戰世佳,張璇,張瑤,郭金鑫,洪恩宇,楊慧,魯潔,常艷,郭永麗
(國家兒童醫學中心,首都醫科大學附屬北京兒童醫院,兒科重大疾病研究教育部重點實驗室,北京市兒科研究所,兒童耳鼻咽喉頭頸外科疾病北京市重點實驗室,北京 100045)
神經母細胞瘤(neuroblastoma,NB)起源于原始神經嵴,是兒童最常見顱外惡性實體腫瘤,約90%患兒首診年齡<5 歲[1]。NB 發病率約占兒童腫瘤8%~10%,死亡率約占兒童腫瘤死亡率10%,被稱為“兒童腫瘤之王”[2]。根據不同生物學和臨床特征,可將NB 分為低危、中危和高危,中低危NB 患兒的腫瘤可自然消退或通過手術切除,患兒5 年總生存率約高達97%,但高危NB 患兒在手術、放化療和造血干細胞移植等治療后仍易復發進展,5 年總生存率<50%[1,3]。MYCN擴增是目前公認的NB 患兒預后不良因素,是診斷高危NB 的關鍵分子標志物,近40%高危NB 患兒存在MYCN擴增,診療難度大,易復發或進展,且預后極差[4-5]。據報道,MYCN屬于MYC癌基因家族成員,由于其蛋白質結構特點,不易被小分子藥物結合,目前仍然“無藥可靶”,導致MYCN擴增高危NB 患兒缺乏有效干預方式[6-7]。因此,解析MYCN擴增高危NB 中新的關鍵調控因子及作用機制,將可能為其臨床治療提供理論基礎和潛在靶標。
溶質載體家族7 家族成員11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11)基因編碼12 次跨膜蛋白,含有501個氨基酸殘基,其作為輕鏈亞基與重鏈亞基溶質載體家族3成員2組成胱氨酸/谷氨酸逆向轉運體系統(Xc-系統),負責特異性轉運胱氨酸和谷氨酸,將細胞外胱氨酸攝入細胞內,為合成谷胱甘肽提供原料,同時將谷氨酸交換轉運至細胞外,維持細胞的氧化還原平衡,從而抑制鐵死亡[8-11]。據報道,SLC7A11 在多種人類癌癥中普遍高表達,并促進腫瘤生長、侵襲和轉移等,與不良預后密切相關[12]。有研究表明,在胰腺導管腺癌細胞中,敲低SLC7A11 能抑制腫瘤細胞生長和纖維化的潛力[13];在膠質母細胞瘤細胞系U87 中,沉默SLC7A11 會增加細胞中花生四烯酸脂氧合酶3 的活性,從而促進膠質母細胞瘤鐵死亡,抑制小鼠原位腫瘤的生長和轉移[14];在KEAP1基因突變的肺癌細胞中,高表達SLC7A11 可抑制鐵死亡,從而導致放療抵抗[15]。綜上,SLC7A11作為潛在促癌分子參與了多種腫瘤的發生發展。然而,目前SLC7A11在NB中,尤其是MYCN擴增高危NB中的功能仍未見報道。
本研究擬檢測分析MYCN擴增NB 細胞系和臨床樣本中SLC7A11mRNA 水平,以及與患兒預后相關性,并進一步通過敲低SLC7A11 表達,研究SLC7A11 對MYCN擴增高危NB 增殖和克隆形成能力的影響,為尋找MYCN擴增高危NB 的靶向治療新策略提供實驗依據。
DMEM 培養基、MEM 培養基和胎牛血清,美國Corning 公司;青鏈霉素雙抗混合液和4%多聚甲醛,中科邁晨(北京)科技有限公司;胰蛋白酶,凱基生物;Lipofectamine RNAiMAX 轉染試劑、Trizol 試劑和靶向熒光素酶報告基因對照小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA),美國Invitrogen 公司;BCA 蛋白定量試劑盒、辣根過氧化物酶標記的山羊抗小鼠IgG 抗體(二抗)(31460)和熒光二抗(A11001),美國Thermo Fisher Scientific公司;結晶紫溶液,上海碧云天生物技術有限公司;HitransG P(感染增強液)(REVG005),上海吉凱基因醫學科技股份有限公司;反轉錄試劑盒(RR036A),日本TaKaRa 公司;SYBR Green PCR Master Mix 試劑盒(1725121)、1658001 電泳儀和1703930 轉膜儀,美國Bio-Rad 公司;兔抗人SLC7A11 多克隆抗體(ab37185),英國Abcam公司;小鼠抗人N-MYC單克隆抗體(sc-53993),美國Santa Cruz 公司;兔抗人GAPDH 單克隆抗體(5174S)和小鼠抗人Ki-67單克隆抗體(9449T),美國Cell Signaling Technology公司;ECL 化學發光試劑盒,愛必信生物科技有限公司。
