食管癌是最常见的恶性肿瘤之一,我国食管癌患者以食管鳞癌为主
[1]。尽管食管癌在诊断和治疗方面取得了很大进展,但患者5年生存率约20%
[2],肿瘤转移是导致患者死亡的关键因素,然而其转移机制尚不明确,因此探究食管癌转移机制对于改善患者预后具有重要临床意义。
过往研究发现诸多因素与食管癌转移相关,我们前期研究表明,在食管鳞癌(ESCC)细胞中敲低乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)可通过上调组蛋白乙酰化水平促进细胞迁移
[3]。BRD4作为乙酰化组蛋白的“阅读器”,在基因表达调控中发挥重要作用,通过结合乙酰化组蛋白调控包括细胞周期、增殖、凋亡和迁移在内的多种生物学过程
[4-6],BRD4在包括ESCC在内的多种恶性肿瘤中呈现高表达,且其表达水平与患者不良预后呈正相关,是潜在的肿瘤治疗靶点
[7]。尽管已有研究报道抑制BRD4可影响ESCC细胞的增殖和迁移能力
[8],然而,在ACC1下调导致组蛋白乙酰化修饰水平增高的特定背景下,BRD4如何调控ESCC细胞迁移目前尚不清楚。为此,本研究在ACC1敲低的ESCC细胞模型基础上,应用BRD4抑制剂和siRNA干扰,探究抑制BRD4对ACC1低表达所致ESCC细胞迁移能力的影响,重点关注组蛋白乙酰化、自噬水平与上皮-间质转化(EMT)等关键过程,以期为ACC1低表达的ESCC患者提供更为精准的BRD4靶向干预理论依据和治疗策略。
1 材料和方法
1.1 材料
人食管鳞癌细胞KYSE-150(中国科学院上海生命科学研究院)、KYSE-450和KYSE-510(南京科佰生物科技有限公司);RPMI 1640培养基、FBS、Transwell小室(Corning);1%青霉素⁃链霉素混合液、DMSO(Solarbio);BRD4抑制剂JQ1(碧云天);选择性乙酰转移酶p300/CBP抑制剂C646(Selleck);自噬抑制剂3-MA(Selleck);BRD4引物(金斯瑞);shACC1及其对照组shNC(GenePharma);人源性BRD4小干扰RNA(siBRD4)及其阴性对照(siNC)(Santa);Green 2×Qpcr MasterMix(Abm);PrimerScript RT reagent Kit with gDNA Eraser、SYBR Premix Ex Taq II(Takara); Trizol(Invitrogen)。
1.2 方法
1.2.1 细胞培养
细胞所用完全培养基为RPMI 1640、10% FBS和1%青霉素链霉素混合液,放置于37 ℃、饱和湿度下5% CO2的培养箱中培养。3 d/次传代。应用0.25%胰蛋白酶消化传代,取对数期细胞进行试验。
1.2.2 细胞转染
取对数期且生长状态好的细胞,常规铺板2个小皿17 h后进行转染。使用Polybrene试剂转染对照组shNC、实验组shACC1(5'-TACAAGGGATA CAGGTA-TTTA-3'),嘌呤霉素2 μg/mL连续筛选3代,建立稳定细胞系,进行后续实验。在shNC和shACC1细胞系中,使用LipofectamineTM 2000转染siRNA BRD4(sc-43639),步骤严格按照试剂说明书进行,分别获得对照组siNC细胞和实验组siBRD4细胞,继续培养24 h进行后续实验。
1.2.3 CCK-8
取对数生长期的敲低ACC1的KYSE-150、KYSE-450细胞,以1×103/孔接种于96孔板,每组5个复孔。将细胞置于37 ℃、5% CO2的培养箱中培养48 h后,加入 5 mg/mL 的CCK-8试剂10 μL/孔,37 ℃培养箱孵育2 h,酶标仪检测吸光度A450nm值。
1.2.4 RT-qPCR测定
用Trizol试剂分离细胞中总RNA,并逆转成cDNA。根据说明书要求进行仪器设置如下:95 ℃:10 min;95 ℃:15 s;60 ℃:1 min;40 个循环。通过阈值比较(Ct)法比较目的基因的相对表达量。引物用引物5.0设计,由金斯瑞生物科技公司合成,引物序列(
