體內熒光活體成像觀察miR-581對結直腸癌細胞SW620轉移能力的影響①

丁婷婷 張 紅 馮繼紅 馬 虎

(遵義醫科大學附屬醫院腫瘤醫院腫瘤科，遵義 563003)

結直腸癌(colorectal cancer,CRC)是世界范圍內最常見的消化道惡性腫瘤。主要發生于直腸和乙狀結腸交界處，在40～50歲人群發病風險最高，男性的發病率是女性的2～3倍[1]。CRC具有侵襲性和轉移性，伴有療效差、復發率高、預后差及高發病率等特點，其發病率和死亡率分別排在所有惡性腫瘤的第三和第四[2，3]。隨著經濟的發展和人們生活方式的變化，CRC的發病率升高，且發病人群年輕化[4]。2017年Siegel等[5]發現，盡管年輕群體中CRC患者僅占癌癥患者總數的一小部分，但在該群體中CRC的發生率正在以驚人的速度上升。其隱匿的臨床表現和預后不良的特點，已經對人類健康造成重大負擔。

miR-581是一類新近發現的大小約85 bp的miRNA分子[6]。課題組前期研究發現miR-581在CRC組織中低表達，且在細胞水平檢測出其可抑制CRC細胞的侵襲和遷移并驗證miR-581靶向調控PRDX1[7]。本研究通過上調CRC細胞株SW620中miR-581表達，利用帶有熒光素酶標記的病毒感染CRC細胞株SW620(記為miR-581-NC-Luc、miR-581-UP-Luc)，經尾靜脈注射入裸鼠體內，建立裸鼠CRC轉移模型，通過體內熒光成像動態觀察miR-581對CRC生長及轉移能力的影響。體外細胞水平驗證結合體內組織水平驗證綜合評估miR-581在體內外對CRC細胞株生物學行為的影響，為深入研究抑制CRC腫瘤細胞轉移的相關機制并找到抑制手段提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1實驗動物與細胞 4周齡左右的雌性BALB/c SPF級裸小鼠，購自長沙市天勤生物技術有限公司，許可證號碼：SCXK(湘)2014-0011；SW620細胞株購自上海生命科學研究院細胞庫。

1.1.2試劑和儀器 L-15 培養基購自美國 Gibco 公司；熒光素酶慢病毒誘導表達載體購自上海吉凱基因；Lumina LT小動物活體成像系統購自美國Perkin Elmer公司。

1.2方法

1.2.1細胞培養 結直腸癌細胞株 SW620培養于含10%FBS和1%PEST。L-15培養基，培養條件為 37℃、5%CO2，每 2～3 d 換液1次，當細胞數達長滿培養瓶底部時，收集細胞。

1.2.2制備miR-581-NC和miR-581-UP穩轉株 熒光素酶標記的慢病毒感染處于對數生長期的SW620細胞，胰酶消化，完全培養基制成5×104個/ml細胞懸液，并以2.5×106個/孔細胞接種于6孔板、繼續培養保證感染時鋪板量達到15～30%。根據預實驗結果，12 h更換感染培養基，根據病毒MOI值加入1 μl病毒感染。觀察感染后細胞狀態及感染效率。若下游為細胞功能實驗，需保證感染效率達到 80%左右；若為篩靶實驗，則感染效率需達到 90%以上。

1.2.3尾靜脈注射轉移模型的構建 準備好腫瘤細胞后(2×107/ml)，一次性無菌注射器吸取細胞，緩慢注射至裸鼠尾靜脈，100 μl/只。活體成像儀下觀察細胞接種情況：10 μl/g劑量腹腔注射D-Luciferin(15 mg/ml)，15 min后，按10 μl/g劑量腹腔注射 0.7%戊巴比妥鈉麻醉動物，待動物麻醉，將其置于活體成像儀下成像，觀察熒光，保存數據。實驗組及對照組各5只裸小鼠，兩組裸小鼠從尾靜脈注射后第一周開始活體成像動態觀察，之后每周觀察1次。連續觀察5周結束實驗，結束前對小鼠進行最后1次活體成像，方法同上。

1.2.4取轉移肺組織做HE染色及組織免疫熒光 成像結束后，對實驗動物注射過量 2%戊巴比妥鈉(0.5 ml)安樂致死，待其完全昏迷再進行頸椎脫臼確認死亡。取出其肺、肝臟及其他器官組織，熒光成像觀察其器官組織是否有出現轉移灶，并進行熒光定量分析。將取出的肝、肺等器官，置于多聚甲醛固定常溫或-80℃冷凍后液氮保存，為后續HE染色及免疫熒光等實驗作準備。

1.3統計學分析 采用SPSS22.0統計軟件分析數據，行方差齊性分析檢驗，F≥0.05，則按等方差雙樣本檢驗得到P值，F<0.05，則按異方差雙樣本檢驗得到P值。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1miR-581-Luc轉染SW620細胞后轉染效率檢測 兩組均成功轉入病毒，PRDX1的熒光表達強表明SW620-miR-581-UP組的表達強度較SW620-NC組減弱。見圖1。

2.2miR-581對SW620中PRDX1在mRNA水平表達的影響 qRT-PCR結果顯示，SW620-miR-581-UP組PRDX1表達水平顯著低于SW620-NC組(P<0.05，圖2)。

2.3尾靜脈注射轉移模型的建立 結果表明，兩組細胞接種后第2周即可通過活體成像系統在胸部檢測到腫瘤細胞的發光信號，熒光信號隨接種時間增長逐漸增強，在第5周達到最強(圖3)。區域內熒光表達總量可以間接反映攜帶熒光標記的細胞數量或腫瘤體積。

