非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)是一种起源于支气管黏膜或肺泡上皮的恶性肿瘤,其复发率和转移率较高,远期疗效较差
[1]。近年来,肺癌的发病率和病死率均明显升高
[2]。探讨肺癌增殖、侵袭和转移的发生机制对肺癌的防治具有重要意义。
KIAA1522是一种介导细胞黏附的肌动蛋白连接蛋白,在多种人类肿瘤中高度表达
[3-7]。研究
[8-12]表明:KIAA1522可能通过蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)、细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)、Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)、核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)和Notch等信号通路,促进肿瘤细胞增殖、诱导上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),参与肿瘤的生长、侵袭和转移等过程。过度表达细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)可促进肿瘤异常增殖
[13]。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是促进血管新生的重要信号分子,可协助EMT促进肿瘤细胞向远处转移
[14]。目前,关于KIAA1522能否调控肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭尚未完全阐明。本研究探讨KIAA1522经AKT信号通路对肺癌细胞增殖、侵袭和迁移的调控作用及其对Cyclin D1、VEGF和EMT相关蛋白的影响,旨在为肺癌的诊断和临床治疗提供参考。
1 资料与方法
1.1 一般资料
肺癌组织芯片购于上海芯超科技有限公司(产品批号:HLugA150CS04),含NSCLC组织和癌旁正常肺组织各75例。芯片包含患者年龄、性别、肿物最大径、分化程度、TNM分期和淋巴结转移等临床病理特征。
1.2 细胞、主要试剂和仪器
人正常肺上皮BEAS-2B细胞和人肺癌H1299、A549及H226细胞购自中国科学院上海细胞库,人肺癌PC9、H460和H1975细胞由锦州医科大学生命科学研究院惠赠。RPMI-1640培养基购自美国Gibco公司,胎牛血清购自美国CLARK Bioscience公司,KIAA1522-小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)购自苏州吉玛生物有限公司,KIAA1522过表达质粒(pcDNA3.1-3xFlag-KIAA1522)购自湖南丰晖生物有限公司,Lipofectamine 3000购自美国 Invitrogen公司,KIAA1522、磷酸化AKT(phosphorylated AKT,p-AKT)和总AKT(total AKT,t-AKT)购自北京博奥森生物技术有限公司,波形蛋白(Vimentin)、N钙黏蛋白(N-cadherin)、E钙黏蛋白(E-cadherin)和β-actin抗体购自美国SAB公司,Cyclin D1和VEGF购自沈阳万类生物技术有限公司,MK2206购自美国MCE公司,Matrigel基底胶购自美国BD公司,Transwell小室购自美国康宁生物技术有限公司,BCA蛋白浓度测定试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司,通用二步法试剂盒和DAB显色试剂盒购自北京中杉金桥生物技术有限公司。细胞CO2培养箱(型号:150l)购自美国Thermo公司,垂直电泳仪和转膜仪器(型号:1645050)购自美国Bio-Rad公司,显影仪(型号:Amersham Imager 600)购自日本GE公司,数字切片扫描与应用系统(型号:Easy scan NFC)购自厦门麦克奥迪实业集团有限公司。
1.3 生物信息学方法分析NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522 mRNA及蛋白表达水平
利用基因表达谱交互分析网站(Gene Expression Profiling Interactive Analysis,GEPIA)分析NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522 mRNA表达水平差异(
