肺癌是全球范围内最常见的癌症类型
[1]。在肺癌组织病理学分类中非小细胞肺癌(non-small cell lung carcinoma,NSCLC)占绝大多数,而肺腺癌(lung adenocarcinoma,LUAD)则是NSCLC中最常见的病理类型,约占所有肺癌患者的40%
[2]。
缝隙连接蛋白β2(gap junction β2,GJB2)是缝隙连接蛋白家族的重要成员,也被称为连接蛋白26(connexin 26,Cx26),其为缝隙连接的一个组成部分,能够与邻近细胞的其他缝隙连接蛋白形成功能性通道,该通道在细胞间信息、能量、物质交流和信息传递中发挥关键作用,也可调节细胞增殖、分化和凋亡
[3]。因此GJB2蛋白表达水平可对细胞、组织及器官功能有直接影响,其功能的异常也会破坏周围正常细胞之间的信息传递,导致正常调控功能丧失,从而影响细胞的发育,使正常细胞发展为肿瘤细胞
[4-5]。GJB2蛋白的异常上调或下调在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。然而,关于GJB2在LUAD中的作用尚未完全阐明。本研究旨在探讨GJB2对LUAD A549细胞生物学行为的影响,为深入了解LUAD的发展和治疗提供新的切入点。
1 材料与方法
1.1 细胞、主要试剂和仪器
人LUAD细胞株A549细胞购自中国科学院上海细胞库。RPMI-1640培养基和胎牛血清(美国Gibco公司),pCMV6-GJB2过表达质粒和空载质粒pCMV6(美国Origene公司),GJB2-小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)和阴性对照siRNA(si-NC)(广州锐博生物 科 技 有 限 公 司),Lipofectamine 3000(美 国Invitrogen公司),Matrigel基底胶(美国Corning公司),Transwell小室(美国Thermo公司),BCA蛋白浓度测定试剂盒(上海碧云天生物技术有限公司), 细胞计数试剂盒8 (cell couting kit-8,CCK-8)(北京索莱宝科技有限公司),5-乙炔基-2'-脱氧尿苷(5-Ethynyl-2'-deoxyuridine,EdU)试剂盒(广州锐博生物科技有限公司),免疫组织化学染色试剂盒和DAB试剂盒(福州迈新生物技术开发有限公司),柠檬酸缓冲液(美国Sigma公司)。细胞CO2培养箱(美国Thermo公司),酶标仪(德国Eppendorf公司),蛋白电泳仪(美国BIO-RAD公司),凝胶成像系统(上海天能生命科学有限公司),荧光倒置显微镜(日本Olympus公司)。
1.2 组织标本来源
获取锦州医科大学附属第一医院LUAD患者癌组织和癌旁正常肺组织术后标本共111对,分析GJB2蛋白表达情况与LUAD患者临床病理参数(包括年龄、性别、TNM分期和淋巴结转移情况等)之间的关联性。本研究经锦州医科大学伦理审查委员会全面批准(批准号:JZMULL2024007),同时豁免了患者知情同意的要求。
1.3 生物信息学分析
利用TIMER数据库(
http://timer.cistrome.org/)检索了33类肿瘤组织及其癌旁正常组织中
GJB2基因的表达水平,并进行差异性分析。采用GEPIA数据库(
http://gepia.cancer-pku.cn/)检索来自于癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库的483例LUAD患者癌组织样本及59例正常肺组织样本,分析LUAD组织与正常肺组织间
GJB2基因表达差异及不同临床分期LUAD患者癌组织中
GJB2基因表达情况。采用Kaplan-Meier plotter数据库(
https://kmplot.com/analysis/)分析在LUAD患者癌组织中GJB2蛋白表达水平与患者预后的相关性。
1.4 细胞培养
将A549细胞置于无菌皿中,采用含10%胎牛血清的RPMI-1640培养液培养细胞,于37 ℃,5% CO2培养箱中孵育,间隔1~2 d换液1次。细胞密度达到90%以上时采用含EDTA的胰蛋白酶消化并传代。
1.5 质粒转染及细胞分组
