胃癌是一种起源于胃黏膜上皮的消化道恶性肿瘤。截至2020年,新增病例超过100万例,死亡病例为76.9万例。在癌症中,胃癌发病率排名第5,死亡率排名第4
[1]。胃癌早期没有明显症状,由于缺乏有效的早期诊断分子,大多数患者在诊断时已处于晚期
[2]。尽管化疗可延长患者生存时间,但预后仍不容乐观。因此,迫切需要寻找有效的靶向分子,以改善患者预后。已有研究证实长链非编码RNA(long non coding RNA,lncRNA)可用作诊断和治疗胃癌的生物标志物
[3]。有研究通过体内外实验发现,沉默LncRNA肌球蛋白轻链激酶反义RNA1(myosinlightchainkinaseantisenseRNA1,MYLK-AS1)可以抑制胃癌小鼠肿瘤生长,抑制胃癌细胞迁移和侵袭
[4]。Target Scan网站及双萤光素酶报告基因实验发现,LncRNA MYLK-AS1可以靶向调节miR-141-3p/STMN1轴。上调miR-1-141p水平可以抑制胃癌细胞活力、迁移和侵袭
[5],而STMN1与胃癌患者化学抵抗和预后不良有关
[6]。本研究对LncRNA MYLK-AS1是否可以通过调节miR-141-3p/微管不稳定蛋白1(stathmin1,STMN1)轴对胃癌细胞增殖、凋亡和侵袭产生影响,进行研究报道如下。
1 材料与方法
1.1 主要材料
HGC27人胃癌细胞株是从赛百慷生物技术(上海)有限公司获得的,GES-1人胃黏膜上皮细胞是由上海致备生物科技有限公司提供的。此外,实验中使用的si-NC、si-MYLK-AS1、inhibitor NC和miR-141-3p inhibitor等产品均购于上海生工生物科技有限公司。用于检测细胞增殖能力的CCK-8试剂盒,由无锡菩禾生物医药技术有限公司生产。实行双荧光素酶报告基因分析和细胞凋亡检测的试剂盒,包括膜联蛋白V-异硫氰酸荧光素/碘化丙锭(annexin V-FITC/PI)双染试剂盒,是北京百奥莱博科技有限公司所供应的。针对STMN1、E钙黏蛋白(E-cadherin)、N钙黏蛋白(N-cadherin)及波形蛋白(vimentin)的专用抗体,是由Abcam公司销售的。
1.2 方法
1.2.1 细胞培养及分组<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R7">7</xref>-<xref ref-type="bibr" rid="R8">8</xref>]</sup>
所有细胞种类在添加了1%的青霉素/链霉素和10%胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)的杜尔伯科改良伊格尔培养基(Dulbecco’s modified eagle medium,DMEM)里进行了培养。这些细胞在37 ℃、含有5% CO2的饱和湿度条件下的稳定温度培养箱中进行了培养。在6孔培养板上,每孔种植3×104个HGC27细胞。接下来,根据转染试剂盒的指导说明,分别将si-NC、si-MYLK-AS1、si-MYLK-AS1与inhibitor NC组合,以及si-MYLK-AS1与miR-141-3p inhibitor组合转染入HGC27细胞。这些处理分别标识为si-NC组、si-MYLK-AS1组、si-MYLK-AS1+inhibitor NC组和si-MYLK-AS1+miR-141-3p inhibitor组。同时,设置一组未接受任何处理的HGC27细胞作为对照组,此组被称为NC组。转染完成后,所有细胞继续在培养条件下培养48 h。
1.2.2 LncRNA MYLK-AS1、miR-141-3p、STMN1关系
为了探究MYLK-AS1和STMN1基因与miR-141-3p的相互作用,首先构建MYLK-AS1的野生型载体(MYLK-AS1-WT)及其突变型载体(MYLK-AS1-MUT),并将这2个质粒分别与mimic NC或miR-141-3p mimic共同转染至HGC27细胞中,由此形成了4个实验组:miR-NC+MYLK-AS1-WT组、miR-141-3p mimic+MYLK-AS1-WT组、miR-NC+MYLK-AS1-MUT组及miR-141-3p mimic+MYLK-AS1-MUT组。
同时,构建STMN1基因的野生型质粒(STMN1-WT)和突变型质粒(STMN1-MUT),同样将这2类质粒各自与mimic NC或miR-141-3p mimic共转染至HGC27细胞内,从而设立了以下4个对照组:miR-NC+STMN1-WT组、miR-141-3p mimic+STMN1-WT组、miR-NC+STMN1-MUT组及miR-141-3p mimic+STMN1-MUT组。转染48 h后,对HGC27细胞中的荧光素酶活性变化进行评价分析
[7-8]。
1.2.3 qRT-PCR检测LncRNA MYLK-AS1、miR-141-3p表达