http://gepia.cancer-pku.cn/)。采用临床蛋白质组肿瘤分析协作组(Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium,CPTAC)数据库分析NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522蛋白表达水平差异(
https://cptac-data-portal.georgetown.edu/studies/)。
1.4 免疫组织化学染色法检测NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522蛋白表达情况
NSCLC组织芯片烘片后常规脱蜡至水,于pH 6.0柠檬酸修复液中经高压抗原修复5 min,滴加内源性过氧化物酶阻断剂室温孵育10 min,磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)冲洗3次,一抗4 ℃冰箱过夜。次日PBS缓冲液冲洗3次,滴加反应增强液,37 ℃孵育30 min,PBS缓冲液洗涤3次,滴加酶标山羊抗小鼠/兔IgG聚合物,37 ℃孵育20 min,PBS缓冲液洗涤3次。新鲜配制的DAB溶液显色,苏木素复染3 min,自来水返蓝2 min,脱水透明后树脂封片。免疫组织化学染色结果判定标准:免疫组织化学染色评分=染色强度评分×阳性细胞数评分。染色强度计分标准:0分,细胞无显色;1分,细胞呈浅黄色(弱染色);2分,细胞呈棕黄色(中等染色);3分,细胞呈棕褐色(强染色)。阳性细胞数计分标准:0分,无阳性细胞;1分,阳性细胞<25%;2分,25%≤阳性细胞<50%;3分,阳性细胞≥50%。KIAA1522免疫组织化学得分<3分定义为阴性,得分≥3分定义为阳性。KIAA1522蛋白阳性表达率=KIAA1522蛋白阳性细胞数/总细胞数×100%。
1.5 细胞培养和分组
正常肺上皮BEAS-2B细胞,肺癌PC9、H1299、H460、A549、H1975和H226细胞培养于10%胎牛血清及1%青-链霉素的RPMI-1640培养基中,37 ℃、5% CO2细胞培养箱中常规培养,选取对数生长期细胞进行传代和后续实验,实验至少重复3次,采用Western blotting法检测不同细胞中KIAA1522蛋白表达水平。KIAA1522-siRNA实验分为空白组、阴性对照组(si-NC组)、KIAA1522-siRNA#1组和KIAA1522-siRNA#2组。siRNA引物序列:KIAA1522-siRNA#1,上游引物5'-GCAGUCAGACCACAUCCUATT-3',下游引物5'-UAGGAUGUGGUCUGACUGCTT-3';KIAA1522-siRNA#2,上游引物5'-GCAUGUGC-AGAAGGAGCUUTT-3',下游引物5'-AAGCUC-CUUCUGCACAUGCTT-3';si-NC,上游引物5'- UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3',下游引物5'-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3'。过表达KIAA1522实验分为对照组、空载对照组(OE-NC组,转染KIAA1522过表达空载质粒)、过表达KIAA1522组(OE-KIAA1522组,转染KIAA1522过表达质粒)、过表达KIAA1522+MK2206组(OE-KIAA1522+MK2206组,共转染KIAA1522过表达质粒和AKT信号通路抑制剂MK2206)和MK2206组(转染MK2206)。MK2206浓度为10 μmol·L-1。
1.6 细胞转染
si-RNA转染:H1299细胞接种于6孔细胞培养板,待细胞密度为40%~50%时进行瞬时转染。取125 μL RPMI-1640无血清培养基与5.9 μL Lipofectamine 3000溶液充分混合。取125 μL RPMI-1640无血清培养基与3.7 μL si-RNA溶液充分混合。将稀释后的 Lipofectamine 3000试剂中缓慢加入稀释后的si-RNA,室温静置10~15 min后均匀滴入细胞中。4~6 h后,吸弃旧培养基,换为完全培养基继续培养。过表达质粒转染:于6孔细胞培养板中接种A549细胞,使其细胞密度为70%~90%时进行瞬时转染。取125 μL RPMI-1640无血清培养基与3.75 μL Lipofectamine 3000溶液充分混合。取125 μL RPMI-1640无血清培养基、2.5 μg质粒与5 μL Lipofectamine 3000溶液充分混合。将稀释后的 Lipofectamine 3000试剂中缓慢加入稀释后的质粒,室温静置10~15 min后均匀滴加入细胞中。4~6 h后,吸弃旧培养基,换为完全培养基继续培养,采用Western blotting法验证各组细胞转染效率。
