结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是全球第三大常见恶性肿瘤和第二大致命癌症,2020年约有190万例CRC患者,死亡约90万例
[1-3]。尽管CRC的治疗取得了进展,如手术切除和系统化疗,但由于复发和远处转移,其死亡率仍然很高
[4-5]。因此,探讨促进肿瘤启动和进展的新生物标志物并阐明其潜在的分子机制,对CRC的靶向治疗至关重要。KH型剪切调节蛋白(KH-type splicing regulatory protein,KHSRP)是一种多功能核酸结合蛋白,在肿瘤侵袭中起重要作用,其表达水平及蛋白结构的改变与肿瘤的发生发展存在密切关联
[6-7]。Janus激酶/信号转导与转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription,JAK/STAT)信号通路是一种跨膜信号转导的进化保守机制,在癌症的发生发展、转移和预后过程中起调控作用
[8-9],但KHSRP-JAK/STAT信号轴在CRC发病中的具体作用机制尚未明确。本文作者通过预实验初步验证了KHSRP和JAK/STAT信号通路在CRC细胞中的表达水平,在此基础上,本研究探讨KHSRP对CRC进展的影响,以及KHSRP是否通过调节JAK/STAT信号转导促进或抑制CRC发展,从而为CRC分子靶向治疗提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 组织标本、细胞、实验动物、主要试剂和仪器
本研究选取2017年1月—2018年12月在河南大学淮河医院确诊的64例CRC患者的CRC组织及其癌旁正常组织标本。患者纳入标准:①影像和病理确诊的CRC;②进行根治性切除术治疗,并有完整的临床病理记录。排除标准:①曾经接受手术、放化疗或辅助治疗的患者;②存在基础疾病及其他恶性肿瘤病史;③临床病理资料记录不全。本研究经河南大学淮河医院伦理委员会批准(伦理批准号:HUSOM2023-348),所有参与者已签署知情同意书。人正常结直肠黏膜FHC细胞(宁波明舟生 物 公 司), 人 CRC HT29、 SW620、 SW480、DLD-1、LOVO和RKO细胞(武汉普诺赛公司)。36只SPF级BALB/c雄性裸鼠,4~6周龄,体质量16~22 g,购自北京维通利华公司,饲养于河南大学医学院[动物使用许可证号:SYXK(豫)2016-0006],实验遵循实验动物使用的3R原则。
TRIzol试剂、细胞计数试剂盒8(cell counting kit-8,CCK-8)试 剂 盒 和 10% 聚 偏 氟 乙 烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜购自美国Sigma Aldrich公司,HiScript®Ⅱ逆转录酶试剂盒、通用型高特异性染料法定量PCR检测试剂盒、放射性免疫沉淀分析(radioimmunoprecipitation assay buffer,RIPA)缓冲液和胎牛血清(fatal bovine serun,FBS)购自北京索莱宝公司,BCA 蛋白质定量试剂盒购自南京诺唯赞公司,Transwell小室购自美国Corning Incorporated公司,慢病毒试剂购自上海吉玛公司,山羊抗兔一抗和二抗(1∶2 000)购自翌圣生物科技(上海)股份有限公司。
1.2 细胞培养、转染和分组
