子宫内膜异位症(endometriosis,EMs)是一种雌激素依赖的复杂慢性炎症疾病,其特征是子宫内膜组织在子宫腔外的异常生长,主要影响盆腔组织,包括卵巢
[1,2]。EMs的发病率较高,全球约有10%的育龄妇女受其影响
[3,4]。目前研究认为遗传和表观遗传因素在其发病机制中扮演重要角色,包括DNA甲基化和组蛋白修饰等
[5,6]。目前的治疗方式主要包括抑制排卵和雌激素生成、使用环氧合酶抑制剂以及手术切除病灶,但这些方法仍存在诸多局限,如激素治疗的副作用和手术的高复发率
[1,4]。因此,需要对EMs病理生理学进行深入研究以及开发新型靶向治疗手段,提高治疗效果。
N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)是存在于真核生物mRNA中的一种表观修饰,可以通过影响mRNA的稳定性、转录、剪接、翻译和降解,参与多种生物学过程和疾病的调控
[7-9]。脂肪质量和肥胖相关蛋白(fat mass and obesity-associated protein,FTO)是m6A去甲基化酶,能够通过去除mRNA上的m6A修饰调控基因表达
[10,11]。研究发现,FTO在EMs患者中下调,影响了糖酵解、增殖和异位内膜间质细胞(ESCs)的转移
[10]。lncRNA是一类长度超过200个核苷酸且不编码蛋白质的RNA分子,近年来被发现具有调控基因表达、参与表观遗传修饰等多种功能
[12]。研究表明,m6A修饰在EMs中显著下调,并且主要富集在AAACU基序上,功能富集分析显示,黏附和发育调控通路在m6A甲基化的lncRNAs中显著富集
[13]。LINC02589是一种长链非编码RNA(lncRNA),通过文献检索发现,目前尚未有关于LINC02589在EMs中的研究报道,其是否通过调控m6A修饰参与疾病的发生仍不明确,需进一步深入探讨。本研究通过探讨FTO的低表达与LINC02589在EMs中的异常m6A去甲基化之间的关联,并观察雌激素对子宫内膜基质细胞中FTO和LINC02589表达及m6A修饰的影响,从而深化对EMs发病机制的理解,为开发新的潜在治疗策略提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 主要试剂与仪器
电凝刀购自美国Covidien公司,无菌刮匙购自美国MedGyn公司,超微量紫外分析仪购自美国Quawell Technology公司,-80 ℃超低温保存箱购自中国海尔集团公司,CO₂细胞培养箱购自德国Memmert公司,酶联免疫监测仪购自美国Thermo Fisher Scientific公司。
无RNA酶处理的PBS、胎牛血清、青链霉素购自美国Gibco公司,DMEM-高糖培养基购自美国Hyclone公司,胰酶购自美国Genview公司,17β-雌二醇购自美国MedChemExpress公司和美国Sigma-Aldrich公司,Trizol购自日本TaKaRa公司,RNA免疫共沉淀裂解液购自美国Millipore公司,anti-FTO、anti-E-cadherin、anti-N-cadherin、anti-Vimentin、anti-β- catenin、anti-β-actin、HRP Goat anti-Rabbit IgG购自英国Abcam公司,ECL显影液购自美国Thermo Fisher公司,Matrigel基质胶购自美国Corning公司,结晶紫购自中国Solarbio Life Science公司,4%多聚甲醛购自美国Sigma-Aldrich公司,Lipofectamine 3000转染试剂购自美国Invitrogen公司。
1.2 样本收集与处理
研究对象为2023年1月至2024年4月广西医科大学第二附属医院确诊为EMs的患者(EMs组,
n=10)和健康志愿者(Ctrl组,
n=10)。EMs患者符合EMs的临床诊断标准
