卵巢癌是全球女性妇科癌症相关死亡的主要原因之一,由于疾病早期阶段缺乏特定的症状和体征,约75%的卵巢癌患者发展至晚期才被诊断,其中超过70%的患者对初级治疗无效,且5年复发率较高
[1]。晚期诊断和耐药性是导致卵巢癌高发病率及治疗失败的2个主要因素
[2]。目前,在妇科恶性肿瘤领域存在多种乳腺癌和卵巢癌潜在的治疗靶点,靶向治疗具有很好的应用前景
[3]。肿瘤免疫逃逸是肿瘤发生发展的重要环节,肿瘤细胞可以发展多种免疫抑制机制以对抗肿瘤免疫
[4]。程序性死亡配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)/程序性死亡受体1(programmed death receptor-1,PD-1)信号通路是肿瘤免疫抑制的重要组成部分,可以抑制T淋巴细胞活化,增强肿瘤细胞的免疫耐受性,从而实现肿瘤免疫逃逸
[5]。因此,靶向PD-L1/PD-1信号通路是一种具有较强吸引力的肿瘤治疗策略。生物节律分子TIMELESS(TIM)最初被认为是一种潜在的生物钟蛋白,现已被证实其为DNA复制叉的重要组成之一,可以保护DNA复制叉不在难以复制的区域停滞,并在DNA损伤中发挥重要保护和修复作用
[6]。
TIM基因还可作为一种癌基因,在多种癌症中呈过度表达,使肿瘤细胞免受DNA损伤和化疗耐药性
[7]。研究
[8]显示:
TIM基因缺失可激活结肠癌细胞的上皮-间质转化程序,并与结肠癌患者预后差有关。研究
[9-10]显示:TIM蛋白在人卵巢癌组织中高表达,沉默
TIM基因可抑制卵巢癌细胞增殖、迁移和侵袭。研究
[11]显示:TIM蛋白高表达可增强PD-L1的转录水平,从而促进乳腺癌的侵袭性和恶性进展,有助于肿瘤免疫逃逸,而当其表达下调时,会增加CD8+T淋巴细胞的抗肿瘤活性。然而,
TIM基因是否通过调节PD-L1影响卵巢癌细胞免疫逃逸尚不明确。因此,本研究探讨
TIM基因沉默对卵巢癌细胞免疫逃逸的影响,并阐明其分子机制,以期为卵巢癌治疗策略的研究提供新思路。
1 材料与方法
1.1 细胞、主要试剂和仪器
人卵巢癌细胞系SK-OV-3细胞购自美国模式培养物研究所(American type culture collection,ATCC)。RPMI-1640培养基和人白细胞介素2(interleukin-2,IL-2)重组蛋白购自赛百慷(上海)生物技术股份有限公司,DynabeadsTM Untouched™人CD8+T淋巴细胞试剂盒、Lipofectamine 3000转染试剂、CD8-异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)、CD3-藻红蛋白(phycoerythrin,PE)和PD-L1-PE抗体购自美国ThermoFisher Scientific公司,T Cell TransAct购自德国Miltenyi公司,CCK-8试剂盒和AnnexinⅤ/FITC凋亡检测试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司,干扰素γ(interferon-γ,INF-γ)和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)检测试剂盒购自武汉云克隆科技股份有限公司,乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)细胞毒性检测试剂盒、TRIzol试剂和RIPA裂解液购自上海碧云天生物技术股份有限公司,逆转录试剂盒和SYBR Green Master Mix购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司,兔抗人PD-L1抗体、兔抗人TIM抗体、兔抗人GAPDH抗体和二抗购自英国Abcam公司,TIM小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)干扰质粒(si-TIM)、阴性对照质粒(si-NC)、PD-L1过表达质粒(oe-PD-L1)及其阴性对照质粒(oe-NC)由生工生物工程(上海)股份有限公司提供。流式细胞仪购自美国Beckman公司,酶标仪购自美国Bio Tek公司,实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR, RT-qPCR)仪购自瑞士Roche公司,电泳仪和电泳槽购自北京六一生物科技有限公司。
