乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,2020年全球新发病例约为230万例,占所有癌症发病率的11.7%
[1]。根据国际癌症研究机构的数据,到2040年,乳腺癌新发患者数将增加到300万以上
[1]。核分裂周期蛋白80(nuclear division cycle 80,NDC80)复合物是一种保守的异源四聚体
[2],它在细胞有丝分裂过程中建立稳定的着丝粒-微管附着和张力
[3-4],其功能障碍可影响细胞分裂并最终导致异常增殖
[5]。纺锤体极点构成蛋白25(spindle pole body component 25,SPC25)是构成NDC80复合物的4种蛋白质之一,其异常过表达在多种癌症中被发现
[6-8]。p53是一种肿瘤抑制因子,它是参与多种细胞功能的调节转录因子,也参与调控多种细胞进程,如DNA修复,细胞周期阻滞,细胞凋亡等
[9]。Chen等
[10]表明,SPC25在肝癌中高表达,其可能通过抑制p53通路来促进肝癌细胞的增殖、迁移侵袭等过程。目前,SPC25在乳腺癌中是否能够通过调节p53通路影响肿瘤进展尚无研究报道。基于此,本研究旨在探究在乳腺癌细胞中SPC25是否能够通过调节p53通路影响癌细胞的增殖、迁移及侵袭等生物学行为,以期为乳腺癌的研究及治疗提供新思路。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 实验试剂与仪器
TRIzol购于美国Invitrogen公司(货号15596018);DMEM培养基(货号C11995500BT)、胎牛血清(货号10099141C)及青霉素-链霉素混合液(100×)(货号15140122)购于美国Thermo Fisher公司;TaKaRa荧光PCR试剂盒TB Green Premix Ex Taq™ Ⅱ(货号RR820A)和TaKaRa反转录试剂盒PrimeScript™ RT reagent Kit试剂盒(货号RR037A)购于日本TaKaRa公司。兔抗人SPC25一抗(货号ab121395)、兔抗人p53一抗(ab131442)、兔抗人p21一抗(货号ab109199)、兔抗人BAX一抗(货号ab32503)、兔抗人GAPDH一抗(货号ab8245)、辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(货号ab6721)均购自英国Abcam公司。细胞凋亡检测试剂盒购于美国MedChemExpress生物科技公司(货号HY-K1071)。p53抑制剂PFT-α(货号S1816-5 mg)购于上海碧云天生物科技有限公司。shRNA-SPC25、shRNA-NC购于上海吉凯基因医学科技有限公司。荧光定量PCR仪(货号ABI7500)购于美国ABI公司。Transwell小室(货号3422)及细胞培养皿(货号430167)购于美国康宁公司。酶标仪(ELx800)购于美国Bio-Rad公司。流式细胞仪(NovoCyte Quanteon)购于美国安捷伦公司。
1.1.2 实验所用裸鼠
6~8周龄SPF级BALB/C-nu/nu雌性裸鼠24只,购于上海斯莱克实验动物有限责任公司[生产许可证号:SCXK(沪)2022-0004],体质量18~20 g。随机分为4组,每组6只。本研究通过青海大学实验动物福利伦理委员会批准(伦理编号:QHU-KY-202408152)。
1.2 实验方法
1.2.1 细胞分组及培养
人乳腺癌细胞系MCF-7购于上海吉凯基因医学科技有限公司,MCF-7细胞用含有10%胎牛血清及1%的100×青霉素-链霉素混合液的DMEM高糖培养基进行培养,细胞培养箱的参数设置为:37 ℃,5% CO2。委托上海吉凯基因医学科技有限公司进行慢病毒感染和筛选稳定沉默SPC25的MCF-7细胞系(Lv-shRNA-SPC25组)及其阴性对照细胞系(Lv-shRNA-NC组);另单独取Lv-shRNA-SPC25组的细胞,往培养基中加入20 μmol/L的p53抑制剂(PFT-α)干预24 h作为Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组;未感染的MCF-7细胞系作为空白对照(MCF-7-WT组)。
