甲状腺癌是头颈部最常见的恶性肿瘤,同时也是最常见的内分泌癌。近年来,甲状腺癌发病率逐年增长
[1]。其主要病理类型有甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma,PTC)、滤泡癌、未分化癌和髓样癌等,其中PTC比例超过80%
[2]。一般而言,PTC发展缓慢,病程较长,预后较好,但也有很多PTC患者因无临床症状,一经发现,即伴有淋巴结转移、被膜侵犯等情况,导致预后不佳,故仍需早发现、早诊断、早治疗。PTC的发病机制与
BRAF基因突变
[3-4]、
RET/PTC基因重排等有关
[5-6],但目前有关PTC的发病机制仍未完全明确。因此,研究PTC的浸润和转移过程,寻找早期诊断甲状腺癌、预测转移的生物标志和干预治疗的靶分子,对进一步提高患者治愈率与生存率具有重要意义。
WNT10A作为Wnt家族中的重要成员,在胃癌、结直肠癌、肾细胞癌、卵巢癌和子宫内膜癌等多种恶性肿瘤中均高表达
[7-12],此外,WNT10A对肿瘤的生长和转移起重要作用。Li等
[13]发现WNT10A在结肠癌组织中表达上调,且其表达水平与肿瘤分期有关,敲减其表达能抑制结肠癌细胞的增殖和迁移。但是
WNT10A基因在PTC的发生、侵袭、转移过程中是否发挥作用,分子机制如何均不清楚。本研究旨在探讨WNT10A在PTC中的表达及临床意义,并探讨
WNT10A基因敲减在PTC细胞增殖、侵袭和转移中的作用。
1 资料与方法
1.1 伦理声明
本研究已获得中南大学湘雅三医院伦理委员会批准(审批号:2021-S222)。
1.2 生物信息学分析及预测
利用阿拉巴马大学伯明翰分校癌症数据分析门户(University of Alabama at Birminghara Cancer data analysis Portal,UALCAN)数据库分析WNT10A基因在甲状腺癌组织和癌旁正常组织中的表达水平。根据甲状腺癌组织中WNT10A基因表达水平值的中位数,将所有甲状腺癌患者分为高、低表达组,通过基于基因表达水平的交互式分析(Gene Expression Profiling Interactive Analysis,GEPIA)数据库分析WNT10A基因高、低表达水平对甲状腺癌症患者总体生存率的影响。
1.3 标本收集及real-time RT-PCR
收集2022年6月至2023年4月在中南大学湘雅三医院就诊的经病理确诊的32例PTC患者的癌组织和癌旁组织。使用TRIzol试剂从32对PTC组织和癌旁组织中分离总RNA。组织被切除、裂解并研磨,离心后收集上清液。GAPDH的上游引物为5'-TGAC-TTCAACAGCGACACCCA-3',下游引物为5'-CACC-CTGTTGCTGTAGCCAAA-3';WNT10A的上游引物为5'-ATCGCCTTGGCTCTTGGG-3',下游引物为5'- GGAGACAGACTGACGGGTTGC-3'。将反转录引物和总RNA转移到PCR管中并离心。通过反转录合成cDNA,反应条件为:73.5 ℃ 7 min,43.5 ℃ 60 min,73.5 ℃ 10 min。运用两步法对产物进行real-time RT-PCR分析。
1.4 病例资料
收集2022年1月至2023年5月在中南大学湘雅三医院甲状腺外科手术后经病理诊断为PTC的患者158例,其中男56例,女102例,年龄23~65(41±19)岁。所有患者术前均未行放疗或化疗等治疗,收集PTC的临床分期及淋巴结转移情况。
1.5 免疫组织化学染色
将158例4 μm厚的石蜡包埋组织切片用二甲苯脱蜡,在浓度梯度递减的乙醇中水化,采用微波加热提取抗原。以3%过氧化氢室温孵育30 min,灭活内源性过氧化物酶;用山羊血清封闭30 min,滴加一抗(1꞉100稀释的兔抗人WNT10A),4 ℃孵育过夜;室温复温30 min后,滴加生物素标记的兔抗人免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)G,37 ℃孵育30 min;滴加辣根酶标记链霉卵白素工作液,37 ℃孵育15 min。DAB显色,复染,脱水,透明,封片。
