




摘 要:本研究主要觀察微小RNA-126-3p(miR-126)的差異性表達對人皮膚黑色素瘤(CM)細胞株C8161的遷移、侵襲性的影響,并探究了Janus蛋白酪氨酸激酶2/信號傳導與轉錄激活因子3(JAK2/STAT3)通路和上皮-間質轉化(EMT)過程在其中的角色。采用細胞轉染法實現miR-126的差異性表達,用JAK2/STAT3通路抑制劑AG490、激動劑Coumermycin A1處理miR-126差異表達的細胞,并將C8161細胞分為對照組(不做轉染,不做藥物處理)、陰性對照(NC)組(轉染模擬物對照,不做藥物處理)、miR-126組(轉染miR-126模擬物,不做藥物處理)、miR-126+通路抑制劑組(轉染miR-126模擬物后AG490處理)和miR-126+通路激動劑組(轉染miR-126模擬物后Coumermycin A1處理)。采用實時熒光定量PCR(RT-qPCR)檢測miR-126的表達水平;利用蛋白免疫印跡法測定EMT關鍵蛋白和JAK2/STAT3通路蛋白的表達水平;利用細胞計數試劑盒-8(CCK-8)、劃痕愈合試驗、Transwell小室聯合基質膠法分別檢測細胞的活力、遷移和侵襲能力。與NC組相比,miR-126模擬物轉染使miR-126的表達水平在miR-126組顯著提高(#Plt;0.05),與此同時,相對細胞活力、細胞遷移率和細胞侵襲數均顯著降低(#Plt;0.05)。此外,miR-126組的上皮型鈣黏蛋白(E-cadherin)高于NC組(#Plt;0.05),而波形蛋白(vimentin)、神經鈣黏蛋白(N-cadherin)、纖維連接蛋白(FN)、JAK2、STAT3、p-JAK2、p-STAT3蛋白的表達水平和p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3的比值均低于NC組(#Plt;0.05)。更重要的是,與NC組和miR-126組相比,JAK2和STAT3蛋白的表達水平的上述指標在miR-126+通路抑制劑組中的變化更顯著(#Plt;0.05和amp;Plt;0.05),而上述指標在miR-126+通路激活劑組中的變化趨勢減弱(#Plt;0.05和amp;Plt;0.05),其中細胞侵襲數和FN、JAK2、STAT3蛋白的表達水平在miR-126+通路激動劑組和NC組之間無顯著差異。過表達miR-126抑制人CM細胞的活力、遷移和侵襲能力,而該作用很可能是通過阻礙EMT進程、抑制JAK2/STAT3通路的活化來實現的。這些研究結果有助于為人CM的臨床治療提供新的理論依據,為其治療方法提供新的策略。
關鍵詞:皮膚黑色素瘤;微小RNA-126-3p;Janus蛋白酪氨酸激酶2/信號傳導與轉錄激活因子3;遷移;侵襲
中圖分類號:R739.5 " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼:ADOI:10.3969/j.issn.1007-7146.2024.02.009
A Study on the Mechanism of miR-126 on the Migration and Invasion of Cutaneous Melanoma C8161
ZHUO Xinxin, GU Lijuan*, ZHOU Xiaohan
(Department of Dermatology and Aesthetic Surgery the Fifth People’s Hospital of Huai’an, Huai’an 223300, China)
Abstract: This study focused on the effects of the differential expression of microRNA-126-3p (miR-126) on migration and invasion of human cutaneous melanoma (CM) cell line C8161, and the role of Janus tyrosine protein kinase 2/signaling and transcriptional activator 3 (JAK2/STAT3) pathway and epithelial-mesenchymal transition (EMT) process were investigated. Dysregulation of miR-126 was achieved by cell transfection, and miR-126-deregulated cells were treated with the JAK2/STAT3 pathway inhibitor AG490 or the agonist Coumermycin A1. Thus, C8161 cells were divided into 5 groups: control group (without transfection or drug treatment), negative