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PDCD 4通过Wnt/β -catenin信号通路抑制宫颈癌细胞增殖的基础研究

更新时间:2016-07-05

宫颈癌的发病率居中国女性生殖道肿瘤的首位,严重威胁着女性的健康[1]。据统计,全球新发宫颈癌病例约为50万/年,其中约7/8的新发病例发生于发展中国家[2]。目前,宫颈癌患者就诊时多数已处于晚期,因此寻找一种与宫颈癌早期诊断、预后判断和靶向治疗有关的生物标志物十分迫切。细胞程序性死亡蛋白4(programmed cell death 4,PDCD4)是近年来新发现的一种凋亡相关基因,在细胞程序性死亡过程起重要作用。相关研究表明,PDCD4可以抑制肿瘤的发生、发展,促进肿瘤细胞凋亡[3]。据报道,PDCD4表达水平的变化与肿瘤病理分级和预后密切相关[4]。目前,关于PDCD4对宫颈癌细胞的影响及其在宫颈癌中的作用机制的研究比较缺乏。因此,本实验通过过表达PDCD4,检测其对宫颈癌HeLa细胞增殖、凋亡的影响及其作用机制,现报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

宫颈癌HeLa细胞由郑州大学实验室保存;DMEM培养基购自美国HyClone公司;LipofectamineTM2000转染试剂盒购自美国Invitrogen公司;蛋白裂解液RIPA、蛋白酶抑制剂均购自北京康为世纪生物科技有限公司;二喹啉甲酸(bicinchoninic acid,BCA)蛋白含量检测试剂盒购自南京凯基生物科技有限公司;PDCD4抗体、β-肌动蛋白(β-actin)抗体、β-连环蛋白(β-catenin)抗体、分泌型蛋白Dickkopf-1(DKK1)抗体、细胞周期蛋白D1(cyclin D1)抗体、辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的抗兔二抗均购自美国Cell Signal Technology公司。

1.2 细胞培养

将冻存在液氮中的HeLa细胞取出,迅速置于37℃水浴锅中复苏,随后转移至15 ml玻璃离心管中,加入含10%胎牛血清、100 U/ml青霉素、0.1 mg/ml链霉素的DMEM培养基,轻轻颠倒混匀,离心,弃上清,细胞计数,在37℃、5%CO2的恒温培养箱中培养,当细胞汇合度达70%~80%时,0.25%的胰蛋白酶消化,按1∶3传代培养。

1.3 细胞转染

取对数生长期的HeLa细胞,将培养基更换为不含抗生素的DMEM培养基,当细胞汇合度达70%~80%时,使用LipofectamineTM2000进行转染。以加入PGC-FU-GFP-PDCD4表达载体的细胞为过表达组,以加入PGC-FU-GFP表达载体的细胞为空载体组,以未做转染的细胞为空白对照组。将各组细胞接种于6孔板中,每孔加入5×105个细胞,加入5 μl LipofectamineTM2000和500 μl无血清培养基,振荡混匀,于37℃、5%CO2的恒温培养箱中培养48 h,蛋白质印迹法(Western blot)检测转染效果。

1.4 噻唑蓝法检测细胞增殖能力

将过表达组、空载体组和空白对照组HeLa细胞接种于96孔板中,每孔加入1×106个细胞,轻轻混匀,每组5个复孔,于37℃、5%CO2的恒温培养箱中培养48 h后,加入20 μl MTT溶液,37℃培养4 h,待有蓝色结晶紫产生,加150 μl二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO),37℃、避光,摇床振荡10 min,使用酶标仪测定各孔490 nm波长处的吸光度值(OD值),计算细胞存活率。实验重复3次,取平均值。

MTT法检测结果显示:过表达组、空载体组和空白对照组细胞的存活率分别为(40.5±3.8)%、(96.5±6.2)%和(100.0±4.4)%,3组比较,差异有统计学意义(F=229.6,P<0.01)。其中,空载体组细胞的存活率与空白对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05);过表达组细胞的存活率低于空白对照组和空载体组,差异均有统计学意义(P<0.05)。

1.5 流式细胞术检测细胞凋亡能力

采用不含EDTA的胰蛋白酶消化过表达组、空载体组和空白对照组HeLa细胞,磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)洗涤 2次,收集(1~5)×105个细胞,加入 500 μl Binding Buffer、5 μl Annexin V-FITC,振荡混匀,室温下避光培养5 min,采用流式细胞仪测定各组细胞的凋亡情况,实验重复3次,取均值。