1.2 CD8+T淋巴细胞分离及鉴定
收集健康体检者外周血,梯度离心获得人外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)。根据Dynabeads™ Untouched™人CD8+T淋巴细胞试剂盒说明书,采用免疫磁珠法分离,即取500 µL(约含5×107个细胞)PBMC,加入100 µL抗体混合物,于4 ℃孵育20 min;加入磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)洗涤细胞,离心弃上清液;加入500 µL免疫磁珠,轻轻倾斜和旋转,室温反应15 min;加入2 mL PBS缓冲液,将细胞放置于磁力架上静置2 min,收集上清液。向磁珠中加入2 mL PBS缓冲液,经磁力架吸附后,再次收集上清液,将2次收集的上清液混合,1 200 r·min-1离心5 min,收集细胞沉淀即为CD8+T淋巴细胞。采用流式细胞术对CD8+T淋巴细胞进行鉴定,检测细胞中CD3+/CD8+细胞亚群比例。
1.3 细胞转染、分组和共培养
收集SK-OV-3细胞接种于6孔细胞培养板中,每孔约含2×105个细胞,将SK-OV-3细胞分为空白对照组(BC组)、si-NC 组、 si-TIM 组、 si-NC + oe-NC 组 和si-TIM+oe-PD-L1组,采用Lipofectamine 3000转染试剂分别将si-TIM、si-NC、oe-PD-L1和oe-NC分别转染至除BC组外的相应组SK-OV-3细胞中,BC组不进行转染,转染48 h后收集细胞。采用RT-qPCR法和Western blotting法检测SK-OV-3细胞中TIM mRNA及蛋白表达水平,验证卵巢癌SK-OV-3细胞中TIM基因沉默情况。于CD8+T淋巴细胞培养基中补充20 μg·L-1 IL-2重组蛋白,采用T Cell TransAct试剂刺激CD8+T淋巴细胞活化。取转染后的各组SK-OV-3细胞与活化的CD8+T淋巴细胞按照1∶10的比例于Transwell小室中进行间接共培养,并将其分为BC组(单独培养SK-OV-3细胞)、BC/T组、si-NC/T组、si-TIM/T组、si-NC+oe-NC/T组和si-TIM+oe-PD-L1/T组,共培养时间为24 h。
1.4 CCK-8法检测各组SK-OV-3细胞存活率
于96孔细胞培养板下室中以每孔1×103个细胞的密度接种SK-OV-3细胞,建立上述共培养体系,共培养24 h后,取出CD8+T淋巴细胞,于含有SK-OV-3细胞的孔内加入10 µL CCK-8溶液,继续培养2 h。采用酶标仪于波长450 nm处测定吸光度(A)值,计算各组细胞存活率。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 流式细胞术检测各组SK-OV-3细胞凋亡率
收集共培养体系中的SK-OV-3细胞,1 000 r·min-1离心5 min,弃上清,加入结合缓冲液调整细胞浓度为2×106 mL-1。取100 µL细胞悬液,加入5 µL AnnexinⅤ/FITC和5 µL PI溶液孵育5 min。加入400 µL PBS缓冲液,混匀后于流式细胞仪上检测细胞凋亡率。细胞凋亡率=早期细胞凋亡率+晚期细胞凋亡率。
1.6 流式细胞术检测各组SK-OV-3细胞表面PD-L1阳性表达率
收集共培养体系中的SK-OV-3细胞,1 000 r·min-1离心5 min,弃上清,加入PBS缓冲液重悬细胞沉淀,并调整细胞密度为2×106 mL-1。加入5 µL PD-L1-PE抗体室温避光孵育30 min。PBS缓冲液洗涤细胞,加入400 µL PBS缓冲液重悬后于流式细胞仪上检测PD-L1阳性表达率。
1.7 酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)法检测各组共培养体系细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平
收集共培养体系中细胞培养上清液,按照ELISA试剂盒说明书加入标准品、样本和检测液等进行反应,加入底物溶液进行显色,最后加入终止液终止反应。采用酶标仪于波长450 nm处测定A值,根据标准曲线计算共培养体系细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平。