371CO2培養箱,美國Thermo Fisher Scientific公司;實時無標記細胞分析系統(real time xCELLi?gence analysis system,RTCA),艾森生物科學公司;5424R 低溫高速離心機和5424 常溫高速離心機,德國Eppendorf公司;ViiA7 實時定量PCR 儀,美國Applied Biosystems公司。
人NB 細胞系SH-SY5Y,SK-N-BE(2),CHLAC255 和IMR32 細胞購自美國模式培養物研究所。SH-SY5Y,SK-N-BE(2)和CHLA-C255 細胞培養于含10%胎牛血清和1%青鏈霉素雙抗混合液的DMEM 完全培養基中,IMR32 細胞培養于含10%胎牛血清和1%青鏈霉素雙抗混合液MEM 完全培養基中,置37 ℃,5% CO2恒溫培養箱中培養。細胞傳代時使用0.25%胰蛋白酶-EDTA 溶液消化,129×g離心3 min 收集細胞。計數細胞,并調整至適當密度接種細胞,進行后續實驗。
Gene Expression Omnibus(GEO)數據庫是由美國國立生物技術信息中心NCBI 創建的基因組數據庫,是全球最大、最全面的公共基因數據庫。從GEO 數據庫網站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)下載基因表達數據集GSE49710(2022年3月),其中包括498 例NB 患者的臨床數據和NB 組織表達譜數據,生物信息學分析有無MYCN擴增NB 患兒中的SLC7A11表達水平。TARGET 數據庫是針對兒童腫瘤的數據庫,主要包括NB 和急性淋巴細胞/髓系白血病等兒童腫瘤的臨床數據和轉錄組測序等信息。在統計NB 患者生存率時,利用TAR?GET 數據庫(Therapeutically Applicable Research To Generate Effective Treatments,https://ocg.can?cer.gov/programs/target)下載160 例NB 患兒臨床數據和NB 組織表達譜數據(2022 年3 月),根據基因表達水平均值,將所有數據分成SLC7A11高表達組或低表達組,并使用Kaplan-Meier 方法繪制生存曲線。利用R2數據庫(http://r2.amc.nl)分析另一NB 的基因表達數據集GSE45547(Kocak-649)中有無MYCN擴增NB患兒中SLC7A11的表達水平,以及SLC7A11表達量與NB患兒預后相關性。
將SK-N-BE(2)細胞以1×108L-1的密度,每孔2 mL 細胞懸液接種于6 孔培養板中,待細胞密度達到20%~30%,按Lipofectamine RNAi MAX 試劑盒說明書步驟進行siRNA轉染。設置靶向熒光素酶報告基因對照siRNA(siCtrl)組、實驗siSLC7A11-1#組和siSLC7A11-2#組,siRNA 的轉染終濃度為60 nmol·L-1,轉染72 h 后進行下一步實驗。委托廣州銳博生物技術有限公司設計并合成了3 條靶向SLC7A11的siRNA 序列,本文中使用的siRNA 為其中敲低效果較好的2 條靶序(1#和2#),其靶序列為GGAAGAGATTCAAGTATTA 和CTTGCAATATGTATATCCA。