表1)。
1.2.5 Transwell迁移实验
取对数生长期细胞,采用无血清RPIM 1640培养基重悬细胞,调整细胞密度为1×104/mL,下室600 μL含10% FBS培养基,将小室放入培养板中,取100 μL加入Transwell上室,放入37 ℃、5% CO2培养箱中培养。27 h后4%多聚甲醛固定15 min,0.1%的结晶紫染色8 min,使用棉签擦去上室面未迁移的细胞,于显微镜下观察细胞,取5个不同视野进行拍照计数。
1.2.6 Western blotting
收集细胞,提取总蛋白,进行SDS-PAGE分析。取等量蛋白样品进行电泳,电泳完成后将凝胶转移至PVDF膜。转膜后将其浸入封闭液中封1 h。加入一抗稀释液并在4 ℃冰箱摇床过夜孵育。次日3次洗膜后,二抗室温孵育1 h,完成后再洗膜3次。检测PVDF膜上的蛋白印迹信号。抗ACC1抗体(CST 1∶1000)、抗E-cadherin抗体(CST 1∶1000)、抗Slug抗体(CST 1∶1000)、抗H3抗体(CST 1∶1000)、抗H3K9ac抗体(CST 1∶1000)、抗LC-3A/BⅡ抗体(CST 1∶1000)、抗β‑actin抗体(Proteintech 1∶5000);抗Vimentin抗体(Proteintech 1∶20 000)、抗BRD4抗体(Abcam 1∶1000);辣根过氧化物酶标记的二抗(鼎国 1∶10 000)。
1.3 统计学分析
所有统计数据采用Prism 9.0(GraphPad Software)、ImageJ软件进行分析。采用单因素方差分析检验、两样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 BRD4在ESCC细胞中的表达水平
RT-qPCR结果显示,与对照组shNC组对比,BRD4在shACC1组中的mRNA水平差异无统计学意义(
图1A);Western blotting实验显示,BRD4在shACC1组的表达水平与shNC组对比差异无统计学意义(
图1B)。
2.2 抑制BRD4拮抗ESCC细胞增殖
CCK-8显示,BRD4抑制剂JQ1对shNC组和shACC1组ESCC细胞的增值具有剂量依赖性抑制作用。在KYSE-150细胞系中,与shNC对照组(IC
50为43.35 μmol/L)相比,shACC1组对JQ1的敏感性更高,其IC
50值为35.87 μmol/L;在KYSE-450细胞系中,shACC1组(IC
50为50.81 μmol/L)相较于shNC组(IC
50为58.88 μmol/L)也表现出对JQ1更高的敏感性(
图2A)。CCK-8显示,在KYSE-150、KYSE-450细胞系中,2 μmol/L JQ1抑制shNC细胞增殖(
P<0.05,图
2B),
1 μmol/L JQ1抑制shACC1细胞增殖(
P<0.05,
图2B)。
2.3 BRD4 抑制剂促进ESCC细胞迁移
当JQ1浓度为0.2 μmol/L时,Transwell结果显示,在KYSE-150、KYSE-450和KYSE-510细胞系中,JQ1促进shNC细胞迁移(shNC-DMSO
vs shNC-JQ1,
P<0.01,
图3),也促进shACC1细胞迁移(shACC1-DMSO
vs shACC1-JQ1,
P<0.0001),且shACC1-JQ1组比shNC-JQ1组细胞迁移能力强(
P<0.0001)。当JQ1浓度为2 μmol/L时,JQ1仍然促进shNC细胞迁移(shNC-DMSO
vs shNC-JQ1,
P<0.0001,
图3),也促进shACC1细胞迁移(shACC1-DMSO
vs shACC1-JQ1,
P<0.0001),shACC1-JQ1组同样比shNC-JQ1组细胞细胞迁移能力更强(
P<0.01)。
2.4 抑制BRD4促进ESCC细胞EMT转化
Western blotting实验显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,与shNC-DMSO组相比,shNC-JQ1组Vimentin(
