蛋白酶體β亞基4型對(duì)人肝癌SMMC7721細(xì)胞增殖存活的影響

陸 謙， 程 欣， 夏振國， 陳 鐘

1 南通大學(xué)附屬醫(yī)院 肝膽外科， 江蘇 南通 226001； 2 南通市通州區(qū)人民醫(yī)院 普外科， 江蘇 南通 226300

肝細(xì)胞癌(以下簡稱肝癌)是最常見的肝臟惡性腫瘤。據(jù)最新癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國男女患者的肝癌發(fā)病率均位居全球首位[1-2]。研究[3]證實(shí)肝癌的發(fā)生是一個(gè)多基因參與、多步驟改變的復(fù)雜過程，而目前對(duì)肝癌發(fā)生發(fā)展的精確分子機(jī)制仍不完全清楚。蛋白酶體是一種多亞基復(fù)合物，可選擇性地降解80%～90%的細(xì)胞內(nèi)蛋白，并參與幾乎所有的細(xì)胞過程[4]。蛋白酶體β亞基4型(PSMB4)被鑒定為第一個(gè)具有致癌特性的蛋白酶體亞基，可以促進(jìn)體內(nèi)癌細(xì)胞的存活和腫瘤生長[5]。目前，PSMB4對(duì)人類肝癌細(xì)胞的功能影響尚不清楚。本研究擬通過短發(fā)夾RNA技術(shù)(shRNA)探討PSMB4對(duì)肝癌SMMC7721細(xì)胞增殖存活的影響及其可能的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料 SMMC7721細(xì)胞株購自上海吉?jiǎng)P生物科技有限公司；RPMI-1640培養(yǎng)基、胎牛血清、青鏈霉素混合液購自美國Gibco公司；Lipofectamine 2000脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染試劑盒購自美國Invitrogen公司；0.25%的胰蛋白酶購自美國Thermo公司；兔抗人PSMB4單克隆抗體、GAPDH單克隆抗體、HRP標(biāo)記山羊抗兔IgG抗體、細(xì)胞裂解液購自美國Abcam公司；蛋白marker，轉(zhuǎn)印濾紙、PVDF膜、磷酸鹽緩沖液、SDS-PAGE蛋白上樣緩沖液、BCA蛋白定量試劑盒，Western Blot試劑盒、超敏ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒，MTT試劑盒、細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒均購自江蘇碧云天公司。本研究方案經(jīng)由南通大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)審批(批號(hào)：2018-L006)。

1.2 方法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)及傳代 細(xì)胞培養(yǎng)于含有10%胎牛血清以及1%雙抗(青鏈霉素混合液)的RPMI-1640細(xì)胞培養(yǎng)基中，培養(yǎng)環(huán)境為37 ℃，5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱。待細(xì)胞生長至80%～90%時(shí)，吸凈培養(yǎng)液，磷酸鹽緩沖液清洗，0.25%胰酶消化，加培養(yǎng)液吹打均勻成細(xì)胞懸液，按1∶2的比例傳代培養(yǎng)。

1.2.2 PSMB4干擾序列及細(xì)胞轉(zhuǎn)染 3個(gè)干擾PSMB4特異性shRNA載體及一個(gè)空shRNA載體由上海吉?jiǎng)P生物科技有限公司合成，其3個(gè)序列分別為shRNA1-GTTGAAATAGAGGGACCAT、shRNA2-CGAGTCAACAACAGTACCA、shRNA3-GGTGATTGATGAGGAGCTT。細(xì)胞培養(yǎng)至80%～90%時(shí)，加入用培養(yǎng)基稀釋的shRNA載體及轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000，輕輕吹打混勻，培養(yǎng)48 h后收集細(xì)胞用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 平板克隆實(shí)驗(yàn) 將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞懸液接種在6孔培養(yǎng)板上，每孔1000個(gè)細(xì)胞，設(shè)置3個(gè)復(fù)孔，培養(yǎng)至絕大多數(shù)單個(gè)克隆中細(xì)胞數(shù)大于50時(shí)，每孔加入1 ml 4%多聚甲醛，固定30 min，加入潔凈、無雜質(zhì)GIEMSA染液500 μl，靜置15 min，數(shù)碼相機(jī)拍照，統(tǒng)計(jì)克隆計(jì)數(shù)。