2.4轉移結果統計 轉移結果統計為：SW620-NC組尾靜脈接種5只，肺轉移4只，轉移率80%；SW620-miR-581-UP組尾靜脈接種5只，肺轉移3只，轉移率60%。SW620-NC組及miR-581-UP組裸小鼠均未發現肝轉移灶。分析各組裸鼠的區域內熒光表達量，結果表明，實驗組各裸鼠平均熒光表達量較NC組低(P<0.05)，測定值差異為20%～50%，判斷為陽性結果，見圖4。

2.5轉移裸小鼠肺組織的HE染色 鏡下可見腫瘤細胞排列成巢狀或團索狀，腫瘤細胞大小各異，形態不規則，胞漿豐富，細胞核大而深染，核分裂象多見(圖5)。

圖1 細胞熒光間接檢測SW620細胞轉染后miR-581的表達Fig.1 Indirect detection of expression of miR-581 after transfection of SW620 cells by cell fluorescence

圖2 qRT-PCR檢測SW620細胞轉染后PRDX1表達Fig.2 qRT-PCR detection of PRDX1 expression after SW620 cell transfectionNote:Compared with SW620-miR-581-UP，***.P<0.05.

圖3 活體熒光成像動態監測原位移植SW620-Luc細胞在裸鼠體內表達情況Fig.3 Dynamic monitoring of in vivo fluorescence imaging of SW620-Luc cells in nude mice

圖4 實驗組及對照組裸鼠轉移情況統計Fig.4 Statistics of metastasis of nude mice in experimen-tal group and control groupNote:A.Fluorescence expression in lung area of nude mice；B.Comparative analysis of fluorescence expression in average area of experimental group and control group.

圖5 光鏡下觀察裸鼠肺組織CRC轉移灶Fig.5 Observation of metastasis of CRC in lung tissues of nude mice under light microscope

圖6 轉移裸小鼠肺組織標本免疫熒光檢測PRDX1的陽性率Fig.6 Immunofluorescence detection of PRDX1 positive rate in lung tissue of transferred nude mice

2.6轉移小裸鼠冰凍肺組織切片免疫熒光染色 SW620-NC對照組PRDX1表達量高于SW620-miR-581-UP實驗組，從組織水平證明miR-581上調可降低PRDX1表達，與細胞水平的實驗結果一致(圖6)。

3 討論

活體成像技術已被用于多種腫瘤動物模型中原發性腫瘤生長及轉移情況的檢測[8]。該技術可隨時間推移對同一組動物中的腫瘤負荷進行非侵入性動態觀察和實時評估[9]。熒光素酶基因可以穩定地整合至靶細胞染色體，且不會隨細胞分裂而丟失。熒光素酶轉染的細胞幾乎可以監測動物體內的任何位置，僅有少數細胞足以產生可通過MRI或CT掃描檢測不到的信號[10-12]。此外，熒光活體成像可定量標記體內腫瘤細胞的存活數量，從而在同一實驗或多個實驗中進行比較。非侵入性地跟蹤體內腫瘤細胞并實時觀察其生長可以更好地理解癌癥發展機制及干預手段的療效[13]。活體成像技術在腫瘤干預的實時觀察研究中具有重大意義[14]。

miRNAs在腫瘤中多為異常表達，近年研究提示miRNA在腫瘤的發生發展中起關鍵作用，其可靶向作用于多種基因參與腫瘤細胞的生物學過程[15,16]。過氧化還原酶1(PRDX1)又稱為增殖相關蛋白，屬于過氧化還原酶超家族主要成員，定位于細胞質，與細胞的增殖和分化相關，在乳腺癌、肺癌及CRC等多種實體瘤組織中高表達[17]。課題組前期生物信息學分析發現PRDX1的3′UTR區有miR-581結合位點，并在細胞水平上驗證得出miR-581靶向負調控PRDX1。但腫瘤的發生發展機制復雜，且miRNA調控的基因數目眾多，可調控很多靶點，在不同的腫瘤中可能發揮不同的作用[18-20]。

本研究利用慢病毒包被含有熒光素酶基因的質粒，通過慢病毒的感染將熒光素酶基因轉染至CRC SW620細胞，并設置分組為miR-581-NC組和miR-581-UP組。通過免疫熒光檢測PRDX1表達間接檢測miR-581的表達，結果發現相較于對照組，miR-581上調組PRDX1熒光表達相對較弱，表明miR-581表達上調，病毒轉染成功，經篩選獲得能夠穩定表達熒光素酶的細胞株，建立裸鼠CRC皮下異位移植瘤模型。6周后統計得出結果為：相較于miR-581-NC組，miR-581-UP組的裸鼠體質量無變化(P>0.05)；miR-581-NC組尾靜脈接種5只，肺轉移4只，轉移率80%；miR-581-UP組尾靜脈接種5只，肺轉移3只，轉移率60%。通過總轉移率、轉移灶個數、轉移區域內熒光表達量等多方面分析初步得出，相對于miR-581-NC對照組，miR-581-UP實驗組SW620在體內轉移能力有所下降；HE染色可以清晰看到核大深染的癌巢細胞團。結合課題組前期體外試驗結果得出，miR-581促進CRC細胞增殖，抑制其侵襲和轉移，與體內試驗結果趨勢一致，即miR-581過表達抑制CRC的體內外的轉移能力。

綜上所述，從動物水平出發利用熒光活體成像闡述miR-581在CRC轉移中發揮的重要功能。該技術在結直腸動物模型的活體成像過程中具有直觀性、連續性及敏感性等特點，與組織離體鏡下觀察相結合，提高了檢測的準確性及實用性，對今后CRC的早期診斷、早期治療及抗癌藥物療效評估有重要意義。