肝纤维化(hepatic fibrosis,HF)是一个动态发展过程,其特征是肝脏内慢性肝损伤引起过量的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)积累
[1]。HF的发生主要由肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)的激活主导,从而使肝脏瘢痕组织形成
[2]。随着肝组织损伤程度加重,肝纤维化可进展为不可逆的肝硬化以及死亡率更高的肝细胞癌
[3]。因此,HSCs与细胞通路中重要的细胞因子仍然是治疗HF的研究热点,对HF的发病机制和治疗具有重要意义。
微小RNA(MicroRNAs,miRNAs)是一类长度约为22个核苷酸的小RNA分子,miRNAs可以通过与靶基因的3'非翻译区(3'UTR)结合,以抑制其翻译或诱导其降解
[4]。miRNAs控制生物过程,如细胞分裂、细胞分化、血管生成、细胞凋亡和肿瘤发生
[5,6]。多种miRNAs可用作癌症生物标志物和癌症治疗,并且有望成为早期癌症检测的生物标志物
[7,8]。现有文献报道,miR⁃296⁃3p在正常细胞中高表达,而在癌细胞系中低表达,过表达miR⁃296⁃3p可增加胰腺癌细胞和甲状腺癌细胞放射敏感性
[9]。另外,miRNAs通过调控激活肝星状细胞、胶原蛋白合成以及炎症反应等多个方面影响肝脏纤维化的发生、发展
[10]。在急性心肌梗死患者中与炎症相关的miRNAs如miR⁃296⁃3p、miR⁃17⁃3p和miR⁃101⁃3p的表达水平明显下调
[11]。经过往文献报道,锌指和BTB结构域蛋白20(Zinc finger and BTB domain protein 20,ZBTB20)作为一种转录因子,参与细胞周期控制和炎症反应的调节。ZBTB20具有调节细胞分化代谢、神经发育、免疫反应和炎症等生理作用,参与调控肝细胞癌、胃癌、中枢神经系统癌症以及血癌等多种癌症的致病机制
[12]。课题组前期研究结果提示miR⁃296⁃3p能够抑制BDL胆总管结扎大鼠的肝纤维化进程。然而,miR⁃296⁃3p与ZBTB20在肝星状细胞HSC⁃T6中的关系尚不明确。为此,本文将探究miR⁃296⁃3p如何通过调控ZBTB20对HSC⁃T6细胞产生影响。
1 材料与方法
1.1 材料
大鼠肝星状细胞系(HSC⁃T6)购自湖南丰晖生物科技有限公司。DMEM高糖细胞培养基、青霉素⁃链霉素(P/S)混合液、胰蛋白酶(含0.02%EDTA)、CCK⁃8试剂购自北京中生奥邦生物科技有限公司,胎牛血清(FBS)购自武汉普诺赛生命科技有限公司,TGF⁃β1购自美国BI公司,Lipofectamine2000、Trizol总RNA提取试剂购于美国Thermo公司,ZBTB20兔多克隆抗体购自武汉三鹰生物技术有限公司,逆转录及qRT⁃PCR试剂盒购自北京聚合美生物科技有限公司,Col1A1兔单克隆抗体、α⁃SMA和GAPDH鼠单克隆抗体购自中国Affinity公司,质粒提取试剂盒购自天根生化科技(北京)有限公司,BCA蛋白定量测定试剂盒购自上海雅酶生物科技有限公司,一步法SDS⁃PAGE凝胶快速制备试剂盒购自北京博泰斯生物技术有限公司,PMSF(蛋白酶抑制剂)购自北京庄盟国际生物基因科技有限公司,ECL发光液、10×电转和电泳缓冲液、羊抗兔/鼠二抗购自北京普利莱基因技术有限公司,Dual Luciferase Reporter Gene Assay Kit试剂盒购自上海碧云天有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 细胞培养
HSC‑T6细胞在10%FBS、1%P/S和DMEM高糖配置的完全培养基中培养。培养条件为37 ℃、5% CO2的细胞培养箱,每隔2~3 d用含有0.02% EDTA胰蛋白酶进行消化后按照1∶3~1∶4的比例传代。将HSC⁃T6细胞按照1×106个/孔的密度接种至6孔板,随后用含有10 ng/mL的TGF⁃β1刺激48 h后进一步活化。