在400倍光镜下,每张切片选取5个高倍视野, 细胞质或细胞膜染色为棕褐色或黄色的颗粒判断为阳性细胞。染色强度评分:强表达记3分,中度表达记2分,弱表达记1分,阴性记0分。染色阳性率评分:阳性细胞比例为76%~100%记4分,51%~75%记3分,26%~50%记2分,1%~25%记1分,<1%记0分。以染色强度评分和染色阳性率评分的乘积为总分进行分组,≤6分为低表达组,>6分为高表达组。
1.6 细胞培养、感染和敲减
1.6.1 细胞培养和感染
将人PTC细胞系K1和TPC-1细胞(购自上海吉凯基因医学科技股份有限公司)在37 ℃、5% CO2的DMEM高糖培养基中培养。当细胞汇合度达80%左右再进行传代培养,传代3次后进行检测。使用慢病毒载体沉默WNT10A表达,将WNT10A的shRNA(5'- GAGATTGGACCACATGAT-3')插入慢病毒的pGCSIL-GFP中,称为shWNT10A;无意义序列(5'- TCTCCCGAACGTGTCACGT-3')插入阴性对照慢病毒,称为shCtrl。分别用shWNT10A和shCtrl感染K1和TPC-1细胞。转染4~6 h后,更换新鲜培养基并继续培养。48 h后终止培养,收集对数期和3代内培养良好的PTC细胞用于后续实验。
1.6.2 RT-PCR对稳定转染细胞株的敲减效率进行验证
收集上述PTC细胞,以2 000 r/min离心5 min,在弃除上清液的细胞沉淀物中加入总RNA抽提试剂,充分混匀后转移至新的EP管中,随后按照说明书提取细胞RNA,利用反转录试剂盒将RNA进行反转录获得cDNA,按照TAKARA SYBR Master Mixture试剂盒说明书进行RT-PCR检测目的基因表达。以GAPDH作为内参,所用引物序列同1.3。
1.7 Celigo细胞计数检测细胞生长
将处于对数生长期的shCtrl和shWNT10A组细胞用胰蛋白酶消化后,再用完全培养基重悬成细胞悬液,并计数;在96孔板中铺板,每孔2 000个细胞,每组设3个复孔,培养体系为100 μL/孔,在37 ℃、5% CO2培养箱中培养;铺板后第2天开始,每天检测读板1次,连续检测读板3~5 d;计算带绿色荧光的细胞数量,绘制5 d的细胞增殖曲线。
1.8 流式细胞仪检测细胞凋亡
当shCtrl和shWNT10A组细胞生长至覆盖率约为70%时用胰蛋白酶消化,再用完全培养基重悬成细胞悬液;与上清细胞收集于同一5 mL离心管,每组设3个复孔(细胞数目≥5×105),以1 300 r/min离心5 min,弃上清;用4 ℃预冷的D-Hanks洗涤细胞沉淀,再用缓冲液洗涤细胞沉淀1次;以1 300 r/min离心3 min,收集细胞;用200 μL缓冲液重悬细胞沉淀;加入10 μL Annexin V-别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC)染色,室温避光10~15 min;根据细胞量的不同,加入不同量的缓冲液,然后用流式细胞仪检测细胞凋亡率。
1.9 MTT法检测细胞增殖
将处于对数生长期的shCtrl和shWNT10A组细胞用胰蛋白酶消化后,再用完全培养基重悬成细胞悬液,并计数;以细胞密度2 000个/孔铺板,每组重复3次,铺5块96孔板,加入四甲基偶氮唑盐(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)和DMSO溶解甲瓒颗粒,在显微镜下观察2组细胞的密度;用酶标仪在490 nm处检测OD值,并绘制细胞的生长曲线。
1.10 细胞划痕试验检测细胞迁移
将处于对数生长期的shCtrl组和shWNT10A组细胞用胰蛋白酶消化后,制成3×104个/L的细胞悬液铺入96孔板;次日更换低浓度的血清培养基,用10 μL枪头在96孔板中央向上轻轻推移形成划痕,用荧光显微镜在0、12、24 h 3个时间点进行拍照;根据荧光显微镜拍摄的照片计算shCtrl组和shWNT10A组细胞的迁移率。
1.11 Transwell法检测细胞侵袭
