肺癌的发病率和疾病负担高居所有恶性肿瘤之首,其中以非小细胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC)为主。尽管免疫治疗显著改善了部分NSCLC患者的预后,但仍面临耐药性和免疫逃逸等重大挑战,导致患者应答率低,5年生存率低于20%
[1],亟需开发更有效的治疗策略。程序性死亡受体1(programmed death receptor 1,PD-1)及其配体程序性死亡配体1(programmed death-ligand 1,PD-L1)是抑制性免疫检查点分子,在肿瘤微环境中PD-L1表达上调可抑制T淋巴细胞活性,促进免疫逃逸
[2]。PD-1/PD-L1轴检查点阻断的免疫疗法可激活CD8
+ T淋巴细胞免疫杀伤功能
[3],其在肿瘤内浸润程度与肺腺癌患者良好预后相关
[4-5]。但CD8
+ T淋巴细胞耗竭可引起PD-1等抑制性受体高表达及细胞毒性因子分泌能力降低,从而介导肿瘤细胞免疫逃逸
[6]和NSCLC患者的抗PD-1治疗耐药
[7]。
近年研究
[8]显示:无翅型MMTV整合位点家族蛋白(wingless-type MMTV integration site family,Wnt)/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路在调控肿瘤免疫微环境中发挥重要作用,其异常激活可介导NSCLC免疫逃逸和免疫治疗耐药。DU等
[9]研究显示:敲低β-catenin可通过下调胶质母细胞瘤细胞中PD-L1表达,进而促进CD8
+ T淋巴细胞的活化与肿瘤浸润,从而抑制肿瘤生长。因此,靶向调控Wnt/β-catenin信号通路可能为逆转NSCLC免疫抑制提供新策略。Xklp2靶向蛋白(targeting protein for Xklp2,TPX2)作为一种微管相关蛋白,在NSCLC、胰腺癌、肝癌和乳腺癌等恶性肿瘤中高表达,与肿瘤增殖、侵袭及不良预后密切相关
[10-11]。研究
[11]显示:TPX2通过激活下游Wnt/β-catenin信号通路促进NSCLC转移和化疗耐药,且其表达与PD-L1呈正相关关系
[12]。因此,靶向TPX2疗法可能会改善肿瘤免疫抑制,但其是否通过调控Wnt/β-catenin通路影响NSCLC免疫逃逸尚不明确。本研究以人NSCLC A549细胞为研究对象,探讨
TPX2基因沉默对A549细胞免疫逃逸的影响,并进一步研究其作用机制是否与调控Wnt/β-catenin信号通路有关,旨在为克服NSCLC免疫治疗耐受提供潜在干预靶点。
1 材料与方法
1.1 细胞、主要试剂和仪器
人NSCLC A549细胞购自美国ATCC公司,人外周血CD8+ T淋巴细胞购自上海富衡生物科技有限公司。小干扰TPX2 RNA (small intervention RNA-TPX2, si-TPX2) 干扰质粒及其阴性对照质粒(si-NC)由南京金斯瑞生物科技有限公司合成。杜尔贝科改良伊格尔培养基(Dulbecco’s modified Eagle medium,DMEM)高糖培养基和胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)购自美国HyClone公司;1%青-链霉素溶液(双抗)、1%青-链霉素-两性霉素B溶液(三抗)和增强型细胞计数剂盒8(cell counting kit-8,CCK-8)溶液购自武汉普诺赛生命科技有限公司,Lipo8000TM转 染 试 剂、乳 酸 脱 氢 酶(lactate dehydrogenase,LDH)细胞毒性检测试剂盒和Annexin Ⅴ-FITC细胞凋亡检测试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司,Wnt/β-catenin信号通路激活剂CHIR-99021(纯度:99.46%)购自美国MCE公司,0.4 μm聚碳酸酯膜的Transwell小室购自美国Corning公司,兔抗TPX2单克隆抗体(ab252945)、兔抗β-catenin单克隆抗体(ab305261)、小鼠抗GAPDH单克隆抗体(ab8245)和兔抗组蛋白H3(phospho Ser10)单克隆抗体(ab308373)购自英国Abcam公司,FITC标记的抗人白细胞抗原DR(human leukocyte antigen DR,HLA-DR)抗体和PE标记的抗人PD-L1抗体购自美国BioLegend公司,干扰素γ(interferon-gamma,IFN-γ)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)、 白细胞介素(interleukin,IL)-2、 转化生长因子β(transforming growth factor-beta,TGF-β)和IL-10酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测试剂盒购自美国R&D公司,PrimeScriptTM RT Master Mix(Perfect Real Time)和TB Green® Premix Ex TaqTM Ⅱ(Tli RNaseH Plus)购自日本TaKaRa公司。