1.8 LDH释放法检测各组CD8+T淋巴细胞杀伤力
以SK-OV-3细胞为靶细胞,CD8+T淋巴细胞为效应细胞,将其分为靶细胞自然释放组(100 µL SK-OV-3细胞悬液+100 µL细胞培养液)、效应细胞自然释放组(100 µL CD8+T淋巴细胞悬液+ 100 µL细胞培养液)、自然杀伤组(100 µL CD8+T淋巴细胞悬液+100 µL SK-OV-3细胞悬液,即上述共培养体系)和靶细胞最大释放组(100 µL SK-OV-3细胞悬液+10 µL LDH释放试剂+90 µL细胞培养液)。37 ℃孵育1 h后,离心收集120 µL细胞培养上清液,加入60 µL LDH检测液,室温避光孵育30 min。采用酶标仪于波长490 nm处测定A值,计算CD8+T淋巴细胞杀伤力。CD8+ T淋巴细胞杀伤力=(自然杀伤组A值-靶细胞自然释放组A值-效应细胞自然释放组A值)/(靶细胞最大释放组A值-靶细胞自然释放组A值)×100%。
1.9 RT-qPCR法检测各组SK-OV-3细胞中TIM和PD-L1 mRNA表达水平
收集BC组、si-NC组和si-TIM组SK-OV-3细胞,加入TRIzol试剂进行裂解并提取细胞总RNA。使用逆转录试剂盒获取cDNA,以cDNA为模板,采用SYBR Green Master Mix配置PCR反应体系,反应程序:95 ℃预变性10 min,95 ℃变性15 s、60 ℃退火30 s、72 ℃延伸30 s,共40个循环。引物序列:TIM上游引物5'-GTTTTGGCAATCTGCCTAAGGA-3',TIM下游引物5'-GCAGCTCATACAAGGTTT-CACT-3';PD-L1上游引物5'-TTTGCTGAACG-CCCCATA-3',PD-L1下游引物5'-TGCTTGTC-CAGATGACTTCG-3';GAPDH上游引物5'-AC-AACTTTGGTATCGTGGAAGG-3',GAPDH下游引物5'-GCCATCACGCCACAGTTTC-3'。以GAPDH为内参基因,采用2—△△Ct法计算细胞中TIM和PD-L1 mRNA表达水平。
1.10 Western blotting法检测各组SK-OV-3细胞中TIM和PD-L1蛋白表达水平
收集各组转染后的SK-OV-3细胞,加入RIPA裂解液提取蛋白质。蛋白质浓度定量后,经SDS-PAGE电泳分离,将蛋白转移至PVDF膜上。使用含5%脱脂奶粉封闭液浸泡PVDF膜,室温封闭2 h。加入TIM抗体(1∶10 000)、PD-L1抗体(1∶1 000)和GAPDH抗体(1∶2 500)浸泡PVDF膜,4 ℃孵育过夜。加入二抗室温孵育1 h,最后加入化学发光试剂进行显影曝光。采用Image J软件分析蛋白条带灰度值,以GAPDH为内参,计算目的蛋白表达水平。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。
1.11 统计学分析
采用SPSS 23.0统计软件进行统计学分析。各组SK-OV-3细胞存活率和细胞凋亡率,细胞表面PD-L1阳性表达率,共培养体系细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平及CD8+T淋巴细胞杀伤力,细胞中TIM和PD-L1mRNA及蛋白表达水平,均符合正态分布,以x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 人外周血CD8+T淋巴细胞鉴定
免疫磁珠法分离前,人外周血中CD8+T淋巴细胞(CD3+/CD8+)亚群比例为24.43%±2.76%;免疫磁珠法分离后,CD8+T淋巴细胞(CD3+/CD8+)亚群比例为96.56%±0.59%,提示所提取CD8+T淋巴细胞的纯度较高。见
图1。
2.2 各组SK-OV-3细胞中TIM mRNA和蛋白表达水平
与BC组(1.00±0.08)比较,si-NC组细胞中TIM mRNA(0.97±0.05)和蛋白表达水平差异均无统计学意义(
P>0.05),si-TIM组细胞中TIM mRNA(0.26±0.08)和蛋白表达水平均明显降低(
P<0.01),提示本研究成功获得
TIM基因沉默的卵巢癌SK-OV-3细胞。见