将100 µL无血清培养基加入Transwell小室上室,用完全培养基重悬成细胞悬液,每孔细胞数为1×105,铺板于24孔板;在Transwell下室加入30%胎牛血清的培养基600 µL,将无血清细胞悬液铺于96孔板中,每孔铺板5×103个细胞,固定染色后在200倍视野下拍照并计数,分析shCtrl组和shWNT10A组细胞侵袭能力是否存在差异。
1.12 裸鼠荷瘤实验
将shCtrl和shWNT10A组细胞用胰蛋白酶消化后,再用完全培养基重悬制成细胞悬液,细胞密度为2×107个/mL。将20只4周龄BALB/c雌性裸鼠(购自北京维通利华实验动物技术有限公司上海分公司)随机分为2组:NC组,即阴性对照组,右侧腋下皮下注射TPC-1细胞;KD组,即WNT10A基因干扰组,右侧腋下皮下注射shRNA-WNT10A-TPC-1细胞悬液。密切观察裸鼠成瘤情况并测量肿瘤大小。测量瘤体的最大径(a)、最小径(b),用公式V=a×b2/2计算瘤体体积,绘制生长曲线。皮下注射15 d后,根据动物福利伦理规定,将裸鼠注射过量2%戊巴比妥钠安乐死,并进行颈椎脱臼确认死亡,取出肿瘤称重。
1.13 差异基因的识别及功能富集分析
选取敲减效率相对比较高的PTC细胞及对照组PTC细胞进行RNA测序,获得差异表达基因,绘制热图。将这些差异基因进行基因本体(Gene Ontology,GO)功能富集分析和独创性路径分析(ingenuity pathway analysis,IPA)。
1.14 蛋白质印迹法检测关键基因蛋白质水平的变化
用磷酸缓冲盐溶液将敲减WNT10A基因的K1细胞及对照组K1细胞洗涤2次,然后,用预先冷却好的2倍裂解缓冲液将细胞样品裂解,聚丙烯酰胺凝胶80 mA电泳20 min;分离胶120 mA电泳60 min,然后将目的蛋白质转移到聚偏二氟乙烯膜(4 ℃、电流300 mA)上;加入一抗孵育后,用TBST洗聚偏二氟乙烯膜;加入二抗孵育1.5 h后,用TBST洗聚偏二氟乙烯膜;拍摄X线片。
1.15 统计学处理
采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析,计量资料采用均数±标准差表示,2组比较采用独立样本t检验;计数资料采用频数(率)表示,2组比较采用χ2检验。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结 果
2.1 WNT10A在PTC组织中的表达
GEPIA和UALCAN数据库分析显示:
WNT10A mRNA在甲状腺癌组织中的表达明显高于癌旁组织(均
P<0.01,图
1A和
1B)。GEPIA数据库进一步分析发现WNT10A表达较高的甲状腺癌症患者总体生存率较差(
P=0.018,
图1C)。通过real-time RT-PCR评估的32对PTC组织和癌旁组织中,25例(78.13%)PTC组织中的
WNT10A mRNA水平高于癌旁组织(
图1D)。
免疫组织化学染色检测WNT10A在158例经外科手术切除且术后确诊为PTC癌组织及癌旁组织中的表达,结果显示WNT10A蛋白阳性表达颗粒主要定位于肿瘤细胞的细胞质中。癌旁组织中WNT10A为阴性表达或低表达(
图1E),其中103例(65.2%)为阴性表达、55例(34.8%)为低表达;所有PTC癌组织中WNT10A均为阳性表达(
图1E),其中93例(58.9%)高表达,65例(41.1%)低表达。与癌旁组织比较,癌组织的WNT10A染色积分明显增加(8.4±2.1 vs 4.3±1.8,
P<0.01)。
2.2 WNT10A表达与临床病理特征的关系
WNT10A的表达水平与各临床病理因素之间的相关性结果显示:WNT10A的表达水平与性别(
P=0.745)、年龄(
P=0.886)、TNM分期(
P=0.667)无显著相关性。然而,WNT10A的表达水平与病灶数目(
P=0.034)、腺体外侵犯(
P=0.018)和淋巴结转移(
P<0.001)显著相关(
表1)。
2.3 敲减 WNT10A 的表达对PTC细胞增殖的影响
Celigo结果显示:与shCtrl组比较,shWNT10A组K1和TPC-1细胞增殖均被明显抑制(均
P<0.05,
表2、
图2)。
