肾细胞癌(renal cell carcinoma,RCC)是最常见的泌尿系统恶性肿瘤之一
[1],根据2020年全球癌症统计,肾癌的发病和死亡病例分别为431 288例和179 368例
[2]。按照分型,RCC主要分为3个主要亚型,其中肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)是最为常见的RCC亚型,约占RCC的60%~85%
[3]。ccRCC的发病涉及环境因素,如患者接触致癌物质,以及基因突变和遗传因素
[4]。目前,ccRCC临床和基础研究的热点方向主要集中在靶向治疗和免疫治疗,这两种治疗方式主要是通过抑制血管生成、细胞外基质异常以及癌形成相关的成纤维细胞和信号通路而实现治疗作用
[5]。
研究表明,在ccRCC组织中部分miRNAs异常表达,通过检测这些miRNAs的表达水平可以区分ccRCC和正常组织,而且这些异常表达的miRNAs还可以作为潜在的治疗靶标和预后因素
[6]。miR-223-3p是一种与癌症发展密切相关的miRNAs,且其功能取决于其所在肿瘤的类型,有文献报道miR-223-3p在ccRCC组织中的表达更高,且miR-223-3p过表达与ccRCC患者更高的肿瘤分级和分期以及更差的临床结局相关
[7],而ccRCC组织中miR-223-3p的低表达水平也预示着ccRCC患者可能具有较好的临床预后
[8]。研究表明,叉头框蛋白O3(forkhead box O3,FOXO3)/叉头框转录因子M1(forkhead protein M1,FOXM1)轴在调节DNA损伤、介导信号传导和肿瘤细胞行为方面起着关键作用
[9],本课题前期通过生信预测分析发现miR-223-3p可能对FOXO3/FOXM1轴具有潜在调控作用,因此推测miR-223-3p在ccRCC中的作用可能与FOXO3/FOXM1轴调控有关。故本研究通过细胞水平研究,旨在验证miR-223-3p在ccRCC中的作用,以及其作用与FOXO3/FOXM1轴调控可能存在机制,以期解析miR-223-3p在ccRCC中的作用分子机制。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验试剂
Lipofectamine™ 3000购自美国Thermo Fisher Scientific公司。Super FastPure Cell RNA Isolation试剂盒和ChamQ Blue Universal SYBR qPCR Master试剂盒购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司。双荧光素酶报告基因检测试剂盒和ECL化学发光法检测试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司。BeyoClick™ EdU-488细胞增殖检测试剂盒和Annexin Ⅴ-FITC细胞凋亡检测试剂盒购自上海碧云天生物技术股份有限公司。BCA蛋白定量试剂盒购自康为世纪生物科技有限公司。mimics NC、miR-223-3p mimics、inhibitor-NC、miR-223-3p inhibitor、si-NC、si-FOXO3、FOXO3野生型载体(WT-FOXO3)和突变体型载体(MUT-FOXO3)委托上海吉玛制药技术有限公司合成。一抗FOXO3和FOXM1购自美国Abcam公司。
1.1.2 实验细胞
人正常肾小管上皮细胞系HK-2和ccRCC细胞系ACHN、Caki-1、769-P和786-O均购自武汉普诺赛生命科技有限公司,以上细胞系STR鉴定均正确。采用RT-qPCR或Western blot检测各细胞系中miR-223-3p、FOXO3和FOXM1的表达水平。
1.2 方法
1.2.1 细胞分组和处理