control (NC) group (with mimics control transfection, but no drug treatment), miR-126 group (with miR-126 mimics transfection, but no drug treatment), miR-126 + pathway inhibitor group (with miR-126 mimics transfection and AG490 treatment), miR-126 + pathway agonist group (with miR-126 mimics transfection and Coumermycin A1 treatment). Real-time fluorescence quantitative PCR (RT-qPCR) was used to detect the expression level of miR-126. The expression levels of EMT key proteins and JAK2/STAT3 pathway proteins were determined by Western blotting. Cell viability, migration and invasion abilities were determined by cell counting kit-8 (CCK-8), scratch healing assay and Transwell chamber combined with matrix gel, respectively. Compared with the NC group, transfection with miR-126 mimics significantly increased the expression level of miR-126 in the miR-126 group (#Plt;0.05), while the relative cell vitality, cell migration rate and cell invasion number significantly decreased (#Plt;0.05), accompanied with higher protein level of E-cadherin (#Plt;0.05), and lower protein levels of Vimentin, N-cadherin, fibronectin (FN), JAK2, STAT3, p-JAK2, and p-STAT3, and as well as lower ratios of p-JAK2/JAK2 and p-STAT3/STAT3 (#Plt;0.05). More importantly, compared with NC group and miR-126 group, the "above indicators of JAK2 and STAT3 protein levels were further changed in miR-126 + pathway inhibitor group (#Plt;0.05 and amp;Plt;0.05), whereas all the above indexes were less changed in miR-126 + pathway activator group (#Plt;0.05 and amp;Plt;0.05), and cell invasion number and FN, JAK2 and STAT3 protein levels in miR-126 + pathway activator group were little different from NC group without significance. Overexpression of miR-126 inhibits cell viability, migration and invasion of human CM cells presumably by blocking EMT process and inhibiting the activation of JAK2/STAT3 pathway. These results were helpful to provide a new theoretical basis for the clinical treatment of human CM and a new strategy for its treatment.
Key words: cutaneous melanoma; microRNA-126-3p; Janus tyrosine protein kinase 2/signal transduction and transcription activator 3; migration; invasion