MTT结果显示:连续检测5 d后,与shCtrl组比较,shWNT10A组的K1和TPC-1细胞的增殖率受到显著抑制(
P<0.01,
图3)。
2.4 敲减 WNT10A 的表达增加PTC细胞的凋亡
流式细胞结果显示:与shCtrl组相比,shWNT10A组中凋亡期K1细胞的百分比显著增加(1.55%±0.08% vs 5.87%±0.04%,
P<0.01;
图4A);与shCtrl组相比,shWNT10A组中凋亡期TPC-1细胞的百分比显著增加(0.98%±0.16% vs 45.84%±0.46%,
P<0.01;
图4B)。
2.5 敲减 WNT10A 的表达抑制PTC细胞的侵袭及转移
细胞划痕试验测定shCtrl和shWNT10A组K1细胞和TPC-1细胞愈合率,结果显示敲减
WNT10A的shWN10A组K1细胞24 h愈合率为22%±3%,而shCtrl组K1细胞愈合率为36%±3%(
P<0.01,
图5A);敲减
WNT10A的shWN10A组TPC-1细胞24 h愈合率为27%±4%,而shCtrl组TPC-1细胞愈合率为48%± 5%(
P<0.01,
图5B)。
Transwell实验结果显示:敲减
WNT10A的shWN10A组和shCtrl组K1细胞中侵袭细胞数分别为100±1.191和111±0.89(
P<0.01,
图6A),shWN10A组和shCtrl组TPC-1细胞中侵袭细胞数分别为198±1.51和213±4.87(
P<0.01,
图6B)。
2.6 敲减 WNT10A 有效抑制裸鼠荷瘤瘤体的生长
20只4周龄雌性BALB/c裸鼠荷瘤实验显示:KD组、NC组均可见明显实体瘤,成瘤率为100%(
图7A)。终末肿瘤体积:KD组为(404.11±172.14) mm
3,NC组为(785.36±190.04) mm
3,NC组体积大于KD组(
P<0.01,
图7B)。终末肿瘤质量:KD组为(0.458±0.205) g,NC组为(0.970±0.231) g,NC组肿瘤质量大于KD组(
P<0.01,
图7C)。
2.7 差异基因的识别及功能富集分析
与shCtrl组相比,转染
WNT10A的敲减质粒能很大程度地抑制2种PTC癌细胞系中
WNT10A的转录水平。在K1、TCP-1细胞中,shWNT10A的敲减效率分别为85%、76%(
图8)。选取敲减效率相对比较高的K1细胞及对照组K1细胞进行RNA测序,共发现436个上调表达基因和609个下调表达基因(
图9A)。将这些差异基因再进行GO分析和基于IPA的经典通路分析,发现较多的差异基因可富集到Tec激酶信号通路(
图9B),并且Tec激酶信号通路被显著抑制(
图9C)。
2.8 Real-time RT-PCR及蛋白质印迹法验证WNT10A对Tec 激酶信号通路下游关键分子mRNA、蛋白质的表达影响
Real-time RT-PCR结果显示:特异性敲减K1细胞中
WNT10A的表达水平,Tec激酶信号通路下游关键基因
STAT3、
MAPK8、
TNFRSF21和
AKT2的mRNA水平均出现不同程度的下调(均
P<0.01,
表3)。蛋白质印迹法结果显示:在K1细胞中特异性敲减
WNT10A可以减少STAT3、MAPK8、TNFRSF21、AKT2蛋白的表达(
图10)。
3 讨 论
Wnt基因是Nusse等
[14]于1982年发现并报道的。
Wnt基因及其Wnt信号通路组成分子的突变可引起发育缺陷,异常的Wnt信号转导可导致肿瘤等疾病的发生。
Wnt基因编码的蛋白质为350~400个氨基酸残基的分泌型糖蛋白。在哺乳动物中,
Wnt基因家族成员有19种,它们通过与细胞表面和细胞外基质的联系而体现信使的作用,通过复杂的信号转导通路控制胚胎早期的发育,调节细胞的分化、增殖及生长
[15]。
WNT10A是
Wnt家族中的重要成员,该基因定位于人类染色体2q35
[16]。研究
[17]表明:
WNT10A基因过表达能够抑制脂肪生成,刺激成骨生成;
WNT10A的缺失或突变会导致牙齿形态发生,牙本质发生,成牙细胞分化,毛囊发育,舌和汗腺乳头、指甲形成及表皮再生等缺陷。此外,WNT10A在多种恶性肿瘤中呈高表达,目前已有研究
