陳州華,龔 輝,馮 磊,肖玉潔,黃立中
(1.湖南省湘潭市第二人民醫(yī)院腫瘤科,湖南 湘潭 411100;2.湖南省中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院腫瘤科,湖南 長(zhǎng)沙 410006;3.湖南中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院內(nèi)科教研室,湖南 長(zhǎng)沙 410208)
乳腺癌位居女性惡性腫瘤發(fā)病的首位,2014年我國(guó)女性乳腺癌發(fā)病率為41.82/10萬(wàn),位居女性惡性腫瘤死亡的第5位,死亡率為9.90/10萬(wàn)[1]。盡管目前認(rèn)為乳腺癌是一種可以控制的疾病,但每年約有52.2人萬(wàn)死于乳腺癌,主要是出現(xiàn)了復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。因此,闡明促進(jìn)乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制,采取針對(duì)性的治療,具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。研究[2]表明:乳腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition,EMT)密切相關(guān)。EMT過(guò)程中,細(xì)胞失去極性、與周圍基質(zhì)和細(xì)胞的接觸減少,細(xì)胞的遷移及運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng),同時(shí)細(xì)胞表型發(fā)生改變,出現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞的特性,使腫瘤細(xì)胞侵襲和遷移能力增強(qiáng)。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)不僅是重要的炎性細(xì)胞因子,LPS誘導(dǎo)可增加前列腺癌細(xì)胞[3]、乳腺癌MCF-7細(xì)胞[4]、結(jié)腸癌細(xì)胞[5]、肝細(xì)胞癌細(xì)胞[6]遷移和侵襲,又是影響EMT的關(guān)鍵調(diào)控分子,可以誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[7]。三陰性乳腺癌占所有乳腺癌病理類型的15%左右,具有特殊的生物性行為和臨床病理特征,其侵襲性高,預(yù)后差。本研究探討LPS對(duì)三陰性乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞的誘導(dǎo)作用,觀察誘導(dǎo)EMT后細(xì)胞的形態(tài)及EMT標(biāo)志物及β-catenin表達(dá)情況,為進(jìn)一步控制三陰性乳腺癌的侵襲性生長(zhǎng)提供理論依據(jù)。
1.1 細(xì)胞、主要試劑和儀器人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231細(xì)胞(ER-、PR-、Her2-)來(lái)源于中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院細(xì)胞中心。LPS、PBS和青-鏈霉素(雙抗)購(gòu)自美國(guó)Solarbio公司,DMEM培養(yǎng)液、胎牛血清和胰蛋白酶購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,DMSO購(gòu)自美國(guó)Amresco公司,Alexa Fluor 488購(gòu)自美國(guó)Proteintech公司,Transwell insert購(gòu)自美國(guó)Costar公司,CCK-8購(gòu)自美國(guó)Sigma公司,兔抗人E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、波形蛋白(Vimentin)、β-catenin和β-actin多克隆抗體購(gòu)自美國(guó)ImmunoWay公司,5×SDS-PAGE Loading Buffer和羊抗鼠二抗購(gòu)自美國(guó)Vazyme公司,TRIzol購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司,RIPA蛋白裂解液和超敏化學(xué)放光顯色試劑盒購(gòu)自江蘇碧云天公司,DAPI和BCA蛋白定量試劑盒購(gòu)自美國(guó)Wellbio公司,彩色預(yù)染蛋白Marker購(gòu)自美國(guó)Fermentas公司,PVDF膜購(gòu)自美國(guó)Amersham公司,逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)自美國(guó)Promega公司,無(wú)水乙醇購(gòu)自長(zhǎng)沙華康消毒劑有限公司,多聚甲醛購(gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,氯仿購(gòu)自上?;瘜W(xué)試劑公司,異丙醇購(gòu)自上?;瘜W(xué)試劑公司,引物購(gòu)自生工生物工程(上海)股份有限公司。實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)儀、Chemi DOC XRS 凝膠成像系統(tǒng)、iMark 酶標(biāo)儀和Smart Spec Plus 核酸蛋白測(cè)定儀購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad 公司,CO2培養(yǎng)箱購(gòu)自美國(guó)Thermo公司,高速冷凍離心機(jī)購(gòu)自美國(guó)Beckman Coulter公司,低溫低速離心機(jī)購(gòu)自長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司,倒置顯微鏡購(gòu)自日本Olympus公司,熒光顯微鏡購(gòu)自日本Nikon公司,GG112-10B恒溫水浴箱購(gòu)自上海醫(yī)療器械廠,ADX-35B高壓蒸汽消毒器購(gòu)自上海申安器械廠,三氣培養(yǎng)箱購(gòu)自美國(guó)Forma公司,細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板購(gòu)自美國(guó)Crystalgen公司,電泳儀、垂直板電泳槽、水平搖床和水平電轉(zhuǎn)槽購(gòu)自北京六一儀器廠,紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)購(gòu)自上海Spectrum公司,臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)、臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)和-80℃超低溫冰箱購(gòu)自美國(guó)Thermo公司,精密分析天平購(gòu)自瑞士Mettler公司,醫(yī)用凈化工作臺(tái)購(gòu)自江蘇省吳江凈化設(shè)備總廠,超微量分光光度計(jì)購(gòu)自德國(guó)Implen公司,微量移液器購(gòu)自德國(guó)Eppendorf公司,無(wú)RNA酶EP管、無(wú)RNA酶Tip頭和PCR管購(gòu)自美國(guó)Axgene公司。
