李海洋, 張 淼, 陸 峰, 戴素華, 李芳芳, 魚紅亮, 后 博, 張 偉, 張明雷, 尹曉東
(江蘇省濱海縣人民醫院, 1. 放療科, 2. 消化內科, 3. 普外科, 4. 腫瘤科, 6. 血液科, 江蘇 鹽城, 224500; 5. 江蘇省腫瘤醫院 腫瘤科, 江蘇 南京, 210009)
胃癌起源于胃黏膜上皮細胞,是消化道常見的侵襲性惡性腫瘤,發病率和病死率均很高[1]。研究[2]認為,胃癌可能是環境、飲食、幽門螺桿菌感染、遺傳等多種因素共同作用的結果。目前,手術聯合放療、化療是胃癌的主要治療手段[3-4], 但胃癌早期發病隱匿,診斷較為困難,往往不能及時治療,導致患者治療效果差和預后不良[5]。因此,探究胃癌進展相關的分子靶標可為改善胃癌患者預后提供重要的理論依據。N-乙酰氨基半乳糖轉移酶1(GALNT1)是N-乙酰氨基半乳糖轉移酶(GALNT)家族的一員,其主要功能是參與O-糖基化合成[6]。異常的糖基化是多種人類腫瘤發生的標志,且與細胞多種生物學行為密切相關[7]。相關研究[8]報道, GALNT1在胃腸道腫瘤中主要充當致癌因子,可促進結直腸癌腫瘤生成及肝轉移。然而, GALNT1是否在胃癌中異常表達并參與疾病進展尚未明確。真核翻譯起始因子4γ2(EIF4G2)是真核翻譯起始因子4γ(EIF4G)的一種亞型,其在大鼠胃黏膜中的高表達可誘導胃癌細胞體外增殖[9]。然而, EIF4G2表達對胃癌進展的影響及其可能的調控機制仍需深入探究。本研究探討GALNT1對胃癌細胞生物學行為的具體影響,并分析GALNT1mRNA與EIF4G2的相互關系,現報告如下。
永生化人胃黏膜上皮細胞GES-1和人胃癌細胞HGC-27(北納生物); 人胃癌細胞KE-39(上海酶研生物科技有限公司); 人胃癌細胞AGS、SNU-1、SNU-16(美國菌種保藏中心); RPMI-1640培養基、DMEM培養基(美國思拓凡公司); 胎牛血清(FBS)(浙江天杭生物科技股份有限公司); Lipofectamine?2000轉染試劑、分光光度計、PierceTM磁性RNA-蛋白Pull-Down試劑盒(美國賽默飛世爾科技公司); sh-GALNT1-1、sh-GALNT1-2、shRNA-EIF4G2-1、shRNA-EIF4G2-2重組慢病毒和陰性對照sh-NC、shRNA-NC(廣州市銳博生物科技有限公司); oe-EIF4G2和oe-NC質粒(北京義翹神州科技股份有限公司); RNAiso Plus試劑[寶日醫生物技術(北京)有限公司]; ReverTraAce實時熒光定量聚合酶鏈反應(RT-qPCR)試劑盒[東洋紡(上海)生物科技有限公司]; FastStart Universal SYBR Master Mix、CCK-8試劑(德國羅氏診斷有限公司); GoTaq?實時定量PCR系統(美國普洛麥格公司); RIPA裂解液、二喹啉甲酸(BCA)蛋白濃度測定試劑盒(北京索萊寶科技有限公司); 兔源GALNT1、Bcl-2、Bax、cleaved-caspase3、caspase3、caspase9、MMP2、MMP9、GPADH抗體和辣根過氧化物酶(HRP)標記的羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)(英國Abcam公司); 兔源EIF4G2、cleaved-caspase9抗體(美國Cell Signaling Technology公司); ECL發光液(北京酷來搏科技有限公司); TUNEL染色試劑盒(上海碧云天生物科技有限公司); 基質膠和Transwell小室(美國BD公司); 鏈霉親和素磁珠、放線菌素D(美國MedChemExpress公司); Magna RNA結合蛋白免疫沉淀試劑盒(美國密理博公司); Image J軟件(美國國立衛生研究院); 熒光顯微鏡(德國歐蒙醫學診斷有限公司); 倒置顯微鏡(日本奧林巴斯)。