(Acta Laser Biology Sinica, 2024, 33(2): 167-175)
微小RNA(MicroRNA,miRNA)是一類由18~25個核苷酸構成的內源性非編碼單鏈RNA分子,其異常表達是一種表觀遺傳機制,可在各種生理、病理環境下調控細胞的增殖、分化、轉移和凋亡等生命過程,對腫瘤的發生、發展起關鍵作用[1-2]。皮膚黑色素瘤(cutaneous melanoma,CM)是一種侵襲性強、異質性高、轉移傾向強的惡性腫瘤,其病死率占皮膚癌死亡總數的75%以上,晚期CM患者的5年生存率為23%[3]。據報道,多種miRNA在CM的發生、發展過程中差異性表達[4]。miRNA-126-3p(miR-126)與許多腫瘤關系密切,在肺癌、乳腺癌、白血病中的作用及機理已被多方報道[5-7]。在CM中,miR-126在腫瘤組織中低表達,是一種潛在的腫瘤抑制因子,與不良預后相關[8]。但是,該miRNA對CM細胞惡性表型的作用尚未被全面揭秘。
Janus蛋白酪氨酸激酶2/信號轉導和轉錄激活因子3(Janus protein tyrosine kinase 2/signal transduction and transcription activator 3,JAK2/STAT3)信號通路在腫瘤發生中起著關鍵作用,并被認為是CM的致病因子和治療靶點[9-10]。已有研究顯示,miR-126可通過抑制該通路,從而拮抗宮頸癌細胞的遷移和侵襲[11],但是,尚沒有證據表明miR-126和JAK2/STAT3通路在CM發生、發展中的角色。綜上,本研究旨在檢測miR-126高表達對人CM細胞的遷移、侵襲及上皮-間質轉化(epithelial-interstitial transformation,EMT)過程的影響,并探討JAK2/STAT3信號通路在miR-126作用中的角色。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
1.1.1 細胞
C8161細胞株來自于北納生物(北京,中國)。
1.1.2 藥品和試劑
miR-126模擬物、模擬物對照及miR-126引物購自上海艾博思生物科技有限公司(上海,中國);Lipofectamine 3000轉染試劑購自美國Invitrogen公司;JAK2/STAT3通路抑制劑AG490[12]、激動劑Coumermycin A1[13]購自圣克魯斯生物技術(上海)有限公司;結晶紫染色液、組織細胞固定液、磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer,PBS)、胰蛋白酶-乙二胺四乙酸(trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)消化液(0.25%)、青鏈霉素混合液(100×)均由北京索萊寶科技有限公司提供;RPMI-1640基礎培養基、優質胎牛血清由美國Gibco公司提供;細胞/組織總RNA提取試劑盒和miRNA加尾法逆轉錄試劑盒均來自于南京諾唯贊生物科技股份有限公司;2×SYBR Green Fast qPCR Mix來自于北京百邁客生物科技有限公司;細胞計數試劑盒-8(cell counting kit-8,CCK-8)購自吉滿生物科技(上海)有限公司;放射免疫沉淀分析(radioimmunoprecipitation assay,RIPA)裂解液(強)購自上海碧云天生物技術有限公司;上皮型鈣黏蛋白(E-cadherin)、波形蛋白(vimentin)、神經鈣黏蛋白(N-cadherin)、纖維連接蛋白(fibrillonectin,FN)、JAK2、STAT3、p-JAK2、p-STAT3、β-actin等抗體均來自圣克魯斯生物技術(上海)有限公司;堿性磷酸酶標記的羊抗鼠IgG(H+G)和羊抗兔IgG(H+G)來源于武漢三鷹生物技術有限公司。
1.1.3 儀器
Unano-2000超微量分光光度計購自杭州優米儀器有限公司;ABI7500實時熒光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,RT-qPCR)儀來自于美國Applied Biosystems公司;iD3酶標儀來自于美國Molecular Devices公司;DM2000光學顯微鏡來自于德國徠卡顯微系統;OI1000凝膠成像系統來自于廣州廣儀儀器有限公司。
1.2 試驗方法
1.2.1 細胞培養、轉染
C8161生長所需的完全培養基由RPMI-1640基礎培養基、10%優質胎牛血清和1×青鏈霉素混合液組成,其生長所在培養箱的條件是37℃、5% CO2、70%~80%濕度。細胞傳代的前提條件是細胞密度≥90%;細胞轉染的前提條件是細胞密度達到60%~70%,30 nmol/L miRNA模擬物在Lipofectamine 3000轉染試劑的幫助下進入細胞,且嚴格按照說明書的操作步驟進行轉染。
1.2.2 細胞分組和藥物處理
