子宫内膜异位症(endometriosis,EMs)是指有功能的内膜组织在子宫腔以外的其他部位存在并生长
[1],在育龄期女性中发病率为5%~10%。异位内膜组织在性激素的刺激下会发生周期性的出血、坏死和脱落,进而导致慢性盆腔痛、痛经和不孕
[2],严重影响女性健康。由于诊断延迟
[3]、治疗复杂、复发率高,EMs至今仍是医学界尚未攻克的难题。随着高通量测序技术的出现和生物信息学方法日新月异的发展,从基因层面深入探索该病的发病机制为其早诊早治带来希望。微小RNA(microRNA,miRNA)是一类小分子单链非编码RNA,通过与特定mRNA互补结合,负性调控靶基因的表达,抑制蛋白质产生和沉默翻译,从而参与了细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程。尽管已有研究
[4-6]表明miRNA在EMs的发生发展中发挥了重要作用,但具体的分子机制仍然不明。至今尚未找到具有足够优势成为该病诊断标记物和治疗靶点的分子。卵巢是EMs最常见的病变部位,笔者团队的前期研究从卵巢型EMs入手,应用高通量测序技术,证实miR-30b-3p在异位子宫内膜(ectopic endometrium,EC)和在位子宫内膜(eutopic endometrium,EU)组织中存在差异表达
[7],其可能是疾病进展的调控因素。本研究借助体外细胞实验,旨在进一步探索miR-30b-3p的生物学功能,为EMs的病因学研究和分子靶向治疗提供新的策略。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2023年1月—2024年12月于河北省石家庄市妇幼保健院进行手术治疗的20~45岁卵巢型EMs患者60例(同一患者的EC和EU组织为一对),且均由术后病理确诊。其中轻度EMs(Ⅰ/Ⅱ期)和重度EMs(Ⅲ/Ⅳ期)各30例。所有标本离体后,立即置于液氮急冻。
本研究经医院伦理委员会批准通过(批准文号:202323),所有患者术前均签署了知情同意书。
1.2 细胞系
功能实验选用Ishikawa细胞系进行,购自武汉普诺赛生命科技有限公司,细胞货号CL-0283。
1.3 主要试剂和仪器
TriQuick Reagent、DAPI溶液、高效RIPA组织/细胞快速裂解液、PVDF膜(0.22 μm)购自北京索莱宝科技有限公司;引物购自上海生工生物工程股份有限公司;PrimeScript™ RT reagent Kit with gDNA Eraser试剂盒(RR047A)、TB Green ® Premix Ex Taq™ Ⅱ(Tli RNaseH Plus)试剂盒(RR820A)购自日本TaKaRa Bio lnc公司;DMEM培养基购自美国Gibco公司;胎牛血清购自杭州四季青天杭生物公司;Matrigel基质胶购自德国BioFroxx公司;Cell Counting Kit-8、LumiQ通用型ECL发光液购自上海圣尔生物科技有限公司;Lipo2000转染试剂购自美国Invitrogen公司;一抗(兔抗人)E-Cadherin、Vimentin、N-Cadherin、GAPDH及二抗HRP标记山羊抗兔IgG购自杭州景杰生物科技有限公司;荧光二抗购自上海Abways Technology公司;mimics和inhibitor购自苏州吉玛制药技术有限公司;核酸定量仪购自美国Thermo Fisher Scientific公司;实时荧光定量聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增仪购自德国analytikjena公司;激光扫描共聚焦显微成像系统FV3000购自日本Olympus公司;多功能酶标仪SpectraMax M5购自美国Molecular Devices公司;电泳仪购自美国Bio-Rad公司;Transwell小室(膜孔径8 μm)购自美国Corning公司。
1.4 研究方法
1.4.1 定量逆转录聚合酶链反应(quantitative reverse transcription- polymerase chain reaction, qRT-PCR)