1.2.1 生物信息學分析: 利用CCLE數據庫(https://sites.broadinstitute.org/ccle)分析GALNT1、EIF4G2在胃癌細胞和正常細胞中的表達情況; 利用GEPIA數據庫(http://gepia.cancer-pku.cn/)分析GALNT1、EIF4G2在胃癌組織和正常組織中的表達情況,并預測GALNT1、EIF4G2在胃癌組織中的相關性。
1.2.2 細胞培養: 永生化人胃黏膜上皮細胞GES-1和人胃癌細胞AGS、KE-39常規培養于DMEM培養基中; 人胃癌細胞SNU-1、HGC-27、SNU-16均用RPMI-1640培養基進行孵育。除了HGC-27細胞的培養基含有20%FBS以外,其余細胞的培養基含有10%FBS, 均置于37 ℃、5%CO2的孵育箱中。
1.2.3 細胞轉染: 當接種于6孔板中的細胞(5×104個/孔)融合度達到60%~70%時,嚴格按照Lipofectamine?2000轉染試劑使用說明將sh-GALNT1-1、sh-GALNT1-2、sh-NC、shRNA-EIF4G2-1、shRNA-EIF4G2-2、shRNA-NC、oe-EIF4G2和oe-NC瞬時轉染至各組細胞中,分別設為sh-GALNT1-1組、sh-GALNT1-2組、sh-NC組、shRNA-EIF4G2-1組、shRNA-EIF4G2-2組、shRNA-NC組、oe-EIF4G2組和oe-NC組,另取未轉染的細胞設為對照組; 在AGS細胞中分別共轉染sh-GALNT1-1+oe-NC和sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2, 并分別設為sh-GALNT1-1+oe-NC組和sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組, 48 h后轉染完成,檢測轉染效率。
1.2.4 RT-qPCR檢測GALNT1和EIF4G2表達: 使用RNAiso Plus試劑從各組細胞中提取總RNA。向每10 cm2的培養細胞中加入1 mL RNAiso Plus后勻漿,室溫靜置5 min, 加入RNAiso Plus試劑1/5體積量的氯仿,劇烈震蕩混勻,室溫靜置5 min, 12 000 ×g 4 ℃離心15 min, 將上清液轉移至新的離心管中,加入與上清液等體積的異丙醇,顛倒混勻,室溫靜置10 min, 12 000×g 4 ℃離心10 min, 棄上清,向沉淀中加入1 mL的75%乙醇清洗沉淀,棄上清保留沉淀,干燥,并加入適量的RNase-free水溶解沉淀。隨后按照ReverTraAce RT-qPCR試劑盒說明書進行cDNA合成。以cDNA為模板,加入FastStart Universal SYBR Master Mix在GoTaq?實時定量PCR系統中進行PCR擴增反應。以GAPDH為內參,采用2-△△Ct法進行數據分析。
1.2.5 蛋白質印跡法(Western blot): 使用RIPA裂解液對蛋白進行提取,并用BCA試劑盒進行蛋白濃度檢測。將行10%SDS-PAGE電泳的等量蛋白質轉移至PVDF膜并在5%脫脂牛奶中進行室溫封閉,加入一抗于4 ℃下進行孵育,并加入HRP標記的羊抗兔二抗于室溫下進行孵育。加入ECL發光液對蛋白條帶進行顯影,用Image J軟件記錄灰度值。
1.2.6 CCK-8法檢測細胞活性: 將轉染后的AGS細胞種植于96孔板中進行培養(5×103個細胞/孔),分別于24、48、72 h后,加入體積分數為10%的CCK-8試劑。2 h后,使用分光光度計于450 nm處檢測光密度值,并繪制增殖曲線。
1.2.7 克隆形成實驗檢測細胞克隆形成能力: 將轉染后的AGS細胞接種于直徑6 cm培養皿中,每皿1×104個細胞。2周后終止培養,以磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌后用多聚甲醛固定細胞,室溫下用0.5%結晶紫染色10 min。拍照保存并計算細胞克隆形成數目。
1.2.8 TUNEL染色法檢測細胞凋亡: 將轉染后的AGS細胞接種于96孔板中,經4%多聚甲醛和0.5% Triton X-100進行固定和透化處理后,添加TUNEL試劑,嚴格按照試劑盒說明書于37 ℃下反應45 min, 隨后用DAPI對細胞核進行染色,于熒光顯微鏡下觀察細胞凋亡情況。