miR-126模擬物轉染的細胞,在24 h后更換為添加了10 μmol/L AG490或10 μmol/L Coumermycin A1的完全培養基,繼續培養24 h。所有的C8161細胞可分為5組:對照組(不做轉染,不做藥物處理)、陰性對照(NC)組(轉染模擬物對照,不做藥物處理)、miR-126組(轉染miR-126模擬物,不做藥物處理)、miR-126+通路抑制劑組(轉染miR-126模擬物后AG490處理)、miR-126+通路激動劑組(轉染miR-126模擬物后Coumermycin A1處理)。
1.2.3 RT-qPCR檢測miR-126的表達水平
對照組、NC組和miR-126組在轉染24 h后,用RNA提取試劑盒提取細胞中的RNA,并用超微量分光光度計測量RNA濃度。1 μg RNA在逆轉錄試劑盒的作用下進行逆轉錄反應,得到cDNA產物;100 ng cDNA在qPCR Mix和上、下游引物的作用下進行熒光定量。二步PCR反應程序如下:94℃ 2 min;40個循環的94℃ 30 s和65℃ 30 s;72℃ 2 min。以miR-191-5p為內參[14],根據循環數(Ct)和2–ΔΔCt法計算miR-126的相對表達水平。
1.2.4 CCK-8法檢測細胞活力
C8161細胞傳代并接種到96孔板中,每孔接種5 000個細胞,且各組設置5個重復孔。各組細胞在藥物處理24 h后,分別加入體積分數為10%的CCK-8試劑,并37℃孵育1 h。使用酶標儀在450 nm波長處測定吸光度(A),間接反映細胞活力。
相對細胞活力/%=[(A其他各組-A空白組)/(A對照組-
A空白組)]×100% " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " (1)
1.2.5 劃痕愈合法檢測細胞遷移
各組細胞在藥物處理24 h后,用20 μL無菌吸頭在細胞表面力道均勻地垂直畫一道線,并用PBS清洗掉脫落的細胞;剩余的貼壁細胞在無血清的完全培養基中繼續培養24 h。顯微鏡下(4×)采集0 h和24 h的劃痕圖,并用Image J1.8.0軟件分析劃痕面積(S),間接反映細胞的遷移性。
遷移率/%=[(S0 h-S24 h)/S0 h]×100% " " " " " "(2)
1.2.6 Transwell小室聯合基質膠法檢測細胞侵襲
取-20℃保存的基質膠置于4℃過夜融化,用無血清的完全培養基稀釋基質膠的質量濃度至1 mg/mL,每Transwell小室加入100 μL基質膠稀釋液,置于37℃、5% CO2培養箱中孵育5 h,使其呈干膠狀。各組細胞在藥物干預24 h后,重懸在無血清的完全培養基中,并將約1×105個細胞接種到提前包被基質膠的Transwell小室的腔室中,在Transwell小室和24孔板之間的腔室中加入500 μL含10%胎牛血清的完全培養基。細胞在37℃中繼續培養24 h,小室下表面的細胞與4%組織細胞固定液室溫孵育15 min,再與1%結晶紫染色液室溫孵育20 min。在顯微鏡下(20×)采集細胞圖,并用Image J1.8.0軟件分析紫色細胞個數(N),直接反映細胞的侵襲數(個)。
1.2.7 蛋白免疫印跡(WB)法檢測EMT和JAK2/STAT3通路相關蛋白的表達水平
各組細胞在藥物處理24 h后,用RIPA裂解液提取細胞中的蛋白質,并用超微量分光光度計測量蛋白質的濃度。50 μg蛋白樣品在80~120 V恒壓條件下用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳分離,隨后在300 mA恒流條件下用電泳將蛋白轉移到聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上。聚偏二氟乙烯膜在5%脫脂牛奶中室溫封閉1 h,之后膜載蛋白在室溫下進行一抗孵育2 h、二抗孵育2 h。抗體結合后的膜載蛋白在5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸鹽/硝基藍四唑(5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate/nitro blue tetrazolium,BCIP/NBT)堿性磷酸酯酶顯色試劑盒作用下進行膜顯色,并用凝膠成像系統進行圖片采集。ImageJ1.8.0軟件用來分析蛋白灰度(G),間接反應蛋白的表達水平。
蛋白表達水平=G目的蛋白/Gβ-actin " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "(3)1.3 統計學分析
所有試驗數據均符合正態分析,以平均數±標準差(x±s)表示。兩組間數據比較采用Dunnett’s t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析,均在GraphPad Prism 8軟件上進行。Plt;0.05表示具有統計學差異,在圖上以#或amp;表示。
2 結果與分析
2.1 miR-126在C8161細胞中過表達