1.2.4 MTT測(cè)定 在96孔板中加入轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞懸液，每孔2000個(gè)細(xì)胞，設(shè)置3個(gè)復(fù)孔，鋪板5張，放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別在第2、3、4、5天，培養(yǎng)終止前4 h加入20 μl 5 mg/ml的MTT溶液，4 h后吸凈培養(yǎng)液，不吸掉孔板底部的甲瓚顆粒，加100 μl DMSO溶解甲瓚顆粒，振蕩5 min，酶標(biāo)儀490 nm檢測(cè)光密度(OD)值。

1.2.5 流式細(xì)胞儀凋亡檢測(cè) 運(yùn)用流式細(xì)胞儀Annexin-V PI復(fù)然法評(píng)估細(xì)胞凋亡情況。將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞懸液稀釋至細(xì)胞密度為106個(gè)/ml，取100 μl至FACS管中并分別加入5 μl Annexin V-PE和5 μl 7-AAD混勻，避光室溫孵育10 min，加入400 μl緩沖液，繼續(xù)孵育5 min，使用流式細(xì)胞儀分析檢測(cè)。

1.2.6 Western Blot分析 將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞使用胰酶消化，收集上清液，測(cè)定蛋白質(zhì)濃度，并調(diào)節(jié)至相同濃度。然后，利用10%聚丙烯酰胺凝膠電泳分離細(xì)胞總蛋白，轉(zhuǎn)移至PVDF膜。使用5%脫脂奶粉封閉，加入相應(yīng)一抗，孵育過夜后加入相應(yīng)的二抗，再次孵育4 h。最后，加入ECL發(fā)光液，顯示與抗體相結(jié)合的蛋白條帶。使用Image Lab 3.0軟件測(cè)定每個(gè)條帶的相對(duì)強(qiáng)度。

2 結(jié)果

2.1 PSMB4基因的干擾效率 Western Blot檢測(cè)3個(gè)shRNA序列的干擾效率，如圖1所示，shCtrl組(對(duì)照組)、shRNA1組、shRNA2組及shRNA3組中PSMB4的相對(duì)表達(dá)量分別為0.911 3±0.007 7，0.568 9±0.013 0，0.437 8±0.013 2，0.220 2±0.006 7。與空載對(duì)照組相比，3個(gè)干擾序列展現(xiàn)的干擾效果差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(shRNA1：t=22.67，P<0.000 1；shRNA2：t=30.88，P<0.000 1；shRNA3：t=67.82，P<0.000 1)。其中shRNA3序列對(duì)PSMB4的干擾效率最高，干擾效率約為80%，因此選擇shRNA3序列作為實(shí)驗(yàn)組，用于后續(xù)細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)。

圖1 SMMC7721細(xì)胞系中干擾PSMB4效率驗(yàn)證

2.2 干擾PSMB4表達(dá)對(duì)SMMC7721細(xì)胞增殖及克隆形成的影響 干擾PSMB4表達(dá)后，MTT檢測(cè)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組第4、5天細(xì)胞OD490值低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)(表1)。克隆形成實(shí)驗(yàn)顯示實(shí)驗(yàn)組中SMMC7721細(xì)胞集落數(shù)目明顯少于對(duì)照組(圖2)。

表1 MTT檢測(cè)兩組細(xì)胞的OD490值

圖2PSMB4干擾后對(duì)SMMC7721細(xì)胞克隆形成能力的影響

2.3 干擾PSMB4表達(dá)對(duì)SMMC7721細(xì)胞凋亡率的影響 干擾PSMB4表達(dá)后，流式細(xì)胞凋亡檢測(cè)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞的早期凋亡率、晚期凋亡率及總凋亡率均明顯高于對(duì)照組(P值均<0.05)(圖3，表2)。