1.2.2 细胞转染
将处于对数生长期的HSC⁃T6细胞按照1×106个/孔的密度接种至6孔板,按照脂质体Lipofectamine 2000试剂说明书进行转染,分别配置A液(245 μL DMEM培养基和5 μL Lip 2000)和B液(245 μL DMEM培养基和5 μL各组对应的质粒),混匀后静置5 min;等体积的A液与B液混合,静置15 min待用。以未处理的HSC⁃T6细胞作为对照组,将mimic NC、miR⁃296⁃3p mimic、inhibitor NC和miR⁃296⁃3p inhibitor分别转染到HSC⁃T6细胞作为mimic NC组、miR⁃296⁃3p mimic组、inhibitor NC组和miR⁃296⁃3p inhibitor组。挽救实验部分分成mimic NC+pcDNA3.1组、miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1组、mimic NC+pcDNA3.1⁃ZBTB20组和miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1⁃ZBTB20组。转染4~6 h后弃原液,每孔加入2 mL无双抗培养基继续培养用于后续实验。
1.2.3 生物信息学网站筛选靶基因
利用生物信息学网站DIAIA Tools(
https://dianalab.e-ce.uth.gr/)、miRDB(
http://mirdb.org/)和TargetScan(
https://www.targetscan.org/)预测miR⁃296⁃3p可能的下游靶基因,取3个数据库的交集靶基因形成韦恩图。
1.2.4 双荧光素酶基因报告实验
首先构建ZBTB20⁃3'UTR⁃wt(野生型)和ZBTB20⁃3'UTR⁃mut(突变型)质粒。质粒ZBTB20⁃3'UTR⁃wt含有与miR⁃296⁃3p序列互补的野生型ZBTB20 mRNA 3′UTR,质粒ZBTB20⁃3'UTR⁃mut含有与miR⁃296⁃3p序列互补的突变型ZBTB20 mRNA 3′UTR。质粒转染浓度为200 ng/孔,miR⁃296⁃3p mimic或mimic NC转染浓度为40 nmol/L/孔,每组3个复孔。转染48 h后参照试剂盒说明书检测各组细胞的荧光素酶活性。
1.2.5 CCK⁃8实验
转染48 h后的细胞胰酶消化后离心计数,按照2.5×103个/100 μL的细胞密度接种于96孔板中,每组设置3个复孔,在培养的第24、48、72、96 h时,每孔加入110 μL CCK⁃8工作液(培养基与CCK⁃8试剂按照10∶1的比例混合),37 ℃温箱孵育2 h,使用酶标仪检测450 nm波长下的OD值。
1.2.6 集落形成实验
转染48 h后的细胞胰酶消化后离心计数,按照1×103个/500 μL的细胞密度接种于6孔板中,每组3个复孔,37 ℃温箱培养,3 d更换1次培养基,7~10 d镜下观察到细胞团中细胞个数>50个时终止培养,结晶紫染色后白色背景下拍照记录图片信息。
1.2.7 Transwell实验
转染48 h后的细胞胰酶消化后离心计数,将完全培养基更换为DMEM培养基(不含FBS),按照1×105个/150 μL的细胞密度接种于Transwell小室,将小室置于24孔板中,每组3个复孔,37 ℃温箱培养24 h后结晶紫染色,置于倒置显微镜下观察并记录图片信息。
1.2.8 qRT⁃PCR
各组细胞转染48 h后,使用Trizol试剂提取各组细胞总RNA,参照逆转录试剂盒说明书进行RNA逆转录合成cDNA,表达数据统一标准化为内参
U6,qRT⁃PCR的反应条件为:95 ℃,30 s,循环1次;95 ℃,5 s→60 ℃,34 s,循环40次。计算公式:相对表达比率(relative expression ratio)=2
⁃ΔΔCt。记录并分析实验数据制作图表。实验重复3次,引物见
表1。
1.2.9 Western Blot实验