Applied BiosystemsTM 7500 Fast型实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR, RT-qPCR)仪、iBrightTM FL1500型凝胶成像系统、Varioskan LUX型多功能酶标仪和Vios iDx 255型CO2培养箱购自美国Thermo Fisher Scientific公司,CytoFLEX型流式细胞仪购自美国Beckman Coulter公司。
1.2 细胞培养、转染和条件培养基(conditioned medium,CM)制备
使用含有10% FBS和1%双抗的DMEM高糖培养基贴壁培养A549细胞,使用含有10% FBS和1%三抗的DMEM高糖培养基悬浮培养CD8+ T淋巴细胞。培养条件:37 ℃、5% CO2,当细胞密度>80%时进行1∶2传代。将A549细胞接种至6孔细胞培养板中(每孔2×105个细胞),过夜培养后,使用Lipo8000TM转染试剂将si-TPX2和si-NC质粒分别转染至A549细胞中,分为si-TPX2组和si-NC组,另设立空白对照组。采用RT-qPCR法和Western blotting法检测转染细胞中TPX2 mRNA和蛋白表达水平。将转染后的A549细胞置于无血清DMEM高糖培养基中培养24 h,收集上清,经0.45 μm滤膜过滤得到CM,分别命名为CM/blank、CM/si-NC和CM/si-TPX2。
1.3 A549细胞与CD8+ T淋巴细胞共培养体系建立
将Transwell小室置于24孔细胞培养板中,于上室接种CD8
+ T淋巴细胞(每孔1×10
6个细胞),下室接种预先贴壁处理的A549细胞(每孔2×10
5个细胞)
[13],共培养24 h用于后续实验。
1.4 实验分组和给药
①为研究
TPX2基因对A549细胞免疫逃逸的影响,使用不同CM培养CD8
+ T淋巴细胞24 h,分为CD8
+ T+CM/blank组、CD8
+ T+CM/si-NC组和CD8
+ T+CM/si-TPX2组,另设不经任何处理的CD8
+ T淋巴细胞作为CD8
+ T组。采用Transwell小室建立A549细胞与CD8
+ T淋巴细胞共培养体系,分为A549/T组、A549si-NC/T组和A549si-TPX2/T组,另设单独培养的A549细胞为A549组,以及已转染si-TPX2、si-NC的A549细胞为A549si-TPX2组和A549si-NC组。②为研究
TPX2基因是否通过调控Wnt/β-catenin通路影响A549细胞免疫逃逸,采用10 μmol·L
-1 Wnt/β-catenin通路激活剂CHIR-99021[溶媒:5%DMSO+40% 聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)300+5% Tween-80+50%生理盐水]处理转染后的A549细胞48 h
[14],分为空白组si-NC组、si-TPX2组、si-NC+CHIR-99021组和si-TPX2+CHIR-99021组。再采用Transwell小室建立A549细胞与CD8
+ T淋巴细胞共培养体系,分为A549/T组、A549si-NC/T组、A549si-TPX2/T组、A549si-NC+ CHIR-99021/T组和A549si-TPX2+CHIR-99021/T组。
1.5 RT-qPCR法检测各组细胞中TPX2 mRNA 表达水平
收集各组细胞提取总RNA,取1 μg RNA进行反转录反应,RT-qPCR反应体系按试剂盒说明书配制。引物序列:TPX2正向引物5'-AC-CTTGCCCTACTAAGATT-3',TPX2反向引物5'-AATGTGGCACAGGTTGAGC-3';β-肌动蛋白(β-actin)正向引物5'-TCACCCACACTGTGCC-CATCTACGA-3',β-actin反向引物5'-CAGCGG-AACCGCTCATTGCCAATGG-3'。两步法PCR扩增程序:预变性95 ℃、30 s;PCR反应:95 ℃、5 s,60 ℃、20 s,共40个循环;熔解曲线分析:95 ℃、5 s,60 ℃、1 min,每5 ℃采集1次信号;50 ℃冷却30 s。采用2-△△Ct法计算各组细胞中TPX2 mRNA表达水平。