1.2.2 qRT-PCR
qRT-PCR检测细胞mRNA表达水平。收集细胞,用预冷的1×磷酸缓冲液清洗细胞2遍,离心后(800 r/min,5 min)保留细胞沉淀。采用TRIzol提取细胞总RNA。逆转录合成cDNA及qRT-PCR的步骤方法和反应体系参考试剂盒说明书。每个样本设置3个复孔。采用2-△△ct方法计算基因相对表达量。SPC25引物序列为:正向5'-AGT ACG GAC ACC TCC TGT CAG-3';反向5'-TCT CAA CCA TTC GTT CTT CTT CC-3'。GAPDH引物序列为:正向5'-AGA AGG CTG GGG CTC ATT TG-3';反向5'-AGG GGC CAT CCA CAG TCT TC-3'。
1.2.3 平板克隆实验
平板克隆实验探究细胞增殖情况。将细胞制成单细胞悬液,以1 000/孔的密度接种到6孔板。继续培养2周。当培养皿中出现肉眼可见的细胞克隆时,终止培养。弃去培养基,用1×磷酸缓冲液轻柔润洗细胞2次。用4%多聚甲醛固定30 min,Giemsa染液孵育细胞30 min,流水洗去染液后晾干,然后在镜下观察并记录>10个细胞的克隆形成数量。
1.2.4 划痕实验
划痕实验探究细胞迁移情况。使用marker笔在6孔板背后均匀地划横线,大约每隔0.5~1 cm划1次,横穿过孔。将细胞接种于6孔板中,待细胞生长到密度为90%时,使用200 μL移液器枪头垂直于细胞平面,沿着前1 d划在平板背面的线在细胞层上进行划痕,划痕后用1×磷酸缓冲液清洗细胞3次,使划痕留下的间隙清晰可见,然后换无血清培养基继续培养24 h。用显微镜拍照记录0 h和24 h细胞划痕面细胞生长情况。
1.2.5 Transwell实验
Transwell实验探究细胞侵袭情况。将Transwell小室上部预先用Matrigel基质胶包,将细胞重悬于无血清培养基中,接种于Transwell小室上部(密度为2×105/mL)。小室下部加入含血清的培养基,继续培养24 h后用湿棉棒小心擦去上室底部膜表面上的细胞,Giemsa染液进行染色,置于显微镜下观察、拍照并计数。
1.2.6 流式细胞术
弃培养基,用预冷的1×磷酸缓冲液清洗细胞2次,保留细胞沉淀。向细胞沉淀中加入1 mL 70%乙醇,将细胞吹散,在4 ℃下固定细胞过夜。用预冷的1×磷酸缓冲液清洗细胞2次,保留细胞沉淀。按照试剂盒说明书配置PI染色液,每个细胞样品中加入0.5 mL PI染色液,轻轻重悬细胞沉淀,37 ℃避光孵育30 min。用流式细胞仪在激发波长488 nm处检测红色荧光,并检测光散射情况。通过Flowjo软件分析细胞凋亡率。
1.2.7 Western blot
Western blot检测细胞或肿瘤组织蛋白表达量。使用RIPA裂解液提取总蛋白,BCA法测定蛋白质浓度。在电泳胶的上样孔中加入等量的蛋白样品,进行SDS-PAGE电泳。电泳后将蛋白转膜至PVDF膜上,转膜后用5%的脱脂奶粉(用PBST溶解)常温封闭1 h,用PBST洗膜3次,每次10 min,在4 ℃孵育一抗过夜。过夜后用PBST洗膜3次,每次10 min,二抗常温孵育1 h,PBST洗膜3次,每次10 min,在膜上滴上化学发光显影液后用显影软件扫膜分析。
1.2.8 裸鼠皮下成瘤
取对数生长期的细胞,用1×磷酸缓冲液清洗后,将细胞用1×磷酸缓冲液重悬,将细胞移植在裸鼠腋窝中后部。移植的细胞数量为2×106个/只,移植体积为0.1 cm3。移植分组为:MCF-7-WT组(6只)、Lv-shRNA-NC组(6只)和Lv-shRNA-SPC25组(12只)。对移植了Lv-shRNA-SPC25细胞的小鼠随机取6只,在肿瘤移植第3天进行腹腔注射PFT-α(溶解于1×磷酸缓冲液),每2 d注射1次,注射剂量为2.2 mg/kg。其余所有小鼠腹腔注射等量的1×磷酸缓冲液。肿瘤体积测量:用游标卡尺测量肿瘤最长径a和肿瘤最短径b,计算公式为V=ab2/2。肿瘤质量测量:28 d后脱颈处死裸鼠,称取肿瘤组织的质量。
1.3 统计学处理