各组细胞转染48 h后,PBS清洗2遍,使用RIPA裂解液冰上裂解30 min,置于低温离心机中离心15 min(12 000 r/min,4 ℃),取上清进行BCA蛋白定量。首先电压为80 V,Marker到达下层分离胶时电压调整为110 V,直到电泳至槽底端时关闭电源。电流调至180 mA,电压最大,在冰上电转90 min,将胶上的目的蛋白转到PVDF膜上。5%脱脂奶粉中室温封闭2 h。1×TBST洗涤之后,一抗(α⁃SMA、Col1A1、ZBTB20)孵育盒中4 ℃冰箱过夜。第2天1×TBST洗涤条带,放入二抗孵育盒中室温孵育2 h。ECL显影液(避光)滴加至膜表面,显影仪中曝光,记录条带信息。
1.3 统计学处理
使用SPSS 19.0软件进行统计学分析,数据使用表示。2组间比较使用独立样本t检验,多组间比较使用单因素方差分析。运用Graphpad Prism 8.0绘制统计图表,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 miR⁃296⁃3p在活化的HSC⁃T6细胞中表达下调
利用qRT⁃PCR、Western blot检测TGF⁃β1刺激HSC⁃T6细胞中纤维化标志物的表达水平,与control组相比,TGF⁃β1组细胞中α⁃SMA、Col1A1和CTGF mRNA表达水平以及α⁃SMA和Col1A1蛋白表达水平上调(
P<0.05),见
图1。提示HSC⁃T6细胞被TGF⁃β1进一步激活。与control组相比,TGF⁃β1组细胞中miR⁃296⁃3p表达水平下调(
P<0.000 1),见
图2。
2.2 miR⁃296⁃3p 转染有效性检测
将miR⁃296⁃3p mimic/inhibitor及其各自对照组转染入HSC⁃T6细胞中。qRT⁃PCR显示,转染miR⁃296⁃3p mimic/inhibitor后,miR⁃296⁃3p在HSC⁃T6细胞中的表达分别升高或降低(
P<0.001),见
图3。结果表明,miR⁃296⁃3p mimic和miR⁃296⁃3p inhibitor有效转染到HSC⁃T6细胞。
2.3 miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞的增殖能力
采用CCK⁃8和集落形成实验检测转染miR⁃296⁃3p mimic/inhibitor及其各自对照后细胞增殖能力的变化。实验结果显示,miR⁃296⁃3p mimic组的细胞增殖能力在转染96 h后明显低于mimic NC组,且与mimic NC组相比,细胞集落个数明显减少。相反,miR⁃296⁃3p inhibitor组的细胞增殖能力在转染96 h后明显高于inhibitor NC组,且与inhibitor NC组相比,细胞集落个数增加(
P<0.05),见
图4。结果表明,miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞的增殖能力。
2.4 miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞的迁移能力
采用Transwell实验检测转染miR⁃296⁃3p mimic/inhibitor及其各自对照后细胞迁移能力的变化。实验结果显示,与mimic NC组相比,miR⁃296⁃3p mimic组中细胞迁移数明显减少;相反,转染miR⁃296⁃3p inhibitor后,HSC⁃T6细胞迁移数明显增加(
P<0.001),见
图5。结果表明,miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞的迁移能力。
2.5 miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞活化