采用Trizol试剂,依据产品说明书进行操作,从HGC27和GES-1细胞样本中提取总RNA。挑选纯度和浓度接近2.0的样本,进而使用反转录试剂盒将其转化为cDNA,以分析LncRNA MYLK-AS1和miR-141-3p的表达。配置包含 cDNA、引物、MIX的混合溶液20 µL,置于qRT-PCR仪扩增。qRT-PCR的条件如下:95 ℃持续10 min,40个循环(95 ℃持续15 s,60 ℃持续1 min)。采用GAPDH和U6作为参考基因,通过2-ΔΔCt 技术评估LncRNA MYLK-AS1与miR-141-3p的相对表达水平。引物如下。miR-141-3p,F:5’-GCGCGTAACACTGTCTGG-3’,R:5’-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3’;LncRNA MYLK-AS1,F:5’-TCTCCTTGTGCAAACCTCC-3’,R:5’-CCCACATTGAGCGAATGCC-3’;U6,F:5’-GCTTCGGCAGCACATATACTAAAAT-3’,R:5’-CGCTTCACGAATTTGCGTGTCAT-3’;GAPDH,F:5’-GCTTCGGCAGCACATATACTAAAAT-3’,R:5’-CGCTTCACGAATTTGCGTGTCAT-3’。
1.2.4 Western blot检测STMN1、E-cadherin、N-cadherin、Vimentin蛋白表达<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R7">7</xref>-<xref ref-type="bibr" rid="R8">8</xref>]</sup>
使用RIPA裂解缓冲液对转染HGC27细胞进行裂解后,样本在4 ℃下进行12 000 g离心15 min。随后,BCA蛋白质定量试剂盒用于测定总蛋白浓度。等量的蛋白样品通过10% SDS-PAGE进行分离,并转印至PVDF膜上,维持2 h。PVDF膜随后用5%脱脂牛奶封闭1 h,室温条件下。之后,膜在4 ℃条件下与以下初级抗体孵育过夜:E-cadherin(稀释比1∶2 000)、vimentin(稀释比1∶2 000)、N-cadherin(稀释比1∶1 000)、STMN1(稀释比1∶1 000)和GAPDH(稀释比1∶1 000)。次日,继续在室温下使膜与辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔二抗孵育2 h。最后,添加ECL试剂以实现目标条带的化学发光显色,应用Image J软件对目的条带的灰度值进行量化分析。
1.2.5 CCK-8法检测HGC27细胞增殖情况
在96孔板上,每孔接种4×103个转染HGC27细胞,并在培养48 h后,在37 ℃下向每孔添加10 µL CCK-8试剂,孵化4 h。随后,使用酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)仪器,测定450 nm波长下的吸光度(absorbance,A)值。
1.2.6 流式细胞术检测HGC27细胞凋亡
HGC27细胞在6孔板中以每孔4×10
5细胞的密度种植并培养。24 h培养后,收集浮游细胞,并将这些细胞暴露于含有各5 µL Annexin V-FITC和PI的混合溶液中,避光孵育15 min。接着,利用流式细胞分析仪准确评估HGC27细胞的凋亡比例
[7-8]。
1.2.7 Transwell试验测定HGC27细胞迁移和侵袭<sup>[<xref ref-type="bibr" rid="R7">7</xref>-<xref ref-type="bibr" rid="R8">8</xref>]</sup>
检测迁移和侵袭性能时,使用了Matrigel基质涂层的Transwell室(用于侵袭性评估)和未经Matrigel基质覆盖的Transwell室(用于迁移性评估)。对已转染的HGC27细胞进行收集,并将其重新溶解于不含血清的DMEM培养基中。将5×104个/mL HGC27细胞接种在上室,将含有20%FBS的DMEM培养基作为化学引诱剂添加到Transwell下室。将细胞培养24 h后,用棉签去除聚碳酸酯膜上表面的细胞,在Transwell室内,迁移和侵袭的细胞用4%的多聚甲醛进行固定后,再用0.05%的结晶紫溶液进行染色。接下来,在显微镜下捕获图像,并从中随机选择5个有代表性的区域,以便对这些区域内的侵袭或迁移细胞进行计数。
1.3 统计学方法
利用SPSS 25.0对全部数据进行了统计学处理。在经过正态性及方差齐性验证之后,符合要求的计量资料以均数±标准差(x±s)表示。2组之间的比较,采用独立样本t检验方法;多组数据的比较时,首选单因素方差分析。为进一步明确各组之间的差异,使用SNK-q检验进行两两比较。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 LncRNA MYLK-AS1靶向调控miR-141-3p/STMN1轴