图2。
2.3 各组SK-OV-3细胞存活率
与BC组(100.00%±10.44%)比较,BC/T组SK-OV-3细胞存活率(79.69%±3.23%)明显降低 (P<0.01);与BC/T组比较,si-NC/T组SK-OV-3细胞存活率(80.17%±5.47%)差异无统计学意义(P>0.05),si-TIM/T组SK-OV-3细胞存活率(47.94%±3.94%)明显降低(P<0.01)。
与BC/T组(100.00%±5.46%)比较,si-NC+oe-NC/T组SK-OV-3细胞存活率(98.38%± 2.92%)差异无统计学意义(P>0.05),si-TIM/T组SK-OV-3细胞存活率(61.13%±4.44%)明显降低(P<0.01);与si-TIM/T组比较,si-TIM+oe-PD-L1/T组SK-OV-3细胞存活率(87.52%± 4.16%)明显升高(P<0.01)。
2.4 各组SK-OV-3细胞凋亡率
与BC组(4.41%±0.57%)比较,BC/T组SK-OV-3细胞凋亡率(15.29%±1.03%)明显升高(
P<0.01);与BC/T组比较,si-NC/T组SK-OV-3细胞凋亡率(15.77%±0.94%)差异无统计学意义(
P>0.05),si-TIM/T组SK-OV-3细胞凋亡率(24.71%±1.51%) 明显升高(
P<0.01)。见
图3。
与BC/T组(15.47%±0.84%)比较, si-NC+ oe-NC/T组SK-OV-3细胞凋亡率(14.93%± 1.04%)差异无统计学意义(
P>0.05),si-TIM/T组SK-OV-3细胞凋亡率(25.73%±1.41%)明显升高(
P<0.01);与si-TIM/T组比较,si-TIM+ oe-PD-L1/T组SK-OV-3细胞凋亡率(17.43%± 0.92%)明显降低(
P<0.01)。见
图4。
2.5 各组SK-OV-3细胞表面PD-L1蛋白阳性表达率
与BC组(44.10%±1.79%)比较,si-NC组SK-OV-3细胞表面PD-L1蛋白阳性表达率(43.08%±2.15%)差异无统计学意义(
P>0.05),si-TIM组SK-OV-3细胞表面PD-L1蛋白阳性表达率(21.16%±2.45%)明显降低(
P<0.01)。见
图5。
2.6 各组共培养体系细胞上清液中IFN-γ和TNF-α水平
与BC/T组比较,si-NC/T组细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平差异无统计学意义(
P>0.05),si-TIM/T组细胞上清液中IFN-γ和TNF-α水平明显升高(
P<0.01)。见
表1。
与BC/T组比较,si-NC+oe-NC/T组细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平差异无统计学意义(
P>0.05),si-TIM/T组细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平明显升高(
P<0.01)。与si-TIM/T组比较,si-TIM+oe-PD-L1/T组细胞培养上清液中IFN-γ和TNF-α水平明显降低(
P<0.01)。见
表2。
2.7 各组CD8+T淋巴细胞杀伤力
与BC/T组(13.97%±1.19%)比较,si-NC/T组CD8+T淋巴细胞杀伤力(14.19%±2.34%)差异无统计学意义(P>0.05),si-TIM/T组CD8+T淋巴细胞杀伤力 (22.67%±1.49%) 明显增强 (P<0.01)。
与 BC/T 组 (14.27% ± 1.94%) 比 较,si-NC+oe-NC/T组CD8+T淋巴细胞杀伤力(14.14%±0.87%)差异无统计学意义(P>0.05),si-TIM/T组CD8+T淋巴细胞杀伤力(23.72% ± 1.00%) 明 显 增 强(P<0.01);与 si-TIM/T 组 比 较, si-TIM+oe-PD-L1/T 组CD8+T淋巴细胞杀伤力(18.32%±1.37%)明显减弱(P<0.01)。
2.8 各组SK-OV-3细胞中PD-L1 mRNA和蛋白表达水平
与BC组(1.01±0.13)比较,si-NC组SK-OV-3细胞中PD-L1 mRNA(1.04±0.08)和蛋白表达水平差异均无统计学意义(