P<0.05,
图4)、Slug(
P<0.05)的表达升高,E-cadherin(
PP<0.001)的表达降低;与shACC1-DMSO组相比,shACC1-JQ1组Vimentin(
P<0.001)、Slug(
P<0.05)的表达升高,E-cadherin(
P<0.001)的表达降低;shACC1-JQ1组比shNC-JQ1组的Vimentin(
P<0.0001)、Slug(
P<0.001)表达高、E-cadherin(
P<0.0001)表达低。
2.5 敲低BRD4促进ESCC细胞迁移
Transwell结果显示,敲低BRD4促进ESCC细胞迁移(shNC-siNC
vs shNC-siBRD4,
P<0.001;shACC1-siNC
vs shACC1-siBRD4,
P<0.001,
图5A);ACC1低表达细胞敲低BRD4后迁移能力更强(shNC-siBRD4
vs shACC1-siBRD4,
P<0.01)。Western blotting结果显示,与shNC-siNC组对比,shNC-siBRD4组的Vimentin(
P<0.01,
图5B)、Slug(
P<0.01)表达升高,E-cadherin(
P<0.0001)表达降低;与shACC1-siNC组相比,shACC1-siBRD4组的Vimentin(
P<0.01)、Slug(
P<0.0001)表达升高,E-cadherin(
P<0.0001)表达降低;shACC1-siBRD4组比shNC-siBRD4组的Vimentin、Slug(
P<0.0001)表达高、E-cadherin(
P<0.0001)表达低。
2.6 组蛋白乙酰基转移酶抑制剂拮抗敲低BRD4背景下ACC1低表达细胞迁移
C646抑制敲低BRD4对shACC1组细胞迁移的促进作用(
P<0.01,
图6A)。Western blotting结果显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,C646降低了shACC1组细胞H3乙酰化修饰水平(
P<0.001,
图6B),且Vimentin(
P<0.001)、Slug(
P<0.0001)表达降低,E-cadherin(
P<0.05)表达升高。
2.7 抑制BRD4促进ACC1低表达ESCC细胞迁移与自噬有关
Western blotting实验显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,与shNC-DMSO组对比,shNC-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(
P<0.0001,
图7A);与shACC1-DMSO组对比,shACC1-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(
P<0.0001)。Transwell结果显示,与shACC1-JQ1-Veh组对比,shACC1-JQ1-3-MA组细胞迁移减少(
P<0.001,
图7B)。
2.8 抑制自噬可拮抗抑制BRD4对ACC1低表达ESCC细胞的EMT转化
与shACC1-JQ1-Veh组对比,shACC1-JQ1-3-MA组LC3A/BⅡ(
P<0.001,
图8)、Slug(
P<0.0001)、Vimentin(
P<0.0001)蛋白水平降低,E-cadherin表达升高(
P<0.001)。
3 讨论
ESCC是我国常见的消化道恶性肿瘤,我们前期通过检测ESCC患者组织标本发现,ACC1低表达与患者肿瘤转移早显著相关,敲低ACC1通过增加组蛋白乙酰化促进ESCC细胞迁移。BRD4作为乙酰化组蛋白的“阅读器”,促进染色质解聚和转录启动,乙酰化水平的增高使得BRD4更容易结合到染色质上,从而增强其在基因转录和DNA修复中的作用
[9]。研究表明,BRD4调节MMP2启动子并抑制巨噬细胞介导的吞噬作用,以调节黑色素瘤的侵袭和迁移,使用其抑制剂可显著抑制细胞迁移和侵袭