1.2.9 劃痕實驗檢測細胞遷移: 在6孔板中加入處于生長對數期的AGS細胞,細胞達到90%融合度時,使用200 μL無菌槍頭劃1條線, PBS洗滌3次后,加入無血清DMEM培養基。于倒置顯微鏡下測量0、48 h時的傷口寬度,計算細胞遷移數。
1.2.10 Transwell實驗檢測細胞侵襲能力: 將轉染后的AGS細胞接種于含有基質膠的Transwell上室內,向Transwell下室加入500 μL含10%FBS的DMEM培養基。24 h后,用棉簽擦去上室膜表層細胞,并分別用多聚甲醛和結晶紫進行固定和染色處理,最后使用倒置顯微鏡對侵襲細胞進行計數。
1.2.11 RNA結合蛋白免疫沉淀: 嚴格根據制造商的說明,使用Magna RNA結合蛋白免疫沉淀試劑盒進行RIP實驗。將羊抗兔IgG或EIF4G2抗體包被的磁珠與制備好的細胞裂解物于4 ℃下孵育過夜,然后洗滌RNA-蛋白質復合物并與蛋白酶K緩沖液一起孵育,最后對RNA進行提取并純化,利用RT-qPCR進行富集度分析。
1.2.12 RNA下拉實驗: 嚴格根據說明書要求使用PierceTM磁性RNA-蛋白Pull-Down試劑盒進行RNA下拉實驗。使用生物素標記的DNA探針與鏈霉親和素磁珠在室溫下孵育30 min, 并將細胞裂解物與鏈霉親和素磁珠于4 ℃下孵育過夜。清洗磁珠,分離與磁珠結合的蛋白質,進行Western blot分析。
1.2.13 RNA穩定性檢測: 將細胞接種于6孔板(6×105個細胞/孔)中, 37 ℃孵育過夜,然后用5 μg/mL放線菌素D對細胞進行處理(0、3、6、9、12 h),通過RT-qPCR檢測mRNA穩定性。

CCLE數據庫檢測結果顯示,GALNT1在胃癌細胞中表達上調,見圖1A; GEPIA數據庫檢測結果顯示,與正常組織比較,GALNT1在胃癌組織中表達上調,差異有統計學意義(P<0.05), 見圖1B; GEPIA數據庫檢測結果顯示,GALNT1高表達與胃癌患者低總體生存率相關,見圖1C。RT-qPCR、Western blot檢測結果顯示,與永生化人胃黏膜上皮細胞GES-1比較,GALNT1mRNA、GALNT1蛋白在人胃癌細胞(HGC-27、AGS、SNU-1、SNU-16、KE-39)中的表達水平更高,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖1D、圖1E。本研究選用GALNT1相對表達量最高的AGS細胞進行后續實驗。

A: 基于CCLE數據庫檢測GALNT1在胃癌細胞中的表達; B: 基于GEPIA數據庫檢測GALNT1在胃癌組織、正常組織中的表達(不同組織比較,*P<0.05); C: 基于GEPIA數據庫檢測GALNT1表達與胃癌患者生存率的相關性; D、E: RT-qPCR檢測GALNT1 mRNA、Western blot檢測GALNT1蛋白在永生化人胃黏膜上皮細胞系和人胃癌細胞中的表達(與GES-1比較, ***P<0.001)。圖1 GALNT1在胃癌組織和胃癌細胞中的表達及與患者不良預后的關系
為闡明GALNT1對胃癌細胞生物學行為的具體影響,本研究將sh-GALNT1-1、sh-GALNT1-2干擾質粒轉染至AGS細胞并檢測轉染效率。結果顯示,與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組、sh-GALNT1-2組GALNT1mRNA、GALNT1蛋白表達均降低,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖2A、圖2B, 本研究后續選擇轉染效率較高的sh-GALNT1-1進行實驗。CCK-8法檢測結果顯示,與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組中細胞活性降低,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖2C??