宫颈癌是全球女性第4大常见癌症,其发病率和死亡率在女性恶性肿瘤中均位居前列
[1]。化疗是宫颈癌系统性治疗的核心手段,在宫颈癌的治疗中具有不可替代的地位。顺铂(cisplatin,DDP)是宫颈癌的一线化疗药物,广泛应用于宫颈癌的同步放化疗、辅助治疗以及姑息治疗。化疗耐药性是宫颈癌临床治疗效果不佳的主要原因,降低了患者有效生存时间
[2-3]。激肽释放酶(kallikreins,KLK)家族由15个高度同源的分泌型丝氨酸蛋白酶基因组成
[4],其中KLK5的异常表达和功能失活与癌症的发生发展及预后有密切关联。KLK5在不同肿瘤中的表达水平及其功能存在明显差异,其在基底细胞样乳腺癌
[5]和高级别浆液性卵巢癌
[6]中表达明显上调,而在前列腺癌
[7]和阴道癌
[8]中则下调或表现出潜在抑制作用,提示其功能具有组织环境依赖性。KLK5在肿瘤中的作用具有组织特异性和肿瘤类型特异性,有望作为癌症诊断的生物标志物和潜在治疗靶点
[9-12]。已有研究
[13]证实KLK5增强了宫颈癌放疗的辐射抗性,但对于KLK5在宫颈癌化疗中的作用机制及相关影响因素的研究较少,尚无明确结论。本研究探讨KLK5过表达对宫颈癌细胞增殖、侵袭和DDP敏感性的影响,通过建立宫颈癌OE-KLK5细胞皮下移植瘤裸鼠模型,观察KLK5过表达对皮下移植瘤生长及化疗敏感性的影响,为宫颈癌的临床治疗提供新思路。
1 材料与方法
1.1 实验动物、主要试剂和仪器
雌性BALB/c裸鼠20只,体质量15~17 g,购自辽宁长生生物技术股份有限公司,实验动物生产许可证号:SCXK(辽)2020-0001。宫颈癌ME180-NC-KLK5细胞购自上海富恒生物科技有限公司,本课题组前期研究已基于此细胞系建立稳定转染KLK5过表达宫颈癌细胞(ME180-OE-KLK5)。DMEM基础培养基购自美国Hyclone公司,DDP购自山东思科捷生物技术有限公司,高效细胞裂解液购自上海碧云天生物科技有限公司,KLK5抗体购自英国Abcam公司,Ki67抗体购自杭州荟丹生物科技有限公司,基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP-9)抗体、β-actin抗体和山羊抗兔二抗抗体购自武汉三鹰生物技术有限公司,HE染色试剂盒和免疫组织化学试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司。倒置显微镜购自日本Olympus公司,Western blotting电泳仪和转膜仪购自上海天能公司,化学发光成像系统购自北京京仪集团有限责任公司。
1.2 细胞培养
ME180细胞培养于含10%胎牛血清和1%青-链霉素的DMEM培养基中,于37 ℃、5% CO2培养箱中培养。待细胞密度达到80%~90%时,按1∶3或1∶4比例进行传代。
1.3 Western blotting法检测宫颈癌ME180细胞中KLK5蛋白表达水平
弃去培养皿旧培养基,沿侧壁缓慢加入磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)洗涤细胞2次。收集细胞至离心管中,在4 ℃离心机中5 000 r·min⁻1,离心5 min,弃去上清液,PBS缓冲液重悬细胞后,再次离心,弃去上清液。向离心管中加入适量细胞裂解液,冰上裂解30 min,每隔5 min涡旋混匀1次。4 ℃离心机中12 000 r·min⁻1,离心15 min,收集上清液。预留部分上清液用于浓度测定,按照蛋白上清液∶蛋白上样缓冲液=4∶1的比例加入5×蛋白上样缓冲液,沸水中煮10 min,分装后-20 ℃保存。采用BCA法测定蛋白浓度。电泳电压设置为150 V,时间50 min,90 V转膜90 min。5%脱脂牛奶封闭PVDF膜,室温摇床1 h。封闭后采用含吐温20的Tris缓冲盐溶液(Tris-Buffered Saline with Tween® 20,TBST)洗涤3次,每次10 min。加入KLK5抗体(1∶2 000)和β-actin抗体(1∶5 000)分别在4 ℃冰箱摇床孵育过夜。TBST洗涤3次,每次10 min。加入山羊抗兔二抗抗体(1∶2 000),室温摇床孵育1 h。TBST洗涤3次,每次10 min。在化学发光成像系统中显影成像。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。
1.4 裸鼠皮下移植瘤制备和实验分组
取对数生长期的宫颈癌ME180-NC-KLK5和ME180-OE-KLK5细胞,使用PBS缓冲液调整细胞悬液密度为2×107 mL⁻1,于裸鼠右侧腋窝背部皮下注射,细胞悬液注射体积为每只裸鼠100 μL。接种7 d后,若在皮下触诊发现质地坚硬且边缘清晰可辨的结节,可确认为移植瘤模型构建成功。当皮下移植瘤平均体积超过75 mm³时,将裸鼠随机分为生理盐水对照组(NC-KLK5+0.9%NaCl组)、DDP治疗组(NC-KLK5+DDP组)、KLK5过表达组(OE-KLK5+0.9%NaCl组)和KLK5过表达联合DDP组(OE-KLK5+DDP组),每组5只。NC-KLK5+0.9%NaCl组和NC+KLK5+DDP治疗组用于评估DDP对宫颈癌的疗效;OE-KLK5+0.9%NaCl组和OE-KLK5+DDP组用于评估KLK5过表达对DDP疗效的影响。NC-KLK5+0.9%NaCl组和OE-KLK5+0.9%NaCl组小鼠按照0.01 mL·g⁻1腹腔注射生理盐水,每只约0.2 mL,持续2周,每周2次,共计4次。NC-KLK5+DDP治疗组和OE-KLK5+DDP组小鼠按照5 mg·kg⁻1的比例腹腔注射DDP,每只0.2 mL,持续2周,每周2次,共计4次。于第1、5、9和14天分别给药,每2 d记录1次裸鼠的进食和活动状态、体质量及肿瘤最长径和最短径,计算各组裸鼠移植瘤体积。肿瘤体积=0.5×肿瘤最长径×肿瘤最短径2。治疗结束后24 h将小鼠脱颈处死,采用75%乙醇消毒后剥离出瘤体组织,生理盐水清洗后擦干,并对瘤体称质量。