1.6 Western blotting法检测各组细胞中TPX2
蛋白表达水平 收集各组细胞提取总蛋白和核蛋白。取20 μg总蛋白和核蛋白样品经变性处理,进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE),以溴酚蓝指示迁移终点。随后将蛋白转移至聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜,用5%脱脂牛奶封闭1 h。膜经含吐温的Tris缓冲盐溶液(Tris-buffered saline with Tween,TBST)洗涤后,分别与TPX2(总蛋白)、β-catenin(总蛋白+核蛋白)、组蛋白H3(Histone H3,核蛋白内参)和GAPDH(总蛋白内参)(稀释比例均为1∶1 000)一抗4 ℃孵育过夜,再与辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的二抗(1∶10 000)室温孵育1 h。增强化学发光(enhanced chemiluminescence,ECL)法显影后,通过化学发光成像系统捕获信号,采用Image J软件分析目的条带与对应内参条带灰度值,计算细胞中TPX2和β-catenin蛋白表达水平。β-catenin蛋白表达水平=β-catenin(总蛋白)/GAPDH+β-catenin(核蛋白)/Histone H3。
1.7 CCK-8法检测各组细胞存活率
将各组细胞(每孔2×103个细胞)接种于96孔细胞培养板中,并按分组要求进行培养和处理,每孔加入10 μL CCK-8溶液,继续孵育3 h,采用酶标仪于450 nm波长处检测各孔吸光度(A)值。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%。
1.8 流式细胞术检测各组细胞表面HLA-DR和PD-L1水平及各组细胞凋亡率
收集各组细胞(每管5×105个细胞),CD8+ T淋巴细胞加入5 μL FITC荧光标记的抗HLA-DR抗体,A549细胞加入5 μL PE荧光标记的抗PD-L1抗体,轻轻混匀避光孵育30 min,去除细胞聚集体,采用流式细胞仪在488 nm激发光和530 nm发射光处检测各组细胞表面HLA-DR和PD-L1水平。收集各组A549细胞(每管5×105个细胞),用195 μL Annexin Ⅴ-FITC结合液重悬细胞,依次加入5 μL Annexin Ⅴ-FITC和10 μL碘化丙啶(propidium iodide,PI)染色液轻轻混匀,25℃避光孵育15 min。检测Annexin Ⅴ- FITC,FL2通道检测PI信号。采用FlowJo软件分析细胞凋亡情况,计算细胞凋亡率。细胞凋亡率=凋亡细胞数/细胞总数×100%。
1.9 ELISA法检测各组细胞上清液中IFN-γ、TNF-α、IL-2、TGF-β和IL-10水平
将各组细胞离心,收集上清液,按照ELISA试剂盒说明书操作,检测CD8+ T淋巴细胞上清液中IFN-γ、TNF-α和IL-2水平,以及A549细胞上清液中TGF-β和IL-10水平。
1.10 LDH释放法检测CD8+ T淋巴细胞对A549细胞的杀伤作用
收集各组细胞上清液加样于样品孔中,另设置空白孔和总LDH孔,每孔加入100 μL LDH检测工作液,混匀,室温避光孵育20 min,加入20 μL终止液,混匀。于酶标仪450 nm处测定A值,计算细胞死亡率。细胞死亡率=(样品孔A值-空白孔A值)/(LDH孔A值-空白孔A值)×100%。以细胞死亡率代表CD8+ T淋巴细胞对A549细胞的杀伤能力。
1.11 统计学分析
采用SPSS 21.0软件进行统计学分析。各组细胞中TPX2 mRNA表达水平、TPX2和β-catenin蛋白表达水平、细胞存活率、HLA-DR和PD-L1水平、细胞凋亡率、细胞死亡率以及细胞上清液中IFN-γ、TNF-α、IL-2、TGF-β和IL-10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,两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 各组A549细胞中TPX2 mRNA和蛋白表达水平
与空白对照组或si-NC组比较,si-TPX2组A549细胞中
TPX2 mRNA和TPX2蛋白表达水平明显降低(
P<0.05)。见
图1。
2.2 各组CD8+ T淋巴细胞存活率、HLA-DR水平及细胞上清液中IFN-γ、TNF-α和IL-2水平