[4],并通过腹腔镜或病理确诊,年龄在18~45岁,具有生育能力的女性,病变部位为卵巢子宫内膜异位病灶。健康对照为不孕症检查为正常的健康女性,年龄在18~45岁,具有生育能力;所有志愿者自愿参与研究并签署知情同意书。排除标准:有卵巢或子宫相关手术史;存在其他生殖系统疾病或严重全身性疾病;当前妊娠或近期有妊娠计划和近期服用影响内膜状态的药物(如激素类药物)的女性。该实验已获得广西医科大学第二附属医院医学伦理委员会的批准[伦审2022第(KY-0378)号]。
收集EMs患者腹腔镜手术中切除卵巢异位子宫内膜组织,以及健康志愿者行刮宫术获取的正常在位子宫内膜组织。所有样本均在术后立即放入无RNA酶处理的磷酸盐缓冲盐水(PBS)的无菌离心管中,并用无RNA酶处理的PBS轻轻冲洗2~3次,以去除多余的血液和杂质
[14]。在无菌操作台上,将组织样本切割成约0.5 cm
3的小块,确保后续实验的均一性。处理好的样本迅速置于液氮中进行快速冷冻,随后转移至-80 ℃冰箱中长期保存。
1.3 细胞培养
正常子宫内膜基质细胞(endometrial stromal cells,ESCs)分为ESCs组和ESCs+17β-雌二醇组(ESCs+17β-E)。ESCs首先在37 ℃水浴中迅速解冻,然后在超净工作台上进行无菌操作。使用胎牛血清和DMEM-高糖培养基复苏细胞,并利用胰酶进行细胞分离。细胞传代后,以1∶3的比例在含有青链霉素的新鲜培养基中继续培养,放置在CO
2细胞培养箱,条件为37 ℃、5% CO
2。为模拟EMs条件下的异位内膜基质细胞,ESCs在传代后用17β-E(10 nmol/L)处理24 h
[14]。
1.4 载体构建与转染
ESCs细胞随机分为5组:对照组(Vector+siNC)、雌激素处理组(Vector+siNC+17β-E)、LINC02589干扰组(Vector+siLINC02589+17β-E)、FTO过表达组(FTO+siNC+17β-E)、及FTO过表达+LINC02589干扰组(FTO+siLINC02589+17β-E)。
各组分别转染相应的质粒或siRNA。对照组同时转染FTO过表达对照空载体Vector及LINC02589干扰对照siNC,FTO过表达组转染pcDNA3.1-FTO载体,LINC02589干扰组转染LINC02589 siRNA,FTO过表达+LINC02589干扰组同时转染pcDNA3.1-FTO载体及LINC02589 siRNA,FTO过表达+ LINC02589过表达组同时转染pcDNA3.1-FTO和pcDNA3.1-LINC02589载体。其中空载体Vector、pcDNA3.1-FTO和pcDNA3.1-LINC02589过表达载体由GeneChem提供,LINC02589 siRNA、siNC由GenePharma公司合成。细胞转染操作:细胞于6孔板中接种并培养至70%~80%汇合度,使用Lipofectamine 3000转染试剂进行转染。过表达实验组每孔转染2 500 ng质粒,干扰实验组每孔转染100 nmol/L siRNA。转染复合物由核酸(质粒或siRNA)、5 µL Lipofectamine 3000及Opti-MEM混合配制,室温孵育15 min后加入至细胞中。转染6 h后更换为含10% FBS和1%青链霉素的DMEM/F12培养基,继续培养48 h。处理组在更换培养基时补加终浓度为10 nmol/L的17β-E,处理24 h后收集细胞用于后续实验。
1.5 qRT-PCR检测LINC02589、FTO的表达水平
在子宫内膜组织样本和ESCs细胞中检测LINC02589和FTO的表达水平。将子宫内膜组织样本在液氮中研磨后,使用1 mL Trizol提取RNA,并经氯仿分离、异丙醇沉淀和75% DEPC酒精洗涤后,用DEPC处理过的ddH
2O溶解并通过超微量紫外分析仪测定RNA浓度。对于细胞样本,同样使用1 mL Trizol提取RNA,并采用相同的方法进行RNA纯化。逆转录使用2 μg RNA,应用Bestar qPCR RT Kit合成cDNA第一链。qRT-PCR扩增使用Bestar® SybrGreen qPCR MasterMix,在Stratagene Real time PCR仪上进行。扩增参数如下:初始变性在95 ℃持续30 s;随后95 ℃变性30 s、60 ℃退火30 s、72 ℃延伸30 s,进行40个循环。使用GAPDH作为内参基因。相对表达量采用2
