miRNA對口腔鱗狀細胞癌化療耐藥性的調(diào)控機制研究

翟文靜,仇永樂,劉珊珊,劉鐵軍,呂飛飛

(1.河北省石家莊市人民醫(yī)院口腔科,河北 石家莊050000;2.河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院口腔科,河北 石家莊 050017;3.河北大學(xué)附屬醫(yī)院口腔科,河北 保定 071000)

口腔鱗狀細胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)是最常見的頭頸部腫瘤之一,占口腔惡性腫瘤總數(shù)的90%[1]。OSCC患者的5年生存率為60%～80%,未確診患者的生存率低于50%[2]。輔助治療在治療晚期癌癥方面發(fā)揮重要作用[3],而這種預(yù)治療僅對部分患者有效[4]。目前為止,還沒有可靠的生物標(biāo)志物來評估患者對該療法或腫瘤生物學(xué)特征的反應(yīng)。微核糖核酸(microRNA,miRNA)是小片段非編碼單鏈內(nèi)源RNA分子,能夠識別并參與調(diào)控化療耐藥性。引起化療耐藥的原因涉及多個方面,如藥物的跨膜運輸[5],細胞內(nèi)藥物代謝[6]或細胞增殖和凋亡[7]。miRNA可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后全基因組表達[8],并參與操控諸多細胞活動,包括細胞分化、增殖、凋亡和新陳代謝[9]。此外,miRNA與癌癥[10]對化療的敏感性[11]已被廣泛研究,而未見關(guān)于耐藥口腔鱗癌的系統(tǒng)性分析。本研究旨在系統(tǒng)的檢測耐藥細胞系中特征性miRNA與耐藥化療表型的相關(guān)性。此外,課題組還進一步驗證這些特征性miRNA是否影響口腔鱗癌細胞系的生物學(xué)行為。最后,研究這些特征性miRNA對細胞內(nèi)通路的調(diào)節(jié)作用,探討這種調(diào)控作用與化療耐藥性的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1細胞培養(yǎng) OSCC細胞系SCC084/R、SCC131/R和SCC9/R(DSMZ,德國)采用標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基和操作流程進行培養(yǎng)[12]。在3個細胞系中研究miRNA對OSCC細胞系化療耐藥性的影響。在2個細胞系(SCC084/R,SCC9/R)中研究miRNA對OSCC細胞系凋亡和細胞周期的影響。在SCC084/R、SCC9/R細胞中進行靶點分析。

1.2miRNA的篩選與表達調(diào)控 從耐藥OSCC細胞特征性miRNA中篩選出研究較為深入的miR-125a-5p、miR-130a-3p和miR-27b-5p進行研究。在順鉑耐藥的OSCC細胞中,miR-27b-5p能顯著提高其藥物敏感性[13]。此外,miR-130a-3p能影響口腔鱗癌耐藥細胞系對順鉑和5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,5-FU)的敏感性[14]。miRNA通過脂質(zhì)體LipofectamineTM2000(Life Technologies,Carlsbad,美國)瞬時轉(zhuǎn)染[15]。本研究通過轉(zhuǎn)染miR-125a-5p模擬物(miR-125a-5p M),miR-27b-5p模擬物(miR-27b-5p M),miR-130a-3p抑制劑(miR-130a-3p I),上調(diào)靶細胞中miR-125a-5p和miR-27b-5p的表達,降低miR-130a-3p的表達,以空質(zhì)粒轉(zhuǎn)染組(Sham)為作為對照。miRNA的模擬物/抑制劑購自Qiagen(德國)。聯(lián)合轉(zhuǎn)染用于研究miRNA共轉(zhuǎn)染對耐藥細胞系的生物學(xué)影響。通過qRT-PCR(Beckman Coulter,美國)評估轉(zhuǎn)染水平[15],SNORD25、SNORD68和RNU6B(Qiagen,德國)作為管家基因。

1.3化療處理和活力測定 轉(zhuǎn)染后24 h用順鉑和5-FU進行化療。72 h使用MTT檢測(Sigma Aldrich,美國)[15]進行活力測定,細胞生存率越低,說明藥物越敏感,所有實驗組一式四份。