Lipofectamine 3000试剂盒用于质粒转染实验。将GJB2过表达质粒和siRNA及相应的阴性对照分别转染至A549细胞,将其分为GJB2过表达组(OE-GJB2组,转染GJB2过表达质粒)及其阴性对照组(OE-NC组,转染GJB2空载质粒)、si-GJB2组(转染GJB2-siRNA)及其阴性对照组(si-NC组,转染对照siRNA)。实验开始前,于6孔细胞培养板上均匀接种细胞,细胞密度达70%~80%时进行过表达转染,细胞密度为40%~50%时进行干扰。采用无血清培养基对质粒及转染试剂进行稀释,向质粒稀释液中添加转染剂稀释液,轻轻混匀,室温静置30 min,再转入细胞培养基中,轻摇培养皿,混匀,于37 ℃、5% CO2培养箱中持续培养48~72 h。采用Western blotting法检测各组A549细胞转染效率。
1.6 CCK-8法检测各组A549细胞增殖活性
将A549细胞转染或干扰24 h后,以每孔3 000个细胞的密度均匀铺于96孔细胞培养板上。每组设置5个重复孔。细胞培养板每孔加入10 μL CCK-8试剂,避免产生气泡,避光置于37 ℃、5% CO2培养箱中孵育2 h,采用酶标仪于波长450 nm处测定吸光度(A)值,以A值代表细胞增殖活性。
1.7 EdU染色法检测各组A549细胞EdU阳性表达率
A549细胞均匀接种于6孔细胞培养板上,待细胞密度达到约70%后,加入用完全培养基按1∶1 000稀释的EdU溶液,制备50 μmol·L-1 EdU培养基,每孔加入100 μL 50 μmol·L-1 EdU培养基孵育2 h,弃培养基,磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)清洗细胞1~2次,固定、染色,显微镜下观察并记录阳性细胞数,计算EdU阳性表达率。EdU阳性表达率=EdU阳性细胞数/4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)阳性细胞数×100%。
1.8 克隆形成实验检测各组A549细胞克隆形成数
A549细胞在转染或干扰24 h后,采用胰酶进行消化,细胞计数,以每孔500个细胞的密度接种于6孔细胞培养板中进行培养,单个集落中细胞数>50个时停止培养。PBS缓冲液洗涤3次,4%多聚甲醛固定30 min,苏木素染色15 min,流水洗去染色液,晾干。采用照相机对6孔细胞培养板进行拍照记录,Image J软件计数各组A549细胞克隆形成数。
1.9 Transwell小室实验检测各组A549细胞中侵袭细胞数
选用8.0 μm孔径的Transwell小室将其放入24孔细胞培养板中,在冰上用无血清细胞培养基按1∶8比例稀释基质胶,加入Transwell小室。将含有1×106个细胞的200 μL细胞悬液精确接种至上室,无血清的RPMI-1640培养基培养。将含有10%胎牛血清的500 μL培养基置于24孔细胞培养板下层,培养24 h。用4%多聚甲醛固定细胞30 min,苏木精染色15 min,PBS缓冲液洗涤3次,倒置显微镜下观察并拍照,采用Image J软件计数各组侵袭细胞数。
1.10 细胞划痕实验检测各组A549细胞迁移率
A549细胞均匀接种于6孔细胞培养板中培养。当细胞密度达90%时,用透明枪头于6孔细胞培养板底表面垂直划线。PBS缓冲液洗涤细胞2次,加入无血清培养基。分别于0和24 h采用显微镜观察并拍摄图像。采用Image J软件计算细胞划痕面积,计算各组细胞迁移率。细胞迁移率=(0 h划痕面积-24 h划痕面积)/0 h划痕面积×100%。
1.11 免疫组织化学染色法观察LUAD患者癌组织和癌旁正常肺组织中GJB2蛋白表达情况
将组织蜡块切成厚度为5 μm的组织切片,采用二甲苯脱蜡,梯度乙醇脱苯水合,柠檬酸缓冲液对抗原进行修复,加一抗4 ℃孵育过夜。加二抗孵育10 min,DAB显色,苏木素染核。切片常规脱水,嵌入中性树脂中,显微镜下观察拍照。每个切片随机选取5个高倍镜视野,每个视野计数100个细胞,计算阳性细胞染色强度和细胞阳性百分率。免疫组织化学染色法检测结果判定标准:GJB2阳性表达主要定位于细胞质,以细胞质内出现棕黄色颗粒为阳性。根据染色强度将其表达分为0~3级:0级(无染色,细胞无显色),1级(弱染色,细胞呈浅黄色),2级(中染色,细胞呈棕黄色),3级(强染色,细胞呈棕褐色);细胞阳性百分率:1分(1%~25%),2分(26%~50%),3分(51%~ 75%),4分(76%~100%)。GJB2阳性表达情况为由2项评分相乘的结果,结果范围为0~12分,得分≥6分为过表达阳性。