为了探究miR-223-3p对ccRCC细胞生物学行为的影响,将ACHN细胞按miR-223-3p表达是否抑制分为:对照组、inhibitor-NC组和miR-223-3p inhibitor组;按miR-223-3p是否过表达分为:对照组、mimics-NC组和miR-223-3p mimics组。inhibitor-NC组和miR-223-3p inhibitor组细胞采用Lipofectamine™ 3000转染试剂分别转染inhibitor-NC和miR-223-3p inhibitor,对照组细胞不做转染处理;mimics-NC组和miR-223-3p mimics组细胞采用Lipofectamine™ 3000转染试剂分别转染mimics-NC和miR-223-3p mimics,对照组细胞不做转染处理。
为了探究miR-223-3p对FOXO3/FOXM1轴的调控作用,将ACHN细胞分为inhibitor-NC组、miR-223-3p inhibitor组、miR-223-3p inhibitor+si-NC组和miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组,各组细胞采用Lipofectamine™ 3000转染试剂分别转染inhibitor-NC、miR-223-3p inhibitor、共转染miR-223-3p inhibitor和si-NC、共转染miR-223-3p inhibitor和si-FOXO3。上述各组细胞转染完成后培养48 h,inhibitor-NC组和miR-223-3p inhibitor组采用RT-qPCR验证转染效率,miR-223-3p inhibitor+si-NC组和miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组采用Western blot验证转染效率。
1.2.2 miR-223-3p与FOXO3/FOXM1轴生信分析采用ENCORI/starBase数据库(
https://rnasysu.com/encori/panCancer.php)分析ccRCC中miR-223-3p的表达水平,miR-223-3p与FOXO3或FOXM1表达的相关性,以及miR-223-3p与患者生存期的相关性。采用TargetScanHuman数据库(
https://www.targetscan.org/vert_80/)在线分析miR-223-3p与FOXO3靶向结合位点。采用GEPIA 2数据库分析ccRCC中FOXO3或FOXM1表达水平,以及FOXO3或FOXM1与ccRCC患者生存期相关性。
1.2.3 双荧光素酶报告基因实验
分别构建FOXO3野生型载体(WT-FOXO3)和突变型载体(MUT-FOXO3),将ACHN细胞培养至细胞汇合度至50%~60左右进行转染,分别将miR-223-3p mimics或mimics NC分别与WT-FOXO3或MUT-FOXO3转染至ACHN细胞,培养48 h后按照双荧光素酶报告基因检测试剂盒所述方法检测荧光素酶相对活性。
1.2.4 CCK-8实验检测细胞增殖活力
取转染后处于对数生长期的各组细胞,0.25%胰酶消化处理,采用完全培养基调整细胞密度至3×104个/mL,取100 μL细胞悬液接种至96孔板,置于细胞培养箱中继续培养至24,48,72,96 h,各孔分别加入10 μL的CCK-8试剂,继续培养4 h。采用酶标仪检测450 nm处吸光度值(A值),各组均设置空白对照组,每组取6个复孔计算平均值作为结果值。
1.2.5 EdU实验检测细胞增殖水平
收集对数生长期的各组细胞,调整细胞密度至3×104个/mL,转接至6孔板,持续培养48 h,每组各设置6个复孔。采用BeyoClick™ EdU-488细胞增殖检测试剂盒检测细胞增殖水平,采用荧光显微镜进行镜检和记录数据。
1.2.6 流式细胞术检测细胞凋亡
各组细胞转接至6孔板,培养48 h后收集培养液和孔板中细胞,采用Annexin Ⅴ-FITC细胞凋亡检测试剂盒检测细胞凋亡水平,采用流式细胞仪上机检测,分析细胞凋亡率。
1.2.7 划痕实验检测细胞迁移
收集各组细胞,调整细胞密度至2×106个/mL,转接至6孔板,于细胞培养箱中培养,每组各设置6个复孔。待细胞融合至90%左右,于6孔板背面在每孔居中画直线,在孔内侧沿着直线采用灭菌的100 μL规格的移液枪头快速画直线。采用PBS轻柔冲洗散落的细胞,然后加入不含血清的培养基,继续培养24 h。分别在0 h和24 h拍照并记录,分析各组细胞相对迁移率=(0 h划痕宽度-24 h划痕宽度)/0 h划痕宽度×100%。