qRT⁃PCR和Western Blot实验检测miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞中的纤维化标志物的表达水平。结果显示,与mimic NC组相比,miR⁃296⁃3p mimic组的α⁃SMA、Col1A1和CTGF mRNA表达水平以及α⁃SMA、Col1A1蛋白表达水平下调(
P<0.05),见
图6;而与inhibitor NC组相比,miR⁃296⁃3p inhibitor组的α⁃SMA、Col1A1和CTGF mRNA表达水平以及α⁃SMA、Col1A1蛋白的表达水平上调(
P<0.05),见
图7。
2.6 ZBTB20是miR⁃296⁃3p的功能靶基因
通过生物信息学miRNA靶标预测工具(DIANA、miRDB和Targetscan)预测miR⁃296⁃3p的可能靶基因,3个数据集取交集后最终得到5个候选靶基因:
JOSD1、ETF1、TNPO1、
STRN3和
ZBTB20,见
图8A。qRT⁃PCR检测mimic NC组和miR⁃296⁃3p mimic组HSC⁃T6细胞中5个候选靶基因的表达情况。结果显示,与mimic NC组相比,miR⁃296⁃3p mimic组中5个候选靶基因的表达水平下调,其中
ZBTB20下调程度最为明显(
P<0.001),见
图8B。查阅文献发现
ZBTB20与肝脏疾病相关。
利用TargetScan网站查询并绘制miR⁃296⁃3p与ZBTB20之间的结合位点,见
图9A。双荧光素酶报告基因实验分析结果表明,与ZBTB20⁃3'UTR⁃WT+mimic NC组相比,ZBTB20⁃3'UTR⁃WT+miR⁃296⁃3p mimic组中荧光素酶活性明显降低(
P<0.05);与ZBTB20⁃3'UTR⁃MUT+mimic NC相比,ZBTB20⁃3'UTR⁃MUT+miR⁃296⁃3p mimic组中荧光素酶的活性未发生明显改变(
P>0.001),见
图9B。上述结果说明
ZBTB20是miR⁃296⁃3p的功能靶基因。
2.7 miR⁃296⁃3p抑制ZBTB20的表达
qRT⁃PCR和Western blot结果表明,与mimic NC组相比,miR⁃296⁃3p mimic组HSC⁃T6细胞中ZBTB20 mRNA和蛋白表达水平下调(
P<0.05),见
图10A~C。与inhibitor NC组相比,miR⁃296⁃3p inhibitor组HSC⁃T6细胞中ZBTB20 mRNA和蛋白表达水平上调(
P<0.05),见
图10D~F。结果提示,miR⁃296⁃3p负调控ZBTB20 mRNA和蛋白的表达。
2.8 ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞增殖的抑制作用
CCK⁃8实验结果显示,在转染72 h后,与转染mimic NC+pcDNA3.1相比,转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1抑制HSC⁃T6细胞的增殖;转染mimic NC+pcDNA3.1⁃ZBTB20则促进HSC⁃T6细胞的增殖能力(
P<0.05)。与转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1抑制HSC⁃T6细胞的增殖能力相比,miR⁃296⁃3p mimic和pcDNA3.1⁃ZBTB20共同转染的HSC⁃T6细胞增殖能力被ZBTB20部分促进;与转染mimic NC+pcDNA3.1⁃ZBTB20促进细胞的增殖能力相比,miR⁃296⁃3p mimic和pcDNA3.1⁃ZBTB20共同转染的HSC⁃T6细胞增殖能力被miR⁃296⁃3p部分抑制(
P<0.05),见
图11。上述结果说明,过表达ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞增殖能力的抑制作用。
2.9 ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞迁移的抑制作用