1.5 HE染色观察各组移植瘤组织病理形态表现
收集裸鼠瘤体,置于4%多聚甲醛中固定24 h后,进行梯度乙醇脱水、二甲苯透明、浸蜡和石蜡包埋后制成切片。石蜡切片经过脱蜡水化后,采用HE染色试剂盒进行染色,二甲苯透明并封片,于显微镜下观察并采集图像。
1.6 免疫组织化学染色检测各组移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达水平
石蜡切片进行脱蜡水化、抗原修复和非特定点封闭后,分别进行3种抗体孵育,DAB显色、复染和封片后,于显微镜下观察并采集图像。采用Image J软件分析KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达情况,以平均光密度值代表目的蛋白表达水平。
1.7 统计学分析
采用Graphpad Prism 10.1统计软件进行统计学分析。细胞中KLK5蛋白表达水平,各组裸鼠体质量、皮下移植瘤体积和肿瘤组织中KLK5、Ki67及MMP9蛋白表达水平均符合正态分布且方差齐,以x±s表示。多组间样本均数比较采用单因素方差分析,2组间样本均数比较采用SNK-q检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 宫颈癌ME180细胞中KLK5蛋白表达水平
与ME180-NC-KLK5细胞比较,ME180-OE-KLK5细胞中KLK5蛋白表达水平升高(
P<0.05)。见
图1。
2.2 各组裸鼠体质量和一般情况
皮下移植瘤种植后第1周,各组裸鼠进食和活动状态良好,体质量逐渐增长。第2周开始进入给药阶段,药物治疗期间NC-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠进食和活动状态及体质量较第1周无明显变化;与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,NC-KLK5+DDP组裸鼠开始出现食欲减退,体质量不增,活动状态减弱。第3周药物治疗期间,NC-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠进食及活动状态较第2周无明显变化,开始出现体质量不增长;与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,NC-KLK5+DDP组裸鼠进食减退,活动状态减弱,体质量降低。见
图2。
2.3 各组裸鼠皮下移植瘤大体表现和体积
治疗结束后处死裸鼠并剥离瘤体,拍照记录,计算肿瘤体积并绘制瘤体生长折线图。结果显示:与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,NC-KLK5+DDP组移植瘤体积明显减小(
P<0.01);与NC-KLK5+DDP组比较,OE-KLK5+DDP组移植瘤体积明显增大(
P<0.001);与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠移植瘤体积增大(
P<0.001);与OE-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤体积无明显变化,差异无统计学意义(
P>0.05)。见图
3和
4。
2.4 各组裸鼠移植瘤质量
与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,NC-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤质量降低(
P<0.05);与NC-KLK5+DDP组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠瘤质量明显降低(
P<0.001);与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠瘤质量升高(
P<0.001);与OE-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠瘤质量差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图5。
2.5 各组裸鼠皮下移植瘤组织病理形态表现
与NC-KLK5 + 0.9%NaCl 组 比 较,OE-KLK5 + 0.9%NaCl组裸鼠移植瘤细胞核异质性更强;OE-KLK5+DDP组和NC-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤细胞出现细胞形态学改变,表现为细胞核固缩、碎裂,肿瘤细胞体积缩小以及出现坏死和凋亡等;与NC-KLK5+DDP组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤坏死程度更明显。见
图6。