1.2.8 Transwell实验检测细胞侵袭
首先将Matrigel基底胶与无血清培养基按照1∶8的比例混合,取50 μL平铺于Transwell小室上室,置于37 ℃的细胞培养箱中待凝固备用。收集各组细胞,调整细胞密度至1×105个/mL,取200 μL加入Transwell小室上室,另取500 μL完全培养基加入下室,于细胞培养箱中培养48 h。采用灭菌后的棉签轻柔擦去Transwell小室上室细胞,采用1%结晶紫染色液处理20 min,光学显微镜下观察和拍照记录,采用Image J软件分析并计数。
1.2.9 qRT-PCR检测miR-223-3p、FOXO3和FOXM1表达水平
收集各组细胞,采用Super FastPure Cell RNA Isolation Kit试剂盒提取细胞总RNA,然后按照HiScript Ⅱ 1st Strand cDNA Synthesis试剂盒所述方法合成cDNA第一链。采用ChamQ Blue Universal SYBR qPCR Master试剂盒进行qPCR反应。反应程序:95 ℃预变性30 s;95 °C变性10 s,60 ℃退火30 s,循环40次;溶解曲线采用仪器默认设置进行分析。以U6作为miR-223-3p内参,GAPDH作为FOXO3和FOXM1内参,采用2
-ΔΔCt 法分析相对表达水平。引物信息见
表1。
1.2.10 Western blot检测FOXO3和FOXM1蛋白表达水平
收集各组细胞,加入蛋白酶抑制剂和RIPA试剂,提取总蛋白并用BCA蛋白定量试剂盒进行蛋白定量分析。采用10% SDS-PAGE电泳(60 V,30 min;100 V,80 min)分离蛋白,蛋白条带转膜和封闭处理。再分别加入一抗FOXO3(1∶3 000)、FOXM1(1∶1 000)和GAPDH(1∶10 000),于4 ℃下孵育过夜。洗膜后再加入稀释后的二抗37 ℃下孵育1 h。采用ECL化学发光法检测试剂盒进行蛋白条带显影,凝胶成像仪成像和拍照,采用Image J软件分析蛋白条带灰度值。
1.3 统计学分析
采用SPSS 22.0进行数据统计学分析,所有数据表示为平均值±标准差(X±S)。两组间比较采用t检验分析,多组间比较采用单因素方差分析,进一步两两比较采用LSD-t检验。以双尾P<0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 肾透明细胞癌中miR-223-3p的表达和生存期分析
ENCORI/starBase数据库分析结果显示,与正常组织比较,ccRCC组织中miR-223-3p高表达(
P<0.05),且miR-223-3p高表达ccRCC患者的总生存期低于miR-223-3p低表达患者(
P<0.05),表明miR-223-3p表达水平与ccRCC患者生存期具有负相关性(HR>1,见
图1)。与HK-2细胞比较,ccRCC细胞系ACHN、Caki-1、769-P和786-O中miR-223-3p相对表达水平均升高(
P<0.05),其中ACHN细胞中miR-223-3p相对表达水平最高(
P<0.001,见
图2),故选择ACHN细胞作为后续实验中的目标ccRCC细胞进行研究。
2.2 miR-223-3p表达对ccRCC细胞增殖和凋亡的影响
与mimics-NC组比较,miR-223-3p mimics组ACHN细胞增殖率和EdU阳性率均升高(
P<0.05,见
图3),细胞凋亡率降低(
P<0.05,见
图4)。与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组ACHN细胞增殖率和EdU阳性率均降低(
P<0.05,见
图3),细胞凋亡率升高(
P<0.05,见
图4)。
2.3 miR-223-3p表达对ccRCC细胞迁移和侵袭的影响
与mimics-NC组比较,miR-223-3p mimics组ACHN细胞相对迁移率和侵袭细胞数量均升高(
P<0.05,见
图5和
