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SOX4在下咽癌中的表達及其對癌細胞惡性生物學行為的影響

2023-11-20 05:22:49張曉波劉慧婷劉元茹左凡王志霞任倩倩姚瑤陳艷高騫盛菊萍張振新
交通醫學 2023年3期
關鍵詞:動物模型

張曉波 劉慧婷 劉元茹 左凡 王志霞 任倩倩 姚瑤 陳艷 高騫 盛菊萍 張振新

[摘 ? 要] ? 目的:分析下咽鱗狀細胞癌(hypopharyngeal squamous cell carcinomas,HSCC)組織中SRY相關HMG-box轉錄因子4(SRY-box transcription factor-4,SOX4)的表達及其與患者臨床病理特征及預后的關系。觀察siRNAs敲低FaDu人咽鱗癌細胞中SOX4表達對細胞增殖、遷移及裸鼠成瘤的影響。方法:(1)選取下咽癌石蠟切片標本76例,癌旁正常組織標本18例作為對照,采用免疫組化檢測SOX4和Ki67的表達水平。(2)選取6對新鮮的下咽癌組織和相鄰正常組織,采用蛋白免疫印跡法(Western blot)檢測SOX4表達水平。(3)運用siRNAs敲低FaDu細胞中SOX4表達。(4)饑餓釋放實驗檢測SOX4在增殖期FaDu細胞中的表達水平,CCK-8法檢測FaDu細胞增殖活性,流式細胞術檢測細胞周期的分布,Transwell試驗和劃痕實驗檢測細胞遷移能力。(5)Western blot檢測上皮間充質轉化(epithelial mesendyinal transition,EMT)相關分子的表達。(6)裸鼠成瘤實驗觀察SOX4對腫瘤生長的影響。結果:(1)與癌旁正常組織相比,HSCC組織中SOX4表達明顯升高,與腫瘤分化程度、腫瘤大小、臨床分期、淋巴結轉移及Ki67表達相關(P<0.05)。(2)SOX4高表達患者生存期較短。(3)增殖期FaDu細胞SOX4和PCNA的表達同步明顯增加。(4)SOX4-Si2處理后FaDu細胞中SOX4染色強度顯著降低,細胞增殖能力明顯下降,細胞停滯于G1期,S期細胞減少。(5)SOX4-Si2干擾后FaDu細胞劃痕愈合能力明顯下降,細胞遷移數減少,上皮表型標志物β-連環蛋白和E-鈣粘蛋白表達顯著增加,而間質表型標志物波形蛋白和N-鈣粘蛋白表達顯著降低。(6)裸鼠成瘤實驗顯示,SOX4-Si2干擾后裸鼠腫瘤生長受到顯著抑制,Ki-67陽性率增高。結論:SOX4在HSCC中過表達,SOX4在體內外對下咽癌的進展和遷移起著重要作用,可作為下咽癌患者診斷和治療的分子靶標。

[關鍵詞] ? 下咽鱗狀細胞癌;FaDu細胞;SOX4;上皮間充質轉化;動物模型

[中圖分類號] ? R739.63 [文獻標志碼] ? A [DOI] ? 10.19767/j.cnki.32-1412.2023.03.002

The expression of SOX4 in hypopharyngeal carcinoma

and its effect on biological behavior of cancer cells

ZHANG Xiaobo1,2, LIU Huiting3, LIU Yuanru1, ZUO Fan4, WANG Zhixia1,

REN Qianqian1, YAO Yao1, CHEN Yan5, GAO Qian6, SHENG Juping1, ZHANG Zhenxin1

(1Departments of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery, 4Department of Stomatology, Affiliated Hospital of Nantong University, Jiangsu 226001; 2Departments of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery, Jiangyin Peoples Hospital;

3Departments of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery, Affiliated Kunshan Hospital of Jiangsu University;

5Departments of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery, Xiangya Changde Hospital; 6Departments of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery, Traditional Chinese Medicine Hospital of Kunshan)