1.6 Western blot检测细胞中 β-catenin、DKK 1、cyclin D 1蛋白的表达

采用SPSS 22.0统-计软件进行数据分析。计量资料以均数±标准差(x±s)表示,多组间比较采用F检验,多组间两两比较采用q检验,两组间比较采用t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

1.7 统计学分析

取过表达组、空载体组和空白对照组HeLa细胞,加入 300 μl RIPA、3 μl蛋白酶抑制药,充分摇匀,置于冰上反应30 min,收集蛋白转入干净的EP管中,根据BCA蛋白浓度检测试剂盒说明书检测蛋白浓度;使用10%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecylsulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分离胶和5%SDSPAGE浓缩胶电泳,每孔大约加入30 μg的蛋白质,沸水浴5 min,电泳;取下凝胶,将蛋白转移至聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride,PVDF)膜上;置于含5%脱脂奶粉的TBST液封闭1 h,加入一抗(分别加入β-actin一抗,1∶1000;PDCD4一抗,1∶1000;β-catenin一抗,1∶400;DKK1一抗 1∶400;cyclin D1一抗1∶1000),置于37℃、摇床中孵育1 h,4℃过夜培养;TBST洗膜3次,每次5 min;加入HRP标记的抗兔二抗(1∶5000),室温培养1 h,TBST洗膜3次,每次5 min;暗室中,滴加ECL发光液,采用凝胶成像仪扫描,目的蛋白灰度值/β-actin灰度值表示蛋白表达水平,实验重复3次。

2 结果

2.1 细胞转染效果

结果表明,超声提取与加热回流提取的效果相当,但超声操作简单便利,因此选择超声提取。超声时间选择了20、40、60 min进行考察,提取时间对提取效果无较大影响,且希望保证每批药材提取完全,因此超声时间确定为40min。通过比较不同提取溶剂的图谱,70%甲醇测定的图谱中峰的高度强度展现的较为均一,更适合对各批次的药材进行共有峰的指认,因此提取溶剂定为70%甲醇。

图1 Western blot检测转染后 3组细胞中PDCD 4蛋白的表达

2.2 PDCD 4过表达对细胞增殖能力的影响

压力平衡体现为对钻井液液柱压力的双向约束,泥浆密度有一定的窗口,当泥浆密度低于孔隙压力时会导致井涌井喷(密度下限);高于破裂压力时会导致井漏(密度上限)。

Western blot检测结果显示:转染后,过表达组、空载体组和空白对照组细胞中PDCD4蛋白的相对表达量分别为(1.53±0.12)、(0.41±0.07)和(0.39±0.04),3组比较,差异有统计学意义(F=287.0,P<0.01)。其中,空载体组细胞中PDCD4蛋白的相对表达量与空白对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05);过表达组细胞中PDCD4蛋白的相对表达量高于空白对照组和空载体组,差异均有统计学意义(P<0.05)。(图1)

2.3 PDCD 4过表达对细胞凋亡能力的影响

Western blot检测结果显示:过表达组、空载体组和空白对照组细胞中β-catenin、DKK1、cyclin D1蛋白的表达水平比较,差异均有统计学意义(P<0.01)。其中,空载体组细胞中β-catenin、DKK1、cyclin D1蛋白的表达水平与空白对照组比较,差异均无统计学意义(P>0.05);过表达组细胞中βcatenin、DKK1、cyclin D1蛋白的表达水平均低于空白对照组和空载体组,差异均有统计学意义(P<0.05)。(图3、表1)

图2 不同组别HeLa细胞的凋亡情况

2.4 PDCD 4过表达对HeLa细胞中 β-catenin、DKK 1、cyclin D 1蛋白表达水平的影响

流式细胞仪检测结果显示:过表达组、空载体组和空白对照组细胞的凋亡率分别为(48.6±4.3)%、(12.4±1.4)%、(10.5±1.2)%,3组比较,差异有统计学意义(F=316.6,P<0.01)。其中,空载体组细胞的凋亡率与空白对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05);过表达组细胞的凋亡率高于空白对照组和空载体组,差异均有统计学意义(P<0.05)。(图2)

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图3 Western blot检测 3组细胞中 β-catenin、DKK 1、cyclin D 1的表达

表1 3组细胞中β -catenin、DKK 1、cyclin D 1表达量的比较(±s

注:*与过表达组比较,P<0.05

组别空白对照组空载体组过表达组FP值β-catenin 0.78±0.09*0.77±0.11*0.34±0.06 38.69<0.01 DKK1 0.84±0.10*0.85±0.10*0.31±0.08 52.20<0.01 cyclin D1 0.66±0.07*0.69±0.08*0.30±0.08 41.26<0.01

