miR-145通過mTOR途徑調控NSCLC A549細胞生物學特性

李 柱， 吳 烜， 彭小丹， 王樹濱

(北京大學深圳醫院腫瘤內科，廣東省深圳市518000)

非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)是最為常見的肺癌種類，雖然其發病率近年來呈現明顯改善趨勢，但由于缺乏有效的早期鑒別和治療指標，導致NSCLC患者5年生存率仍較低[1]。因此，積極尋找有效治療NSCLC的臨床靶標具有十分重要的意義。真核生物miRNA屬于內源性小非編碼RNA，miRNA表達異常在調控細胞增殖、分化、轉移、發育、凋亡和侵襲等過程中扮演著十分重要的角色[2]，在癌癥發生發展過程中也起到十分重要的作用[3]。近年有研究指出，肝癌、乳腺癌、胃癌、腎癌、喉癌、前列腺癌等多種癌癥的發生和發展均與miR-145異常表達關系密切[4]，但miR-145在NSCLC中的作用及機制仍有待研究。雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)是C羧基端激酶類家族成員，參與細胞DNA修復、端粒長度、周期檢查點調整和細胞死亡等多種過程，逐漸成為了近年來臨床研究的熱點[5-6]。因此，本研究擬分析miR-145調控NSCLC A549細胞生物學特性及對mTOR信號轉導通路的影響，現報道如下。

1 材料和方法

1.1 細胞培養和分組

NSCLC A549細胞購自上海細胞庫。miR-145模擬物、陰性模擬物引物均由上海生工生物工程有限公司提供;miR-145抗體、miRNA陰性對照抗體均由Ambion公司提供。A549細胞用含10%胎牛血清的RPMI-1640完全培養基培養，5% CO2、37 ℃培養，待細胞長至80%時傳代培養或進行干預。細胞生長至對數期時，A549細胞用胰蛋白酶消化，分為miR-145組、對照組、miR-145抗體組和對照抗體組。6孔細胞培養板中每孔接種3.5×105個A549細胞，置于細胞培養箱中培養24 h。除去培養基加入無血清培養基后，用LipofectamineTM2000轉染試劑盒進行質粒轉染，完成轉染后置于細胞培養箱中培養6 h，用含10%胎牛血清的RPMI-1640完全培養基培養細胞。

1.2 qRT-PCR檢測miR-145表達

抽提各組細胞總核酸，嚴格按照反轉錄試劑盒和qRT-PCR檢測試劑盒說明書進行操作，檢測細胞中miR-145表達情況。所用引物及試劑盒均由南京金斯瑞生物科技有限公司提供。miR-145上游引物：5′-CGCGCTCGAGCCCAGAGCAATAAGCCACAT-3′，下游引物：5′-GGTGTCGTGGAGTCGGCAATTCAG TTGAG-3′；U6上游引物：5′-CTCGCTTCGGCAGCA CA-3′，下游引物：5′-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3′。

1.3 MTT檢測細胞增殖活性

將細胞按照5×103個/孔接種于96孔板中，細胞培養箱中培養48 h后加入20 μL MTT試劑，培養4 h后，采用多功能酶標儀檢測光密度(OD490 nm)，計算細胞存活率。細胞存活率(%)=實驗組OD值/對照組OD值×100%。

1.4 流式細胞術檢測細胞凋亡率

PBS緩沖液清洗后，調整細胞至1×106個/mL，取100 μL細胞懸液，采用Annexin V-FITC/PI細胞凋亡檢測試劑盒處理細胞，流式細胞術檢測各組細胞凋亡率。細胞處理嚴格按照試劑盒說明書進行操作。

1.5 細胞遷移實驗

取細胞接種于6孔板中，37 ℃孵育至板底被鋪滿，使用100 μL槍頭劃一條線，保持劃痕寬度一致，拍照并做標記，37 ℃孵育24 h。6孔板經PBS清洗后，于顯微鏡下觀察細胞遷移情況，計算遷移至劃痕區域中的細胞數量。

1.6 細胞侵襲實驗

使用matrigel膠包被Transwell小室后，調整細胞至5×104個/mL，取0.5 mL細胞懸液加入Transwell小室內，培養24 h。取出小室，將上室細胞擦凈并用PBS洗滌，預冷甲醇固定下室細胞30 min，結晶紫染色10 min，顯微鏡下取6個視野計算下室的細胞數。

1.7 Western blotting檢測蛋白表達

取各組細胞提取總蛋白，采用BCA定量試劑盒檢測蛋白水平。采用SDS-PAGE分離蛋白，將目標蛋白轉移至PVDF膜。BSA封閉1 h后，分別使用mTOR、磷酸化mTOR(phosphorylated mTOR,p-mTOR)、真核細胞翻譯起始因子-4E(eukaryotic initiation factor-4E,eIF4E)、磷酸化eIF4E(phosphorylated eIF4E,p-eIF4E)、核糖體蛋白S6激酶(ribosomal protein S6 kinase,p70S6K)、磷酸化p70S6K(phosphorylated p70S6K,p-p70S6K)、S6核糖體蛋白(ribosomal protein S6,S6)、磷酸化S6(phosphorylated S6,p-S6)、eIF4E結合蛋白1(eIF4E-binding protein，4E-BP)、磷酸化4E-BP(phosphorylated 4E-BP,p-4E-BP)、一抗抗體孵育，4 ℃過夜。TBST洗滌3次后，二抗室溫孵育1 h，TBST再次洗滌后，使用增強型化學發光(enhanced chemiluminescence,ECL)試劑盒檢測各組蛋白表達水平。