[Abstract] ? Objective: To investigate the expression of SOX4 in hypopharyngeal squamous cell carcinoma (HSCC) tissues and the relationship between SOX4 expression level and clinicopathological features and prognosis. In vivo experiments, using siRNAs to knockdown the expression of SOX4 in FaDu human hypopharyngeal squamous cells, to explore the effect on cell proliferation, migration and tumor formation in nude mice. Methods: (1)Using immunohistochemistry to detect SOX4 and Ki-67 expression in 76 cases of paraffin-embedded HSCC and 18 cases of para-cancerous tissue samples. (2)Using western blot to examine SOX4 expression in 6 fresh pairs of HSCC cancer tissues and adjacent normal tissues. (3)SOX4-siRNAs were used to knockdown the expression of SOX4 in HSCC cell line FaDu. (4)Serum-starving experiment was used to determine expression level of SOX4 in proliferating FaDu cells. Cell viability, cell cycle and cell migration were assessed by CCK-8, flow cytometry, and wound-healing and transwell assays. (5)Using western blot to detect the expression of epithelial mesenchymal transition (EMT) related molecules. (6)Nude mice subcutaneous xenografts experiment was performed to investigate the effect of SOX4 on tumor growth. Results: (1)Compared with para-cancerous tissues, SOX4 expression significantly increased in HSCC specimens and its expression level was associated with differentiation, tumor size, clinical stage, lymph node metastasis and Ki-67 expression (P<0.05). (2)The survival time of patients with high SOX4 expression was shorter. (3)The expression of SOX4 and PCNA in FaDu cells increased significantly during proliferating phase. (4)After SOX4-Si2 treatment, the SOX4 staining intensity in FaDu cells decreased significantly, the cell proliferation ability decreased, the cells stagnated in G1 phase, and the cells in S phase decreased. (5)After SOX2-Si2 interference, the scratch healing ability of FaDu cells significantly decreased, the cell migration number decreased, and the expression of β-catenin and E-cadherin which were epithelial phenotype markers increased, while the expression of vimentin and N-cadherin which were interstitial phenotype markers significantly decreased. (6)The tumor formation experiment of nude mice showed that the tumor growth of nude mice was significantly inhibited after SOX4-Si2 interference, and the positive rate of Ki-67 increased. Conclusion: SOX4 is overexpressed in HSCC and plays an important role in the progression and migration of HSCC in vitro and vivo. It can be used as a molecular target for diagnosis and treatment of HSCC.

[Key words] ? hypopharyngeal squamous cell carcinoma; FaDu cell; SRY-box transcription factor-4; epithelial mesenchymal transition; animal model

下咽鱗狀細胞癌(hypopharyngeal squamous cell carcinomas,HSCC)占所有頭頸部鱗狀細胞癌3%~5%,近年來其發病率呈逐年上升趨勢[1]。超過75%HSCC患者診斷時疾病已處于晚期,局部和遠處轉移率較高,預后較差,5年總體生存率為15%~45%[2-4]。早期診斷和治療對降低HSCC死亡率非常關鍵。深入研究HSCC發生發展機制,尋找用于早期檢測和開發新治療方案的標志物具有重要意義。轉錄因子家族成員SOX4編碼由474個氨基酸組成的分子量為47 kD的蛋白質,SOX4包含四個主要部分:HMG盒(DNA結合結構域)和TAD(反式激活結構域),在中心部位還有一個富含甘氨酸的區域和一個富含絲氨酸的區域[5-6]。已證實SOX4在胚胎發育、細胞命運決定和分化中發揮重要作用。SOX4參與抑制腫瘤細胞凋亡,誘導細胞遷移和轉移以及癌癥干細胞的產生和維持[7-8]。本研究選取南通大學附屬醫院病理科2009年1月—2022年10月76例HSCC組織和18例癌旁正常組織石蠟標本,6對新鮮HSCC組織及其相鄰正常組織以及FaDu人咽鱗癌細胞株,旨在探索SOX4在HSCC中的表達及其對癌細胞惡性生物學行為的影響。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 對象與材料 ? (1)組織標本:76例HSCC組織石蠟標本,患者術前未作放化療,均經病理確診,以同期18例癌旁正常組織石蠟標本作為對照。同時收集手術切除的6對新鮮HSCC組織及其相鄰正常組織,存儲于-80 ℃低溫冰箱保存。本研究經南通大學附屬醫院醫學倫理委員會批準,并獲得患者或其家屬知情同意。(2)FaDu人咽鱗癌細胞株:購自中國科學院上海細胞庫,采用含10%胎牛血清的DMEM高糖培養基,于37 ℃,5%CO2培養箱中培養。(3)6周齡雄性BALB/C無胸腺裸鼠由南通大學動物實驗中心提供和飼養。