1.12 Western blotting法检测各组A549细胞中GJB2和上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)相关蛋白表达水平
A549细胞常规培养,PBS缓冲液冲洗细胞3次,加入细胞裂解液。将混合物置于冰上孵育20 min,离心取上清液。采用BCA法检测试剂盒测定蛋白浓度。将蛋白质样品和Marker逐个加入泳道进行SDS-PAGE凝胶电泳,然后在适宜的条件下,将其转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉封闭2 h。加入GJB2抗体(1∶1 000)、N钙黏蛋白(N-cadherin抗体)(1∶1 000)、E钙黏蛋白(E-cadherin)抗体(1∶1 000)和GAPDH抗体(1∶1 000),4 ℃孵育一夜,二抗室温孵育2 h。TBST溶液洗膜3次,每次10 min,加入ECL显色剂,显影仪显影。采用Image J软件分析目的蛋白条带灰度值,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。
1.13 统计学分析
采用SPSS 25.0和GraphPad Prism 9.0统计软件进行统计学分析。GJB2蛋白表达情况与LUAD患者临床病理参数之间的关联性分析采用χ2检验。各组A549细胞的细胞增殖活性、EdU阳性表达率、克隆形成数、细胞迁移率、侵袭细胞数、细胞中GJB2蛋白和EMT相关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SNK-q检验。所有实验均至少重复3次,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 不同组织中GJB2基因表达情况及GJB2表达与LUAD患者总生存期的相关性
TIMER数据库分析结果显示:
GJB2基因在多种肿瘤中均存在异常表达(
图1A)。GEPIA数据库分析结果显示:与癌旁正常肺组织比较,LUAD患者癌组织中GJB2
mRNA表达水平明显升高(
P<0.05),且GJB2的高表达与LUAD患者的临床病理分期具有相关性(
P<0.05)(
图1B和
图2A)。Kaplan-Meier生存分析结果显示:与GJB2低表达患者比较,GJB2高表达患者的总生存期明显减少[风险比(hazard ratio,HR)=1.71,95%CI:1.34~2.18,
P<0.05],提示GJB2高表达癌症患者的预后更差(
图2B)。
2.2 LUAD患者癌组织和癌旁正常肺组织中GJB2蛋白表达情况
GJB2在癌旁正常肺泡和支气管上皮细胞中均呈阴性表达,与癌旁正常肺组织比较,LUAD患者癌组织中GJB2蛋白表达明显增强。见
图3。LUAD患者癌组织中GJB2蛋白阳性表达与淋巴结转移有明显关联性(
P<0.05),但与患者性别(
P=0.626)、年龄(
P=0.639)和TNM分期(
P=0.837)无关联性(
P>0.05)。见
表1。
2.3 各组A549细胞增殖活性
与OE-NC组比较,OE-GJB2组A549细胞增殖活性明显升高(
P<0.05或
P<0.01);干扰GJB2的表达之后,与si-NC组比较,si-GJB2组A549细胞增殖活性明显降低(
P<0.05或
P<0.01)。见
图4。
2.4 各组A549细胞中EdU阳性表达率
过表达GJB2后,与OE-NC组(34.24%±1.90%)比较,OE-GJB2组A549细胞中EdU阳性表达率(55.59%±1.54%)明显升高(
P<0.01);干扰GJB2的表达之后,与si-NC组(41.30%±1.70%)比较,si-GJB2组A549细胞中EdU阳性表达率(31.92%±3.28%)明显降低(
P<0.01)。见
图5。
2.5 各组A549细胞克隆形成数
与OE-NC组(152.30个±22.15个)比较,OE-GJB2组A549细胞克隆形成数(200.30个±15.31个)明显增加(