图6)。与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组ACHN细胞相对迁移率和侵袭细胞数量均降低(
P<0.05,见
图5和
图6)。
2.4 FOXO3/FOXM1轴在肾透明细胞癌中的表达和生存分析
GEPIA 2数据库分析结果显示,FOXO3表达水平在ccRCC组织和正常组织中差异无统计学意义(
P>0.05),而FOXO3高表达ccRCC患者生存期优于FOXO3低表达患者(
P<0.05);FOXM1表达水平在ccRCC组织中显著升高(
P<0.05),而FOXM1低表达ccRCC患者生存期优于FOXM1高表达患者(
P<0.05,见
图7)。
与HK-2细胞比较,ACHN、Caki-1、769-P和786-O细胞中FOXM1 mRNA和蛋白表达水平均升高(
P<0.05),FOXO3 mRNA和蛋白表达水平差异无统计学意义(
P>0.05,见
图8)。
2.5 miR-223-3p与FOXO3和FOXM1靶向结合关系分析
TargetScanHuman数据库分析结果显示,miR-223-3p与FOXO3存在靶向结合位点。NCORI/starBase数据库分析结果显示,ccRCC中miR-223-3p与FOXO3表达呈负相关(
P<0.05),miR-223-3p与FOXM1表达呈正相关(
P<0.05,见
图9)。与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组FOXO3蛋白水平升高(
P<0.05),FOXM1蛋白水平降低(
P<0.05);与miR-223-3p inhibitor+si-NC组比较,miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组FOXO3蛋白水平降低(
P<0.05),FOXM1蛋白水平升高(
P<0.05,见
图10)。
2.6 miR-223-3p靶向FOXO3促进ccRCC细胞增殖
与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组ACHN细胞增殖率和EdU阳性率均降低(
P<0.05),且随着时间延长,ACHN细胞增殖率降低趋势越明显;与miR-223-3p inhibitor+si-NC组比较,miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组ACHN细胞增殖率和EdU阳性率均升高(
P<0.05),且随着时间延长,ACHN细胞增殖率升高趋势越明显(见
图11)。
2.7 miR-223-3p靶向FOXO3抑制ccRCC细胞凋亡
与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组ACHN细胞凋亡率升高(
P<0.05);与miR-223-3p inhibitor+si-NC组比较,miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组ACHN细胞凋亡率降低(
P<0.05,见
图12)。
2.8 miR-223-3p靶向FOXO3促进ccRCC迁移和侵袭
与inhibitor-NC组比较,miR-223-3p inhibitor组ACHN细胞相对迁移率和侵袭细胞数量均降低(
P<0.05);与miR-223-3p inhibitor+si-NC组比较,miR-223-3p inhibitor+si-FOXO3组ACHN细胞相对迁移率和侵袭细胞数量均升高(
P<0.05,见
图13)。
3 讨论
近几十年来,有证据表明,miRNAs作为基因表达的调节剂参与了癌细胞生长、凋亡、分化和增殖相关重要基因的表达调控,因此miRNAs的改变也与癌变密切相关
[10]。目前,已有文献报道miR-210、miR-155和miR-182-5p等miRNAs与ccRCC进展密切相关
[11,12],表明在ccRCC组织或细胞中一些关键的miRNAs对于ccRCC的进展具有重要的调控作用,探究miRNAs在ccRCC进展中的作用机制,对于ccRCC的临床预测、诊断、治疗和预后具有非常重要的意义。