利用與siRNA 相同的靶序列,構建靶向敲低SLC7A11的慢病毒短發夾RNA(short hairpin RNA,shRNA):shSLC7A11-922#和shSLC7A11-923#。將4.8×105個SK-N-BE(2)細胞接種于6 cm細胞培養皿內,37 ℃培養16~24 h,至細胞匯合度為20%~30%,細胞換液成DMEM 完全培養基和HitransG P 的混合液,病毒以感染復數(MOI)為10 感染細胞,感染后24 h 換液,72 h 后檢測感染效率和敲低效果。
取SK-N-BE(2),IMR32,CHLA-255 和SH-SY5Y細胞及1.4 和1.5 處理的細胞,用Trizol 試劑分別提取其總RNA,用PrimeScript RT Master Mix 反轉錄試劑盒合成cDNA,合成體系為RNA 1 μg,5×PrimeScript Mix 2 μL,補無RNA 酶水至10 μL。按SYBR Green PCR Master Mix 試劑盒說明書進行實時熒光定量PCR 擴增檢測。反應條件為95 ℃10 min,95 ℃15 s,60 ℃1 min,40 個循環。以GAPDH為內參,以2-ΔΔCt法計算SLC7A11的相對表達水平。PCR 引物序列來自Primer Bank 網站(https://pga.mgh.harvard.edu/primerbank/)(表1),由北京六合華大基因科技有限公司合成。
RTCA 通過微電子生物感應芯片,將信號轉化為特定參數——細胞指數,無需任何標記即可實時檢測衡量活細胞的生長狀態,包括細胞數目、形態、黏附和大小等綜合變化。將1.4 構建的細胞消化成單細胞懸液,以每孔5×103個細胞接種到E-plate 16 孔板中,每組3 個復孔。將E-plate 16 孔板置37 ℃,5% CO2條件下培養,通過RTCA分析儀監測并記錄細胞指數值,連續監測125 h后,分析記錄結果并繪制生長曲線,并用Delta細胞指數表示細胞增殖。
分別取1.4 和1.5 構建的細胞,常規提取蛋白,采用BCA 蛋白定量試劑盒檢測蛋白質樣品濃度。提取的蛋白質樣品用10% SDS-PAGE 電泳分離后,250 mA 恒流轉印2 h,5%脫脂奶粉封閉1 h,加入一抗〔SLC7A11(1∶1000),N-MYC(1∶2000)和GAPDH(1∶5000)〕,4 ℃搖床孵育過夜,次日,用TBST 洗膜3 次,每次5 min,加HRP 標記的二抗室溫搖床孵育1 h,用ECL 化學發光試劑盒在暗室曝光顯影。用AlphaView SA 軟件定量分析蛋白質條帶的積分吸光度值,以目標蛋白與內參蛋白條帶積分吸光度值的比值表示目標蛋白的相對表達水平。
取1.5 構建的細胞以每孔600 個接種到6 孔板中,每組3個復孔。于37 ℃,5% CO2恒溫培養箱中培養,每隔3 d更換培養基并觀察細胞狀態。第14天在顯微鏡下觀察到直徑>1 mm 的細胞集落,則終止培養。使用4%多聚甲醛室溫固定細胞15 min,結晶紫染色15 min,PBS 洗滌細胞,晾干并拍照。用AlphaView SA軟件分析計數細胞集落個數。
取1.4 構建的細胞,以7×107L-1的密度,每孔500 μL 細胞懸液接種在24 孔板內的玻片上,培養24 h后,以4%多聚甲醛固定細胞10 min,PBS洗細胞1遍;用0.3% Triton X-100冰上打孔破膜10 min,接著在含3% BSA PBS中室溫封閉1 h。加抗Ki-67抗體(1∶50 000)4 ℃孵育過夜,PBST 洗3 次,每次5 min。在避光條件下加熒光二抗(1∶1000)室溫孵育1 h,PBST 洗3 次,每次5 min;加Hoechst33342(1∶2000)染核后封片,在激光共聚焦顯微鏡20 倍視野下拍照。通過Image J 軟件分析圖片熒光強度,以Ki-67陽性細胞比例反映Ki-67蛋白表達水平。