圖3 PSMB4干擾后對(duì)SMMC7721細(xì)胞凋亡的影響

表2 流式細(xì)胞儀檢測(cè)兩組細(xì)胞的凋亡率(%)

2.4 干擾PSMB4表達(dá)對(duì)核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路的影響 干擾PSMB4表達(dá)后，Western Blot檢測(cè)NF-κB信號(hào)通路中相關(guān)蛋白的表達(dá)。結(jié)果如圖4所示，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組中NF-κB亞基p65蛋白(pNF-κB)的相對(duì)表達(dá)量分別為0.801 5±0.012 0、0.284 1±0.011 0，而NF-κB抑制蛋白α(IκBα)的相對(duì)表達(dá)量分別為0.481 6±0.011 2、0.658 3±0.014 2。與空載對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組肝癌SMMC7721細(xì)胞中pNF-κB蛋白表達(dá)顯著降低(t=31.830，P<0.0001)，IκBα蛋白表達(dá)顯著增加(t=9.774，P=0.000 6)。

3 討論

近年來，研究[6-7]表明蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病、心功能不全和癌癥等多種疾病的發(fā)生。蛋白酶體是維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的一種重要的多亞基復(fù)合物，最近有多項(xiàng)研究[8]表明，其在多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。例如，在乳腺癌細(xì)胞中，干擾蛋白酶體亞基PSMB5的表達(dá)可以抑制細(xì)胞的生長并能激活防御性M1巨噬細(xì)胞[9]；而在肝癌細(xì)胞中，干擾蛋白酶體亞基PSMB2表達(dá)可以抑制細(xì)胞的增殖和侵襲[10]。目前已有多種蛋白酶體抑制劑，如硼替佐米等作為化療藥物被用于臨床惡性腫瘤的治療。因此，抑制蛋白酶體活性在治療癌癥中具有可觀的應(yīng)用前景[11-12]。

圖4干擾PSMB4表達(dá)對(duì)NF-κB信號(hào)通路相關(guān)蛋白表達(dá)的影響

PSMB4即26S蛋白酶體β亞基4型，此基因位于1q21，mRNA為925 bp，含有7個(gè)外顯子, 編碼29 kD大小的蛋白，主要分布于細(xì)胞核和細(xì)胞漿中[13]。最近的研究[5,14]表明，PSMB4可以促進(jìn)包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤、乳腺癌等多種惡性腫瘤細(xì)胞的異常增殖。在本研究中，筆者通過shRNA干擾技術(shù)成功構(gòu)建了PSMB4表達(dá)降低的SMMC7721細(xì)胞，并通過MTT、克隆形成實(shí)驗(yàn)和流式細(xì)胞儀凋亡檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組細(xì)胞相比，干擾PSMB4表達(dá)可以抑制肝癌SMMC7721細(xì)胞的增殖存活。此外，據(jù)報(bào)道[15]蛋白酶體可以降解IκBα，從而激活NF-κB通路介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的生長與存活。在之前的研究中，有學(xué)者[16]發(fā)現(xiàn)PSMB4可以通過NF-κB-miR-21通路調(diào)控多發(fā)性骨髓瘤的發(fā)生發(fā)展。而在卵巢癌細(xì)胞中，抑制PSMB4表達(dá)可以下調(diào)NF-κB通路的活性，并增加NF-κB介導(dǎo)的蛋白質(zhì)表達(dá)，如cyclin D1和cyclin E[17]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，干擾PSMB4在肝癌細(xì)胞中同樣可以影響NF-κB通路相關(guān)蛋白的表達(dá)變化。這些結(jié)果表明，PSMB4可能通過激活NF-κB通路導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的生長增殖，促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)展。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了干擾PSMB4可以抑制肝癌SMMC7721細(xì)胞的增殖與存活，其機(jī)制可能是抑制了NF-κB通路活性。然而，具體的作用機(jī)制尚未完全闡明，有待于進(jìn)一步的深入研究。