多发性骨髓瘤(multiplemyeloma,MM)是一种起源于骨髓中终末分化浆细胞的恶性肿瘤,位居血液系统恶性肿瘤发病率的第2位
[1-2]。蛋白酶体抑制剂硼替佐米(bortezomib,Btz)能够提高MM患者生存率,但大部分患者仍然无法治愈,主要是由于患者对Btz产生了获得性耐药,因此迫切需要寻找更为有效的治疗方法提高患者生存率
[3]。Btz在MM中的主要作用机制是抑制20S蛋白水解核心的凝乳蛋白酶样位点,进而发挥多种作用,如阻断核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信号通路的激活、阻滞细胞周期和诱导细胞凋亡等
[4]。VO等
[5]研究发现:至少约45% MM患者存在NF-κB信号通路的改变,而肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)诱导蛋白3(TNF-α-induced protein 3,A20)是NF-κB信号通路的下游靶基因,具有修饰泛素并调节NF-κB信号通路负反馈信号的诱导酶,能够负反馈抑制NF-κB信号通路
[6-7]。
A20是多种癌症的关键调节因子,其在浸润性乳腺癌中表达上调,敲除A20会增加乳腺癌细胞对放疗和化疗的敏感性
[8],但在胶质瘤
[9]、肝细胞癌
[10]、低分化头颈癌和未分化鼻咽癌
[11]等实体肿瘤中起非致瘤作用。A20也是B细胞淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤和非霍奇金淋巴瘤中易缺失及失活的肿瘤抑制因子
[12],其在肿瘤中的功能依赖于细胞类型。
MM患者具有特殊的骨髓微环境,布鲁顿酪氨酸激酶(Bruton’s tyrosine kinase,BTK)是一种胞质酪氨酸激酶,对B淋巴细胞瘤的增殖与肿瘤微环境中各成分的关联性较为重要,在B淋巴细胞发育、分化和B细胞抗原受体(B cell antigen receptor,BCR)信号传导中发挥重要作用
[13-14]。2019年11月,美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准泽布替尼(zanubrutinib,BGB-3111)上市,其作为BTK的二代选择性抑制剂对BTK的抑制表现出更高的选择性和更强的效果,可以抑制多种慢性淋巴瘤细胞白血病(chronic lymphoma leukemia,CLL)和弥漫性大B细胞淋巴瘤(diffuse large B-cell Lymphoma,DLBCL)细胞增殖
[15]。在MM中联合应用Btz和BGB-3111对MM细胞凋亡的影响及其机制的报道较少。因此,本研究探讨BGB-3111和Btz联合用药对MM细胞凋亡率、凋亡相关蛋白和NF-κB信号通路相关蛋白的作用,分析过表达A20后人MM细胞的凋亡情况及其可能的作用机制,为MM的治疗提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 细胞、主要试剂和仪器
人MM细胞U266(野生型,对Btz敏感细胞)、PS-R(对Btz耐药的U266细胞)、RPMI8226、KMS28-PE、KMS28-BM、H929和HEK293T细胞均由吉林大学第一医院肿瘤精准医学实验室提供。RPMI-1640培养液、胎牛血清和青-链霉素双抗(美国Gibico公司),Annexin Ⅴ-FITC/PI双染流式试剂(天津三箭生物技术股份有限公司),BGB-3111(德国Sigma公司),Btz(美国Selleck公司),二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)(德国Merck公司),质粒提取试剂盒(德国QIAGEN公司),LipofectamineTM3000和Opti-MEM(美国Thermo公司),psPAX2和pMD2.G(美国Addgene公司),BTK抗体、GAPDH、β-Tubulin、髓细胞白血病因子1(myeloid cell leukemin-1,MCL-1)、P65/磷酸化P65(phosphorylated P65,p-P65)、肿瘤坏死因子受体相关因子(TNF receptor-associated factor, TRAF)2、 B细胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)和Bcl-2相互作用细胞死亡介质蛋白(Bcl-2 interaction mmediator of cell death,Bim)/磷酸化Bim(phosphorylated Bim,p-Bim)(位点为Ser69)(美国CST公司)。蛋白电泳仪(美国Bio-Rad公司),流式细胞分析仪(美国BD公司)。
1.2 细胞培养及分组
U266、PS-R、RPMI8226、KMS28-PE、KMS28-BM和H929细胞采用含10%胎牛血清的RPMI-1640培养基培养。取处于对数生长期的RPMI8226、U266和KMS28-BM细胞,分为对照组、BGB-3111组(10 μmol·L-1 BGB-3111)、Btz组(3 nmol·L-1 Btz)和BGB-3111+Btz组,对照组加入与干预组药物同体积的DMSO。KMS28-BM细胞采用相同分组,Btz作用浓度为5 nmol·L-1。RPMI8226和U266细胞作用24 h,KMS28-BM细胞作用48 h。