使用TargetScan预测工具分析显示,LncRNA MYLK-AS1与miR-141-3p,以及miR-141-3p与STMN1之间存在潜在的相互作用结合位点。在HGC27细胞中,miR-141-3p mimic+MYLK-AS1-WT组显示出的荧光素酶活性明显低于miR-NC+MYLK-AS1-WT组的活性[(0.37±0.03) vs. (1.06±0.14)],有明显差异(q=14.852,P<0.001)。另一方面,miR-141-3p mimic+MYLK-AS1-MUT组共转染至HGC27细胞时,所测定的荧光素酶活性为(1.04±0.12),与miR-NC+MYLK-AS1-MUT组的活性(1.07±0.13)相比并无差异(q=0.656,P=0.968)。
相似地,相较于miR-NC+STMN1-WT组的荧光素酶活性(1.06±0.13),miR-141-3p mimic+STMN1-WT组HGC27细胞的荧光素酶活性降低至(0.44±0.05)(
q=12.463,
P<0.001)。然而,miR-141-3p mimic+STMN1-MUT组的荧光素酶活性(1.08±0.16)相较于miR-NC+STMN1-MUT组(1.05±0.12)并无差异(
q=0.603,
P=0.973),见
图1。
2.2 LncRNA MYLK-AS1、miR-141-3p、STMN1在细胞中的表达
相较于GES-1细胞,HGC27细胞内LncRNA MYLK-AS1和STMN1的表达水平均有所上调(
t=6.736、9.321,均
P=0.000),而miR-141-3p的表达在HGC27细胞中则表现为下调(
t=15.513,
P=0.000),见图
2、
3。
2.3 LncRNA MYLK-AS1、miR-141-3p、STMN1蛋白在HGC27细胞中的表达
相较于NC组和si-NC组,si-MYLK-AS1组中LncRNA MYLK-AS1及STMN1的表达水平均下调(
q=34.721、18.924,36.168、19.840,均
P<0.05),miR-141-3p的表达量却上调(
q=14.374、14.209,均
P<0.05);与MYLK-AS1+miR-141-3p inhibitor组相比较,si-MYLK-AS1组、si-MYLK-AS1+inhibitor NC组STMN1水平下降(
q=21.366、21.061,均
P<0.05),miR-141-3p表达量上升(
q=13.878、14.374,均
P<0.05),见图
4、
5。
2.4 沉默LncRNA MYLK-AS1或下调miR-141-3p对HGC27细胞增殖的影响
与NC组和si-NC组相比,si-MYLK-AS1组在HGC27细胞的
A450 nm值观测到减少(
q=18.152、17.859,均
P<0.05)。进一步,与si-MYLK-AS1+miR-141-3p inhibitor组进行比较时,si-MYLK-AS1组和si-MYLK-AS1+inhibitor NC组的
A450 nm值同样表现出下降(
q=15.517、16.102,均
P<0.05),见
图6。
2.5 沉默LncRNA MYLK-AS1或下调miR-141-3p对HGC27细胞凋亡的影响
相较于si-MYLK-AS1处理的组别,未处理的NC组及si-NC处理的HGC27细胞组展现了更低的细胞凋亡率(
q=42.675、42.836,均
P<0.05);与si-MYLK-AS1+miR-141-3p inhibitor组相比较,si-MYLK-AS1组、si-MYLK-AS1+inhibitor NC组HGC27细胞凋亡率上升(
q=33.004、33.907,均
P<0.05),见图
7、
8。
2.6 沉默LncRNA MYLK-AS1或下调miR-141-3p对HGC27细胞侵袭、迁移及上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)相关蛋白的影响
在NC组和si-NC组中,相比于si-MYLK-AS1组,HGC27细胞的迁移和侵袭能力及N-cadherin和Vimentin蛋白的水平有所增加(
q=14.726、10.898、25.852、17.000和14.033、11.587、24.961、17.667,均
P<0.05),而E-cadherin蛋白水平则表现为下降(
q=23.668、24.083,均
P<0.05)。另一方面,与si-MYLK-AS1+miR-141-3p inhibitor组相比,si-MYLK-AS1组和si-MYLK-AS1+inhibitor NC组在HGC27细胞迁移和侵袭能力及N-cadherin和Vimentin蛋白水平上明显下降(