-ΔΔCt 方法计算,以保证实验数据的可靠性和可比性。引物序列见
表1。
1.6 MeRIP-qPCR检测LINC02589的m6A甲基化水平
将ESCs细胞和子宫内膜组织样本使用冷PBS清洗并收集至EP管中。对于细胞样本,直接用RNA免疫共沉淀裂解液裂解;对于子宫内膜组织样本,需先使用液氮研磨或组织匀浆器匀浆,然后加入RNA免疫共沉淀裂解液彻底裂解组织。在4 ℃条件下以1 500 r/min离心5 min,去除上清后再用等体积的RNA免疫共沉淀裂解液重悬,最后分装并储存在-80 ℃超低温保存箱。在实验中,同时设置IgG抗体作为阴性对照,在Eppendorf管中加入DynabeadsTM Protein A/G磁珠,用涡旋震荡器混匀磁珠悬液,然后与m6A特异性抗体或IgG抗体孵育30 min,使用RIP Wash Buffer进行多次清洗后,加入RIP Immunoprecipitation Buffer并与裂解液孵育形成磁珠-抗体-RNA复合物。将该复合物在4 ℃下孵育过夜,再通过苯酚∶氯仿∶异戊醇(体积比25∶24∶1)提取RNA,用Proteinase K Buffer处理以去除蛋白,提取的RNA用DEPC处理过的水重悬,使用NanoDrop 2000超微量紫外分析仪检测RNA浓度和纯度,储存在-80 ℃以备进行qRT-PCR分析。使用Bestar® SybrGreen qPCR MasterMix,在Stratagene Real-time PCR仪上进行荧光定量PCR检测m6A修饰LINC02589 RNA的富集水平。实验以GAPDH作为内参,采用2-ΔΔCt法计算LINC02589在m6A抗体组相对输入样本(input)的比值,实验独立重复3次。
1.7 Western blot检测FTO及上皮-间质转化标志相关蛋白表达水平
用PBS清洗子宫内膜组织样本和ESCs细胞,并用RIPA裂解液从组织和细胞中提取总蛋白。通过BCA蛋白浓度测定试剂盒进行总蛋白定量,利用预制的标准曲线确定样品蛋白浓度。在SDS-PAGE垂直电泳槽中进行电泳。蛋白转移至PVDF膜,随后使用5%脱脂奶粉-TBS封闭PVDF膜,并使用抗体anti-FTO(稀释度1∶1 000)、anti-E-cadherin(1∶2 000)、anti-N-cadherin(1∶1 000)、anti-Vimentin(1∶1 000)、anti-β-catenin(1∶2 000)和anti-β-actin(1∶5 000)进行一抗4 ℃孵育过夜。次日,加入HRP Goat anti-Rabbit IgG(1∶5 000)作为二抗室温孵育1 h。使用ECL显影液显影。最后,使用MICROTEK Bio-5000扫描仪获取图像,并使用ImageJ软件分析凝胶图像数据,以评估蛋白表达水平的变化。
1.8 m6A RNA甲基化定量检测试剂盒检测m6A RNA甲基化水平
用TRIzol试剂提取ESCs组和ESCs+17β-E组细胞总RNA,并使用分光光度计测定RNA浓度及纯度,确保A260/A280比值在1.8~2.0之间。将200 ng总RNA加入96孔酶标板的各自对应孔中,并加入80 µL结合液,轻柔混匀后,在37 ℃孵育90 min,使RNA充分结合到孔板上。随后,移除未结合的RNA,并用1×洗涤缓冲液洗涤孔3次。接着,加入50 µL稀释的捕获抗体,室温孵育60 min后清洗3次,再加入50 µL稀释的检测抗体,室温孵育30 min后洗涤4次,随后加入50 µL稀释的增强液,室温孵育30 min后洗涤5次。信号检测前,加入50 µL荧光显色液,避光孵育3 min,在激发光530 nm和发射光590 nm波长处使用荧光分光光度计读取荧光信号。m6A甲基化水平通过标准曲线进行定量,并根据荧光信号计算各样本的m6A相对甲基化水平。
1.9 Transwell检测细胞的迁移能力变化