寺⌒纬蓪嶒灲Y果表明, sh-GALNT1-1組細胞克隆形成率低于sh-NC組,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖2D。TUNEL實驗結果表明,與sh-NC組相較, sh-GALNT1-1組細胞凋亡率上升,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖2E。凋亡相關蛋白的Western blot測定結果表明, sh-GALNT1-1組中Bcl-2蛋白表達低于sh-NC組, Bax、cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白表達高于sh-NC組,差異有統計學意義(P<0.001), 2組caspase3、caspase9蛋白表達比較,差異無統計學意義(P>0.05), 見圖2F。

A、B: RT-qPCR、Western blot檢測GALNT1干擾質粒的轉染效率; C: CCK-8法檢測AGS細胞活力; D: 克隆形成實驗檢測AGS細胞克隆形成能力; E: TUNEL實驗檢測AGS細胞凋亡情況; F: Western blot檢測凋亡相關蛋白表達情況。與sh-NC組比較, ***P<0.001。圖2 干擾GALNT1對胃癌細胞增殖和凋亡的影響
劃痕實驗顯示,與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組劃痕相對愈合率降低,遷移細胞數目減少,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖3A。Transwell實驗顯示,與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組侵襲細胞數目減少,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖3B。Western blot結果表明, sh-GALNT1-1組MMP2、MMP9蛋白表達水平低于sh-NC組,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖3C。

A: 劃痕實驗檢測AGS細胞遷移能力; B: Transwell 實驗檢測AGS細胞侵襲能力; C: Western blot檢測轉移相關蛋白表達。與sh-NC組比較, ***P<0.001。圖3 干擾GALNT1對胃癌細胞遷移和侵襲能力的影響
CCLE數據庫檢測結果顯示,EIF4G2在胃癌細胞中表達上調,見圖4A; GEPIA數據庫檢測結果顯示,與正常組織比較,EIF4G2在胃癌組織中表達上調,差異有統計學意義(P<0.05), 見圖4B; GEPIA數據庫檢測結果顯示,EIF4G2高表達與胃癌患者低總體生存率相關,見圖4C。GEPIA預測結果發現,EIF4G2與GALNT1在胃癌組織中的表達呈正相關,見圖4D。RT-qPCR、Western blot檢測結果顯示,與GES-1細胞比較,EIF4G2mRNA、EIF4G2蛋白在AGS細胞中的表達水平更高,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖4E、圖4F。

A: 基于CCLE數據庫檢測EIF4G2在胃癌細胞中的表達; B: 基于GEPIA數據庫檢測EIF4G2在胃癌組織與正常組織中的表達(不同組織比較, *P<0.05); C: 基于GEPIA數據庫檢測EIF4G2表達與胃癌患者生存率的相關性; D: 基于GEPIA數據庫檢測GALNT1與EIF4G2在胃癌組織中表達的相關性; E、F: RT-qPCR檢測EIF4G2 mRNA、Western blot檢測EIF4G2蛋白在人胃黏膜上皮永生細胞系和胃癌細胞中的表達(與GES-1比較, ***P<0.001)。圖4 EIF4G2在胃癌組織和胃癌細胞中的表達及與患者不良預后的關系