1.7 噻唑蓝(methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium,MTT)法检测各组肺癌细胞增殖活性
细胞转染24 h后,收集H1299和A549细胞,按每孔4×103个细胞的密度接种于96孔细胞培养板,每组设置5个复孔,继续培养24、48和72 h。避光加入20 μL 5 g·L-1 MTT溶液,继续培养4 h后,吸出MTT溶液,加入150 μL二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)溶液,室温溶解15 min,稍振荡。于波长490 nm处测定吸光度(A)值,以A值代表相应时间点的细胞增殖活性。
1.8 细胞划痕实验检测各组肺癌细胞迁移率
收集对数生长期H1299和A549细胞,按每孔4×105个细胞的密度接种于6孔细胞培养板。转染24 h后,待细胞生长至90%左右,用200 µL枪头划痕,PBS缓冲液洗涤3次。0 h时显微镜下拍照记录,继续培养24 h后拍照,观察细胞迁移情况。实验重复3次。细胞迁移率=(0 h划痕面积-24 h后划痕面积)/0 h划痕面积×100%。
1.9 Transwell小室实验检测各组肺癌细胞侵袭细胞数
Matrigel胶与RPMI-1640培养液按1∶9混合,上室加入80 μL,置于37 ℃、5% CO2培养箱孵育30 min以上,待其聚合成胶。转染24 h后,无血清培养基重悬H1299和A549细胞至5×105 mL-1,上室每孔加入200 μL细胞悬液,下室加入600 μL完全培养基。24 h后吸去上室培养基,PBS缓冲液洗涤2次,75%甲醇固定30 min,PBS缓冲液洗涤2次,0.1%结晶紫染色20 min,PBS缓冲液洗涤2次。用棉签擦去上室未透膜的细胞,晾干小室。倒置显微镜下,随机抽取5个视野拍照并计数。
1.10 Western blotting法检测各组细胞中AKT通路相关蛋白
转染48 h后加入细胞裂解液,冰上充分裂解30 min,离心分离上清液,BCA试剂盒检测蛋白浓度。蛋白质通过SDS-PAGE电泳分离,转移至PVDF膜上,5%脱脂牛奶室温封闭1~2 h后,分别加入一抗KIAA1522、Cyclin D1、Vimentin、E-cadherin、VEGF、p-AKT、t-AKT(1∶1 000)和N-cadherin(1∶500),4 ℃摇床过夜孵育。次日,TBST溶液洗去一抗,室温孵育二抗(1∶5 000)1 h。TBST溶液洗去二抗,滴加ECL发光试剂,显影曝光。采用Image J软件分析蛋白条带灰度值,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/β-actin蛋白条带灰度值。
1.11 统计学分析
采用SPSS 26.0统计软件进行统计学分析。NSCLC患者临床病理特征(年龄、性别、肿物最大径、分化程度、TNM分期和淋巴结转移)及NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522蛋白表达情况均以例数(百分率)[(n(%)]表示,组间比较采用χ2检验。各组肺癌细胞增殖活性、细胞迁移率、侵袭细胞数和细胞中KIAA1522、AKT、Cyclin D1、VEGF及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。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522 mRNA及蛋白表达水平
与癌旁正常肺组织比较,NSCLC组织中KIAA1522 mRNA和蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05或
P<0.01)。见
图1。
2.2 NSCLC组织和癌旁正常肺组织中KIAA1522蛋白阳性表达率
与癌旁正常肺组织(25.31%)比较,NSCLC组织中KIAA1522蛋白阳性表达率(64.24%)明显升高(
P<0.05)。NSCLC组织KIAA1522蛋白表达与TNM分期有关(
P<0.01)。见
图2和
表1。
2.3 正常肺上皮细胞和不同肺癌细胞中KIAA1522蛋白表达水平
与正常肺上皮BEAS-2B细胞比较,肺癌PC9、H1299、H460、A549、H1975和H226细胞中KIAA1522蛋白表达水平均明显升高(
P<0.05或
P<0.01)。其中,H1299细胞中KIAA1522蛋白表达水平最高,A549细胞中KIAA1522蛋白表达水平较低。见
图3。