人正常结直肠黏膜FHC细胞和CRC HT29、SW620、SW480、DLD-1、LOVO 及 RKO 细 胞 在 含 100 U·mL-1 青 霉 素+ 0.1 g·L-1链霉素+10% FBS的培养基中培养,并置于37 ℃、5% CO2的湿化培养箱中。根据获取的KHSRP全长序列设计特异性敲降和过表达的RNA序列,构建到载体上进行敲降或过表达处理(HT29和SW620细胞进行KHSRP敲降,SW480和DLD-1细胞进行KHSRP过表达)。将细胞接种至6孔细胞培养板中,加入无双抗的完全培养基DMEM至2 mL,置入培养箱中进行培养,当细胞生长至70%~80%密度时开始转染,从-80 ℃冰箱取出sh-KHSRP和敲降对照sh-NC慢病毒及KHSRP慢病毒和过表达对照Vector慢病毒置于冰上,待融化后分别吸取20 µL慢病毒和2 µL polybrene液加入原先铺好的6孔细胞培养板中,混匀后置于培养箱中培养,48~72 h后弃去板中带病毒液的培养基,加入嘌呤霉素(至其浓度为4 mL·L-1),24~48 h后,其浓度增加至8 mL·L-1,根据细胞状态继续筛选、观察直至无死亡细胞后得到稳定转染的细胞。将HT29和SW620细胞分为sh-NC组(为无相关性的核苷酸序列插入慢病毒质粒)及sh-KHSRP组(转染敲降KHSRP的慢病毒);将SW480和DLD-1细胞分为oe-NC组(为无相关性的核苷酸序列插入慢病毒质粒)及oe-KHSRP组(转染过表达KHSRP的慢病毒)。
1.3 实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)法检测CRC组织和CRC细胞中KHSRP mRNA表达水平
采用TRIzol试剂盒从CRC组织和细胞中提取总RNA,采用M-MLV RTase试剂盒将总RNA逆转录至cDNA中。然后采用RT-qPCR试剂盒对KHSRP mRNA表达水平进行定量分析,以GAPDH作为内参基因,采用2
-ΔΔCt法计算KHSRP mRNA表达水平。PCR引物序列见
表1。
1.4 免疫组织化学(immunohistochemistry,IHC)染色法检测CRC组织中KHSRP蛋白表达水平
将癌旁正常组织和CRC组织石蜡标本进行烤片、二甲苯脱蜡及酒精水化处理。然后进行微波炉抗原修复,并采用3%过氧化氢溶液孵育以阻断内源性过氧化物酶。KHSRP抗体稀释后4 ℃孵育过夜。第2天,磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)清洗后加入二抗室温孵育30 min,DAB显色,苏木素复染细胞核,氨水返蓝,最后封片。在光学显微镜下按染色强度(无染色计0分,浅棕色弱染色计1分,棕色中度染色计2分,深棕色强染色计3分)和阳性范围(1分:0%<阳性率<25%,2分:25%≤阳性率<50%,3分:50%≤阳性率<75%,4分:75%≤阳性率≤100%)评分。上述2项评分相加,0~2分为低表达,3~7分为高表达。以IHC染色评分代表KHSRP蛋白表达水平。
1.5 CCK-8法检测各组CRC细胞增殖活性
将细胞接种于96孔细胞培养板中,每孔1×104个细胞,并置于含10% FBS的100 μL培养基中培养。向含CCK-8试剂的每孔中加入10 μL,并将混合物在37 ℃下孵育2 h。在酶标仪450 nm波长处测量吸光度(A)值,计算细胞增殖活性,评估细胞的生长情况。细胞增殖活性=(实验孔A值-空白孔A值)/(对照孔A值-空白孔A值)×100%,其中对照孔为空白对照组,空白孔为培养基对照组(用于调零)。
1.6 Transwell小室实验检测各组CRC细胞的迁移细胞数和侵袭细胞数
选择8 μm孔径的Transwell小室进行细胞侵袭和迁移能力的评估。细胞迁移实验:将5×104个细胞加入200 μL无血清培养基中,并接种至无包膜的上腔室孔中,同时向下腔室中加入800 μL含10%FBS的培养基。采用100%甲醇固定通过聚碳酸酯膜(孔径0.1~12.0 μm)迁移的细胞,采用0.1%结晶紫染色30 min,在光学显微镜下成像和计数。细胞侵袭实验:将细胞接种至预铺基质胶的Transwell小室的上室中,其他实验步骤与细胞迁移实验相同。