利用細胞瞬時轉染法,人為干預C8161細胞中miR-126的表達。由圖1可知,miR-126組中miR-126的表達水平約為對照組的3倍,且顯著高于NC組(#Plt;0.05),表明miR-126模擬物在C8161細胞中轉染成功。
2.2 miR-126高表達依賴于對JAK2/STAT3通路
活性的抑制作用削弱C8161的細胞活力
為了同時探究miR-126和JAK2/STAT3通路活化在人黑色素瘤細胞中的作用,用通路抑制劑、激動劑處理miR-126過表達的C8161細胞,并分析關鍵的細胞過程的變化。用CCK-8試驗檢測細胞活力。由圖2a可知:相對于對照組,NC組的細胞活力未受顯著影響;相對于NC組,miR-126組、miR-126+通路抑制劑組和miR-126+通路激動劑組的細胞活力均顯著降低(#Plt;0.05);與miR-126組相比,miR-126+通路抑制劑組的細胞活力顯著降低(amp;Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組的細胞活力顯著提高(amp;Plt;0.05)。
2.3 上調miR-126的表達抑制JAK2/STAT3通路
活性,降低C8161的細胞遷移能力
用劃痕愈合試驗法檢測各組細胞的遷移能力。由圖2b和圖2c可知,miR-126組、miR-126+通路抑制劑組和miR-126+通路激動劑組中24 h內的細胞遷移率均低于NC組(#Plt;0.05),miR-126+通路抑制劑組低于miR-126組(amp;Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組則高于miR-126組(amp;Plt;0.05)。
2.4 上調miR-126的表達抑制JAK2/STAT3通路活性,降低C8161的細胞侵襲能力
用Transwell小室聯合基質膠法檢測各組細胞的侵襲能力,結果如圖3所示,細胞侵襲數在對照組和NC組中無顯著差異,但miR-126組、miR-126+通路抑制劑組的細胞侵襲數低于NC組(#Plt;0.05),miR-126+通路抑制劑組低于miR-126組(amp;Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組高于miR-126組(amp;Plt;0.05)。
2.5 通過抑制JAK2/STAT3通路活性,miR-126高表達阻礙C8161的細胞EMT進程
用蛋白免疫印跡(Western blotting,WB)試驗檢測EMT關鍵蛋白在各組細胞中的表達情況。由圖4a和4b可知:與NC組相比,miR-126組、miR-126+通路抑制劑組E-cadherin蛋白的表達水平均上調(#Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組E-cadherin蛋白的表達水平下調(#Plt;0.05),而miR-126組、miR-126+通路抑制劑組vimentin、N-cadherin的表達水平則均下調(#Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組vimentin、N-cadherin的表達水平上調(#Plt;0.05);miR-126組和miR-126+通路抑制劑組FN蛋白的表達水平顯著低于NC組(#Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組和NC組FN蛋白表達水平無顯著變化。與miR-126組相比,miR-126+通路抑制劑組E-cadherin蛋白的表達水平上調(amp;Plt;0.05),miR-126+通路激動劑組E-cadherin蛋白的表達水平下調(amp;Plt;0.05),而vimentin、N-cadherin和FN蛋白的表達水平在miR-126+通路抑制劑組中下調(amp;Plt;0.05),在miR-126+通路激動劑組中上調(amp;Plt;0.05)。E-cadherin、vimentin、N-cadherin和FN蛋白的表達水平在對照組和NC組中無顯著差異。
2.6 過表達miR-126依賴于對JAK2/STAT3通路的抑制而下調通路蛋白的表達
JAK2/STAT3通路關鍵蛋白的表達也由WB試驗測定。由圖5a~5c可知:miR-126組、miR-126+通路抑制劑組的JAK2、STAT3、p-JAK2、p-STAT3蛋白相對于內參β-actin的表達水平和p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3比值均低于NC組(#Plt;0.05),而miR-126+通路激動劑組的p-JAK2、p-STAT3蛋白的表達水平和p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3比值均高于NC組(#Plt;0.05);與miR-126組相比,miR-126+通路抑制劑組的p-JAK2、p-STAT3蛋白的表達水平和p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3比值較低(amp;Plt;0.05),而miR-126+通路激動劑組的STAT3、p-JAK2、p-STAT3蛋白的表達水平和p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3比值較高(amp;Plt;0.05)。
