載組過表達組PTEN 1 1.04±0.09 1.13±0.21 PTEN-Long 1 1.16±0.16 69.37±14.62**AKT 1 0.99±0.08 1.02±0.69 NF-κBp65 1 1.03±0.09 0.54±0.07**IκBα 1 1.03±0.18 1.62±0.09**bcl-xl 1 0.99±0.03 0.20±0.03**

表2 細胞中蛋白的相對表達量Tab.2 Relative expression of protein in cells（n=3） ±s

表2 細胞中蛋白的相對表達量Tab.2 Relative expression of protein in cells（n=3） ±s

注：與對照組及空載組比較，**P ＜0.01

組別對照組空載組過表達組PTEN 0.70±0.06 0.67±0.04 0.72±0.05 PTEN-Long 0.28±0.04 0.23±0.03 0.59±0.55*AKT 0.45±0.04 0.44±0.05 0.42±0.07 p-Akt 0.46±0.53 0.44±0.04 0.09±0.05**NF-κBp65 0.71±0.04 0.65±0.04 0.39±0.05**p-p65 0.51±0.04 0.52±0.02 0.20±0.02**IκBα 0.73±0.04 0.69±0.04 0.95±0.03**bcl-xl 0.55±0.06 0.54±0.07 0.29±0.04**

圖5 Western blot 檢測轉染前后各蛋白的表達Fig.5 Expression of protein detected by Western blot（n=3）

表3 PTEN-Long 對細胞增殖的影響Tab.3 The effect of PTEN-Long on cell proliferation（n=3） ±s

表3 PTEN-Long 對細胞增殖的影響Tab.3 The effect of PTEN-Long on cell proliferation（n=3） ±s

注：與對照組及空載組比較，**P ＜0.01

組別對照組空載組過表達組0 h 0.58 0.58 0.58 24 h 1.59±0.09 1.60±0.11 1.21±0.14**48 h 2.29±0.08 2.14±0.09 1.58±0.11**72 h 2.76±0.11 2.61±0.15 1.08±0.08**

2.5 PTEN-Long 抑制細胞遷移 結果顯示PTENLong 抑制U251 細胞遷移，過表達組細胞遷移數量少，速度慢。在12、24 h 后，與對照組及空載組比，過表達組細胞遷移能力受抑制（F=128.42，P＜0.01；F=90.41，P＜0.01，圖6、表5）。

表4 PTEN-Long 對細胞周期的影響Tab.4 The effect of PTEN-Long on the cell cycle（n=3） ±s

表4 PTEN-Long 對細胞周期的影響Tab.4 The effect of PTEN-Long on the cell cycle（n=3） ±s

注：與對照組及空載組比較，**P ＜0.01

組別對照組空載組過表達組G0/G1（%）55.67±4.93 56.00±10.54 90.33±0.58**

表5 PTEN-Long 對細胞遷移的影響Tab.5 The effect of PTEN-Long on the ability of cells to migrate（n=3） ±s

表5 PTEN-Long 對細胞遷移的影響Tab.5 The effect of PTEN-Long on the ability of cells to migrate（n=3） ±s

注：與對照組及空載組比較，**P ＜0.01

組別對照組空載組過表達組愈合百分比（%）12 h 42.40±4.36 42.94±3.85 11.99±1.67**24 h 63.39±7.82 57.63±5.29 20.20±1.40**

2.6 PTEN-Long 抑制細胞侵襲 結果顯示過表達組侵襲細胞數量少。與對照組（124.20±6.29）及空載組（122.10 ± 5.04）相比，過表達組（37.90 ± 7.08）細胞侵襲能力受抑制（F=632.01，P＜0.01，圖7）。

3 討論

PTEN 可通過下調PI3K-AKT 及下游信號通路發揮腫瘤抑制作用，PTEN-Long 同樣可以作為PI3K 的拮抗劑，下調PI3K-AKT 信號通路。特殊的是PTEN-Long 比PTEN 多表達的173 個氨基酸賦予其細胞分泌及穿透作用，使其產物通過循環系統在全身發揮作用。

圖6 各組細胞遷移情況，黃線區域內為劃痕面積Fig.6 The migration of cells in each group，and the scratch area was in the yellow line region（SP×40，Bar：100 μm，n=3）

圖7 通過結晶紫染色顯示侵襲細胞Fig.7 Invasive cells were visualized by crystal violet staining（SP×100，Bar 50 μm，n=3）

NF-κB 家族成員通常與IκBs 結合并存在于胞漿中。如IκBs 與p65 結合，當IκBα被IKK 磷酸化，NF-κB-IκBs 復合物解離，p65 轉位于細胞核與相應靶基因結合，誘導轉錄。本研究的結果表明，PTEN-Long 抑制AKT 磷酸化，IκBα磷酸化水平降低，進而抑制p65 核轉位，影響轉錄過程，進而抑制細胞增殖。NF-κB 及下游信號通路活化后可促進促血管生成因子的產生，激活內皮細胞內的血管生成信號，促進腫瘤生長和轉移。結果顯示過表達組細胞遷移數量少，速度慢，侵襲細胞數少于對照組。所以PTEN-Long 通過下調PI3K-AKT-NFκB 信號通路抑制U251 細胞增殖、遷移及侵襲。

NF-κB 活化后可啟動cyclinD1 的轉錄，促進細胞周期由G0/G1 期向S 期的轉換，促進細胞增殖，導致細胞惡化、癌變［8］。本研究顯示過表達組抑制AKT 及NF-κB 活化，影響NF-κB 對cyclinD1 轉錄的啟動作用，細胞周期被阻滯在G0/G1 期。所以PTEN-Long 通過下調PI3K-AKT-NF-κB 信號通路阻滯細胞周期，抑制細胞增殖。NF-κB 與細胞存活及凋亡密切相關，PI3K-AKT 通過激活NF-κB 誘導抗凋亡基因表達增加。PTEN-Long 抑制PI3KAKT-NF-κB 通路活性，進而抑制NF-κB 激活引起的凋亡耐受作用，抑制抗凋亡基因Bcl-xl 的表達。本研究結果顯示，PTEN-Long 具有促進腫瘤細胞凋亡的作用。

有研究表明PTEN-Long 前導序列本質上是無序的［9］，富含翻譯后修飾，增加了PTEN 的治療活力，使PTEN-Long 前導序列可被用于遞送治療性蛋白質的有效載體，如PTEN-L-p53 顯著抑制U251的增殖、遷移和侵襲［10］。這提供了一種新方法來改善臨床中的癌癥治療［10-11］，避免腺病毒介導治療的不良反應。研究顯示PTEN-Long 表達產物可以降低p-Akt 水平并抑制U87 增殖［12］，抑制HCV 復制［13］，抑制腎癌細胞生長［14］，還可抑制PINK1-Parkin 介導的線粒體自噬［15］。鑒于PTEN-Long 的優勢，其有可能成為基因治療的新靶點。

綜上，實驗結果證實了PTEN-Long 可在U251中通過下調PI3K-AKT-NF-κB 信號通路發揮腫瘤抑制作用。特殊的是膠質瘤的治療存在血腦屏障問題，下一步可構建裸鼠腦腫瘤模型，繼續探索PTEN-Long 對膠質瘤的作用及機制。

感謝：感謝河北大學附屬醫院中心實驗室各位老師的幫助。