1.2 ? 實驗方法

1.2.1 ? 免疫組化(immunohistochemistry,IHC)檢測HSCC組織中SOX4表達:組織石蠟切片常規烤片、二甲苯脫蠟、梯度乙醇水化。置于枸櫞酸緩沖液(pH 6.0)中煮沸15~20 min,冷卻至室溫,PBS沖洗3次。切片置于3%H2O2,37 ℃ 15 min,阻斷內源性過氧化物酶。以羊血清工作液封閉,37 ℃ 40 min。滴加一抗,4 ℃冰箱過夜。滴加生物素標記二抗,37 ℃孵育30 min。滴加辣根過氧化物酶標記的鏈霉素卵白素工作液,37 ℃孵育30 min。DAB染色,自來水沖洗后蘇木素復染,常規脫水、透明、干燥,中性樹脂封片。評分標準:400倍顯微鏡觀察細胞染色情況。染色細胞百分比為A類評分,0~4%計0分, 5%~25%計1分,26%~50%計2分,51%~75%計3分,76%~100%計4分。染色強度為B類評分,陰性計0分,弱陽性計1分,中等陽性計2分,強陽性計3分。A×B為IHC最終得分,0~5分為低表達或不表達,6~12分為高表達。

1.2.2 ? Western blot印跡法:采用Western blot檢測SOX4、增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)、β-連環蛋白(β-catenin)、E-鈣粘蛋白(E-cadherin)、波形蛋白(vimentin)、N-鈣粘蛋白(N-cadherin)表達量。稱取適量HSCC組織或癌旁組織,碾碎,加入RIPA裂解液,置于冰上20 min。將裂解產物移至EP管中,4 ℃下離心取上清液。加入loading buffer,沸水煮15 min后置于-80 ℃冰箱備用。FaDu細胞蛋白提取方法同組織蛋白提取。根據目的蛋白分子量選定分離膠濃度為10%,制備SDS-PAGE凝膠,在電泳液中進行電泳。組裝轉膜夾層,在預冷的轉膜液中轉膜。轉膜結束后將PVDF膜移至含5%脫脂奶粉的TBST緩沖液中,室溫下搖床均勻封閉2 h。用含5%脫脂奶粉的TBS緩沖液稀釋一抗,4 ℃孵育過夜。取出濕盒室溫復溫40 min,TBST洗膜3次。TBS稀釋二抗,室溫下孵育1 h。TBST洗膜3遍。膜在暗房加入ECL試劑,膠片曝光、顯影,定影后掃膜備用。利用Image J軟件計算條帶的灰度值。

1.2.3 ? 細胞轉染:(1)取生長良好的FaDu細胞種植于6孔板培養,待細胞密度達50%左右時進行轉染。分為轉染組、空轉組及對照組,轉染組根據SOX4敲低位點不同分為Si1、Si2、Si3、Si4四組。(2)配置轉染試劑:2支EP管中分別加入A液(10 μL siRNA+240 μL基礎培養基)、B液(5 μL Lipofectamine 2 000+245 μL基礎培養基),混合后靜置5 min。將B液加入A液中充分混合,靜置20 min。6孔板中加入新鮮無血清基礎培養基1 500 μL,再加入AB混合液。(3)4~6 h后換上含10%胎牛血清的完全培養基。(4)48 h后提取細胞RNA,72 h后提取細胞蛋白,利用RT-qPCR及Western blot印跡法檢測轉染效率。