1.4凋亡和細胞周期分析 miRNA對細胞凋亡的影響和細胞周期在轉(zhuǎn)染后48 h進行檢測[凋亡:FITC Annexin V/7-AAD 凋亡試劑盒(BioLegend,英國)];根據(jù)說明書使用Beckman Coulter FC500(Beckman Coulter,美國)流式細胞儀測試,細胞數(shù)=20 000,使用CXP-軟件(Beckman Coulter,美國)進行數(shù)據(jù)采集,早期凋亡(Annexin V陽性和7AAD陰性)和晚凋亡細胞(Annexin V和7AAD陽性):所有實驗組一式四份。

1.5靶點分析 選擇來自miRNA靶基因預(yù)測數(shù)據(jù)庫TargetScan的不同miRNA的潛在目標(biāo)基因,Total Context score≤0.5:Bcl-2,BIM,X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)、絲裂原和應(yīng)激激活蛋白激酶1(mitogen-and stress-activated protein kinase 1,MSK-1)、多藥耐藥蛋白1(multidrug resistance protein 1,MDR1)、DNA(胞嘧啶-5)甲基轉(zhuǎn)移酶[DNA (Cytosine-5)-methyltransferase 1,DNMT1]、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARy)、人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor 2,ErbB2/Her2)、p53和組蛋白脫乙酰酶4(histone deacetylase 4,HDAC4)。進一步分析凋亡通路的下游靶點caspase 3(Casp3),caspase 9(Casp9),Tubulin-β-3為對照組。

一抗購自Invitrogen(美國),二抗使用抗兔 HRP 和抗鼠HRP(A6154,A9044:Sigma-Aldrich)。細胞在轉(zhuǎn)染48 h后收集,將15～30 μg蛋白加入到6%～10%十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)變性聚丙烯酰胺凝膠上。隨后將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移置PVDF膜上,封閉。一抗4 ℃下孵育過夜,清洗,二抗孵育。用ECL-plus-Western blotting檢測系統(tǒng)檢測條帶生成(Immobilon,Millipore,美國)。

1.6統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)。計量資料比較采用單因素方差分析和t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1耐藥OSCC特征性miRNA對化療耐藥性的影響 順鉑化療組中,miR-27b-5p上調(diào)組SCC084/R、SCC131/R和SCC9/R細胞生存率低于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組SCC084/R、SCC131/R和SCC9/R細胞生存率低于Sham組,miR-125a-5p上調(diào)組SCC9/R細胞生存率低于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。說明,miR-27b-5p上調(diào)提高了SCC084/R、SCC131/R和SCC9/R細胞對順鉑的敏感性。miR-130a-3p下調(diào)提高了SCC084/R、SCC131/R和SCC9/R細胞對順鉑的敏感性,miR-125a-5p上調(diào)提高了SCC9/R細胞對順鉑的敏感性。FU化療組中,miR-27b-5p上調(diào)組SCC9/R細胞生存率低于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組SCC084/R細胞生存率低于Sham組,miR-125a-5p上調(diào)組SCC131/R和SCC09/R細胞生存率高于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。說明,miR-27b-5p上調(diào)組提高了SCC9/R細胞對5-FU的敏感性;miR-130a-3p下調(diào)提高了SCC084/R細胞對5-FU的敏感性,miR-125a-5p上調(diào)降低了SCC131/R和SCC09/R細胞對5-FU的敏感性。見表1。

表1 單獨轉(zhuǎn)染miRNA對化療后細胞毒性的調(diào)控作用

2.2共轉(zhuǎn)染對順鉑耐藥性的增效/拮抗效應(yīng) 評估m(xù)iR-27b-5p、miR-130a-3p和miR-125a-5p對化療藥物增敏作用的潛在增效/拮抗作用。通過上調(diào)miR-27b-5p表達,同時上調(diào)miR-125a-5p或下調(diào)miR-130a-3p表達,檢測miRNA共轉(zhuǎn)染對順鉑和5-FU化療敏感性的影響。