1.3 质粒转染和A20过表达细胞制备
将配制好的LB培养基高压后,取成品菌液5 µL加入5 mL LB培养基中,于摇床上37 ℃、220 r·min-1恒温培养12~16 h。获取菌液,按质粒提取试剂盒说明书操作,提取质粒进行转染,转染步骤按照LipofectamineTM 3000 说明书进行。利用HEK 293T细胞制备慢病毒包装液,将其培养至可转染的密度后去除旧培养基,采用磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)清洗1次。配置转染液,A液:1 μg DNA+1 μg psPAX2+0.5 μg pMD2.G+5 µL P3000加入125 µL Opti-MEM中;B液:3.75 µL LipofectamineTM 3000+125 µL Opti-MEM;分别混匀于试验台内静置5 min后,将A液与B液混合,室温孵育15 min。处理好的转染试剂加入培养板中,置于细胞培养箱中培养,48 h后收病毒液。将过滤好的病毒液与合适密度U266细胞悬液按1∶1比例混合,放入6孔细胞培养板中培养48 h以上,采用Western blotting法检测细胞转染效率,荧光显微镜观察到细胞均带有荧光标记即为成功转染。将转染后的U266细胞分为A20过表达组(A20-OE组)和空载对照组(EV组),2组细胞各分为对照组、BGB-3111组、Btz组和BGB-3111+Btz组,处理条件同U266细胞,流式细胞术检测细胞凋亡情况,实验重复3次。
1.4 细 胞 计 数 试 剂 盒 8 (cell counting kit-8,CCK-8)
法检测不同浓度BGB-3111处理的MM细胞存活率 取处于对数生长期的RPMI8226、U266和KMS28-BM细胞,调整细胞密度为每孔3×105个细胞,接种于96孔细胞培养板中,分别给予0、10、20、30、40和50 μmol·L-1 BGB-3111处理24 h后,每孔加入10 μL CCK-8溶液,继续孵育4 h,无菌操作,期间每隔1 h取出培养板,震荡5 min。采用酶标仪于波长450 nm处测定吸光度(A)值,实验重复3次。细胞存活率=(实验孔A值-空白孔A值)/(对照孔A值-空白孔A值)×100%。
1.5 Annexin Ⅴ-FITC/PI双染法检测各组MM细胞凋亡率
细胞计数后以每孔3×105个细胞的密度接种于12孔细胞培养板中,分组处理后收集细胞,于室温1 500 r·min-1离心5 min后,冷PBS缓冲液悬浮细胞,反复洗涤2次,弃上清,加入300 μL 1×Binding Buffer 悬 浮 细 胞,再 加 入 5 μL Annexin Ⅴ-FITC混匀后,室温避光孵育15 min,随后加入5 μL PI 染色并补加200 μL 1×Binding Buffer,流式细胞术检测细胞凋亡率,最后采用FlowJo V7.6软件分析数据,实验重复3次。其中,Annexin V+PI-代表早期凋亡细胞群,Annexin V+PI+代表晚期凋亡细胞群。细胞凋亡率=凋亡细胞数/细胞总数×100%。
1.6 Western blotting法检测各组MM细胞中凋亡相关蛋白表达水平
收集处于对数生长期的PS-R、U266、H929、KMS28-PE、KMS28-BM和RPMI8226细胞。使用预冷的PBS缓冲液清洗3次,RIPA裂解液提取总蛋白,BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白浓度,加入蛋白质上样缓冲液,95 ℃煮沸5 min,-20 ℃保存备用。恒压200 V、45 min SDS-PAGE电泳后,将蛋白转移至PVDF膜上,5% BSA中室温封闭1 h,根据BTK、MCL-1、Bim、p-Bim、P65、p-P65、TRAF2、A20和Bcl-2相对分子质量裁膜,4 ℃孵育12 h,TBST溶液清洗3次后,相应二抗室温孵育1 h,TBST溶液清洗后滴加ECL液化学发光,应用成像系统采集,Image J软件分析蛋白条带灰度值,以β-Tubulin为内参,计算目的蛋白表达水平,实验重复3次。目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/内参蛋白条带灰度值。
1.7 统计学分析
采用SPSS 20.0统计软件和GraphPad prism10.0软件进行统计学分析及绘图。各组细胞存活率和细胞凋亡率以及细胞中MCL-1、Bim、p-Bim、P65、p-P65、TRAF2、A20和Bcl-2蛋白表达水平均符合正态分布,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 不同MM细胞中BTK蛋白表达水平