3 讨论

PDCD4基因位于10q24,其编码蛋白约含有469个氨基酸,可以影响肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭、迁移等过程,抑制肿瘤的恶化[5]。PDCD4表达水平的升高或降低均对肿瘤细胞的生长、凋亡等过程产生较大影响。Matsuhashi等[6]研究表明,PDCD4可以通过调控转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)诱导原发性肝癌细胞凋亡。在卵巢癌中,异常表达的PDCD4可以通过调节p21p27基因的表达,使卵巢癌细胞停滞在G1期或上调细胞周期,进而达到抑制肿瘤细胞增殖的目的[7]。PDCD4在鼻咽癌组织中的表达水平低于正常黏膜组织,稳定地过表达PDCD4可以削弱肿瘤细胞的存活力,抑制肿瘤细胞增殖,从而使体内成瘤速度明显减慢[8]。在血液恶性肿瘤中,PDCD4 mRNA和蛋白的表达水平降低,表明PDCD4参与阻滞血液恶性肿瘤患者骨髓单个核细胞凋亡过程,促进血液恶性肿瘤的发生、发展[9]。毛玲等[10]研究发现,苦参碱体外作用于人肾母细胞瘤细胞可以提高PDCD4的表达水平及增加肿瘤细胞的敏感度和凋亡率。PDCD4在宫颈癌细胞的细胞核和细胞质中均有表达[11],但关于PDCD4对宫颈癌细胞增殖和凋亡的调控以及作用机制的报道较少。本研究通过对宫颈癌HeLa细胞转染PGCFU-GFP-PDCD4和PGC-FU-GFP表达载体发现,过表达组细胞中PDCD4蛋白的相对表达量高于空转染组和空白对照组(P<0.05),细胞的存活率低于空白对照组和空载体组(P<0.05),细胞的凋亡率高于空白对照组和空载体组(P<0.05),表明PGCFU-GFP-PDCD4载体可以促进HeLa细胞中PDCD4的表达,而过表达的PDCD4可以抑制HeLa细胞的增殖,促进HeLa细胞的凋亡,其可能原因为PDCD4阻碍了肿瘤细胞的有丝分裂过程,但PDCD4的具体作用机制尚未完全清楚。

Nusse等[12]报道中将小鼠乳腺瘤原癌基因int1和果蝇无翅基因wingless合称为Wnt。Wnt信号通路调控胚胎发育和机体正常生理过程,同时诱导多种肿瘤的发生、发展[13]。Wnt/β-catenin信号通路是Wnt信号通路的经典途径,该通路在细胞的生长、迁移过程中发挥重要作用,主要是提高βcatenin的表达水平并向细胞核内转移,其作用原理为Wnt蛋白通过与细胞表面因子结合形成三聚体,并活化细胞质内蓬乱蛋白,抑制β-catenin磷酸化降解,提高细胞质中β-catenin的含量,细胞质的通透性增强,β-catenin进入细胞核与T细胞转录因子/淋巴样增强因子相互作用,从而激活Wnt/β-catenin信号通路,进而促进下游靶基因的表达,调控肿瘤的发生、发展、细胞生理过程及耐药性等[14-15]DKK1cyclin D1是Wnt/β-catenin信号通路的下游靶基因[16]。DKK1可以诱导产生具有内吞功能的三元复合物,阻断Wnt/β-catenin信号转导途径,诱导多种肿瘤细胞凋亡[17]。cyclin D1能特异性调控细胞从G1期向S期转换,cyclin D1低表达可以抑制肿瘤的发生、发展[18]。本实验通过Western blot检测转染后HeLa细胞中β-catenin、DKK1、cyclin D1蛋白的表达水平发现,与空白对照组和空转染组相比,过表达组细胞中β-catenin、DKK1、cyclin D1蛋白的相对表达量均降低,表明PDCD4可以通过抑制Wnt/β-catenin信号通路的活化和细胞周期G1/S期的转换,从而抑制肿瘤细胞的增殖。

综上所述,PDCD4通过阻断Wnt/β-catenin信号通路激活下游靶基因的表达,从而抑制宫颈癌细胞增殖,促进宫颈癌细胞凋亡。PDCD4可以作为一种抑癌基因,调控肿瘤的发生、发展,为宫颈癌的诊断、治疗提供理论依据。

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刘莉娟,邢燕,岳青芬
《癌症进展》 2018年第9期
《癌症进展》2018年第9期文献

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