在順鉑用藥組中,miR-130a-3p 下調(diào)/miR-27b-5p上調(diào)組中SCC084/R和SCC131/R細胞的生存率低于miR-130a-3p下調(diào)和miR-27b-5p上調(diào)組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。說明在SCC084/R和SCC131/R細胞中,共轉(zhuǎn)染的增效作用高于單個miRNA轉(zhuǎn)染組。miR-125a-5p上調(diào)/miR-27b-5p上調(diào)組的SCC084/R和SCC131/R細胞生存率低于單個miRNA轉(zhuǎn)染組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。說明miR-125a-5p上調(diào)/miR-27b-5p上調(diào)共轉(zhuǎn)染組在SCC084/R和SCC131/R細胞中增效作用高于單個miRNA轉(zhuǎn)染組,見表2。

表2 共轉(zhuǎn)染miRNA對化療后細胞毒性的調(diào)控作用

在5-FU用藥組中,與單個轉(zhuǎn)染組相比,miR-130a-3p下調(diào)/miR-27b-5p上調(diào)組未顯示出明顯的增效作用(P>0.05)。與單個轉(zhuǎn)染組相比,miR-125a-5p上調(diào)/miR-27b-5p上調(diào)組在SCC084/R和SCC9/R細胞中顯示出顯著增效作用(P<0.05),見表2。

2.3miRNA對耐藥OSCC凋亡和細胞周期影響 所選miRNA的表達水平改變顯著提高細胞凋亡水平,特別是晚期凋亡率。在SCC084/R細胞中,miR-27b-5p上調(diào)組、miR-125a-5p上調(diào)組早期凋亡率高于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組、miR-27b-5p上調(diào)組、miR-125a-5p上調(diào)組晚期凋亡率高于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在SCC131/R細胞中,miR-130a-3p下調(diào)組、miR-27b-5p上調(diào)組、miR-125a-5p上調(diào)組早期凋亡率和晚期凋亡率高于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表3。

表3 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞凋亡誘導(dǎo)作用

在SCC084/R細胞中,miR-125a-5p上調(diào)組、miR-130a-3p下調(diào)組G1期比例低于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在SCC131/R細胞中,miR-125a-5p上調(diào)組G1期比例低于Sham組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表4。

表4 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞周期的影響

2.4miRNA表型對OSCC耐藥通路的作用 為檢測所選miRNA對下游信號通路的影響,分析了一些潛在靶點。Western blotting分析表明,在SCC131/R中,相對于Sham組,miR-125a-5p上調(diào)組會降低DNMT1,MSK-1,Bcl-2和Bim的蛋白水平表達,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。相對于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組MDR-1和Bcl-2蛋白水平下調(diào),XIAP蛋白水平上調(diào)(P<0.05)。相對于Sham組,增加miR-27b-5p的表達水平導(dǎo)致ErbB2和HDAC4的蛋白水平下降,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖1,表5。由于上述通路大部分能靶向調(diào)控終端凋亡信號,隨后進一步分析下游凋亡通路,Caspase 3和Caspase9的表達水平。研究發(fā)現(xiàn),相對于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組,miR-27b-5p上調(diào)組,miR-125a-5p上調(diào)組,均能上調(diào)SCC131/R和SCC084/R細胞中Caspase 3和Caspase9蛋白的表達,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖2,表6。

圖1 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞內(nèi)蛋白表達的影響

圖2 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞內(nèi)凋亡蛋白表達的影響

表5 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞內(nèi)蛋白表達的調(diào)控作用

表6 miRNA轉(zhuǎn)染對耐藥OSCC細胞內(nèi)凋亡蛋白表達的調(diào)控作用

在SCC084/R細胞中相對于Sham組,miR-125a-5p上調(diào)組會降低DNMT1,Bcl-2及Bim的蛋白水平表達,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。相對于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組MDR-1和Bcl-2蛋白水平下調(diào),XIAP蛋白水平上調(diào)(P<0.05)。相對于Sham組,增加miR-27b-5p的表達水平導(dǎo)致ErbB2和HDAC4的蛋白表達下調(diào),同時p53的蛋白水平上調(diào),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖1,表5。由于上述通路大部分能靶向調(diào)控終端凋亡信號,隨后進一步分析下游凋亡通路,Caspase 3和Caspase9的表達水平。研究發(fā)現(xiàn),相對于Sham組,miR-130a-3p下調(diào)組,miR-27b-5p上調(diào)組,miR-125a-5p上調(diào)組,均能上調(diào)SCC131/R和SCC084/R細胞中Caspase 3和Caspase9蛋白的表達,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖2,表6。