Transwell实验结果显示,与转染mimic NC+pcDNA3.1相比,转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1抑制HSC⁃T6细胞的迁移能力;转染mimic NC+pcDNA3.1⁃ZBTB20则促进HSC⁃T6细胞的迁移能力(
P<0.05)。与转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1抑制HSC⁃T6细胞的迁移能力相比,miR⁃296⁃3p mimic和pcDNA3.1⁃ZBTB20共同转染的HSC⁃T6细胞迁移能力被ZBTB20部分促进;与转染mimic NC+pcDNA3.1⁃ZBTB20促进HSC⁃T6细胞的迁移能力相比,miR⁃296⁃3p mimic和pcDNA3.1⁃ZBTB20共同转染的HSC⁃T6细胞迁移能力被miR⁃296⁃3p部分抑制(
P<0.05),见
图12。上述结果说明,过表达ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞迁移能力的抑制作用。
2.10 ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞活化及ZBTB20表达的抑制
qRT⁃PCR结果显示,HSC⁃T6细胞中过表达miR⁃296⁃3p可抑制其α⁃SMA、Col1A1和CTGF的mRNA表达;与转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1组相比,miR⁃296⁃3p mimic与pcDNA3.1⁃ZBTB20组的HSC‑T6细胞中α‑SMA、Col1A1和CTGF mRNA表达上调,说明ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对纤维化标志物表达的抑制(
P<0.05),见
图13A~C。
qRT⁃PCR和Western blot结果显示,HSC⁃T6细胞中过表达miR⁃296⁃3p可抑制ZBTB20的mRNA和蛋白表达;与转染miR⁃296⁃3p mimic+pcDNA3.1组相比,miR⁃296⁃3p mimic与pcDNA3.1⁃ZBTB20组的HSC⁃T6细胞中ZBTB20的mRNA和蛋白表达水平上调,说明ZBTB20部分逆转miR⁃296⁃3p对ZBTB20表达的抑制(
P<0.05),见
图13 D~F。
3 讨论
纤维化是组织修复反应的结果,在慢性炎症性疾病期间,组织修复反应会失调
[13]。肝纤维化是由多种病因如饮酒、药物及病毒等导致肝脏内的结缔组织异常增多,释放炎症和生长因子使HSCs向肌成纤维细胞转变,以及细胞外基质蛋白堆积
[14]。越来越多的证据表明,大量的miRNAs参与HSC的活化和巨噬细胞的极化分泌功能,从而调节HF的进展。miR⁃296⁃3p在免疫调控以及多种疾病中扮演着重要角色。在牙髓来源的牙髓干细胞的成骨/牙源性分化中,低表达的miR⁃296⁃3p抑制牙髓干细胞向成骨细胞分化,从而抑制成骨过程
[15]。在结核感染中,尼古丁通过抑制miR⁃296⁃3p和巨噬细胞中SIRPα的表达,减弱巨噬细胞的吞噬作用
[16]。在妊娠糖尿病患者中,miR⁃296⁃3p低表达并形成lncRNA⁃MEG8/miR⁃296⁃3p轴靶向调节胰岛素信号传导、葡萄糖代谢和炎症反应相关的基因
[17]。此外,miR⁃296⁃3p在胶质瘤表现出低表达,通过调节circHECTD1/miR⁃296⁃3p/SLC10A7轴有效抑制胶质瘤的侵袭性和发展
[18]。本研究利用TGF⁃β1诱导的肝纤维化细胞模型,在活化的HSC⁃T6细胞中miR⁃296⁃3p表达下调,且细胞中纤维化标志物α⁃SMA、Col1A1 mRNA和蛋白表达水平以及CTGF mRNA表达水平上调。过表达miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞的增殖和迁移能力,以及纤维标志物α⁃SMA、Col1A1 mRNA的表达;相反,降低miR⁃296⁃3p的表达促进HSC⁃T6细胞的增殖和迁移能力,以及纤维标志物α⁃SMA、Col1A1 mRNA的表达,以上结果证实miR⁃296⁃3p抑制HSC⁃T6细胞活化。然而,目前miR⁃296⁃3p在HF中调控机制尚不完全清楚。