1.8 統計學方法

2 結 果

2.1 各組miR-145表達水平的比較

對照組和對照抗體組細胞miR-145表達水平差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞miR-145表達水平存在明顯差異，其中miR-145組最高，miR-145抗體組最低(P<0.05；圖1)。

圖1 各組miR-145表達水平的比較。

2.2 各組細胞增殖活性的比較

對照組和對照抗體組細胞增殖活性差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞增殖活性存在明顯差異，其中miR-145組最低，miR-145抗體組最高(P<0.05；表1)。

表1 各組細胞增殖活性、凋亡率、遷移活性、侵襲活性的比較(n=5)

2.3 各組細胞凋亡率的比較

對照組和對照抗體組細胞凋亡水平差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞凋亡水平存在明顯差異，其中miR-145組最高，miR-145抗體組最低(P<0.05；表1和圖2)。

圖2 各組細胞凋亡率的比較(流式細胞術)

2.4 各組細胞遷移活性的比較

對照組和對照抗體組細胞遷移活性差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞遷移活性存在明顯差異，其中miR-145組最低，miR-145抗體組最高(P<0.05；表1和圖3)。

圖3 各組細胞遷移結果的比較

2.5 各組細胞侵襲活性的比較

對照組和對照抗體組細胞侵襲差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞侵襲存在明顯差異，其中miR-145組最低，miR-145抗體組最高(P<0.05；表1和圖4)。

圖4 各組細胞侵襲活性的比較(結晶紫染色，200×)

2.6 各組細胞mTOR信號通路蛋白表達的比較

對照組和對照抗體組細胞p-mTOR/mTOR、p-eIF4E/eIF4E、p-p70S6K/p70S6K、p-S6/S6、p-4E-BP/4E-BP表達水平差異無顯著性(P>0.05)，miR-145組和miR-145抗體組與其比較，細胞p-mTOR/mTOR、p-eIF4E/eIF4E、p-p70S6K/p70S6K、p-S6/S6、p-4E-BP/4E-BP表達水平存在明顯差異，其中miR-145組各指標表達水平最低，miR-145抗體組最高(P<0.05；圖5)。

圖5 Western blotting檢測各組細胞mTOR信號通路蛋白的表達

3 討 論

miRNA是人體內重要的生物活性分子，可靶向mRNA的3′-UTR區，起到抑制mRNA翻譯或降解mRNA的作用，可有效調節細胞凋亡、增殖、轉移。有報道指出，miRNA的表達異常在腫瘤發生的各階段均可檢測到，并扮演一定的癌基因和抑癌基因的作用[7]。有學者指出，肝外膽管癌中miR-143處于低表達狀態，miR-143表達水平升高可顯著抑制膽管癌細胞增殖，阻滯細胞周期，促進細胞凋亡[8]。膽管癌細胞中miR-26a表達上調可促進腫瘤細胞大量增殖[9]。miRNA具有十分重要的生物學功能，但其作用機制仍需要進一步研究和分析。miR-145在基因組中位于5號染色體，常被認為屬于抑癌基因。有研究指出，miR-145可作用于信號轉導和轉錄激活因子1、人表皮生長因子受體2、表皮生長因子受體等基因，對細胞多種生物學行為進行調控[10]。此外，miR-145在胃癌、前列腺癌、宮頸癌等腫瘤組織中均處于低表達狀態，miR-145表達增加會抑制腫瘤擴散，具有一定的抑制腫瘤作用[11]。本研究選擇miR-145，分析其在肺癌細胞A549中的生物學特征及其作用機制。

本研究結果顯示，A549細胞高表達miR-145后，細胞增殖活性、遷移能力及侵襲能力均顯著降低，細胞凋亡率顯著升高，說明miR-145表達增加后可顯著降低A549細胞的增殖活性、遷移能力及侵襲能力，并有效升高細胞凋亡率。

mTOR是調控和聯系細胞代謝上下游的關鍵分子，可通過脂肪合成、蛋白翻譯等系統抑制細胞自噬，發揮生物學活性。有研究指出，非磷酸化4E-BP1結合在eIF4E上可有效抑制其生物學活性，而mTOR可調控蛋白翻譯促進S6K1和4E-BP1磷酸化，當4E-BP1磷酸化后，會與eIF4E解離，使eIF4E招募翻譯起始因子復合體[12]。當mTOR促進S6K1磷酸化后，會促進其底物翻譯，此外S6K1可增強RnAPI轉錄活性，誘導核糖體生物合成，mTOR可通過SREBP1間接上調脂肪酸合成酶表達水平和活性，調控脂肪酸代謝進程，因而在腫瘤的發生和發展過程中mTOR信號通路扮演著十分重要角色[13]。本研究進一步分析miR-145潛在的作用機制發現，miR-145高表達會顯著抑制mTOR、eIF4E、p70S6K、S6、4E-BP蛋白磷酸化。本研究結果提示，miR-145通過mTOR信號通路實現對A549細胞的生物學調控。

綜上所述，miR-145可通過mTOR途徑調控NSCLC A549細胞生物學特性，促進細胞凋亡，抑制細胞增殖活性、遷移能力及侵襲能力。但本研究并未就miR-145的基因作用網絡進行深入探討，有待后續研究分析。