P<0.01);干扰GJB2表达后,与si-NC组(186.00个±22.00个)比较,si-GJB2组A549细胞的克隆形成数(127.30个±4.04个)明显减少(
P<0.01)。见
图6。
2.6 各组A549细胞中侵袭细胞数
与OE-NC组(245.7个±18.5个)比较,OE-GJB2组A549细胞中侵袭细胞数(400.0个±13.5个)明显增加(
P<0.01);干 扰 GJB2 表 达 后,与 si-NC 组(351.7个±17.2个)比较,si-GJB2组A549细胞中侵袭细胞数(259.3个±17.2个)明显减少(
P<0.01)。见
图7。
2.7 各组A549细胞的细胞迁移率
细胞划痕24 h后,与OE-NC组(20.77%±1.66%)比较,OE-GJB2组A549细胞的细胞迁移率(50.71%± 1.11%)明显升高(
P<0.01);与si-NC组(26.80%±1.65%)比较,si-GJB2组A549细胞的细胞迁移率(12.19%± 0.93%)明显降低(
P<0.01)。见
图8。
2.8 各组A549细胞中GJB2和EMT相关蛋白表达水平
与OE-NC组比较,OE-GJB2组A549细胞中GJB2和N-cadherin蛋白表达水平均明显升高(
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显降低(
P<0.05)。见
图9。与si-NC组比较,OE-GJB2组A549细胞中GJB2和N-cadherin蛋白表达水平均明显降低(
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图10。
3 讨 论
在全球范围内肺癌的患病率和死亡率均较高,且发病率还在逐年上升。此外,肺癌是男性癌症相关死亡的第一大原因,也是女性癌症相关死亡的第二大原因,仅次于乳腺癌
[6]。近年来,肺癌的早期诊断和治疗已取得长足进步,但其预后仍然不佳
[7]。因此,寻找新的肿瘤标志物或药物新靶点具有重要的临床意义。本研究结果显示:GJB2在A549细胞中高表达,能够促进细胞的增殖、侵袭和迁移,并可能是通过EMT途径促进细胞的侵袭和迁移。
研究
[8]表明:GJB2在不同的肿瘤组织中均存在异常表达,其表达和功能在不同类型的癌症进展阶段中均存在差异。在某些癌症的早期阶段,GJB2常在肿瘤细胞中表达缺失或低表达,表明其在肿瘤发生发展中可能起到抑制作用
[9-10]。但在一些癌症中也存在过GJB2表达,且与肿瘤侵袭和转移关系密切
[11-12]。KANCZUGA-KODA等
[13]证实:GJB2在乳腺癌中过表达,且与乳腺癌的侵袭和转移具有密切关联,与NAOI等
[14]的研究结果一致。本研究结果显示:GJB2在LUAD患者癌组织中高表达,与TANG等
[15]的研究结果一致。本研究中Transwell小室实验和细胞划痕实验检测结果显示:过表达GJB2促进A549细胞的侵袭和迁移,而干扰GJB2的表达则抑制A549细胞的侵袭和迁移。
EMT是一种进化保守但复杂的分子和细胞程序,其中细胞经历由上皮状态到间充质状态的转化
[16]。E-cadherin是上皮黏附连接的主要成分,介导细胞间黏附和紧密连接,形成黏连带。E-cadherin蛋白丢失后,N-cadherin蛋白等间充质标志物的表达活性增加
[17-18]。研究
[19]显示:在EMT过程中,上皮分化特征丧失后,细胞极性发生改变,导致上皮细胞与周围细胞间黏附作用减弱,而细胞的间充质特征被短暂获得,如细胞的迁移和侵袭能力均会增强。鉴于N-cadherin蛋白与细胞侵袭性和转移形成能力有密切关联,与多种癌症预后有关联性
[20]。如甲状腺癌的进展与由E-cadherin蛋白至N-cadherin蛋白表达的转变有关,结直肠癌肝转移与EMT的逆转有关
[21-22]。本研究结果显示:过表达GJB2导致上皮细胞标志物E-cadherin蛋白表达下调,间充质细胞标志物N-cadherin蛋白表达上调,提示GJB2可促进A549细胞的EMT。
综上所述,GJB2蛋白在A549细胞中通过激活EMT途径促进了A549细胞迁移和侵袭,在LUAD的发生发展及预后中发挥了重要的作用,有望成为LUAD患者药物治疗和预后监测的新靶点。