采用“茎环法”进行引物设计,并由上海生工生物工程股份有限公司进行合成。miR-30b-3p引物序列为上游:5'-TGCGGAGAGGTT-GCCCTTGGTGA-3',下游:5'-TGCGGGTGCT-CGCTTCGGCAGC-3',RT Primer:5'-GTCGT-ATCCAGTGCAGGGTCCGAGGTGCACTGGATACGACGAATTCAC3'。U6作为内参,引物序列为上游:5'-TGCGGGTGCTCGCTTCGGCA-GC-3',下游:5'-CCAGTGCAGGGTCCGAGGT-3',RT Primer:5'-GTCGTATCCAGTGCAGGG-TCCGAGGTATTCGCACTGGATACGACAAAATATGGAAC-3'。Trizol法提取组织和细胞样本中的总RNA,核酸定量仪测定其纯度和浓度。合格的总RNA首先被逆转录成稳定的cDNA,再进行扩增。逆转录时,将TaKaRa反应体系中的RT Primer Mix替换成miR-30b-3p或U6的RT Primer。扩增条件:预变性95 ℃ 30 s;PCR反应95 ℃ 5 s,60 ℃ 30 s,40个循环。采用2―△△Ct法计算目的基因的相对表达量。实验重复3次。
1.4.2 细胞培养及转染
复苏的Ishikawa细胞用含10%胎牛血清的DMEM培养基置于37 ℃、含有5% CO2的湿润细胞培养箱培养。将密度为1.5~2×105个/mL的细胞均匀接种至6孔板,第2天细胞汇合率在50%~70%左右时使用Lipo2000试剂进行转染,随后分别加入mimics(miR-30b-3p mimics组)和mimics-NC(阴性对照组)各5 μL,inhibitor(miR-30b-3p inhibitor组)和inhibitor-NC(阴性对照组)各7.5 μL(浓度均为20 μmol/L),转染后48 h提取RNA,72 h提取蛋白。实验重复3次。
1.4.3 克隆形成实验
将完成转染的细胞消化、重悬后,接种于6孔板,每孔500个,培养10~14 d,菌落的细胞数达到50个,终止培养,固定、染色、晾干后拍照、计数。
1.4.4 细胞计数试剂盒-8(cell counting kit-8,CCK8)实验
将完成转染的细胞接种于96孔板,每孔约3 000个细胞。于0 h、24 h、48 h、72 h和96 h分别使用酶标仪测定每孔450 nm、620 nm双波长吸光度值[光密度(optical densit,OD)值],进行CCK-8检测。实验重复3次。
1.4.5 划痕实验
将完成转染的细胞接种于6孔板,密度达90%以上时,用200 μL的移液器枪头垂直于孔板底部轻轻划痕,于0 h、24 h分别使用倒置显微镜拍照,记算划痕面积及愈合度。实验重复3次。
1.4.6 Transwell细胞迁移和侵袭实验
将Transwell小室置于24孔板中进行细胞迁移实验。上室加入200 μL细胞悬液(含5×104个细胞),下室加入800 μL培养基(含20% FBS),培养24 h后,取出小室清洗、固定、染色、拍照、计数。Transwell侵袭实验时,先在上室中加入80 μL Matrigel胶(Matrigel∶DMEM=1∶8),37 ℃孵育4 h后,再接种细胞。实验重复3次。
1.4.7 蛋白质印迹(Western blotting)
上皮―间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)有助于细胞的种植、生长、侵袭和转移,是细胞形态及功能的转换,E-cadherin、N-cadherin和Vimentin是该生物学过程中的标志性蛋白。应用Western blotting检测这3种蛋白的表达。使用RIPA细胞裂解液(含1%PMSF)提取细胞中的总蛋白,BCA法测定蛋白浓度。每泳道加入20 μL配置好的蛋白上样液,进行SDS-PAGE电泳,转膜、封闭后,加入一抗(抗体浓度:E-cadherin 1∶3 000、N-cadherin 1∶1 000、Vimentin 1∶500、GAPDH 1∶5 000),4 ℃孵育过夜。取出孵育盒,置于摇床上,室温复温1 h。PVDF膜用TBST液摇床晃洗3次,每次10 min。弃TBST液,加入辣根过氧化物酶标记的二抗稀释液(1∶10 000),摇床室温孵育2 h。滴加ECL发光液后曝光显影。各蛋白相对表达量使用Image J软件进行分析(GAPDH作为内参)。实验重复3次。