GSE49710(SEQC-498)數據集應用RNASeq 和微陣列得到了498 例NB 組織樣本的基因表達譜,而R2 數據庫GSE45547(Kocak-649)數據集則包含649 例NB 樣本的表達譜。利用這2 個數據分析發現,與MYCN不擴增(MYCN-non-amp)的NB樣本相比,SLC7A11在MYCN擴增(MYCN-amp)的NB樣本中高表達(P<0.05,圖1A;P<0.01,圖1C)。通過分析TARGET 數據庫中160例NB患兒的轉錄組數據,發現10 年總體生存率在SLC7A11高表達的NB 患兒約為40%,而在SLC7A11低表達的NB患兒約為55%(P<0.05,圖1B)。Kocak-649數據集也顯示,SLC7A11高表達的NB 患兒生存率低于SLC7A11低表達者(P<0.01,圖1D),表明SLC7A11表達量與NB 患兒生存率呈負相關。綜合以上結果,提示SLC7A11參與NB的發生發展。

Fig.1 Correlations between expressions of solute carrier family 7 member 11 (SLC7A11) and clinical features of neuroblastoma(NB).A:SLC7A11 expression in clinical patient samples with MYCN amplification (MYCN-amp)or MYCN non-amplification(MYCN-non-amp).(SEQC-498,GSE49710 dataset).±s,n=92(MYCN-amp),n=401(MYCN-non-amp).*P<0.05,compared with MYCN-non-amp group. B: Kaplan-Meier analysis of NB prognosis and SLC7A11 expression correlation (TARGET database). n=49 (high SLC7A11 expression group, red lines), n=111 (low SLC7A11 expression group, blue lines). C: SLC7A11 expression in clinical patient samples with or without MYCN amplification (Kocak-649, GSE45547 dataset). ±s, n=93 (MYCN-amp), n=550 (MYCN-non-amp). **P<0.01, compared with MYCN-non-amp group. D: Kaplan-Meier analysis of NB prognosis and SLC7A11 expression correlation (Kocak-649 database). n=119(high SLC7A11 expression group,red lines),n=357(low SLC7A11 expression group,blue lines).
RT-qPCR 檢測結果(圖2)顯示,SLC7A11在MYCN擴增NB 細胞系SK-N-BE(2)和IMR32 細胞中的表達量顯著高于MYCN非擴增NB 細胞系CHLA-255 和SH-SY5Y 細胞(P<0.01)。提示SLC7A11可能在MYCN擴增NB 細胞中發揮功能調控作用。

Fig.2 SLC7A11 mRNA levels in NB cell lines detected by RT-qPCR. CHLA-255,SH-SY5Y and SK-N-BE(2)cells were incubated with DMEM and IMR32 cells were incubated with MEM for 72 h. ±s,n=3. **P<0.01,compared with CHLA-C255 group;##P<0.01,compared with SH-SY5Y group.