与CD8
+ T组比较,CD8
+ T+CM/blank组CD8
+ T淋巴细胞存活率、HLA-DR水平及细胞上清液中IFN-γ、TNF-α和IL-2水平均明显升高(
P<0.05)。与CD8
+ T+CM/blank组比较,CD8
+ T+CM/si-TPX2组CD8+ T淋巴细胞存活率、HLA-DR水平及细胞上清液中IFN-γ、TNF-α和IL-2水平均明显升高(
P<0.05),而CD8
+ T+CM/si-NC组上述指标差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图2。
2.3 各组A549细胞存活率
与A549组比较,A549si-TPX2组和A549/T组A549细胞存活率明显降低(
P<0.05),而A549si-NC组A549细胞存活率差异无统计学意义(
P>0.05)。与A549si-TPX2组比较,A549si-TPX2/T组A549细胞存活率明显降低(
P<0.05)。见
图3。
2.4 各组A549细胞存活率、凋亡率和死亡率
与A549组比较,A549/T组A549细胞存活率明显降低(
P<0.05),而A549细胞凋亡率和细胞死亡率均明显升高(
P<0.05)。与A549/T组比较,A549si-TPX2/T组A549细胞存活率进一步降低(
P<0.05),而A549细胞凋亡率及细胞死亡率均明显升高(
P<0.05);A549si-NC/T组上述指标差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图4。
2.5 各组A549细胞中β-catenin蛋白表达水平和TGF-β、 IL-10 及 PD-L1 水 平
与空白组比较,si-TPX2组A549细胞中β-catenin总蛋白和核蛋白表达水平、细胞表面分子PD-L1水平及细胞上清液中TGF-β和IL-10水平均明显降低(
P<0.05),而si-NC组上述指标差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图5。
2.6 各组A549细胞中PD-L1水平及细胞上清液中TGF-β和IL-10水平
与si-NC组比较,si-TPX2组A549细胞表面PD-L1水平及细胞上清液中TGF-β和IL-10水平均明显降低(
P<0.05),而si-NC+CHIR-99021组PD-L1水平及细胞上清液中TGF-β和IL-10水平均明显升高(
P<0.05)。与si-TPX2组比较,si-TPX2+CHIR-99021组A549细胞表面PD-L1水平及细胞上清液中TGF-β和IL-10水平均明显升高(
P<0.05)。见
图6。
2.7 各组A549细胞存活率、细胞凋亡率和细胞死亡率
与A549/T组比较,A549si-TPX2/T组A549细胞存活率明显降低(
P<0.05),细胞凋亡率及细胞死亡率均明显升高(
P<0.05),A549si-NC/T组A549细胞存活率、细胞凋亡率和细胞死亡率差异无统计学意义(
P>0.05)。与A549si-NC/T组比较,A549si-NC+CHIR-99021/T组A549细胞存活率明显升高(
P<0.05),细胞凋亡率及细胞死亡率明显降低(
P<0.05)。与A549si-TPX2/T组比较,A549si-TPX2+CHIR-99021/T组A549细胞存活率明显升高(
P<0.05),细胞凋亡率和细胞死亡率均明显降低(
P<0.05)。见
图7。
3 讨 论
NSCLC的发生发展与机体免疫监视功能失衡密切相关。在生理状态下,免疫系统能够识别并清除恶性转化的细胞,然而,NSCLC细胞可通过多种机制逃避免疫攻击,形成免疫逃逸。例如,肿瘤细胞可分泌免疫抑制因子如TGF-β和IL-10,强烈抑制效应免疫细胞的功能,从而形成免疫抑制性微环境
[15]。此外,细胞表面免疫检查点分子的上调以及多种免疫抑制因子的分泌,已被广泛认为是NSCLC实现免疫逃逸的重要途径
[16-17]。CD8
+ T淋巴细胞是抗肿瘤免疫的核心效应细胞,其主要通过T淋巴细胞受体识别肿瘤抗原,并在共刺激信号作用下活化、增殖和分化为细胞毒性T淋巴细胞,进而通过释放IFN-γ、TNF-α、IL-2及颗粒酶等效应分子直接杀伤肿瘤细胞
[18-19]。WEN等
[20]研究显示:CD8
+ T淋巴细胞耗竭引起IFN-γ水平降低,PD-1水平升高,从而促进NSCLC的免疫逃逸和治疗耐药性。导致这一耗竭状态的因素多样,包括持续性抗原刺激、多种抑制性受体的持续表达、表观遗传学改变、转录因子调控、代谢失调以及细胞因子谱的改变
[21]。因此,恢复CD8