1.4.8 免疫荧光实验
将制备好的适宜密度的细胞爬片进行清洗、固定、通透、封闭后,分别孵育一抗、二抗,滴加DAPI,封片后使用激光扫描共聚焦显微成像系统FV3000进行观察及拍照。实验重复3次。
1.5 统计学方法
应用SPSS 21.0和GraphPad Prism7统计软件分析数据。计量资料比较采用独立样本t检验、单因素方差分析、SNK-q检验和重复测量方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 miR-30b-3p在EMs组织样本中的表达情况
与EU组相比,miR-30b-3p在EC组中的表达明显下降,差异有统计学意义(
P<0.05),见
表1。miR-30b-3p在重度EMs组织中的表达低于轻度EMs,差异有统计学意义(
P<0.05),见
表2。
2.2 转染效率的测定
将mimics-NC、miR-30b-3p mimics分别转染至Ishikawa细胞中,48 h后采用qRT-PCR测定转染效率,阴性对照组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P>0.05);miR-30b-3p mimics组的转染效率高于阴性对照组,差异有统计学意义(
P<0.05),见
表3。
2.3 miR-30b-3p对Ishikawa细胞生物学行为的影响
2.3.1 miR-30b-3p表达水平变化对Ishikawa细胞增殖能力的影响
2.3.1.1 克隆形成实验
应用平板克隆形成实验测定miR-30b-3p对Ishikawa细胞克隆形成能力的影响。结果显示,上调miR-30b-3p的表达后,细胞的克隆形成率下降,其中,阴性对照组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P>0.349),与miR-30b-3p mimics组相比,差异有统计学意义(
P<0.001);下调miR-30b-3p后,细胞的克隆形成率上升,其中,inhibitor-NC组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P=0.676),与miR-30b-3p inhibitor组相比,差异有统计学意义(
P<0.001),见
表4、
表5、
图1。
2.3.1.2 CCK-8实验
采用CCK-8实验测定Ishikawa细胞的增殖情况,结果显示,转染miR-30b-3p mimics后,细胞增殖能力下降(
P<0.001),见
表6;转染miR-30b-3p inhibitor后,细胞增殖能力上升(
P<0.001),见
表7。
2.3.2 miR-30b-3p表达水平变化对Ishikawa细胞迁移能力的影响
2.3.2.1 Transwell细胞迁移实验
上调miR-30b-3p的表达后,阴性对照组与空白对照组比较迁移细胞数量差异无统计学意义(
P>0.05),而miR-30b-3p mimics转染组迁移细胞的数量明显少于阴性对照组,差异有统计学意义(
P<0.05);下调miR-30b-3p的表达后,inhibitor-NC组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P>0.05),而miR-30b-3p inhibitor转染组迁移细胞的数量明显多于inhibitor-NC组,差异有统计学意义(
P<0.001),见
表8、
表9、
图2。
2.3.2.2 划痕实验
上调miR-30b-3p的表达后,细胞的迁移率下降,其中,阴性对照组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P>0.05),与miR-30b-3p mimics组相比,差异有统计学意义(
P<0.05);下调miR-30b-3p的表达后,细胞的迁移率上升,其中,inhibitor-NC组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P=0.450),与miR-30b-3p inhibitor组相比,差异有统计学意义(