与KMS28-BM细胞比较,U266、RPMI8226和H929细胞中BTK蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05或
P<0.01),PS-R细胞中BTK蛋白表达水平升高,但差异无统计学意义(
P>0.05)。KMS28-PE细胞中不表达BTK蛋白。见
图1。
2.2 不同浓度BGB-3111处理的MM细胞存活率
与0 μmol·L
-1 BGB-3111组比较,10、20、30、40和50 μmol·L
-1 BGB-3111组RPMI8226及U266细胞存活率均明显降低(
P<0.05或
P<0.01),10 μmol·L
-1 BGB-3111组KMS28-BM细胞存活率降低,但差异无统计学意义(
P>0.05),20、30、40和50 μmol·L
-1 BGB-3111组KMS28-BM细胞存活率均明显降低(
P<0.01)。与RPMI8226和U266 细 胞 比 较,20、 30 和 40 μmol·L
-1 BGB-3111组KMS28-BM细胞存活率均明显升高(
P<0.05)。见
表1。10 μmol·L
-1 BGB-3111作用于RPMI8226、U266和KMS28-BM细胞时,其对3种细胞活性抑制作用较弱,便于观察联合用药效果,因此选取10 μmol·L
-1 BGB-3111用于后续实验。
2.3 各组MM细胞凋亡率 与对照组比较,BGB-3111 组、 Btz 组 和 BGB-3111 + Btz 组RPMI8226及U266细胞凋亡率均明显升高(
P<0.05或
P<0.01);与BGB-3111组和Btz组比较,BGB-3111+Btz组RPMI8226和U266细胞凋亡率均明显升高(
P<0.01)。与对照组比较,Btz组和BGB-3111+Btz组KMS28-BM细胞凋亡率均明显升高(
P<0.01),BGB-3111组KMS28-BM细胞凋亡率差异无统计学意义(
P>0.05);与BGB-3111组比较,BGB-3111+Btz组KMS28-BM细胞凋亡率明显升高(
P<0.01);与Btz组比较,BGB-3111+Btz组KMS28-BM细胞凋亡率差异无统计学意义(
P>0.05)。与EV组细胞比较,Btz组和BGB-3111+Btz组A20-OE细胞凋亡率均明显升高(
P<0.01);BGB-3111组A20-OE细胞和EV细胞凋亡率比较差异无统计学意义(
P>0.05)。见图
2~
5。
2.4 各组MM细胞中MCL-1、p-Bim、Bim和Bcl-2蛋白表达水平
与对照组比较,BGB-3111组、Btz组和BGB-3111+Btz组RPMI8226及U266细胞中Bim蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05),Btz组和BGB-3111+Btz组RPMI8226及U266细胞中MCL-1、p-Bim以及Bcl-2蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05),BGB-3111组RPMI8226和U266细胞中MCL-1、p-Bim及Bcl-2蛋白表达水平差异均无统计学意义(
P>0.05);与BGB-3111组和Btz组比较,BGB-3111+Btz组RPMI8226和U266细胞中Bim蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05),MCL-1、p-Bim和Bcl-2蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05)。见
图6。
2.5 各组MM细胞中P65、p-P65、TRAF2和A20蛋白表达水平
与对照组比较,Btz组和BGB-3111+Btz组RPMI8226及U266细胞中p-P65蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05),TRAF2和A20蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05),BGB-3111组RPMI8226和U266细胞中P65、p-P65、TRAF2和A20蛋白表达水平差异均无统计学意义(
P>0.05);与BGB-3111组和Btz组比较,BGB-3111+Btz组RPMI8226和U266细胞中p-P65蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05),TRAF2和A20蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05);各组RPMI8226和U266细胞中P65蛋白表达水平差异均无统计学意义(
P>0.05)。与EV组比较,A20-OE组细胞中A20蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见图
7和
8。
3 讨 论
BTK属于胞质酪氨酸蛋白激酶(tyrosine-protein kinase,TEC)家族,是人类第二大非受体激酶家族,除T淋巴细胞外,其在造血系统的所有细胞中均有表达