1.7 Western blotting法检测CRC组织和细胞中KHSRP及其相关蛋白表达水平
采用T-PER®蛋白提取试剂提取细胞和组织蛋白,并采用PierceTM BCA蛋白质检测试剂盒测定蛋白质浓度。采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分离蛋白质,并转移到PVDF膜中。在室温条件下,采用5%脱脂牛奶溶液封闭膜1 h,以减少非特异性结合。将膜与GAPDH抗体和针对KHSRP的一抗4 ℃过夜孵育。孵育完成后,采用TBST缓冲液清洗膜3次,以去除未结合的抗体。将膜与二抗一起在室温下孵育1.5 h后进行信号检测,以可视化蛋白条带。采用ECL化学发光试剂盒曝光显影,采用Image J软件分析蛋白质条带的灰度值,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/GAPDH蛋白条带灰度值。
1.8 裸鼠皮下移植瘤实验检测各组小鼠肿瘤生长情况
取sh-NC组和sh-KHSRP组HT29细胞以及oe-NC组和oe-KHSRP组SW480细胞,密度为5×106 mL-1,分别皮下接种至36只裸鼠的右背侧(每组8只)。每3 d测量1次小鼠肿瘤长和宽及质量,并计算肿瘤体积,肿瘤体积=(长×宽2)/2。3~4周后,处死小鼠,取出肿瘤并固定于甲醛溶液中。
1.9 统计学分析
采用GraphPad Prism 8统计软件进行统计学分析和绘图。各组细胞中KHSRP mRNA和蛋白表达水平、JAK/STAT蛋白表达水平、细胞增殖活性、迁移细胞数、侵袭细胞数、肿瘤质量和肿瘤体积均符合正态分布,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,2组间样本均数比较采用两独立样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 CRC组织和细胞中KHSRP mRNA及蛋白表达水平
RT-qPCR检测结果显示:与癌旁正常组织比较,CRC组织中KHSRP mRNA表达水平升高(
P<0.05);与人正常结直肠黏膜FHC细胞比较,CRC细胞中KHSRP mRNA表达水平均升高(
P<0.05),后续实验选择HT29和SW620细胞进行KHSRP敲降,选择SW480和DLD-1细胞进行 KHSRP过表达。Western blotting法检测结果显示:CRC组织和细胞中KHSRP蛋白表达水平高于癌旁组织及FHC细胞。IHC染色法分析结果显示:与癌旁正常组织比较,在CRC组织中KHSRP蛋白表达水平升高(
P<0.01)。见图
1~
4。
2.2 敲降或过表达KHSRP后CRC细胞中KHSRP mRNA表达水平
RT-qPCR法检测结果显示:与sh-NC组比较,sh-KHSRP组HT29和SW620细胞中KHSRP mRNA表达水平降低(
P<0.01);与oe-NC组比较,oe-KHSRP组SW480和DLD-1细胞中KHSRP mRNA表达水平升高(
P<0.01),提示细胞转染成功。见
图5。
2.3 各组CRC细胞增殖活性
CCK-8法检测结果显示:与sh-NC组比较,敲降KHSRP后,sh-KHSRP组HT29和SW620细胞增殖活性降低(
P<0.05或
P<0.01);与oe-NC组比较,过表达KHSRP后,sh-KHSRP组SW480和DLD-1细胞的增殖活性升高(
P<0.05或
P<0.01)。见
图6。
2.4 各组CRC细胞的迁移细胞数和侵袭细胞数