ZBTB20是转录因子家族中重要一员,具有N端的BTB/POZ结构域和C端的DNA结合锌指结构域,介导蛋白⁃蛋白间的相互作用。炎症反应促进纤维化因子的分泌从而促进HF的发展
[19],ZBTB20的表达与炎症途径NF⁃κB/IκBa相关,即过表达ZBTB20降低IκBα水平并且增加磷酸化NF⁃κB的水平
[20]。在慢性自发性荨麻疹中,高表达的ZBTB20可能激活肥大细胞,从而调控细胞免疫反应
[21]。敲除
ZBTB20可降低M1极化,抑制促炎因子,抑制线粒体裂变,降低ox⁃LDL诱导的巨噬细胞氧化应激水平
[22]。在肝细胞中过表达ZBTB20和转化相关蛋白失活可诱导肝肥大、WNT/CTNNB1信号激活和肝肿瘤的发展
[23]。另外,有研究揭示ZBTB20参与肿瘤免疫,敲除ZBTB20可增强CD8
+细胞毒性T细胞的抗肿瘤活性
[24]。HBV可以整合到
ZBTB20基因中,并且在肝细胞癌患者中观察到整合与ZBTB20表达之间存在关联
[25]。以上表明,过表达ZBTB20通常与恶性肿瘤表型有关。此外,ZBTB20是小鼠肝脏再生中EGFR表达和肝细胞增殖的关键调节因子,并可能作为肝脏再生临床环境中的潜在治疗靶点
[26]。在基因表达调控的经典方式中,miRNAs与靶mRNA的3'UTR结合以调节靶基因表达
[27]。miR⁃296⁃3p通过靶向CEMIP使Wnt/β⁃catenin和PI3K/AKT通路失活,促进子痫前期的进展
[28]。在乳腺癌中,miR⁃634与ZBTB20的3'UTR结合并降低其mRNA水平
[29]。另外,circRNA通过对miR⁃876⁃3p的抑制作用促进ZBTB20的表达,进而加快乳腺癌的进展
[30]。同样,在AML细胞系中ZBTB20以类似的方式分别受到circ⁃SFMBT2/miR⁃582⁃3p和Hsa_circ_0003602/miR⁃502⁃5p/IGF1R轴的调控
[31,32]。综上所述,不同的非编码RNA可以直接或间接调控ZBTB20的表达,加快恶性肿瘤生长。然而miR⁃296⁃3p和ZBTB20在HSC⁃T6细胞中发挥的作用的关系尚不明确。
本研究通过生物信息学miRNA靶标预测工具发现miR⁃296⁃3p具有锌指和BTB结构域的互补结合序列。经过双荧光素酶基因报告实验证实,ZBTB20是miR⁃296⁃3p的功能靶基因。为了明确miR⁃296⁃3p是否靶向ZBTB20调控HSC⁃T6细胞活化。本研究通过转染miR⁃296⁃3p mimic和miR⁃296⁃3p inhibitor到HSC⁃T6细胞中,结果过表达/降低miR⁃296⁃3p分别下调/上调ZBTB20 mRNA和蛋白的表达。随后设计挽救实验,将miR⁃296⁃3p mimic和pcDNA3.1⁃ZBTB20分别转染到HSC⁃T6细胞中。结果表明,miR⁃296⁃3p对HSC⁃T6细胞活化抑制作用被过表达ZBTB20成功逆转。综上所述,miR⁃296⁃3p靶向ZBTB20发挥抑制HSC⁃T6细胞活化的作用,其参与抑制肝纤维化发生、发展的机制可能与调控细胞增殖、迁移能力有关,本文为探索miR⁃296⁃3p的抗肝纤维化作用机制提供了新思路。
作者贡献度说明:
周静:实验设计,实验操作,数据整理及分析,论文撰写;李以恒:部分数据及图片收集整理;李尹凡:部分实验操作、数据收集;崔笑妍、王梅梅:辅助实验操作;张荣花:文章修改;刘志勇:论文撰写指导;章广玲:指导实验设计,提供经费支持。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
河北省自然科学基金资助项目(H2023209047)
河北省教育厅在读研究生创新能力培养资助项目(CXZZSS2024056)