数据统计采用SPSS 20.0版和GraphPad Prism7.0版软件进行。数据采用均数±标准差()表示。多组间实验数据比较采用单因素方差分析,Tukey检验用于进一步两两比较。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 转染效率检测
与MCF-7-WT组比较,Lv-shRNA-SPC25组细胞中的SPC25 mRNA及蛋白表达水平均明显降低(均
P<0.05),而Lv-shRNA-NC组细胞的SPC25 mRNA及蛋白表达水平无明显变化(
P>0.05)(
图1)。
2.2 各组乳腺癌细胞增殖能力
与MCF-7-WT组和Lv-shRNA-NC组比较,Lv-shRNA-SPC25组的细胞克隆形成数明显减少(均
P<0.05);MCF-7-WT组与Lv-shRNA-NC组的细胞克隆形成数无明显差异(
P>0.05);Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组的细胞克隆形成数较Lv-shRNA-SPC25组明显增加(
P<0.05),且与MCF-7-WT组无明显差异(
P>0.05)(
图2)。
2.3 各组乳腺癌细胞迁移能力
与MCF-7-WT组和Lv-shRNA-NC组比较,Lv-shRNA-SPC25组的细胞迁移率明显减少(均
P<0.05);MCF-7-WT组与Lv-shRNA-NC组的细胞迁移率无明显差异(
P>0.05);Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组的细胞迁移率较Lv-shRNA-SPC25组明显增加(
P<0.05),且与MCF-7-WT组无明显差异(
P>0.05)(
图3)。
2.4 各组乳腺癌细胞侵袭能力
与MCF-7-WT组和Lv-shRNA-NC组比较,Lv-shRNA-SPC25组的细胞侵袭个数明显减少(均
P<0.05);MCF-7-WT组与Lv-shRNA-NC组的细胞侵袭个数无明显差异(
P>0.05);Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组的细胞侵袭个数较Lv-shRNA-SPC25组明显增加(
P<0.05),且与MCF-7-WT组无明显差异(
P>0.05)(
图4)。
2.5 各组乳腺癌细胞凋亡情况
与MCF-7-WT组和Lv-shRNA-NC组比较,Lv-shRNA-SPC25组的细胞凋亡率明显增加(
P<0.05);MCF-7-WT组与Lv-shRNA-NC组的细胞凋亡率无明显差异(
P>0.05);Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组的细胞凋亡率较Lv-shRNA-SPC25组明显降低(
P<0.05),且与MCF-7-WT组无明显差异(
P>0.05)(
图5)。
2.6 各组乳腺癌细胞SPC25及p53通路相关蛋白表达
与MCF-7-WT组和Lv-shRNA-NC组比较,Lv-shRNA-SPC25组的SPC25蛋白表达量明显降低,p53、p21和BAX的蛋白表达量明显增加(均
P<0.05);MCF-7-WT组与Lv-shRNA-NC组的各蛋白量表达均无明显差异(均
P>0.05);与Lv-shRNA-SPC25组比较,Lv-shRNA-SPC25+PFT-α组SPC25的表达量无明显差异(
P>0.05),但p53、p21和BAX的蛋白表达量明显降低(均
P<0.05),且与MCF-7-WT组无明显差异(均
P>0.05)(
图6)。
2.7 各组裸鼠肿瘤体积和质量
与移植MCF-7-WT和Lv-shRNA-NC的裸鼠比较,移植Lv-shRNA-SPC25裸鼠的肿瘤体积和质量均明显降低(均
P<0.05);移植MCF-7-WT与移植Lv-shRNA-NC裸鼠形成的肿瘤体积和质量无明显差异(均
P>0.05);与移植Lv-shRNA-SPC25的裸鼠比较,Lv-shRNA-SPC25+PFT-α注射的裸鼠形成的肿瘤体积和质量均明显增大(均
P<0.05),且与移植MCF-7-WT的裸鼠肿瘤无明显差异(均
P>0.05)(
图7)(
表1)。
2.8 裸鼠肿瘤组织中p53通路蛋白表达
与移植MCF-7-WT和Lv-shRNA-NC的裸鼠比较,移植Lv-shRNA-SPC25的裸鼠肿瘤组织中p53、p21和BAX的表达明显增加(均