1.2 細(xì)胞培養(yǎng)在5%CO2、37℃培養(yǎng)條件下,采用含10%胎牛血清、1%青-鏈霉素雙抗的DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)細(xì)胞,2 d換液1次。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期MDA-MB-231細(xì)胞接種于細(xì)胞培養(yǎng)皿中,細(xì)胞密度為每孔5×105個(gè),待細(xì)胞生長(zhǎng)至60%融合時(shí),分為5組:0 mg·L-1LPS組(對(duì)照組)、5 mg·L-1LPS組、10 mg·L-1LPS組、20 mg·L-1LPS組和40 mg·L-1LPS組,繼續(xù)培養(yǎng)。每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
1.3 LPS的配制取10 mg LPS加10 mL PBS緩沖液溶解,以0.22 μm微孔過(guò)濾膜除菌,分裝于15 mL離心管中4℃保存?zhèn)溆?,使用時(shí)用細(xì)胞培養(yǎng)基稀釋成5、10、20和40 mg·L-1。
1.4 細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察不同濃度(0、5、10、20和40 mg·L-1)LPS處理乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞,培養(yǎng)24 h后倒置顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)的改變。
1.5 免疫熒光定位實(shí)驗(yàn)將22 mm玻片放入6孔培養(yǎng)板中,單細(xì)胞懸液滴到玻片上,將6孔板放入37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h,細(xì)胞貼壁后,按分組加入2 mL不同濃度的LPS,繼續(xù)放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。取出爬片,PBS緩沖液清洗2~3次;將爬片用4%多聚甲醛固定30 min;PBS緩沖液沖洗5 min×3次;0.3% Triton X-100通透37℃、30 min;PBS緩沖液沖洗5 min×3次;5% BSA 37℃封閉1 h;孵育一抗:滴加適當(dāng)稀釋的一抗(β-catenin),4℃過(guò)夜,PBS緩沖液沖洗5 min×3次;孵育二抗:滴加100~200 μL抗兔-IgG標(biāo)記熒光抗體,37℃孵育90 min,PBS緩沖液沖洗5 min×3次;DAPI染核:DAPI工作液37℃孵育10 min,PBS緩沖液沖洗5 min×3次;90%甘油封片。避光保存,熒光顯微鏡下觀察。
1.6 RT-qPCR法檢測(cè)E-cadherin、Vimentin和β-catenin mRNA表達(dá)水平取各組MDA-MB-231細(xì)胞采用RNAiso Plus提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,RT-qPCR法檢測(cè)各組細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin mRNA表達(dá)水平。實(shí)驗(yàn)過(guò)程按試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行,E-cadherin 和Vimentin PCR反應(yīng)條件:94℃預(yù)變性4 min,94℃變性40 s,60℃退火30 s,70℃延伸30 s,循環(huán)40次,70℃延伸10 min。β-catenin PCR反應(yīng)條件:94℃預(yù)變性4 min,94℃變性40 s,58℃退火30 s,70℃延伸30 s,循環(huán)40次,70℃延伸10 min。反應(yīng)結(jié)束后,取擴(kuò)增得到的PCR產(chǎn)物5 μL于2%瓊脂糖凝膠電泳,應(yīng)用凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行掃描。以目的基因與β-actin基因灰度值比值表示mRNA相對(duì)表達(dá)水平。引物設(shè)計(jì):在NCBI上搜索目的基因的序列,采用Primer 5軟件設(shè)計(jì)引物,由生工生物工程(上海)股份有限公司合成引物。見(jiàn)表1。
表1 RT-qPCR引物序列
1.7 Western blotting法檢測(cè)各組細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin蛋白表達(dá)水平細(xì)胞用PBS緩沖液洗3次,應(yīng)用細(xì)胞裂解液冰上裂解細(xì)胞,4℃振蕩,15 000 r·min-1離心20 min,提取細(xì)胞總蛋白,吸取上清液。按照BCA蛋白定量試劑盒使用說(shuō)明書操作,測(cè)定蛋白濃度。等量蛋白加入緩沖液,煮沸變性。清洗玻璃板,晾干,固定在制膠槽上,點(diǎn)樣(8%SDS-PAGE分離膠和4%濃縮膠)。電泳至溴酚蘭剛跑出即可終止電泳,轉(zhuǎn)至PVDF膜,TBS配制5%脫脂奶粉封閉2 h,加入一抗E-cadherin(1∶500)、Vimentin(1∶1 000)、β-catenin(1∶5 000)和β-actin(1∶1 000)4℃冰箱孵育過(guò)夜,次日TBST漂洗10 min×3次。加入1∶2 000辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記二抗(1∶2 000),室溫孵育2 h,TBST漂洗10 min×3次。使用ECL化學(xué)發(fā)光液與膜孵育3 min,顯色。凝膠成像分析儀采集圖像,以β-actin為內(nèi)參,測(cè)定目的蛋白條帶灰度值,以目的蛋白條帶灰度值與內(nèi)參蛋白條帶灰度值的比值表示目的蛋白的相對(duì)表達(dá)水平。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