q=6.207、4.061、14.263、14.667和7.656、3.546、15.601、16.000,
P<0.05),而E-cadherin蛋白水平则呈现上升趋势(
q=17.024、17.440,均
P<0.05),见图
9~
13。
3 讨论
近几年,胃癌发病率及死亡率在持续增长,研究报道称,胃癌患者死亡率高的主要原因是发生转移
[9]。有大量研究报道称,lncRNA可以调控胃癌进展。例如,LINC01116可以促进胃癌细胞增殖,抑制胃癌细胞凋亡
[10]。LncRNA MYLK-AS1是各种人类癌症中的癌基因,LncRNA MYLK-AS1沉默对肾母细胞瘤细胞体内致瘤能力起抑制作用
[11]。LncRNA MYLK-AS1上调可以促进肝癌肿瘤进展和血管生成
[12]。近期,还有研究发现,LncRNA MYLK-AS1沉默抑制胃癌细胞增殖、细胞周期、迁移和侵袭
[4]。由此可见,LncRNA MYLK-AS1可能是胃癌分子诊断的潜在标志物。本项研究揭示了在HGC27细胞中,LncRNA MYLK-AS1的表达水平较高,暗示LncRNA MYLK-AS1有可能在胃癌的发展过程中起促进作用。进一步研究发现,当LncRNA MYLK-AS1被沉默之后,HGC27细胞的
A450 nm值降低,凋亡率提高,这表明通过抑制LncRNA MYLK-AS1的表达,可以抑制胃癌细胞的增殖并促进其凋亡,从而可能对胃癌的发展产生抑制作用。
在胃癌细胞的转移和侵袭过程中,EMT被激活。在EMT中,上皮细胞失去其特有的上皮特性,例如E-cadherin的下调,而获得间质细胞的特征,表现为N-cadherin和Vimentin的上调,并激活一系列下游转录因子,如Snail、Slug、Twist等
[13]。通过EMT过程,胃癌细胞获得了向周围基质迁移和侵入的能力,之后可以通过血液和淋巴管扩散到相邻组织
[14]。
鉴于抑制EMT对防止胃癌进展至关重要,本研究所揭示的结果表明,在沉默LncRNA MYLK-AS1后,HGC27胃癌细胞的迁移和侵袭潜能明显减弱,表现为迁移和侵袭细胞的数量减少,同时N-cadherin和Vimentin这2种间质标志蛋白的表达下调。另一方面,E-cadherin这一上皮标志蛋白的表达水平则得到了提升。据此可以推断,沉默LncRNA MYLK-AS1能够有效阻止胃上皮细胞向间质表型转变,从而有效限制胃癌细胞向周围组织的扩散和侵入,最终有助于抑制胃癌病情的恶化和发展。
生物信息学分析揭示了LncRNA MYLK-AS1与miR-141-3p之间存在结合位点。此外,miR-141-3p在肺癌中的低表达已被证实具有临床意义。例如,Chen DL等
[15]的研究表明,降低miR-141-3p的表达可以促进胃癌的进展和化疗耐药性,指出了miR-141-3p在肿瘤发展中的潜在作用。Zhou YC等
[16]发现,miR-141-3p不仅可限制胃癌细胞迁移和侵袭,还抑制正常成纤维细胞向癌症相关成纤维细胞的转变。以上研究均表明上调miR-141-3p可以对胃癌的发展起到抑制作用。本研究所揭示的数据指出,miR-141-3p在HGC27细胞系中呈现低表达状态。在对miR-141-3p的功能抑制后,发现其削弱了LncRNA MYLK-AS1对胃癌细胞增殖、迁移和侵袭能力的抑制效应。这一现象暗示,LncRNA MYLK-AS1可能借助上调miR-141-3p的表达途径,来有效地阻抑胃癌的恶性进展。另外,通过生物信息学手段已确认miR-141-3p与STMN1基因存在相互作用的结合位点,这为进一步理解两者间的调控关系提供了依据。有研究报道称,STMN1的异常表达可能通过影响EMT促进肿瘤进展
[17]。STMN1基因沉默可以抑制胃癌细胞增殖、迁移和侵袭
[18]。
研究揭示了STMN1在胃癌细胞中表达水平偏高,而在对HGC27细胞进行LncRNA MYLK-AS1沉默处理后,miR-141-3p表达量增加,同时STMN1蛋白水平下降。反之,如果miR-141-3p表达下调,则STMN1蛋白水平上升,上述实验结果揭示了这样一个机制可能性:即LncRNA MYLK-AS1可能通过介导miR-141-3p的上调作用,间接导致STMN1表达下调,这一系列连锁反应可能对HGC27细胞的增殖潜能、EMT进程及迁移和侵袭能力产生抑制效应,并且有利于促进此类细胞发生凋亡。此外,双荧光素酶实验进一步确认了LncRNA MYLK-AS1直接靶向调控miR-141-3p与STMN1之间的相互作用。
综上所述,通过沉默LncRNA MYLK-AS1,可能会导致miR-141-3p的表达水平提升,进而抑制STMN1蛋白的表达。这一连串的分子事件有助于有效抑制HGC27胃癌细胞的增殖、阻断EMT进程,以及减少细胞的迁移和侵袭能力,同时促进细胞凋亡。鉴于这些发现,本课题组计划在未来的研究中使用小鼠模型进行体内实验,以进一步验证这些结果和探索LncRNA MYLK-AS1在胃癌发展中的作用机制。