RT-qPCR和Western印跡結果顯示,與siCtrl組相比,siSLC7A11-1#和siSLC7A11-2#組SLC7A11mRNA(圖3A1)和蛋白(圖3B)表達水平均顯著下降(P<0.01),表明靶向SLC7A11的siRNA 具有較好的敲低效果,而siSLC7A11-1#和siSLC7A11-2#組MYCN的mRNA(圖3A2)和N-MYC 蛋白(圖3B)水平均未發現顯著變化。利用顯微鏡觀察細胞明場以及固定后結晶紫染色的細胞數目結果顯示,瞬時敲低SLC7A11 72 h后,SK-N-BE(2)細胞數目明顯少于siCtrl組(圖3C)。RTCA動態監測結果(圖3D)顯示,與siCtrl組相比,隨著時間延長,瞬時敲低SLC7A11使SK-N-BE(2)的細胞指數顯著減小(P<0.01),提示細胞增殖能力下降。以上結果表明,敲減SLC7A11 可顯著抑制MYCN擴增NB 細胞的活力。

Fig.3 Effect of transient knockdown of SLC7A11 on proliferation viability of SK-N-BE(2)cells. SK-N-BE(2)cells were transfected with two independent SLC7A11-targeting small interfering RNA(siRNA)(siSLC7A11-1# and siSLC7A11-2#)or nontargeting control siRNA(siCtrl)used at a final concentration of 60 nmol·L-1 for 72 h. A:mRNA levels of SLC7A11 and MYCN in SK-N-BE(2)cells transfected with siRNA by RT-qPCR. ±s,n=3. **P<0.01,compared with siCtrl group;B:expression levels of SLC7A11 and N-MYC protein in SK-N-BE(2)cells transfected with siRNA by Western blotting,B2 was the semi-quantitative result of B1. ±s,n=3. **P<0.01,compared with siCtrl group. C:bright field(C1)and crystal violet(C2)staining images of SK-N-BE(2)cells 72 h after siRNA transfection. D:SK-N-BE(2)cell proliferation was dynamically observed for more than 120 h after siRNA transfection by real-time cell analysis.±s,n=4.**P<0.01,compared with siCtrl group.
免疫熒光結果(圖4)顯示,siSLC7A11-1#和siSLC7A11-2#組細胞中Ki-67 陽性比例顯著低于siCtrl組細胞,分別為對照組的37%和24%,這表明瞬時敲低SLC7A11導致NB細胞增殖能力降低。

Fig.4 Ki-67 expression in SK-N-BE(2)cells by immunofluorescence assay. SK-N-BE(2)cells were transfected with siCtrl,siSLC7A11-1#or siSLC7A11-2#for 72h.B was the semi-quantitative result of A.±s,n=3.*P<0.05,compared with siCtrl group.
如圖5A1和5B所示,與穩定敲低對照組(shCtrl)相比,shSLC7A11-922#和shSLC7A11-923#組中SLC7A11 mRNA 和蛋白水平均顯著降低(P<0.01)。在穩定敲低SLC7A11的細胞中檢測MYCN的mRNA 和N-MYC 蛋白水平,結果與瞬時敲低類似,MYCN水平未見顯著變化(圖5A2 和5B)。與shCtrl 組(53.3±5.0)相比,shSLC7A11-922#組(3.0±1.0)和shSLC7A11-923#組(12.3±3.2)細胞集落數明顯減少(P<0.01)(圖5C),表明穩定敲低SLC7A11 能夠抑制NB 細胞克隆形成能力,抑制MYCN擴增NB細胞增殖。

Fig.5 Effect of stable knockdown of SLC7A11 on SK-N-BE(2)colony formation. SK-N-BE(2)cells were infected with recombinant lentiviruses with one control short hairpin RNA(shRNA)or two independent shRNAs named shSLC7A11-922# and shSLC7A11-923#. A:mRNA levels of SLC7A11 and MYCN in lentivirus-infected SK-N-BE(2)cells by RT-qPCR. ±s,n=3. **P<0.01,compared with shCtrl group;B:expression levels of SLC7A11 and N-MYC protein in lentivirus-infected SK-N-BE(2)cells by Western blotting.B2 was the semi-quantitative result of B1.±s,n=3.**P<0.01,compared with shCtrl group;C:SK-N-BE(2)cell colony forma?tion by crystal violet staining.±s,n=3.**P<0.01,compared with shCtrl group.