3 討論
miRNA主要是通過與靶基因mRNA 3'端非編碼區進行堿基配對,引起靶標mRNA降解或翻譯抑制,從而參與真核生物的生理、病理過程的。miR-126定位于第9號染色體,屬于保守型miRNA,與血管新生以及癌細胞的增殖、分化、轉移關系密切。Caporali等[15]與Lu等[16]的研究顯示,金屬肽酶結構域9(a distegrinin and a metalloprotease 9,ADAM9)、血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)、CRK原癌基因均屬于miR-126負調控CM細胞惡性行為的靶基因。關于其靶基因與CM細胞遷移和侵襲的關系,均已有諸多報道。Pedini等[17]認為,恢復miR-126的表達可以減弱CM細胞的致瘤性,聯合用藥時也可增強藥物PIK-75和維莫非尼的抗腫瘤活性。本研究發現,相比對照組,miR-126組細胞的活力、遷移能力、侵襲能力以及vimentin、N-cadherin蛋白的表達水平下降,E-cadherin蛋白的表達水平升高,說明miR-126能夠抑制細胞的活力、遷移、侵襲及EMT過程。本文闡述的miR-126對CM C8161細胞株的增殖、侵襲、EMT的抑制作用與Lu等[16]在CM A375-S2細胞株中的結果一致。
Pedini等[17]報道,在CM中miR-126異常表達,但其具體作用機制并不完全明確,仍需要更加深入的研究。而有研究顯示,miR-126、PIK-75和維莫非尼均可抑制磷脂酰肌醇-3-羥激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-hydroxykinase/protein kinase B,PI3K/AKT)和促分裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶(divisionogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulating kinase,MAPK/ERK)信號通路[17]。JAK2/STAT3信號通路與CM惡性生物性進程關系密切,生理狀態下,JAK2/STAT3大多處于非磷酸化水平,當機體受外界刺激時發生瞬時、快速的磷酸化轉化,繼而通過一系列進程,將膜外信號快速轉導至胞內,進而調控下游關鍵因子的表達[18]。本研究結果顯示,與miR-126組相比,miR-126+通路抑制劑組細胞的活力、遷移能力、侵襲能力以及vimentin、N-cadherin蛋白的表達水平進一步下降,E-cadherin蛋白的表達水平進一步升高。與AG490同時使用,對上述細胞行為可產生累加效應。過表達miR-126和AG490均對JAK2/STAT3通路有抑制作用。且研究結果還顯示,miR-126+通路激動劑組與miR-126+通路抑制劑組的趨勢相反,說明miR-126能夠通過JAK2/STAT3信號通路發揮對CM的調控作用。EMT是一種進化上保守的發育過程,與癌變有關,并可通過增強癌細胞的移動性、侵襲性和對凋亡刺激的抵抗力來賦予癌細胞轉移能力[19],而癌癥細胞的轉移和耐藥性在侵襲生態位上相互合作和加強[20]。Caporali等[15]指出,miR-126在達拉非尼耐藥CM細胞(A375R和SK-Mel28R)中顯著低于母系細胞(A375和SK-Mel28),而miR-126-3p的替代性表達可抑制A375R和SK-Mel28R的增殖、細胞周期進程、侵襲性,并增加對達拉非尼的敏感性,且該作用至少可通過抑制MAPK/ERK和PI3K/AKT信號通路來實現。這些發現表明,JAK2/STAT3通路很可能是miR-126通過調控信號通路在CM中發揮腫瘤抑制活性的一種重要的分子機制。
近幾年來,miRNA在抗腫瘤治療中具有治療潛力,miRNA療法(恢復或抑制miRNA的表達和活性)具有很大的應用前景。但是,這些治療性miRNA本身具有生理缺點,如穩定性低、內吞作用低、免疫毒性低等,這些缺陷阻礙了其向癌癥治療的轉化[21];隨著納米技術給藥系統的出現,miRNA或可更有效地靶向癌癥,從而改善療效,其中,基于miRNA的納米治療潛能已在葡萄膜黑色素瘤中受到極大的關注[22],但是在CM中尚未可知。miR-126在臨床中也有與癌癥相關的報道,但在CM中還缺乏系統性的研究,尚需進一步探索。
綜上所述,本試驗發現,恢復miR-126的表達可顯著抑制CM細胞的體外遷移和侵襲能力,而這一作用很可能與EMT進程減緩、JAK2/STAT3信號通路抑制緊密相關。miRNA調控JAK2/STAT3信號通路在CM中的研究很少,本研究成果可以填補這一方面的空白。
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