P>0.05),si-TIM组SK-OV-3细胞中PD-L1 mRNA(0.56±0.09)和蛋白表达水平均明显降低(
P<0.01)。见
图6。
与BC组比较,si-NC+oe-NC组SK-OV-3细胞中PD-L1蛋白表达水平差异无统计学意义(P>
0.05),si-TIM组细胞中PD-L1蛋白表达水平明显降低(
P<0.01);与si-TIM组比较,si-TIM+ oe-PD-L1组细胞中PD-L1蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图7。
3 讨 论
肿瘤免疫逃逸已成为肿瘤治疗的最大障碍之一,深入了解肿瘤免疫逃逸机制是进一步完善临床治疗策略的关键
[12]。T淋巴细胞是适应性免疫系统的基础,然而由幼稚T淋巴细胞分化为功能性效应CD8+T淋巴细胞需要通过主要组织相容性复合物分子、共刺激和细胞因子呈递的抗原结合T淋巴细胞受体信号才能有效启动。研究
[13]显示:在细胞因子刺激后,T淋巴细胞与肿瘤细胞的相互作用更强。IL-2等细胞因子可增强T淋巴细胞肿瘤免疫能力
[14]。CD8+T淋巴细胞是肿瘤免疫的最终效应物,大部分形式的有效肿瘤免疫疗法均涉及CD8+T淋巴细胞的效应功能
[14-15]。研究
[16-18]显示:促进CD8+T淋巴细胞对癌细胞的杀伤作用有助于抑制肿瘤免疫逃逸。本研究结果显示:SK-OV-3细胞存活率降低,细胞凋亡率升高,提示活化的CD8+T淋巴细胞具有明显的抗肿瘤作用。若进一步增强CD8+T淋巴细胞的杀伤作用,将可能发挥更强大的肿瘤免疫功能。
昼夜节律是影响真核生物和原核生物生理的一个基本生物学过程,昼夜节律紊乱可能增加患肿瘤风险,并影响癌症患者对治疗的反应
[19]。生物节律基因表达失调在恶性肿瘤的发生发展中起重要作用
[20]。
TIM基因因其参与生物节律和细胞周期而被广泛研究,该基因与多种恶性肿瘤的发展及预后存在关联,可能是泛癌患者的前瞻性预后和免疫生物标志物
[21]。研究
[22]显示:
TIM基因在宫颈癌中高表达,调节细胞增殖和顺铂敏感性,敲除
TIM基因可诱导细胞凋亡和细胞衰老。但关于
TIM基因表达与肿瘤免疫逃逸之间关系的研究较少。DONG等
[11]研究发现:癌细胞中的
TIM基因可通过抑制CD8+T淋巴细胞浸润和免疫活性参与免疫抑制。肿瘤微环境中的CD8+T淋巴细胞被激活后分泌IL-2、IFN-γ和TNF-α等细胞因子,并在肿瘤微环境中传播,参与肿瘤免疫反应
[23]。本研究结果显示:SK-OV-3细胞中
TIM基因沉默后,与之共培养的CD8+T淋巴细胞分泌的IFN-γ和TNF-α水平升高,且CD8+T淋巴细胞对SK-OV-3细胞杀伤力也明显增强。
TIM基因沉默后进一步抑制SK-OV-3细胞增殖,促进细胞凋亡,提示沉默
TIM基因可抑制卵巢癌细胞免疫逃逸,但具体机制还需进一步明确。
PD-L1是一个被广泛研究的免疫检查点,通过抑制CD8+T淋巴细胞的免疫活性,在促进恶性肿瘤的免疫逃逸中发挥重要作用
[24-25]。PD-1主要由CD4+和CD8+T淋巴细胞表达,其配体PD-L1广泛表达于各种细胞,包括肿瘤细胞。阻断PD-L1/PD-1信号通路可能有助于恢复T淋巴细胞介导的抗肿瘤免疫,因此,PD-L1/PD-1可能是卵巢癌的重要治疗靶点
[26]。然而,目前针对PD-L1/PD-1信号通路的抗体并未表现出较好的临床疗效,其有效率仅为10%~15%
[27]。与单一治疗比较,免疫检查点抑制剂与小分子抑制剂的联合治疗显示出更好的疗效
[28]。研究
[29]显示:沉默卵巢癌细胞中
PD-
L1基因的表达后,肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力明显减弱。而高表达
TIM基因会增强肿瘤细胞中
PD-L1基因表达水平
[11]。本研究结果显示:沉默
TIM基因后卵巢癌SK-OV-3细胞中
PD-
L1基因表达下调,SK-OV-3细胞中
PD-
L1基因过表达会部分抑制
TIM基因沉默对CD8+T淋巴细胞杀伤力及细胞因子分泌的促进作用,同时也逆转了
TIM基因沉默对SK-OV-3细胞增殖和凋亡的影响,提示
TIM基因沉默可能通过下调
PD-L1基因表达抑制SK-OV-3细胞免疫逃逸。
综上所述,TIM基因沉默可通过调节PD-L1基因表达抑制卵巢癌细胞免疫逃逸,从而抑制细胞增殖,并诱导细胞凋亡。