MYCN基因是MYC 家族成員,能夠編碼轉錄因子N-MYC 蛋白[16]。MYCN基因擴增是高危NB的標志性特征,同時也是高危NB 的主要促癌驅動因素和預后危險因素。N-MYC 蛋白可通過多種方式促進NB 增殖、侵襲、轉移和耐藥等。N-MYC蛋白可上調細胞周期蛋白依賴性激酶2 和4 的活性,促進細胞周期進程[17];促進黏著斑激酶表達,從而增強整合素信號通路,促進細胞侵襲和遷移[18];通過上調雙微體同源基因2 的表達,促進P53 泛素化降解,抑制NB 細胞凋亡,從而促進NB 化療耐藥[19]。近年來多研究發現,N-MYC 通過上調糖酵解相關分子如己糖激酶2 和乳酸脫氫酶A 的表達,維持成NB 細胞的有氧糖酵解表型[20];參與脂質代謝,利用其轉錄因子特性促進SLC27A2基因轉錄翻譯生成脂肪酸轉運蛋白2,促進NB細胞攝取脂肪酸,增強甘油脂合成[21]。由于N-MYC 蛋白結構缺乏結合藥物的“口袋”,導致該蛋白質目前仍“無藥可靶”[6],而靶向細胞代謝相關分子有可能為MYCN擴增高危NB治療提供新思路。本研究通過解析MYCN擴增高危NB 中代謝等通路相關差異表達基因及功能,從而為NB臨床治療提供潛在靶點和新思路。
本研究通過分析NB 臨床樣本數據庫,發現氨基酸代謝相關基因SLC7A11在MYCN擴增高危NB 中表達量升高,且SLC7A11表達量與NB 患兒生存率呈負相關。NB 細胞系檢測發現,與MYCN非擴增NB 細胞系相比,SLC7A11在MYCN擴增細胞系中表達量顯著升高。本研究基于MYCN擴增細胞系SK-N-BE(2)探究SLC7A11對高危NB細胞的調控功能,通過RTCA 技術、細胞克隆形成和免疫熒光法檢測發現,干擾SLC7A11 表達能顯著抑制NB 細胞增殖,導致腫瘤細胞增殖指標Ki-67 含量下降。表明SLC7A11 促進了MYCN擴增NB 細胞增殖,提示SLC7A11很可能在MYCN擴增NB的發生發展中發揮重要作用。SLC7A11 是細胞中氨基酸代謝的重要分子,其作為氨基酸的轉運蛋白質,可促進胱氨酸的攝取和谷胱甘肽的生物合成,從而防止氧化應激和鐵死亡,已成為腫瘤治療中很有前景的治療靶點[22],然而SLC7A11 在NB 中的功能仍然未知,SLC7A11 與MYCN擴增的相關性也有待研究。本研究通過生物信息學分析和細胞實驗證實,SLC7A11 在MYCN擴增的NB 組織中高表達,可促進MYCN擴增NB細胞增殖和腫瘤進展。目前已有研究發現了多個靶向SLC7A11 的小分子抑制劑,如依垃司汀(erastin)、咪唑酮(imidazolidone)和柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine)等,可通過阻斷SLC7A11介導的胱氨酸攝取促進鐵死亡,從而抑制腫瘤生長[23],這些抑制劑的研發為靶向MYCN擴增高危NB 中高表達的SLC7A11 提供了可能,將有望抑制MYCN擴增高危NB 細胞增殖和腫瘤發生發展。
有研究表明,NB 細胞中的N-MYC 可促進SLC7A11 同家族成員SLC7A5 和SLC43A1 的表達,增強NB 細胞攝入異亮氨酸和亮氨酸等氨基酸;而高表達的SLC7A5 和SLC43A1 又可促進MYCNmRNA 翻譯,形成正反饋環路,最終促進NB 細胞生長和腫瘤形成[24]。同時已有研究發現N-MYC 蛋白促進SLC7A11基因的轉錄[25],但SLC7A11 是否調控MYCN的表達未見報道。本研究在瞬時敲低和穩定敲低SLC7A11的NB 細胞系中檢測MYCNmRNA 和蛋白質水平,結果顯示,敲低SLC7A11后細胞中的MYCN水平未見顯著變化。由此可見,NB 中SLC7A11 可能不是MYCN基因轉錄和翻譯相關調控分子。
綜上,本研究從臨床樣本相關性出發,發現SLC7A11 在MYCN擴增高危NB 中高表達,且其表達量與NB 患兒生存率呈負相關。進一步功能實驗表明,敲低SLC7A11能顯著抑制MYCN擴增NB細胞的增殖和克隆形成能力。提示SLC7A11有望成為高危NB的潛在治療靶點。