[16]。BCR信号通路上游Src家族激酶激活BTK后,反馈至磷酸化磷脂酶Cγ(phosphorylated phospholipase-Cγ,PLCγ),导致钙离子动员和NF-κB/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信号通路激活,相关信号促进增殖和存活相关基因的表达
[10-11]。目前靶向BTK治疗血液肿瘤多集中于部分淋巴瘤的治疗。本研究结果显示:RPMI8226和H929细胞高表达BTK蛋白,U266和PS-R细胞低表达BTK蛋白,KMS28-PE和KMS28-BM细胞不表达BTK蛋白,且不表达BTK蛋白的MM细胞对BGB-3111的抑制作用不敏感。流式细胞术检测结果显示:在表达BTK蛋白的MM细胞中,BGB-3111能够增强Btz的促凋亡作用,而在不表达BTK蛋白的MM细胞中联合用药效果较差,几乎全部为Btz单药的作用,提示MM细胞中BTK蛋白表达水平对BGB-3111的效应起重要作用。共价BTK抑制剂依鲁替尼能够有效抑制BCR信号,在CLL小鼠模型中产生明显的抗肿瘤反应,尽管存在这种靶向抑制机制,但不良反应较多,而且逐渐出现耐药
[17]。BGB-3111具有更高的选择性,同时极大地降低了脱靶效应,不良反应少
[18],与Btz的联合应用于淋巴瘤的治疗中具有潜在的优势,然而在MM中的作用机制尚未完全阐明。
为进一步研究联合用药对MM细胞凋亡的影响及其机制,本研究采用Western blotting法检测凋亡相关蛋白表达情况,结果显示:与单药组比较,联合用药组细胞中MCL-1、Bcl-2和p-Bim蛋白表达水平明显降低,Bim蛋白表达水平明显升高,提示BGB-3111通过抑制Bim的磷酸化,增加其蛋白稳定性,使MM细胞对Btz诱导的凋亡更加敏感。Btz可通过下调MCL-1诱导凋亡,可能是两药联合作用的机制之一,抗凋亡蛋白Bcl-2下调提示MM细胞的抗凋亡作用减弱,BGB-3111与Btz联合应用效果更佳,可进一步促进MM细胞凋亡,与贾晓辉
[19]在套细胞淋巴瘤中的研究结果一致。
尽管慢性淋巴瘤和MM代表的肿瘤分别处于B淋巴细胞分化的不同阶段,但其在病理上均与NF-κB异常活化有关
[20]。NF-κB通常以二聚体形式存在,受到炎症刺激后κB抑制蛋白a(inhibitor of kappa B alpha,IκBa)被κB抑制蛋白(inhibitor of kappa B,IκB)激酶磷酸化,磷酸化IκB入核调控靶基因的转录,促进肿瘤发生
[21]。Btz抑制泛素化IκBa通过蛋白酶体降解,IκBa则通过结合P65,使其无法入核发挥转录因子作用,导致P65和p-P65滞留于胞质,从而无法发挥转录因子的作用
[21-22]。本研究结果显示:与单药组比较,联合用药组p-P65蛋白表达水平升高;在Btz和联合用药的作用下A20蛋白表达下调,可能是因NF-κB信号通路的抑制导致其表达下调。TRAF2作为NF-κB途径的上游调节分子,其下调反映出NF-κB途径被抑制。
在NF-κB信号通路的启动过程中,各种炎症因子的作用导致肿瘤坏死因子受体相关因子家族(tumor necrosis factor receptor associated factors,TRAFs)向受体募集。其中TRAF2通过一个蛋白复合物募集,该蛋白复合物由多个接头蛋白组成,包括受体相互作用蛋白1(receptor interacting protein 1,RIP1)、泛素连接酶凋亡抑制蛋白(cellular inhibitor of apoptosis protein,cIAP)1和cIAP2。cIAP促进在RIP1和TRAF2上及在自身上进行赖氨酸(lysin,Lys)63连接的多泛素化,Lys63连接的多泛素链与NF-κB的必须调节分子NEMO、黏膜相关淋巴组织淋巴瘤易位蛋白(mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma translocation protein,MALT1)等分子结合,进一步激活NF-κB信号通路传导,A20通过从各种靶分子上切割Lys63连接的多泛素链来负性调节NF-κB信号通路
[23-24]。SCHMITZ等
[25]研究发现:A20是霍奇金淋巴瘤和原发性纵隔B细胞淋巴瘤的肿瘤抑制基因。异常NF-κB活化的一个基本特性是抑制凋亡反应。研究
[26]显示:稳定表达微小RNA(microRNA,miR)-125a/b的DLBCL更能抵抗凋亡作用,而A20表达的重建恢复了miR-125a/b表达产生的抗凋亡特性。在幽门螺旋杆菌感染的胃上皮细胞中,A20负调控NF-κB信号通路并破坏抗凋亡基因的表达
[27]。本研究结果显示:在A20过表达的U266细胞中,Btz组和BGB-3111+Btz组细胞凋亡率明显升高,与LORK等
[23]和SCHMITZ等
[25]的研究结果一致。
综上所述,BGB-3111通过抑制BTK活性诱导MM细胞发生凋亡,并增强Btz的促凋亡作用,过表达A20增加MM细胞对联合用药的敏感性,其抗肿瘤作用可能与抑制NF-κB信号通路有关。