1.2.4 ? 血清饑餓釋放實驗:取生長良好的FaDu細胞于無血清DMEM高糖培養基培養72 h后,換成含10%胎牛血清的DMEM高糖培養基,分別培養0 h、6 h、12 h、24 h、36 h。收集各組細胞,采用流式細胞術和Western blot印跡法檢測細胞周期、SOX4蛋白和PCNA蛋白表達水平。

1.2.5 ? RT-qPCR技術檢測SOX4 mRNA表達:(1)提取總RNA:FaDu細胞轉染48 h后,以無菌PBS清洗2次,每孔加入1 mL Trizol充分裂解,將裂解產物移至去RNA酶EP管中,加入0.2 mL氯仿震蕩15 s。4 ℃下12 000 r/min離心15 min,吸取無色上層液至另一支去RNA酶EP管,加入0.5 mL異丙醇,混勻,靜置10 min,4 ℃ 12 000 r/min離心10 min,棄上清。每管加入1 mL DEPC水配置的75%乙醇,4 ℃下7 500 r/min離心5 min,棄上清。室溫中晾干,每管加入20 μL DEPC水溶解,測定樣品RNA濃度。(2)逆轉錄合成cDNA:去RNA酶EP管中分別加入Oligo(dT)1 μL,RNA(0.1~5 μg)加DEPC水11 μL,70 ℃ 5 min,立即冰上冷卻。加入核糖核酸酶抑制劑1 μL,dNTPmix(10 mmol/L)2 μL,5×Reactin Buffer 4 μL,混勻,再加入1 μL逆轉錄酶。42 ℃ 60 min,70 ℃ 10 min終止反應,即刻置于-20℃ 保存。(3)實時熒光定量PCR(RT-qPCR):引物序列為SOX4 F:5-CACTCCTCCTCTTCCTCCTC-3,R:5-GCCGA-

CGACGAACTGAAG-3;GAPDH F:5-CAGACTATCAAGGAGGAAG-3,R:5-CCAGGAGTGAGATG-

ATTC-3。反應體系:cDNA(1 ∶ 20)2 μL,上、下游引物2 μL,SYBR Green PCR Master:Mix 10 μL、H2O 6 μL,總體系20 μL。反應條件:95 ℃ 15 s,60 ℃ 30 s,72 ℃ 30 s,循環40次。每組設3個復孔。

1.2.6 ? 流式細胞術分析細胞周期分布:收集生長良好的FaDu細胞,4 ℃ PBS清洗3遍,胰酶消化后制成細胞懸液。4 ℃下1 200 r/min離心5 min,棄PBS,重復2次。加入預冷70%乙醇1 mL固定細胞24 h。取出細胞1 200 r/min離心5 min,棄去乙醇,預冷PBS洗滌3次,每管加入1%Triton X-100 200 μL 10 min。再加入RNaseA(100 μL/mL)100 μL,4 ℃避光反應20 min。每管加入200 μL PI染色試劑(0.5 mg/mL),冰上染色20 min。流式細胞儀(激發波長488 nm)分析細胞周期分布。

1.2.7 ? CCK8法檢測細胞增殖能力:將FaDu細胞種入96孔板,每孔約8 000個細胞。細胞轉染后0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、72 h吸凈孔中培養基,每孔加入10 μL CCK8試劑+90 μL基礎培養基混合液,孵育90 min,酶標儀檢測490 nm處OD值。

1.2.8 ? 劃痕實驗檢測細胞遷移能力:將FaDu細胞種入6孔板中,待細胞融合80%左右進行細胞轉染,分為轉染組、空轉組和對照組。用10 μL槍頭對每孔劃“井”字,以無菌PBS洗去劃落細胞,每孔加入無血清DMEM高糖培養基培養。分別于轉染后0 h、36 h在顯微鏡下拍照。

1.2.9 ? Transwell實驗檢測細胞遷移能力:將FaDu細胞種入6孔板中進行細胞轉染,分為轉染組、空轉組和對照組。取24孔板,每孔加入500 μL含10%胎牛血清的完全培養基,將小室置入孔中。用胰酶消化轉染48 h的細胞,制成單細胞懸液,將5×104個細胞/200 μL加入上室中。36 h后PBS洗滌細胞2次,棉簽擦洗干凈上室。外室中每孔加入多聚甲醛固定30 min。小室晾干后置入結晶紫染色20 min,自來水沖洗干凈,晾干。顯微鏡下觀察、拍照,隨機選取5個視野統計細胞個數。