2.4 各组肺癌细胞中KIAA1522蛋白表达水平
与空白组比较,si-NC组H1299细胞中KIAA1522蛋白表达水平差异无统计学意义(
P>0.05);与si-NC组比较,KIAA1522-siRNA#1组和KIAA1522-siRNA#2组H1299细胞中KIAA1522蛋白表达水平明显降低(
P<0.01)。见
图4。与对照组比较,OE-NC组A549细胞中KIAA1522蛋白表达水平差异无统计学意义(
P>0.05);与OE-NC组比较,OE-KIAA1522组A549细胞中KIAA1522蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图5。
2.5 各组细胞增殖活性
细胞培养24、48和72 h时,与si-NC比较,KIAA1522-siRNA#1组和KIAA1522-siRNA#2组H1299细胞增殖活性均明显降低(
P<0.01)。见
表2。细胞培养24、48和72 h时,与OE-NC组比较,OE-KIAA1522组A549细胞增殖活性明显升高(
P<0.01);与OE-KIAA1522组比较,OE-KIAA1522+MK2206组A549细胞增殖活性明显降低(
P<0.01);与OE-KIAA1522+MK2206组比较,MK2206组A549细胞增殖活性明显降低(
P<0.05)。见
表3。
2.6 各组细胞迁移率
与si-NC组(38.18%±5.23%)比较,KIAA1522-siRNA#1组和KIAA1522-siRNA#2组H1299细胞迁移率(12.63%±3.02%和6.55%±1.04%)均明显降低(
P<0.01)。见
图6。与 OE-NC 组(13.07% ± 3.30%) 比 较,OE-KIAA1522组A549细胞迁移率(31.55%± 2.95%)明显升高(
P<0.01);与OE-KIAA1522组比较,OE-KIAA1522+MK2206组A549细胞迁移率(17.79%±7.15%)明显降低(
P<0.05);与OE-KIAA1522+MK2206组比较,MK2206组A549细胞迁移率(3.27%±1.20%)明显降低(
P<0.05)。见
图7。
2.7 各组细胞中侵袭细胞数
与si-NC组(280.00个± 14.11个) 比 较, KIAA1522-siRNA#1 组 和KIAA1522-siRNA#2组H1299细胞中侵袭细胞数(106.70个±17.47个和68.67个±12.01个)明显减少(
P<0.01);与OE-NC组(185.70个± 12.01个)比较,OE-KIAA1522组A549细胞中侵袭细胞数(404.70个±13.5个)明显增多(
P<0.01); 与 OE-KIAA1522 组 比 较,OE-KIAA1522+MK2206组A549细胞中侵袭细胞数(210.70个±20.31个)明显减少(
P<0.01);与OE-KIAA1522+MK2206组比较,MK2206组A549细胞中侵袭细胞数(44.33个±5.13个)明显减少(
P<0.01)。见
图8。
2.8 各组细胞中AKT通路相关蛋白表达水平
与si-NC 组 比 较,KIAA1522-siRNA#1 组 和KIAA1522-siRNA#2组H1299细胞中p-AKT、Cyclin D1、Vimentin、N-cadherin及VEGF蛋白表 达 水 平 均 明 显 降 低(
P<0.05或
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显升高(
P<0.01);各组细胞中t-AKT蛋白表达水平比较差异均无统计学意义(
P>0.05)。见
图9。与OE-NC组比较,OE-KIAA1522组A549细胞中p-AKT、Cyclin D1、Vimentin、N-cadherin和VEGF蛋白表达水平升高(
P<0.05或
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显降低(
P<0.05);与OE-KIAA1522组比较,OE-KIAA1522+MK2206组A549细胞中p-AKT、Cyclin D1、Vimentin、N-cadherin和VEGF蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05或
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显升高(
P<0.05);与OE-KIAA1522+MK2206组比较,MK2206组A549 细 胞 中 p-AKT、 Cyclin D1、 Vimentin、N-cadherin和VEGF蛋白表达水平均明显降低(