miR-223-3p是一种研究较为多的miRNAs,目前已发现其在胃癌、肝细胞癌、卵巢癌、肺癌和食道癌等癌症中发挥着重要作用
[13],文献报道显示miR-223-3p在ccRCC组织中高表达,且miR-223-3p过表达与ccRCC患者更高的肿瘤分级和分期以及更差的临床结局相关
[7]。与该研究结果一致,本研究首先采用ENCORI/starBase数据库对miR-223-3p进行泛癌分析,结果发现miR-223-3p在ccRCC组织中高表达;进一步分析显示miR-223-3p高表达ccRCC患者的总生存期低于miR-223-3p低表达ccRCC患者,说明miR-223-3p表达水平与ccRCC患者生存期呈现负相关性,其高水平不利于ccRCC患者的预后。为了解析miR-223-3p在ccRCC中的作用机制,本研究通过在ccRCC细胞系ACHN细胞中过表达和沉默表达miR-223-3p,探究ACHN细胞生物学特性的改变。结果显示,过表达miR-223-3p促进了ACHN细胞增殖、迁移和侵袭,并抑制了ACHN细胞凋亡;相反,沉默表达miR-223-3p则抑制了ACHN细胞增殖、迁移和侵袭,并促进ACHN细胞凋亡。这些结果与已报道的miR-223-3p在肿瘤中的作用一致
[14,15],本研究阐明了miR-223-3p在ccRCC中的促癌角色。
叉头盒蛋白(FOX)家族蛋白主要作为转录因子,在许多细胞过程中被广泛研究,大量研究表明,Forkhead家族的两个成员FOXO3和FOXM1在癌症进展中起着极其重要的作用
[16]。研究显示,FOXO3作为一种肿瘤抑制因子,促进癌细胞死亡,而FOXO3的失活则有利于癌细胞存活和增殖,最终导致肿瘤形成
[17]。FOXM1的过度表达与ccRCC患者的不良预后有关
[18];而FOXM1作为FOXO3的关键下游靶点,FOXO3通过负调控FOXM1的表达和活性,从而限制癌症进展
[19]。与过往研究一致,本研究发现FOXM1在ccRCC组织中高表达,而FOXM1低表达ccRCC患者生存期优于FOXM1高表达ccRCC患者;然而,FOXO3在ccRCC组织和正常组织中表达无明显差异,但FOXO3高表达的ccRCC患者生存期优于FOXO3低表达ccRCC患者。Wang等
[20]研究表明,调控FOXO3/FOXM1轴可提高ccRCC细胞对舒尼替尼的耐药性;另有研究表明,FOXO3/FOXM1轴通过影响EMT过程调节ccRCC的恶性进展
[21]。本研究通过TargetScan网站预测分析以及双荧光素酶实验证实,miR-223-3p与FOXO3 3′UTR存在靶向结合位点。为进一步探究ccRCC中miR-223-3p对FOXO3/FOXM1轴的调控作用,本研究在ACHN细胞中沉默表达miR-223-3p,结果发现FOXO3蛋白表达水平升高,而FOXM1蛋白表达水平降低。采用挽救实验在沉默表达miR-223-3p的基础上进一步干扰FOXO3的表达,结果显示ACHN细胞增殖、迁移和侵袭均升高,且细胞凋亡受到显著抑制。这些结果表明,干扰FOXO3表达抵消了沉默表达miR-223-3p对ACHN细胞恶性生物学行为的抑制作用,这说明miR-223-3p对ccRCC细胞的影响可能是通过对FOXO3/FOXM1轴的调控而实现的。
综上所述,miR-223-3p在ccRCC组织和细胞中高表达,且与ccRCC的不良预后密切相关;沉默miR-223-3p可以抑制ccRCC细胞增殖、迁移和侵袭,并促进细胞凋亡,miR-223-3p可能是通过调控FOXO3/FOXM1轴影响ccRCC细胞生物学特性。本研究从生信分析预测和细胞水平实验验证了miR-223-3p对ccRCC细胞生物学特性的影响,但仍缺乏体内miR-223-3p/FOXO3/FOXM1轴调控功能的验证;同时,血管生成作为ccRCC进展的重要生理过程,本研究也缺乏miR-223-3p/FOXO3/FOXM1轴对血管生成的影响。在未来,本课题组将围绕miR-223-3p/FOXO3/FOXM1轴对ccRCC中血管生成、耐药性生成以及免疫调控等多个方面展开进一步研究。
西安市科技计划—创新能力支撑计划项目(23YXYJ0048)