细胞在6孔板中培养至约80%融合度后,使用PBS清洗两次,经胰酶处理后,以无血清培养基重悬细胞。调整细胞浓度至2×105/mL,将100 μL细胞悬液(含2×104细胞)加入Transwell上室,下室添加700 μL含10% FBS的完全培养基,于37 ℃,5% CO2,100%湿度的条件下培养24 h。实验结束后,使用棉签移除上室非迁移细胞,固定于4%多聚甲醛20 min,后用PBS清洗,再用结晶紫染色10 min,洗净后晾干,并在5个随机视野下计数,以评估细胞迁移情况。
1.10 Transwell检测细胞侵袭能力变化
将Matrigel基质胶从-20 ℃迁移至4 ℃冰箱中过夜融化,与预冷无血清培养基按1∶15的比例混合,将混合后的凝胶液铺设于Transwell小室的上室,在37 ℃下静置2 h形成膜。接种前,细胞在无血清培养基中饥饿处理12 h后,使用胰蛋白酶处理并调整密度至2×105 cells/mL,向上室加入100 μL细胞悬液(含2×104细胞),下室则加入700 μL含10% FBS的完全培养基。培养24 h后(37 ℃,5% CO2,100%湿度),使用棉签移除上室非侵袭细胞,并用PBS清洗3次后,固定于4%多聚甲醛20 min。随后,使用结晶紫对固定的细胞进行染色5~10 min,冲洗后晾干并用中性树脂封片。封片后进行全景扫描,选择5个随机视野进行细胞计数以评估细胞的侵袭能力。
1.11 CCK-8检测细胞活性
从已培养好的细胞中收集分组处理后的样本,将1×104细胞接种至每孔含有100 μL完全培养基的96孔板中。按每1 mL完全培养基加入100 μL的Cell Counting Kit-8溶液的比例混合均匀,并向每孔中加入100 μL的CCK-8溶液。将培养板置于H2O2细胞培养箱内孵育1 h。孵育结束后,将96孔板中的培养基小心转移至酶标板中。最后,使用酶联免疫监测仪在450 nm处测定OD值,以评估细胞活性。
1.12 统计学分析
使用Prism 9.0软件对所有实验数据进行统计分析。数据以均值±标准差(X±S)表示。首先对数据进行正态性检验和方差齐性检验,确保数据满足单因素方差分析(ANOVA)的前提条件。多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),并使用Tukey's多重比较检验评估组间差异。相关性分析采用Pearson相关性分析方法进行。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 LINC02589与FTO在EMs中呈负相关,且m6A甲基化水平上调
两组样本的年龄和BMI无显著差异,具有可比性(见
表2)。qRT-PCR检测结果显示,与健康对照相比,EMs患者LINC02589的表达显著升高(
P<0.001),而FTO的表达显著降低(
P<0.001,见
图1)。MeRIP-qPCR检测结果显示,与健康对照相比,EMs患者m6A甲基化水平显著升高(
P<0.001,见
图1)。LINC02589和FTO的表达水平呈显著负相关(
r=-0.835 9,
P<0.001)。Western blot分析结果显示,与Ctrl组相比,EMs组中FTO的蛋白表达水平显著降低(
P<0.001,见
图1)。
2.2 雌激素通过上调LINC02589表达抑制FTO,从而促进m6A甲基化水平升高
qRT-PCR检测结果显示,与ESCs组相比,ESCs+17β-E组LINC02589的表达显著升高(
P<0.001),而FTO的表达显著降低(
P<0.001,见
图2)。MeRIP-qPCR检测结果表明,与ESCs组相比,ESCs+17β-E组LINC02589的m6A甲基化水平显著升高(
P<0.001,见
图2)。Western blot结果显示,与ESCs组相比,ESCs+17β-E组FTO的蛋白表达水平显著降低(
P<0.001,见
图2)。此外,m6A RNA甲基化水平检测结果显示,与ESCs组相比,ESCs+17β-E组m6A RNA甲基化水平显著升高(
P<0.001,见
图2)。
2.3 LINC02589通过调控FTO表达影响m6A甲基化水平