為探究GALNT1mRNA與EIF4G2在胃癌組織中的結合關系,本研究利用RIP實驗和RNA下拉實驗進行驗證,結果顯示,相較于IgG中,GALNT1在EIF4G2抗體中的富集度升高,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖5A、圖5B。為檢測EIF4G2對GALNT1mRNA的調控關系,分別轉染EIF4G2過表達和EIF4G2 shRNA干擾質粒, RT-qPCR和Western blot檢測結果發現, oe-EIF4G2質粒轉染導致EIF4G2mRNA和EIF4G2蛋白表達增加, shRNA-EIF4G2-1、shRNA-EIF4G2-2質粒轉染導致EIF4G2mRNA和EIF4G2蛋白表達降低,差異有統計學意義(P<0.01或P<0.001), 見圖5C、圖5D, 后續選擇干擾效率較高的shRNA-EIF4G2-2進行實驗。RT-qPCR檢測結果顯示,與shRNA-NC組比較, shRNA-EIF4G2-2組GALNT1mRNA穩定性降低,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖5E。與oe-NC組比較, oe-EIF4G2組GALNT1mRNA和GALNT1蛋白表達水平升高,差異有統計學意義(P<0.01或P<0.001), 見圖5F、圖5G。

A、B: RIP實驗、RNA下拉實驗檢測EIF4G2與GALNT1 mRNA間的結合關系(兩者比較, ***P<0.001); C、D: RT-qPCR、Western blot檢測EIF4G2過表達和干擾質粒的轉染效率(與oe-NC組比較, ***P<0.001; 與shRNA-NC組比較, ##P<0.01, ###P<0.001); E: RT-qPCR檢測GALNT1 mRNA的穩定性(與shRNA-NC組比較, ***P<0.001); F、G: RT-qPCR和Western blot檢測過表達EIF4G2后的GALNT1 mRNA和GALNT1蛋白表達情況(與oe-NC組比較, **P<0.01, ***P<0.001)。圖5 EIF4G2對GALNT1 mRNA穩定性的影響
CCK-8和克隆形成實驗結果顯示,與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組AGS細胞增殖能力減弱,差異有統計學意義(P<0.001); 與sh-GALNT1-1+oe-NC組比較, sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組AGS細胞增殖能力增強,差異有統計學意義(P<0.05或P<0.001), 見圖6A、圖6B。TUNEL實驗結果表明, sh-GALNT1-1組細胞凋亡率高于sh-NC組,而sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組細胞凋亡率低于sh-GALNT1-1+oe-NC組,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖6C。Western blot檢測結果顯示, sh-GALNT1-1組Bcl-2蛋白表達低于sh-NC組, Bax、cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白表達高于sh-NC組,而sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組Bcl-2蛋白表達高于sh-GALNT1-1+oe-NC組,Bax、cleaved-caspase3、cleaved-caspase9蛋白表達低于sh-GALNT1-1+oe-NC組,差異有統計學意義(P<0.001), 見圖6D。

A: CCK-8法檢測AGS細胞活力; B: 克隆形成實驗檢測AGS細胞克隆形成能力; C: TUNEL實驗檢測AGS細胞凋亡率; D: Western blot檢測凋亡相關蛋白表達。與sh-NC組比較, ***P<0.001; 與sh-GALNT1-1+oe-NC組比較, #P<0.05, ###P<0.001。圖6 過表達EIF4G2能夠部分逆轉GALNT1敲低對胃癌細胞增殖和凋亡的作用