+ T淋巴细胞的细胞毒性功能、逆转其耗竭状态,已成为改善NSCLC免疫治疗响应的潜在策略。
TPX2在NSCLC中高表达,可促进NSCLC转移和恶性进展,与预后不良有关
[22]。ZHU等
[23]研究显示:TPX2在肺腺癌中与免疫抑制因子IL-10呈正相关关系,且TPX2沉默可抑制A549细胞增殖和迁移。目前,关于TPX2在NSCLC中的研究主要集中于恶性生物学行为的调控,然而,该分子在NSCLC免疫逃逸中的作用鲜有报道。本研究通过沉默
TPX2基因,发现其可显著增强CD8
+ T淋巴细胞的毒性功能,表现为CD8
+ T淋巴细胞表面活化标志物HLA-DR表达上调,细胞存活率升高,且细胞上清液中IFN-γ、TNF-α和IL-2水平明显升高。进一步研究显示:A549细胞进行单独的
TPX2基因沉默或与CD8
+ T淋巴细胞共培养均能显著抑制细胞增殖,但
TPX2沉默的A549细胞与CD8
+ T淋巴细胞共培养时,其增殖活性显著低于单独
TPX2沉默的A549细胞。另一方面,与CD8
+ T淋巴细胞共培养时,
TPX2基因沉默可显著抑制A549细胞的增殖并诱导其凋亡,同时提高CD8
+ T淋巴细胞对A549细胞的杀伤敏感性,从而有效抑制A549细胞的免疫逃逸。该结果与ZHANG等
[24]报道的TPX2在调控胰腺癌中免疫细胞功能及恶性进展中的作用一致。提示
TPX2基因沉默与CD8
+ T淋巴细胞共培养在抑制A549细胞增殖上表现出显著的协同作用。尽管单独
TPX2沉默能一定程度抑制细胞活力,但其主要效应在于显著增强CD8
+ T淋巴细胞对A549细胞的杀伤功能,从而发挥更强的抗增殖作用。
在机制层面,本研究证实
TPX2基因沉默可下调A549细胞内β-catenin的蛋白表达水平。Wnt/β-catenin信号通路在肿瘤发生发展及免疫调节中具有多重生物学功能。DING等
[25]研究表明:
TPX2沉默可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路诱导人肝癌细胞凋亡。WANG等
[26]研究显示:脂肪非典型钙粘蛋白4(FAT atypical cadherin 4,FAT4)过表达通过β-catenin依赖性机制诱导PD-L1发生异常糖基化并促进其降解,从而在宫颈癌免疫活性小鼠模型中显著增强细胞毒性T淋巴细胞的抗肿瘤免疫活性。此外,研究
[27]已证实Wnt/β-catenin信号通路异常激活与免疫逃逸和免疫检查点抑制剂耐药显著相关,该现象在膀胱癌
[28]、腺样囊性癌
[29]和NSCLC
[30]等肿瘤中均有报道。本研究结果显示:
TPX2基因沉默导致A549细胞上清液中TGF-β和IL-10分泌减少,同时细胞表面分子PD-L1表达下调;而使用CHIR-99021激活Wnt/β-catenin信号通路后,可逆转
TPX2基因沉默对免疫抑制因子释放、PD-L1表达及免疫逃逸的抑制效应;表明
TPX2基因可能通过正向调控Wnt/β-catenin通路促进NSCLC的免疫逃逸。
由于本研究采用的共培养体系为Transwell非接触式,A549细胞与CD8
+ T淋巴细胞被物理隔开,二者无法直接接触,因此A549细胞表面PD-L1与CD8
+ T淋巴细胞表面PD-1之间可能难以发生直接相互作用,从而削弱了该信号轴在介导免疫逃逸中的主导作用。PEURA等
[30]研究显示:免疫抑制因子TGF-β和IL-10上调可引起CD8
+ T淋巴细胞耗竭。XIONG等
[31]研究在宫颈癌细胞与CD8
+ T淋巴细胞的共培养模型中也发现:YTHDF1过表达可通过促进TGF-β和IL-10分泌,显著抑制CD8
+ T淋巴细胞的杀伤活性,且该效应并不依赖于PD-L1信号。结合上述研究与本研究结果,推测在
TPX2基因调控A549细胞免疫逃逸的过程中,更倾向于促进TGF-β和IL-10等免疫抑制因子的分泌,进而导致CD8
+ T淋巴细胞耗竭;而PD-L1/PD-1通路在本实验条件下可能仅起次要作用,其作用程度低于可溶性免疫抑制因子。
综上所述,TPX2基因沉默通过抑制Wnt/β-catenin信号通路,进而抑制免疫抑制因子分泌及降低PD-L1表达,导致CD8+ T淋巴细胞对A549细胞杀伤活性增强,达到抑制免疫逃逸的作用。本研究不仅明确了TPX2在NSCLC免疫逃逸中的功能,还阐明了Wnt/β-catenin通路在其间的关键介导作用,为深入解析NSCLC免疫微环境调控提供了新视角。然而,本研究仍存在一定局限,未来需进一步探讨TPX2调控Wnt/β-catenin信号通路的具体分子机制,以及在体内环境下该机制对肿瘤免疫逃逸的影响,为NSCLC的免疫治疗提供更坚实的理论基础和潜在靶点。
广东省卫健委医学科学技术研究基金项目(B2025347)