与sh-NC组比较,sh-KHSRP组HT29和SW620细胞的迁移细胞数和侵袭细胞数减少(
P<0.05);与oe-NC组比较,oe-KHSRP组SW480和DLD-1细胞的迁移细胞数和侵袭细胞数增多(
P<0.05)。见图
7~
14。
2.5 各组裸鼠皮下移植瘤的体积和质量
敲降KHSRP后,sh-KHSRP组小鼠肿瘤体积和质量小于sh-NC组(
P<0.05或
P<0.01);过表达KHSRP后,oe-KHSRP组小鼠肿瘤体积和质量大于oe-NC组(
P<0.05或
P<0.01)。见
图15。
2.6 敲降或过表达KHSRP后CRC细胞中JAK/STAT信号通路相关蛋白表达水平
与sh-NC组比较,sh-KHSRP组CRC细胞中JAK1、p-JAK1和STAT3蛋白表达水平明显降低(
P<0.05或
P<0.01);与oe-NC组比较,oe-KHSRP组CRC细胞中JAK1、p-JAK1和STAT3蛋白表达水平明显升高(
P<0.05或
P<0.01)。见图
16和
17。
3 讨 论
癌症的发病机制是一个复杂的多因素过程,癌细胞具有生存优势和增殖、侵袭及迁移能力
[10]。近年来,已有多项研究
[11-13]聚焦于KHSRP在肿瘤的形成和发展过程中所扮演的角色。YAN等
[14]发现:KHSRP可促进非小细胞肺癌的肿瘤生长和转移。TANIUCHI等
[6]发现:KHSRP位于胰腺癌细胞系的细胞核和细胞突起中,通过小干扰RNA抑制KHSRP,可减少细胞突起的数量,抑制胰腺癌细胞的侵袭性和转移性。因此,本研究从细胞、动物和人体组织3个水平上进行分析,同时在细胞功能实验中采取双细胞系双向验证,分析KHSRP在调节CRC细胞侵袭和转移中发挥的生物学功能。
本研究强调了KHSRP-JAK1/STAT3在CRC发展中的重要作用,表明其上调与肿瘤细胞增殖、侵袭和迁移的增加存在密切关联。通过体外和体内实验探讨KHSRP在调控CRC细胞侵袭及转移中的生物学功能。首先验证了在人正常结直肠黏膜细胞和CRC细胞中KHSRP的表达差异情况,结果显示:KHSRP在CRC细胞中的表达上调,并从组织水平上得到进一步验证;体外细胞功能实验显示:敲降KHSRP在体外可以抑制CRC细胞增殖、迁移和侵袭,过表达KHSRP则会促进CRC细胞增殖、迁移和侵袭。本研究在裸鼠体内构建皮下移植瘤,结果显示:裸鼠体内肿瘤的质量和体积受体内KHSRP表达水平的影响,过表达KHSRP会促进裸鼠体内肿瘤质量和体积的增大。
研究
[15-18]显示:JAK/STAT信号通路参与癌症细胞恶性进展。JAK是细胞因子和生长激素信号传导的介质。激活的STAT蛋白转位到细胞核,调节参与细胞增殖、分化和凋亡的基因转录
[19]。JAK/STAT信号转导是癌症进展的基石,既可以作为癌症生长/转移的肿瘤内在驱动因素,也可以作为免疫监视的调节剂
[20-22]。WANG等
[22]发现:CircNOL10通过调节miR-767-5p/SOCS2轴使JAK2/STAT5信号失活来抑制乳腺癌细胞的增殖。研究
[23]显示:JAK/STAT信号通路在RCC肿瘤免疫中的重要调控功能。本研究结果表明:JAK1/STAT3信号通路可能是KHSRP在CRC中的发挥致癌作用的关键因素之一,KHSRP介导的肿瘤生长和转移部分归因于JAK1/STAT3信号通路的激活,在CRC的发生和转移过程中发挥重要作用。
综上所述,KHSRP可以通过JAK1/STAT3信号通路促进CRC细胞的增殖、侵袭和迁移,未来KHSRP有可能成为CRC治疗潜在的分子标志物和新的治疗靶点。本研究的局限性包括样本量有限和来源单一,无法全面分析肿瘤异质性对KHSRP-JAK1/STAT3信号通路功能的影响。KHSRP-JAK1/STAT3信号通路作为治疗靶点的具体作用机制仍需进一步阐明。