[9, 11-13, 18]报道WNT10A在胃癌、结直肠癌、肾细胞癌、卵巢癌和子宫内膜癌等多种恶性肿瘤中均高表达。Li等
[11]通过分析86例卵巢癌患者的癌与癌旁组织,发现肿瘤组织中WNT10A的表达水平升高,WNT10A的过表达与卵巢癌的肿瘤临床分期、淋巴结转移有显著相关性,并且WNT10A表达水平降低的患者与升高的患者相比总体生存率有所提高。这表明WNT10A可能是卵巢癌患者生存率的预测因子。Oliveira等
[12]研究发现胃癌组织中WNT10A的表达明显高于癌旁正常组织,并且与肿瘤的直径、浸润的深度、TNM分期呈正相关,WNT10A高表达的患者5年生存率明显减低,表明WNT10A在胃癌的分化、进展、侵袭和转移中起重要作用,是评价胃癌生物学行为的良好指标。以上研究表明
WNT10A基因表达异常上调与肿瘤的发生密切相关。本研究结果显示WNT10A在PTC癌组织中高表达,并与多灶性、腺外侵袭、淋巴结转移相关,这表明
WNT10A基因的表达上调可能在PTC的发生、发展过程中发挥重要作用。
WNT10A作为Wnt家族的重要成员,与多种肿瘤细胞的增殖、侵袭及转移有关。Hsu等
[9]分别将肾细胞癌细胞系和组织与正常肾、良性肾病组织相比,发现肾细胞癌细胞系和组织中WNT10A表达均显著增加,
WNT10A siRNA敲除可降低肾细胞癌细胞的增殖和侵袭性,表明WNT10A可诱导肾细胞癌细胞增殖和侵袭。Li等
[13]研究发现WNT10A在40例结直肠癌组织中呈高表达,在SW480、SW620和HCT116细胞系中也呈高表达;
WNT10A敲除后,细胞增殖被抑制55%,Transwell试验中细胞迁移率降低50%。为了研究WNT10A对PTC的发生、发展是否存在调控作用,本研究选择K1和TPC-1细胞系进行探索,通过慢病毒介导的RNA干扰技术特异性敲减PTC细胞中
WNT10A基因的表达,结果表明特异性敲减
WNT10A的表达能够显著抑制PTC细胞的增殖、侵袭和迁移能力,能有效抑制裸鼠荷瘤瘤体的生长,与临床组织中的研究结果一致。
Tec酪氨酸激酶参与多种细胞因子的信号转导过程,是多种细胞因子、辅助分子及受体型蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase,PTK)信号转导过程中一个重要的靶分子
[18]。Tec能够与Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)或整合素、淋巴细胞表面抗原、G蛋白偶联受体、受体型PTK膜受体下游发生作用
[19]。同时,Tec可以被FAK家族激酶、JAK、Src和Syk等非受体型蛋白酪氨酸激酶调节。Tec还可以调节磷脂酰肌醇3-激酶通路、磷脂酶C通路及蛋白激酶C通路等多种主要信号转导路径
[20]。研究
[21]表明:Tec信号通路在肺癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤、前列腺癌等多种癌症的发生、发展中发挥重要作用。本研究发现Tec激酶信号通路在PTC中被激活,并且依赖于WNT10A,因此推测Tec激酶信号通路可能在WNT10A介导的PTC的发生、发展过程中发挥重要作用。
综上所述,在PTC的发生、发展过程中,WNT10A基因的异常表达可能介导了PTC细胞的非正常增殖,导致PTC的增殖、侵袭和转移,其机制可能与抑制Tec激酶信号通路表达有关。检测WNT10A基因的表达可能有助于预测PTC潜在的侵袭、转移倾向,WNT10A可作为PTC患者潜在的治疗靶点。
湖南省卫生健康委员会课题(202209025123┫。This work was supported by the National Natural Science Foundation ┣81871367)
the Natural Science Foundation of Hunan Province(2022JJ30894)
the Project of Health Commission of Hunan Province(202209025123)