P<0.05);移植MCF-7-WT与移植Lv-shRNA-NC的裸鼠形成的肿瘤组织中p53、p21和BAX的表达无明显差异(均
P>0.05);与移植Lv-shRNA-SPC25的裸鼠比较,Lv-shRNA-SPC25移植加PFT-α注射裸鼠肿瘤组织中p53、p21和BAX的表达明显降低(均
P<0.05),且与移植MCF-7-WT的裸鼠肿瘤无明显差异(均
P>0.05)(
图8)。
3 讨 论
目前,乳腺癌依然是严重威胁全球女性健康的癌症之一。虽然手术治疗、放化疗以及免疫治疗已被用于乳腺癌患者的治疗,然而很大一部分患者预后仍不容乐观。因此,探寻乳腺癌进展中的关键机制和治疗靶点具有重要意义。SPC25是一种参与着丝粒-微管相互作用和纺锤体检查点活性的蛋白质。染色体分离不正确,细胞周期中的遗传不稳定性可能导致癌症,而着丝粒在此过程中起着重要作用
[11-12]。
SPC25的异常表达在多种癌症中都被发现,且这些结果均表明,
SPC25是促癌基因。Yang等
[6]表明,在肝癌中
SPC25高表达,且高表达的
SPC25与低生存率相关。
SPC25促进肝癌细胞增殖和肝癌细胞的癌症干细胞样细胞表型,
SPC25过表达导致DNA损伤发生率增加,从而激活了DNA-PK/Akt/Notch1信号通路,进而提高了促进细胞干性和增殖的关键基因(
SOX2和
NANOG)的表达。在肺腺癌中,也发现了
SPC25的过表达,敲除
SPC25的肺癌细胞增殖被抑制,
SPC25的下调通过增加S期和G
2/M期细胞的百分比并降低G
0/G
1期细胞的百分比而导致G
2/M期和S期的细胞周期停滞,
SPC25促进肺癌细胞的糖酵解
[13]。研究
[14]也发现,与正常组织相比,SPC25在乳腺癌组织中上调,较高的SPC25 mRNA水平与乳腺癌患者的高复发概率和低生存率有关;
SPC25表达较高的乳腺癌患者表现出较短的无远处转移生存期、无复发生存期和总生存期;
SPC25促进乳腺癌细胞增殖;单细胞分析表明,
SPC25与细胞周期调控、DNA损伤和修复以及乳腺细胞增殖有关。与既往研究结果相似,本研究结果显示,通过沉默乳腺癌细胞中的
SPC25表达后,乳腺癌细胞的增殖、迁移、侵袭活性减弱,凋亡率增加。同时在裸鼠体内实验中同样发现,沉默乳腺癌细胞中的
SPC25表达可以抑制移植瘤的生长。由此可见,下调
SPC25的表达能够有效抑制乳腺癌细胞的生物学行为,
SPC25可能是治疗乳腺癌的潜在靶点。
研究
[15-18]发现,
p53基因位于17号染色体p13.1位点,它编码p53蛋白(一种序列特异性的转录因子),被誉为“基因组守护者”,通过协调多种细胞应激反应来阻止恶性转化。p53通过多条相互关联的信号通路发挥其抑癌功能,共同阻止受损或异常细胞的增殖
[19-21]。首先,p53作为重要的检查点守护者,可阻滞肿瘤细胞周期进程。在受到应激信号激活后,p53转录激活下游基因,“强制”肿瘤细胞在G
1/S期和G
2/M期发生阻滞
[22-25]。此外,p53还能通过外源性和内源性两条主要信号通路触发程序性细胞死亡
[9,26]。目前,越来越多证据表明,p53通过转录调控网络在乳腺癌中发挥多重抑癌作用,包括诱导细胞周期阻滞、p21介导的凋亡清除以及抑制糖酵解等代谢重编程,已成为乳腺癌尤其是三阴性亚型中兼具预后预测价值和治疗潜力的关键分子靶点
[27-28]。如Li等
[29]表明,在乳腺癌中匹莫齐特通过抑制磷酸肌醇3-激酶通路促进p53表达,抑制乳腺癌细胞的有氧糖酵解,从而抑制细胞增殖。目前没有
SPC25与
p53在乳腺癌中的报道,本研究结果显示,沉默乳腺癌细胞中的
SPC25后,p53的表达随之增加,乳腺癌细胞的生物学行为及裸鼠移植瘤生长同时受到抑制。然而,在沉默
SPC25的同时,也抑制p53的表达后发现,乳腺癌细胞的生物学行为及裸鼠移植瘤生长并未受到影响,并且p53抑制剂并未明显影响到乳腺癌细胞中SPC25的表达。由此可见,
SPC25能够通过调控p53影响乳腺癌细胞的生物学行为和肿瘤进展。
综上所述,本研究的结果表明,SPC25是一个乳腺癌促癌基因,SPC25对乳腺癌的增殖、迁移、侵袭以及凋亡的影响通过作用于p53通路来实现,SPC25可能是治疗乳腺癌的潜在靶点。