qRT-PCR结果显示,与Vector+siNC组相比,Vector+siNC+17β-E组LINC02589的表达显著增加(
P<0.001),FTO的表达显著降低(
P<0.001);与Vector+siNC+17β-E组比较,Vector+siLINC02589+17β-E组和FTO+siNC+17β-E组LINC02589的表达显著降低(
P<0.001),FTO+siNC+17β-E组中FTO的表达显著升高(
P<0.001);与FTO+siNC+17β-E组相比,FTO+siLINC02589+17β-E组LINC02589的表达显著升高(
P<0.001,见
图3)。MeRIP-qPCR检测结果显示,相比Vector+siNC组,Vector+siNC+17β-E组m6A甲基化水平显著上升(
P<0.05);相比Vector+siNC+17β-E组,Vector+siLINC02589+17β-E组和FTO+siNC+17β-E组m6A甲基化水平显著降低(
P<0.001);与FTO+siNC+17β-E组相比,FTO+siLINC02589+17β-E组m6A甲基化水平显著上升(
P<0.001,见
图3)。
2.4 LINC02589通过调控FTO影响上皮-间质转化相关蛋白的表达
Western blot 结果显示,与Vector+siNC组相比,Vector+siNC+17β-E组FTO的表达显著降低(
P<0.001);与Vector+siNC+17β-E组相比,FTO+siNC+17β-E组FTO表达水平显著升高(
P<0.001,见
图4)。与Vector+siNC组相比,Vector+siNC+17β-E组E-cadherin的表达显著降低(
P<0.001),N-cadherin、Vimentin和β-catenin的表达水平显著升高(
P<0.001);与Vector+siNC+17β-E组相比,Vector+siLINC02589+ 17β-E组和FTO+siNC+17β-E组E-cadherin的表达显著升高(
P<0.001),N-cadherin、Vimentin和β-catenin的表达水平显著降低(
P<0.001);与FTO+siNC+17β- E组相比,FTO+siLINC02589+17β-E组E-cadherin的表达显著降低(
P<0.001),N-cadherin、Vimentin和β- catenin的表达水平显著升高(
P<0.001,见
图4)。
2.5 LINC02589通过调控FTO影响细胞迁移、侵袭及增殖能力
Transwell及CCK-8结果显示,与Vector+siNC组相比,Vector+siNC+17β-E组细胞的迁移、侵袭和增殖能力显著增强(
P<0.001);与Vector+siNC+17β-E组相比,FTO+siNC+17β-E组和FTO+siNC+17β-E组细胞的迁移、侵袭和增殖能力显著降低(
P<0.01);与FTO+siNC+17β-E组相比,FTO+siLINC02589+17β-E组细胞的迁移、侵袭和增殖能力显著增强(
P<0.001,见
图5)。
3 讨论
EMs是一种常见的妇科疾病,其特征是子宫内膜组织出现在子宫腔外,引起疼痛、不孕等症状
[15]。尽管其病因尚未完全明确,但已有研究表明,遗传、免疫和激素因素均在其发病过程中发挥作用
[16]。已有研究表明,FTO在EMs患者中的表达水平较低,可能导致m6A修饰增加,从而影响基因表达和细胞功能
[7,17]。此外,lncRNA也被发现通过与m6A修饰相互作用,在EMs的发生和发展中起到重要作用
[8]。然而,目前关于FTO、m6A和lncRNA在EMs中的具体机制研究仍不充分,需要进一步的深入探讨。
研究发现,lncRNA H19在卵巢癌中的高表达与患者的不良预后相关
[18]。lncRNA HOTAIR被发现通过促进m6A修饰增强细胞的迁移和侵袭能力
[19]。此外,研究表明,m6A修饰在EMs中具有调控作用,且FTO的表达水平与m6A修饰密切相关