P<0.05),见
表10、
表11、
图3。
2.3.3 miR-30b-3p表达水平变化对Ishikawa细胞侵袭能力的影响
上调miR-30b-3p的表达后,阴性对照组与空白对照组比较侵袭细胞数量差异无统计学意义(
P=0.586),而miR-30b-3p mimics转染组侵袭细胞的数量明显少于阴性对照组(
P<0.05);下调miR-30b-3p的表达后,inhibitor-NC组与空白对照组比较差异无统计学意义(
P>0.05),而miR-30b-3p inhibitor转染组侵袭细胞的数量明显多于inhibitor-NC组,差异有统计学意义(
P<0.05),见
表12、
表13、
图4。
2.4 miR-30b-3p对EMT表型的影响
2.4.1 Western Blotting
上调或下调miR-30b-3p的表达水平后,阴性对照组与空白对照组的EMT蛋白标记物表达水平相比,差异均无统计学意义(
P>0.05)。上调miR-30b-3p的表达水平后,与阴性对照组相比,miR-30b-3p mimics组E-cadherin表达水平上升,N-cadherin和Vimentin表达水平下降;下调miR-30b-3p的表达水平后,与inhibitor-NC组相比,miR-30b-3p inhibitor组的E-cadherin表达下降,N-cadherin和Vimentin表达上升,差异均有统计学意义(
P<0.05),见
表14、
表15、
图5。
2.4.2 细胞免疫荧光实验
上调miR-30b-3p的表达水平后,与阴性对照组相比,miR-30b-3p mimics组E-cadherin的荧光强度显著增强,而N-cadherin和Vimentin的荧光强度显著减弱。下调miR-30b-3p的表达水平后,与inhibitor-NC组相比,miR-30b-3p inhibitor组的E-cadherin荧光强度显著减弱,N-cadherin和Vimentin的荧光强度显著增强,见
图6。
3 讨 论
虽然EMs是一种常见的慢性、良性疾病,却具有恶性行为,如增殖、侵袭、转移和复发,严重影响育龄期女性的生活质量,至今仍缺乏有效的早期诊断和治疗的方法。从分子水平深入探索EMs的发病机制,是当前研究的热点。分子诊断和基因疗法,具有光明的前景。miRNA是由18~22个核苷酸组成的一种小分子非编码RNA,能够负性调控靶基因的表达
[8],在EMs等多种疾病的病理过程中发挥调节作用
[9-11]。研究
[4,12-14]证实,miRNA在EMs患者的EU和EC中存在差异表达,并参与了血管生成、免疫调节、孕激素抵抗、炎症和EMT等重要的生物学过程。高通量测序技术的出现,为寻找这些差异表达的miRNA提供了技术支持。
笔者团队的前期研究
[7]从轻度卵巢型EMs入手,借助高通量测序技术,显示与EU组织相比,EC组织中miR-30b-3p的表达水平显著下降。本研究进一步扩大样本量,证实了这一结论。这种在疾病早期就出现差异表达的miRNA可能在EMs的发生发展中发挥重要作用。miR-30b-3p的表达下降或缺失,可能不仅是该病进展的伴随现象,更是疾病启动或发展的驱动因素之一。研究
[15]表明,miR-30b-3p具有重要的调控功能,参与了多种生物学过程,例如miR-30b-3p靶向ZNRF1促进草酸钠诱导的HK-2细胞凋亡和氧化应激,抑制其增殖、侵袭和迁移;miR-30b-3p通过靶向调控COX6B1抑制肺腺癌细胞的增殖和侵袭
[16];miR-30b-3p水平增高还是重症心力衰竭患者预后不良的影响因素
[17]。然而,其在EMs机制中的具体作用鲜有报道。本研究通过体外功能实验证实,上调miR-30b-3p的表达,会抑制Ishikawa细胞的增殖、迁移和侵袭;相反,下调其表达,会促进这些生物学行为。此外,本研究还显示,miR-30b-3p在重度EMs组织中的表达显著低于轻度EMs。以上结果表明,miR-30b-3p对EMs具有负性调控作用,miR-30b-3p的表达下降或缺失,促进了EMs患者子宫内膜细胞的增殖、迁移和侵袭,促进子宫内膜异位囊肿的形成,并导致进行性痛经、慢性盆腔痛、不孕等临床症状。miR-30b-3p对EMs的早期诊断、早期治疗具有重大意义,并对疾病严重程度和预后的评估有巨大价值。