1.2.10 ? 裸鼠成瘤實驗:裸鼠分為NC組和干擾組,每組5只。干擾組裸鼠肩部皮下注射2×106個SOX4-Si2處理的FaDu細胞,NC組注射相同數量的轉染空載質粒的Fadu細胞。每3天用游標卡尺測量腫瘤體積,體積=0.5×長度×寬度2。注射后3周處死小鼠,甲醛固定腫瘤組織進行病理學分析。實驗重復3次。本實驗經南通大學動物實驗倫理委員會批準。

1.3 ? 統計學處理 ? 應用SPSS 20.0統計學軟件進行數據分析。計數資料以頻數表示,組間比較采用χ2檢驗;計量資料以x-±s表示,兩組間比較采用獨立樣本t檢驗,多組間比較采用方差分析。SOX4與Ki67表達的相關性采用皮爾森相關性分析,繪制Kaplan-Meier生存曲線,采用log-rank分析SOX4表達與患者預后的關系。P<0.05為差異有統計學意義。

2 ? 結 ? ? ?果

2.1 ? SOX4蛋白在HSCC組織中過度表達 ? 石蠟標本免疫組化顯示,SOX4蛋白表達定位于細胞質和細胞核中,在HSCC組織中高表達(IHC評分6.50±2.93分),在癌旁正常組織中弱表達(IHC評分2.00±1.61分),差異有統計學意義(P<0.001)(圖1A、B)。Western blot檢測6對新鮮HSCC組織及其癌旁正常組織,結果顯示HSCC組織中SOX4表達水平明顯高于癌旁正常組織,差異有統計學意義(P<0.05)(圖1C、D)。

2.2 ? SOX4表達與下咽癌患者臨床病理特征及預后的關系 ? 如表1和圖2所示,低分化型HSCC SOX4表達高于高分化型(P=0.002,圖2A、B),III~IV期患者SOX4表達高于I~II期患者(P<0.001,圖2C),淋巴結轉移患者SOX4表達高于無淋巴結轉移患者(P<0.001,圖2D),腫瘤直徑>2 cm患者SOX4表達高于≤2 cm患者(P=0.006,圖2E),差異均有統計學意義;而不同年齡(P=0.872)和性別(P=0.222)間SOX4表達水平的差異均無統計學意義(P>0.05)。Ki-67是細胞增殖相關核抗原,是評估腫瘤增殖細胞比例的有效工具。皮爾森相關性分析表明SOX4表達越高,Ki-67陽性率越高(R2=0.569,P<0.001,圖2F、G)。對HSCC患者隨訪至2022年10月,Kaplan-Meier生存分析顯示,SOX4高表達(IHC評分≥6分)患者生存期較短,預后較差(P=0.026,圖2H)。

2.3 ? SOX4在增殖期FaDu細胞中的表達 ? 將FaDu細胞血清饑餓72 h后,將血清加入培養基中培養6、12、24和36 h,流式細胞術檢測顯示G1期細胞從86.33%降至46.61%,S期細胞從9.85%增至37.43%(圖3A)。Western blot檢測顯示,增殖期FaDu細胞SOX4和PCNA(細胞增殖標志物)的表達同步明顯增加(P<0.05)(圖3B、C)。

2.4 ? 敲低SOX4表達抑制FaDu細胞增殖能力 ? 利用siRNAs轉染FaDu細胞以敲低SOX4的表達,PCR和Western blot技術檢測FaDu細胞中SOX4 mRNA及蛋白表達,證實敲低效果良好,其中以SOX4-Si2的效果最好(圖4A、B、C)。后續相關實驗采用SOX4-Si2處理的FaDu細胞。IHC染色結果表明,SOX4-Si2處理后FaDu細胞中SOX4染色強度顯著降低(圖4D)。CCK-8檢測結果顯示,與NC-Si或對照組相比,SOX4-Si2敲低后的FaDu細胞增殖能力明顯下降(圖4E)。流式細胞術分析顯示,敲低SOX4表達后導致FaDu停滯于G1期,S期細胞減少(圖4F、G)。