[10]。BRD4抑制剂JQ1通过扰乱线粒体功能,诱导线粒体碎片化和代谢失调,促进凋亡
[11]。BRD4在结直肠癌中高表达,使用其抑制剂可抑制细胞的增殖、迁移及侵袭
[12]。我们前期研究发现,抑制BRD4可抑制ESCC细胞的增殖,但促进细胞迁移
[8]。因此,本研究进一步探究了在敲低ACC1条件下,抑制BRD4对ESCC细胞的影响是否会发生改变。
本研究发现,BRD4在ACC1低表达的ESCC细胞系中的mRNA及蛋白水平均无显著差异, 抑制BRD4可有效抑制细胞增殖,而且对敲低ACC1的细胞抑制效果更显著。研究表明,组蛋白乙酰化增加虽然不影响BRD4的总蛋白量,但会增加BRD4的结合位点,导致其在染色质上重新分布
[13]。JQ1可通过竞争性取代BRD4结合核染色质,抑制 BRD4 控制的下游基因(MYC)的转录而表现出抗癌活性
[14, 15]。抑制BRD4可使原癌基因(c-Myc、BCL-2)的表达下降,导致肿瘤细胞凋亡
[16],当组蛋白乙酰化修饰增加时,BRD4与组蛋白的结合更为紧密,在染色质上的定位更加稳定,从而增强对癌基因表达的调控作用。然而,这种增强的结合也可能导致BRD4过度参与染色质重塑和基因激活,当抑制BRD4时,乙酰化修饰增加的细胞其原癌基因表达更低,导致细胞凋亡更显著
[17,18],并且抑制BRD4可促进凋亡基因(BIM)的表达
[19],在乙酰化修饰增加的肿瘤细胞中,BRD4的降低可能进一步增强促凋亡基因的表达,使细胞凋亡信号通路更易被激活,导致更多细胞死亡。
本研究发现,尽管JQ1可减少ESCC细胞增殖,但无论其浓度是否会抑制细胞增殖均可显著促进ESCC细胞迁移,敲低BRD4亦可导致ESCC细胞迁移增加,且在抑制BRD4的背景下,与不敲低ACC1的细胞相比,敲低ACC1的细胞迁移更显著。ESCC转移与上皮-间质转化(EMT)的动态调控密切相关,Slug、E⁃cadherin和Vimentin是肿瘤细胞EMT启动的关键分子,Slug作为重要转录因子,其高表达可通过抑制上皮标志物E-cadherin的表达和促进间充质标志物Vimentin的表达,从而增强EMT转化
[20, 21]。本研究发现,C646可减少抑制BRD4对敲低ACC1细胞迁移的影响。研究表明,C646可抑制P300的乙酰转移酶活性,使乙酰基无法与组蛋白H3结合,从而抑制染色质乙酰化修饰
[22]。因此,在抑制BRD4条件下,组蛋白乙酰化修饰水平增加可能是引起敲低ACC1的细胞迁移更加明显的原因。我们前期研究发现,乙酸可增加ESCC细胞的组蛋白乙酰化水平。为了进一步探究在组蛋白乙酰化水平升高的情况下,抑制BRD4对ESCC细胞迁移的影响,我们使用乙酸处理细胞后应用JQ1,发现JQ1能促进经乙酸处理的ESCC细胞的迁移能力。
本研究发现,抑制BRD4增加了ESCC细胞的自噬相关蛋白LC3A/BⅡ的水平,自噬抑制剂3-MA可减少抑制BRD4对敲低ACC1细胞的促迁作用,说明抑制BRD4促进敲低ACC1的ESCC细胞迁移可能是由自噬增强引起的。研究表明,抑制BRD4通过增加AMPK的磷酸化激活自噬起始信号,同时抑制mTORC1活性,解除p-mTOR对ULK1复合物的抑制作用,显著增加LC3A/BⅡ的水平自噬体数量
[23],从而增强自噬。本研究发现,3-MA抑制LC3A/BⅡ的水平,上调E-cadherin,下调Vimentin及Slug,减弱了EMT的转化。研究表明,自噬可通过激活NF-κB,促进炎症因子(如IL-6、TNF-α)分泌,诱导EMT,也可通过降解抑制性蛋白(如p62/SQSTM1)富集转录因子(如HIF-1α、Twist),直接驱动 EMT基因表达
[24]。
综上所述,BRD4作为治疗恶性肿瘤的重要靶点,在ESCC中抑制其表达虽然可减少细胞增殖,但增加细胞迁移的风险,在敲低ACC1细胞中这种作用更为明显,所以本研究提示,使用BRD4抑制剂治疗ACC1低表达的ESCC患者时,须同时给予有效的生物学干预,阻止用BRD4抑制剂对肿瘤转移的负面影响。