EMT是极化的静止上皮细胞转化为移动的间充质细胞的生物学过程
[18],伴随着上皮标志蛋白(如E-cadherin等)的减少以及间质标志蛋白(如N-cadherin、Vimentin等)的增多
[19]。在这个过程中细胞的黏附力逐渐降低,运动和侵袭能力逐渐增强。miRNA-30家族包括miR-30a、miR-30b、miR-30c、miR-30d和miR-30e等,失调的miR-30家族可以通过调控多种信号通路实现肿瘤细胞的EMT,这在肿瘤侵袭和转移中起着关键作用。例如miR-30家族在乳腺癌的发生、转移、耐药性中具有重要作用,并能够预测乳腺癌患者的预后,有可能成为乳腺癌的分子标志物和治疗靶点
[20]。miRNA-30c能够通过抑制EMT负性调控非小细胞肺癌的进展
[21]。miR-30b-3p作为miRNA-30家族的重要成员,同样具有类似的生物学功能。Li等
[22]研究表明,miR-30b-3p作为一种抗癌基因,可以通过靶向CTHRC1负向调控EMT过程,抑制卵巢癌细胞的迁移和侵袭。本研究通过转染miR-30b-3p mimics或miR-30b-3p inhibitor改变该miR-30b-3p的表达水平后,采用Western blotting和细胞免疫荧光双染法测定EMT蛋白标志物的变化,显示上调miR-30b-3p后,E-cadherin含量增多,N-cadherin、Vimentin含量减少;而下调miR-30b-3p后,结果恰好相反。这进一步证实了miR-30b-3p对EMT的负性调控作用。
竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)机制是当前研究较为成熟的调控方式,某些非编码RNA,如长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)、环状RNA(circular RNA,circRNA)可以作为分子海绵竞争性的结合miRNA,稀释细胞内游离miRNA的浓度,进而提高目的基因的表达。这构成了“lncRNA/circRNA—miRNA—靶基因”的ceRNA调控模式。研究
[23]表明,ceRNA模式参与了包括EMs在内的多种疾病的发生发展,例如,LINC00662通过结合miR-30b-3p,上调靶基因ELK1的表达,从而促进骨肉瘤的发生发展;circATRNL1通过海绵吸附miR-141-3p和miR-200a-3p,调控Yes相关蛋白1(Yes-associated protein 1,YAP1)的表达,参与EMs的进展
[24]。本研究初步证实了miR-30b-3p的功能,未来将采用生物信息学方法,如miRanda、TargetScan等预测其特定ceRNA和关键靶基因,系统地绘制出一个从上游非编码RNA到下游效应蛋白的完整调控通路。同时通过功能富集分析及通路挖掘,指明后续研究的方向。
但本研究也具有一定的局限性。首先,Ishikawa细胞系虽然是研究子宫内膜生物学功能的常用模型,但无法完全模拟EMs的内膜细胞特性;其次,目前仅限于体外实验,无法准确反映miR-30b-3p在体内复杂的生理和病理环境中的真实作用情况;最后,没有找到miR-30b-3p作用的靶基因。在未来的研究中,需要进行原代EMs内膜细胞培养,并建立动物模型,进一步验证miR-30b-3p的调控功能,并借助生物信息学软件预测其靶基因,进行深层次的机制探索。
综上所述,miR-30b-3p能够抑制Ishikawa的增殖、迁移和侵袭,并在EMs的在位内膜和异位内膜中存在差异表达,可能是EMs发生发展的重要调节因子,EMT是其实现调控作用的重要机制。这为EMs的病因学研究和靶向治疗,提供了理论基础。鉴于其表达改变发生在疾病早期阶段,miR-30b-3p具有成为EMs早期诊断生物标志物的巨大潜力。未来研究可通过检测血清中miR-30b-3p水平,评估其无创诊断价值。同时,miR-30b-3p是成为治疗靶点的理想分子,使用miRNA激动剂可能成为抑制异位内膜生长和侵袭的新策略。
河北省医学科学重点科技研究计划项目(20240735)