[20]。这些研究表明lncRNA在EMs中可能通过调控m6A修饰影响疾病进程。在本研究中,qRT-PCR结果显示,LINC02589在EMs样本中的表达显著高于正常组织,而FTO的表达显著低于正常组织;MeRIP-qPCR结果进一步证实,EMs样本中m6A甲基化水平显著高于正常组织,LINC02589与FTO呈负相关,提示LINC02589可能通过抑制FTO的表达从而增加m6A修饰水平,促进EMs的发生和发展。雌激素在EMs中不仅促进内膜样组织的生长,还通过多种途径调控基因表达和修饰
[21]。有研究指出,m6A修饰在雌激素介导的基因表达调控中也发挥重要作用
[22]。本研究显示,相对于ESCs组,ESCs+17β-E组LINC02589的表达显著提高,FTO的表达降低,并m6A甲基化水平增加。结果提示,雌激素可能通过上调LINC02589表达与抑制FTO表达相关联,进而促进m6A甲基化水平升高。
为了进一步探讨LINC02589和FTO在子宫内膜细胞功能中的具体作用,本研究进行了基因干扰和过表达实验。研究显示,FTO通过调控m6A修饰影响癌细胞的迁移和侵袭能力
[23,24]。本研究结果显示,相较于Vector+siNC+17β-E组,Vector+siLINC02589+17β-E组和FTO+siNC+17β-E的m6A甲基化水平显著降低,提示沉默LINC02589和过表达FTO可逆转17β-E2的作用。而与FTO+siNC+17β-E组相比,FTO+LINC02589+17β-E组的m6A甲基化水平显著上升,结果提示LINC02589可能通过与FTO的相互作用,促进了LINC02589的m6A甲基化修饰,LINC02589的过表达可能增强了FTO在m6A修饰过程中的作用,导致m6A甲基化水平的提高。lncRNA HOTAIR被发现通过促进m6A修饰增强细胞的迁移和侵袭能力
[19]。E-cadherin的降低和N-cadherin、Vimentin的增加是上皮-间质转化(EMT)的典型标志
[25,26]。本研究进一步发现,与Vector+siNC组相比,Vector+siNC+17β-E组中E-cadherin的表达显著下降,而N-cadherin、Vimentin和β-catenin的表达显著上升,这些变化提示细胞发生了EMT,说明17β-E可促进EMT。与Vector+siNC+17β-E组相比,FTO+siNC+17β-E组EMT被抑制,FTO的过表达逆转17β-E诱导的EMT,而与FTO+siNC+17β-E组相比,FTO+siLINC02589+17β-E组EMT增强,提示LINC02589可能通过改变FTO的表达,导致EMT增强。此外,与Vector+siNC+17β-E组相比,FTO+siNC+17β-E组的迁移、侵袭和增殖能力显著降低,说明FTO抑制肿瘤转移,而沉默LINC02589后,细胞的迁移、侵袭和增殖能力显著增强,提示LINC02589可能通过调控FTO的表达,进而促进细胞的迁移和增殖能力。
尽管本研究揭示了LINC02589和FTO在EMs中的重要作用,但仍存在一些局限性。首先,本研究主要依赖于体外细胞模型和组织样本的分析,缺乏对整个生物体生理状态的全面评估,尚需进一步在动物模型和更多的临床样本中验证其结果的可靠性。其次,LINC02589和FTO在EMs中的具体分子机制及其下游信号通路仍需进一步研究。此外,尽管本研究探讨了雌激素对LINC02589和FTO表达及m6A修饰的影响,但雌激素受体在这一过程中的具体作用仍需进一步研究。
总之,本研究通过系统地分析LINC02589和FTO在EMs中的表达及其相互关系,揭示了它们在EMs发生发展中的重要作用。本研究结果表明,LINC02589的上调和FTO的下调与EMs中的m6A甲基化水平变化密切相关,雌激素通过调控LINC02589和FTO的表达及其m6A修饰途径,诱导子宫内膜细胞的上皮-间质转化,使子宫内膜细胞活性、迁移和侵袭能力显著增强。这些发现为EMs的机制研究提供了新的视角,并为未来的治疗策略提供了潜在的靶点。未来将进一步深入探讨LINC02589和FTO的具体分子机制及其在EMs中的作用,为临床治疗提供更加科学的依据。
广西壮族自治区卫生健康委员会自筹经费科研课题(Z-A20220651)