2.5 ? 敲低SOX4表達抑制FaDu細胞遷移能力 ? 劃痕實驗顯示,SOX4-Si2干擾后FaDu細胞劃痕愈合能力較對照組明顯下降(P<0.05)(圖5A、B),Transwell實驗也顯示SOX4-Si2干擾后FaDu細胞遷移數少于Control和NC-Si組(P<0.05)(圖5C、D),表明敲低SOX4后FaDu細胞遷移能力明顯下降。同時上皮表型標志物β-catenin和E-cadherin表達顯著增加,而間質表型標志物vimentin和N-cadherin表達顯著降低(圖5E、F),表明HSCC中SOX4可能通過誘導上皮間充質轉化(epithelial mesendyinal transition,EMT)而促進腫瘤轉移。

2.6 ? 動物模型實驗中敲低SOX4表達抑制腫瘤生長 ? 裸鼠成瘤實驗顯示,與NC組相比,SOX4-Si2干擾后腫瘤生長受到顯著抑制(P<0.001)(圖6A、B)。此外,免疫組化染色顯示在SOX4表達增高的同時,增殖標志物Ki-67陽性率也增高(圖6C)。提示敲低HSCC細胞中的SOX4可以抑制體內腫瘤生長。

3 ? 討 ? ? ?論

本研究IHC和Western blot檢測顯示,HSCC組織中SOX4蛋白表達明顯高于癌旁組織,其表達水平與腫瘤細胞分化程度、臨床分期、腫瘤大小、淋巴結轉移及Ki-67表達有關,這與鼻咽癌[9]、前列腺癌[10]、口腔鱗狀細胞癌[11]等惡性腫瘤相似。在非小細胞肺癌[12]、前列腺癌[13]、膽管癌[14]、口腔癌[11]中SOX4高表達預示患者預后不良,本研究發現SOX4高表達患者生存期較短,預后較差,提示SOX4可能是預測HSSC患者預后的生物學標志物。

由于異常增殖是細胞惡性轉化的重要環節,我們首先檢測增殖期FaDu細胞中SOX4表達水平,Western blot檢測顯示,增殖期FaDu細胞中SOX4和細胞增殖標志物PCNA的表達同步明顯增加,說明SOX4過表達與腫瘤生長密切相關。使用siRNA敲低FaDu細胞中SOX4的表達,細胞增殖能力顯著降低,S期細胞顯著減少,提示SOX4可能通過調節細胞周期進程來促進腫瘤細胞增殖。

轉移是癌癥發病中最復雜的分子調控過程[15],研究表明SOX4高表達與腫瘤復發、遠處轉移和侵襲性有關[16]。EMT的程序化激活使腫瘤細胞獲得間充質特征,有利于腫瘤的進展、轉移和復發。許多上皮來源的惡性腫瘤過表達SOX4,并且與EMT的發展有關[17]。SOX4對腫瘤細胞遷移的影響可能與不同信號通路的激活有關。有報告認為,癌癥的進展與TGF-信號通路有關[18-19]。SOX4參與HCC細胞轉移過程中的EMT,從而促進腫瘤進展[20]。在人乳腺上皮細胞中TGF-β介導的SOX4表達增強對EMT期間產生間充質表型是必要的[21]。SOX4過度表達有助于乳腺癌細胞的侵襲和擴散,SOX4過度表達與生成EMT的TGF-β途徑激活有關。本研究發現,沉默SOX4表達后FaDu細胞遷移能力受到抑制,同時上皮標志物表達增加,間質標志物表達降低,提示SOX4可能通過協同EMT促進HSCC轉移。

綜上所述,SOX4在HSCC中過表達,SOX4促進HSCC細胞的遷移和增殖,可能是早期識別HSCC、判斷患者預后的生物標志物和治療靶點。

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[收稿日期] 2023-03-08

(本文編輯 ? 王曉蘊)

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