2.6 各组裸鼠移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达水平
KLK5阳性染色表达定位于细胞质,呈现棕黄色或褐色颗粒时为阳性表达;Ki67阳性染色表达定位于细胞核,出现棕黄色或褐色颗粒时为阳性表达;MMP-9阳性染色表达定位于细胞膜和细胞质,当出现棕黄色或褐色颗粒时为阳性表达。各组裸鼠肿瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达趋势基本一致。与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,NC-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达水平降低(
P<0.05);与NC-KLK5+DDP组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达水平升高(
P<0.001);与NC-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9表达水平升高(
P<0.001);与OE-KLK5+0.9%NaCl组比较,OE-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤组织中KLK5、Ki67和MMP-9蛋白表达水平差异无统计学意义(
P>0.05)。见图
7~
12。
3 讨 论
宫颈癌是全球女性主要死亡原因之一,放化疗是晚期宫颈癌的重要治疗手段,部分患者预后不良。研究
[14]表明:KLK5在女性生殖系统恶性肿瘤中表达上调,且与肿瘤的进展和不良预后有关。在子宫内膜癌中,KLK5过表达患者的临床病理类型侵袭性更强,是预后的不良因素。KLK5过表达与卵巢癌患者不良临床结局有关联,且患者血清中KLK5浓度升高,提示KLK5可作为卵巢癌的潜在生物标志物,用于卵巢癌的早期诊断和预后评估
[6,15]。SUK等
[16]分析165例接受根治性放疗的宫颈癌患者,发现KLK5过表达患者发病年龄更小、主动脉旁淋巴结更易受累、5年局部无复发生存率和无远处转移生存率更低,从而证实了KLK5过表达与宫颈癌的侵袭性有关。ZHOU等
[13]发现KLK5过表达与放疗后的不良预后有关联,并通过体内和体外实验证实了KLK5过表达可增加辐射抗性,而下调KLK5表达可增加放疗敏感性。
本研究结果显示:OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠皮下移植瘤体积和重量均大于NC-KLK5+0.9%NaCl组,表明KLK5过表达能促进宫颈癌细胞在裸鼠体内的生长。此外,OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠肿瘤组织中Ki67和MMP-9表达水平高于NC-KLK5+0.9%NaCl组。Ki67的表达贯穿细胞增殖的全过程,通过极其复杂的方式与遗传物质及其他蛋白质结合,是核糖体合成的必需因子,其表达水平可反映细胞的增殖活跃程度,是评估细胞增殖的标志物。Ki67表达水平越高,提示组织异质性越高,进而导致病情转归恶化
[17-19]。MMP是锌依赖性蛋白水解酶,对细胞外基质(extracellular matrix,ECM)成分有降解作用,而细胞和ECM成分间的相互作用对癌症进展至关重要
[20]。MMP-9是MMP家族的重要成员,其在多种恶性肿瘤中过表达,是宫颈癌独立的不良预后因素
[21]。MMP-9通过促进ECM蛋白降解以调节ECM重构,使细胞和基底膜相连的Ⅳ型胶原纤维破裂,促进肿瘤细胞发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),增强肿瘤细胞侵袭及转移能力
[22]。本研究通过免疫组织化学染色法检测各组肿瘤组织中Ki67和MMP-9蛋白表达水平,结果证实KLK5过表达上调了与宫颈癌增殖和侵袭相关蛋白Ki67及MMP-9表达,证明KLK5过表达增强宫颈癌细胞的增殖和侵袭能力。
本研究结果显示:OE-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤体积和质量与OE-KLK5+0.9%NaCl组差异不明显,而NC-KLK5+DDP组裸鼠移植瘤体积和质量小于NC-KLK5+0.9%NaCl组。此外,OE-KLK5+0.9%NaCl组裸鼠肿瘤组织中Ki67和MMP-9表达水平仍高于NC-KLK5+0.9%NaCl,表明KLK5过表达可能通过维持较高的Ki67和MMP-9表达来降低移植瘤对DDP的敏感性,表明KLK5过表达可能削弱DDP的化疗效果,导致化疗对肿瘤的生长抑制作用减弱。
本研究通过建立宫颈癌OE-KLK5细胞皮下移植瘤裸鼠模型,探讨KLK5过表达对皮下移植瘤生长及化疗敏感性的影响,结果显示:KLK5过表达能促进宫颈癌裸鼠皮下移植瘤的生长,并降低移植瘤对DDP的敏感性,同时上调与宫颈癌增殖和侵袭相关蛋白Ki67及MMP-9的表达,证实KLK5过表达促进了经DDP给药的宫颈癌裸鼠皮下移植瘤的生长,同时抑制了化疗诱导的凋亡坏死,降低了宫颈癌裸鼠皮下移植瘤的化疗敏感性,为宫颈癌的临床治疗提供了新思路。KLK5可能作为宫颈癌诊断和预后评估的潜在标志物,预测宫颈癌患者对化疗的敏感性,以期在将来的临床治疗中指导KLK5不同表达情况的宫颈癌患者进行化疗的必要性及DDP用药选择方案,从而改善患者的生存率和生存质量。