3 討 論

化療耐藥嚴(yán)重影響OSCC患者的預(yù)后。識別或預(yù)后不良反應(yīng)監(jiān)測對于患者能否得到個性化治療及其重要。Rajan等[16]對耐藥OSCC中特征性miRNA表達識別的研究表明,miRNA在OSCC的化療耐藥性和腫瘤生物學(xué)的表觀遺傳調(diào)節(jié)中可能起關(guān)鍵作用。

本研究的數(shù)據(jù)證明耐藥OSCC中特征性miRNA是導(dǎo)致該腫瘤的抗化療表型的原因之一。通過分析3個耐藥OSCC細胞系中的3個miRNA證實,在三個細胞系中miR-125a-5p、miR-27b-5p和miR-130a-3p能顯著影響癌細胞對順鉑的敏感性。而僅在SCC084/R的測試細胞系中,對5-FU的敏感性顯著提高。此外,三個miRNA的轉(zhuǎn)染都能影響細胞凋亡,可導(dǎo)致部分細胞G1期阻滯。Western blotting結(jié)果表明,這些miRNA在不同的耐藥性相關(guān)通路中調(diào)控多個靶點,包括凋亡的p53通路、DNA甲基化或組蛋白修飾。由于Bcl-2和p53都是凋亡依賴性通路的一部分,數(shù)據(jù)表明,miRNA不僅針對幾個不同的耐藥性相關(guān)通路,還針對單個通路中的不同關(guān)鍵蛋白質(zhì)。關(guān)于在凋亡信號中下游靶點Caspase 3和Caspase9的表達進一步驗證了上述觀點。

本研究的miRNA與許多其他癌癥的化療耐藥性有關(guān),但部分結(jié)果相互矛盾:miR-125可提高宮頸癌對紫杉醇與順鉑的敏感性[17]但會增加胰腺癌對Gemcitabine 的耐藥性[18]。miR-130a的高表達與肝癌[19]對Gemcitabine的敏感性增加有關(guān),而其他報道顯示miR-130a增加了卵巢癌中鉑基化療的耐藥性[20]。miR-27b的下調(diào)能增加胃癌的多藥耐藥性[21],同時miR-27b的上調(diào)能提高順鉑耐藥口腔鱗癌的化療敏感性[22]。

本研究中,miRNA對順鉑或5-FU治療的不同影響可能是由這兩種藥物的具體作用機制引起的,5-FU是一種經(jīng)典的抗代謝藥物。這些藥物可抑制必要的生物合成過程,與DNA和(或)RNA結(jié)合,并損害其正常功能。順鉑通過與細胞核和細胞質(zhì)信號通路中的復(fù)雜相互作用發(fā)揮其抗癌功能。本研究中選擇的miR-125a-5p、miR-27b-5p、miR-130a-3p能作用于Bcl-2 和 p53通路,它們的主要作用與對順鉑相關(guān),與5-FU的相關(guān)性不明顯。

最后,同時操縱兩個miRNA的表達水平,在50%(miR-125a-5p/miR-130a-3p)和83%(miR-130a-3p/miR-27b-5p)的測試細胞系中表現(xiàn)出對治療的增敏效果。與miRNA共同轉(zhuǎn)染的實驗數(shù)據(jù)較為有限[23]。Zheng等[24]研究表明,與miR-125b和miR-141模擬物,增加了乳腺癌細胞系對Taxane-Anthracycline的耐藥性。Wang等[25]研究表明,聯(lián)合抑制以下兩個miRNA(miR-125a,miR-125b,miR-205)降低了Entinostat對乳腺癌細胞的凋亡作用。這些數(shù)據(jù)初步揭示了miRNA對化療耐藥的協(xié)同調(diào)控作用。

由于體外細胞不能完全反映遺傳背景下人腫瘤的異質(zhì)性,該模型的臨床參考價值有限。本研究通過使用三種不同的耐藥OSCC細胞系來“模仿”臨床樣本中的人腫瘤細胞的變異性來解決上述問題。此前諸多項研究表明miRNA能影響大多數(shù)細胞系的化療耐藥性,這表明本研究觀察到的結(jié)果不局限于單個OSCC耐藥細胞系。