與sh-NC組比較, sh-GALNT1-1組細胞遷移和侵襲能力降低,差異有統計學意義(P<0.001); 與sh-GALNT1-1+oe-NC組比較, sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組細胞遷移和侵襲能力提升,差異有統計學意義(P<0.01或P<0.001), 見圖7A、圖7B。sh-GALNT1-1組MMP2、MMP9蛋白表達低于sh-NC組,差異有統計學意義(P<0.001); sh-GALNT1-1+oe-EIF4G2組MMP2、MMP9蛋白表達高于sh-GALNT1-1+oe-NC組,差異有統計學意義(P<0.05或P<0.001), 見圖7C。

A: 劃痕實驗檢測AGS細胞遷移能力; B: Transwell實驗檢測AGS細胞侵襲能力; C: Western blot檢測轉移相關蛋白表達。與sh-NC組比較, ***P<0.001; 與sh-GALNT1-1+oe-NC組比較, #P<0.05, ##P<0.01, ###P<0.001。圖7 過表達EIF4G2能夠部分逆轉GALNT1敲低對胃癌細胞侵襲和遷移的作用
胃癌是臨床常見的胃腸道惡性腫瘤[1], 而腫瘤侵襲、轉移和復發是胃癌患者生存率低、預后不良的重要因素[10]。由于胃癌缺乏明顯的癥狀和敏感的生物標志物,大多患者確診時病程已進入晚期,腫瘤細胞易侵入血液或淋巴管并向遠處轉移[11]。研究[10]報道,胃癌的發生發展通常與癌基因的激活或腫瘤抑制因子的失活有關。因此,揭示胃癌侵襲和轉移的機制并探尋新的生物標志物對于提高早期胃癌診斷率及治療效果具有重要意義。
蛋白糖基化修飾是常見的蛋白質翻譯后修飾,在多數生物過程中起著廣泛且高度特異的作用[7]。GALNT水平的改變與乳腺癌[12]、膠質瘤[13]、胃癌[14]等癌癥有關,而GALNT家族成員GALNT6在胃癌組織中表達升高且與TNM分期、遠處轉移有關[14]。GALNT1作為常見的癌基因,可通過調控癌細胞增殖、遷移、侵襲等惡性表型而促進腫瘤進展[15]。本研究通過CCLE、GEPIA數據庫分析和RT-qPCR、Western blot檢測發現, GALNT1在胃癌組織和胃癌細胞中表達顯著上調,且GALNT1高表達與胃癌患者低總體生存率密切相關。此外, GALNT1不足可導致胃癌細胞增殖能力降低和凋亡能力提升,并下調抗凋亡蛋白Bcl-2表達,上調促凋亡蛋白Bax、cleaved-caspase3、cleaved-caspase9表達。進一步實驗結果顯示,GALNT1敲低后,胃癌細胞遷移和侵襲能力顯著減弱,且轉移相關蛋白MMP2、MMP9活性降低。由此表明, GALNT1缺失可能通過抑制細胞增殖、遷移、侵襲并促進細胞凋亡而延緩胃癌進展。
EIF4F作為翻譯起始復合體,可影響mRNA翻譯,參與蛋白質合成[16]。EIF4G2是EIF4F復合物的關鍵組成成分,可參與PCBP2mRNA翻譯[17]。本研究基于CCLE、GEPIA數據庫分析和RT-qPCR、Western blot檢測發現, EIF4G2在胃癌組織和胃癌細胞中表達顯著上調,EIF4G2高表達與胃癌患者不良預后密切相關,且胃癌組織中EIF4G2表達與GALNT1表達呈正相關。機制實驗結果證實, EIF4G2蛋白可與GALNT1mRNA結合并增強GALNT1mRNA穩定性。相關研究[18]表明, EIF4G2在膠質瘤細胞中表達上調并促進腫瘤細胞增殖。另有研究[12]發現,瘦素可能通過誘導EIF4G2在大鼠胃黏膜中表達而促進胃癌細胞增殖。本研究同樣發現,過表達EIF4G2可部分恢復GALNT1缺失所致胃癌細胞增殖、遷移、侵襲能力降低和細胞凋亡能力提升。
綜上所述, EIF4G2可促進胃癌細胞增殖、遷移、侵襲并抑制細胞凋亡,其機制可能與增強GALNT1mRNA穩定性有關。本研究驗證了EIF4G2、GALNT1在胃癌中的致癌作用,可為以EIF4G2和GALNT1為靶點的胃癌治療策略的發展提供參考。此外,本研究揭示了RNA結合蛋白EIF4G2與GALNT1mRNA間的調控新機制,對構建RNA結合蛋白調控網絡具有重要意義。