P<0.05或
P<0.01),E-cadherin蛋白表达水平明显升高(
P<0.05);各组细胞中t-AKT蛋白表达水平比较差异均无统计学意义(
P>0.05)。见
图10。
3 讨 论
肺癌是全球发病率和病死率最高的恶性肿瘤
[15]。肺癌的发病机制十分复杂,恶性转移是肺癌患者死亡率较高的主要原因。阐明肺癌侵袭与转移的分子机制,确定有效的干扰靶点,对提高肺癌的诊断率和患者生存质量具有重要意义。KIAA1522参与细胞微丝骨架的多聚化、重排和细胞间黏附等过程,通过重塑细胞骨架,调节细胞黏附,促进细胞的运动和转移
[3]。KIAA1522在多种恶性肿瘤过度表达,如结直肠癌
[10]、肝癌
[4]、卵巢癌
[16]、食管癌
[11]和胰腺癌
[17]等,调节细胞增殖、凋亡、侵袭、迁移及血管生成等病理过程,促进肿瘤的发生发展。
本研究中生物信息学数据分析结果显示:肺癌组织中KIAA1522 mRNA和蛋白表达水平明显升高。组织芯片染色结果证实:NSCLC组织中KIAA1522蛋白阳性表达率明显高于癌旁正常肺组织,与生物信息学数据库分析结果一致。KIAA1522蛋白表达水平与肺癌TNM分期有关,提示KIAA1522可能与肿瘤的恶性进展有关联。为明确KIAA1522对肺癌细胞增殖、侵袭和迁移能力的影响,本研究筛选了KIAA1522表达较高的肺癌H1299细胞和表达较低的A549细胞进行体外实验;沉默KIAA1522后,与对照组比较,肺癌H1299细胞增殖活性、细胞迁移率和侵袭细胞数及细胞中AKT磷酸化水平明显降低;肺癌A549细胞过表达KIAA1522则促进了细胞增殖、迁移和侵袭及AKT磷酸化,且AKT信号通路特异性抑制剂MK2206可阻断上述作用。本研究结果提示:KIAA1522可能通过激活AKT信号通路,促进肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。
EMT赋予了肿瘤细胞的高运动性和侵袭性
[18]。EMT启动过程的关键环节是上皮细胞间的紧密连接、黏附连接和桥粒间隙连接的破坏,细胞失去极性,上皮细胞的肌动蛋白重组,细胞获得运动性和侵袭能力
[19]。KIAA1522作为黏附连接蛋白,在很大程度上参与了EMT过程,导致肺癌细胞与邻近细胞及细胞外基质的黏附连接不甚紧密,易脱离细胞群,从而促进EMT发生,增加肿瘤的转移能力。研究
[20]显示:结直肠癌细胞过表达KIAA1522可能诱导EMT发生,促进细胞侵袭和迁移。
VEGF介导的血管形成在肿瘤侵袭和迁移中扮演重要角色。新生血管的形成给肿瘤细胞提供了营养支持,便于其局部侵袭和远处转移
[21]。研究
[22]表明:VEGF在癌症中高表达,并与肿瘤的迁移、侵袭和EMT有关。Cyclin D1是反映细胞增殖活性相关的主要标志物。JIANG等
[8]研究表明:过表达KIAA1522通过Wnt/β-catenin信号通路上调Cyclin D1,进而促进肝细胞癌增殖。Cyclin D1、VEGF和EMT相关蛋白是AKT信号通路的下游关键因子
[23]。本研究结果显示:沉默KIAA1522可导 致 肺 癌 H1299 细 胞 中 Cyclin D1、Vimentin、N-cadherin和VEGF蛋白表达抑制,E-cadherin表达上调;过表达KIAA1522则可促进肺癌A549 细胞中Cyclin D1、Vimentin、N-cadherin和VEGF蛋白表达上调,抑制E-cadherin表达,AKT信号通路抑制剂MK2206可阻断上述作用。以上结果提示,KIAA1522可能通过激活AKT信号通路,上调Cyclin D1、VEGF和EMT蛋白表达,促进肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。Cyclin D1和VEGF是肿瘤发生发展的重要分子。ZHAO等
[13]研究显示:AKT磷酸化可刺激Cyclin D1的表达,引起EMT发生,增加肺癌细胞的侵袭转移。ZHENG等
[24]研究证实:VEGF能调节EMT进程和肺癌细胞的转移。HAN等
[25]研究发现:胃癌组织中Cyclin D1水平与VEGF mRNA和蛋白表达水平呈正相关关系。由此可见,上述蛋白之间彼此作用,共同促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移。但Cyclin D1、VEGF和EMT相关蛋白之间的相互关系还需要进一步研究。
综上所述, KIAA1522可能通过AKT信号通路促进肺癌细胞的EMT进程,并调节Cyclin D1和VEGF蛋白,从而增强肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。靶向KIAA1522及其下游蛋白有望成为肺癌治疗的新靶点。