2.1 各組乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞形態(tài)表現(xiàn)對(duì)照組細(xì)胞形態(tài)為圓形、橢圓形,細(xì)胞表現(xiàn)為上皮細(xì)胞表型,呈鵝卵石樣;LPS作用后,細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變,細(xì)胞拉長(zhǎng)、間隙變寬,表現(xiàn)為間質(zhì)細(xì)胞表型,呈紡錘體形,且隨著LPS濃度的增加,細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)破壞,細(xì)胞形態(tài)由紡錘體形逐漸伸出觸角。見(jiàn)圖1。
2.2 各組乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中β-catenin表達(dá)及定位與對(duì)照組比較,5、10、20和40 mg·L-1LPS組MDA-MB-231細(xì)胞中β-catenin表達(dá)增加;與5和10 mg·L-1LPS組比較,20 mg·L-1LPS組MDA-MB-231細(xì)胞中β-catenin表達(dá)增加;與20 mg·L-1LPS組比較,40 mg·L-1LPS組MDA-MB-231細(xì)胞中β-catenin表達(dá)降低。免疫熒光檢測(cè)結(jié)果提示β-catenin的表達(dá)主要在細(xì)胞核。見(jiàn)圖2(插頁(yè)四)。
A:Control group;B:5 mg·L-1 LPS group;C:10 mg·L-1 LPS group;D:20 mg·L-1 LPS group;E:40 mg·L-1 LPS group.
2.3 各組乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin mRNA表達(dá)水平與對(duì)照組比較,不同濃度LPS組MDA-MB-231細(xì)胞中Vimentin和β-catenin mRNA表達(dá)水平升高(P<0.05或P<0.01),E-cadherin mRNA表達(dá)水平降低(P<0.05或P<0.01),并且隨著LPS濃度的升高呈現(xiàn)一定的劑量依賴性,20 mg·L-1LPS組最明顯。見(jiàn)圖3。
2.4 各組 MDA-MB-231細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin蛋白表達(dá)水平與對(duì)照組比較,不同濃度LPS組MDA-MB-231細(xì)胞中Vimentin和β-catenin蛋白表達(dá)水平升高(P<0.05或P<0.01),E-cadherin蛋白表達(dá)水平降低(P<0.05或P<0.01),并且隨著LPS濃度的升高呈現(xiàn)一定的劑量依賴性,20 mg·L-1LPS組最明顯。見(jiàn)圖4和圖5。
n=3.*P<0.05,**P<0.01 compared with control group;△P<0.05 compared with 5 mg·L-1LPS group;#P<0.05 compared with 10 mg·L-1LPS group;○P<0.05 compared with 20 mg·L-1LPS group.
圖3 各組MDA-MB-231細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin mRNA 表達(dá)水平
Fig.3 Expression levels of E-cadherin, Vimentin and β-catenin mRNA in MDA-MB-231 cells in various groups
n=3.*P<0.05,**P<0.01 compared with control group;△P<0.05 compared with 5 mg·L-1LPS group;#P<0.05 compared with 10 mg·L-1LPS group;○P<0.05 compared with 20 mg·L-1LPS group.
圖4 各組MDA-MB-231細(xì)胞中E-cadherin、Vimentin和β-catenin 蛋白表達(dá)水平
Fig.4 Expression levels of E-cadherin, Vimentin and β-catenin proteins in MDA-MB-231 cells in various groups
Lane 1: Control group; Lane 2: 5 mg·L-1LPS group; Lane 3: 10 mg·L-1LPS group; Lane 4: 20 mg·L-1LPS group; Lane 5: 40 mg·L-1LPS group.
圖5 Western blotting法檢測(cè)各組MDA-MB-231細(xì)胞中蛋白表達(dá)電泳圖
Fig.5 Electrophoregram of expressions of proteins in MDA-MB-231 cells in various groups detected by Western blotting method
乳腺癌的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移與EMT有密切關(guān)系,EMT是上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過(guò)程,上皮源性惡性腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟之一,被稱為腫瘤中“沉睡的胚胎發(fā)育程序”,一旦該沉睡的程序被喚醒,便意味著腫瘤惡性轉(zhuǎn)化的開始。主要表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變,上皮細(xì)胞的極性喪失,細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)破壞,由鵝卵石樣上皮細(xì)胞表型向紡錘樣間質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換。EMT過(guò)程中,細(xì)胞失去極性、與周圍基質(zhì)和細(xì)胞的接觸減少,細(xì)胞的遷移及運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng),同時(shí)細(xì)胞表型發(fā)生改變,出現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞的特性。以往實(shí)驗(yàn)[8]證明:維持細(xì)胞連接穩(wěn)定需要E-cadherin的存在,抗E-cadherin抗體可破壞細(xì)胞間連接,并可誘發(fā)上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化;Vimentin在EMT發(fā)生后表達(dá)增多,且具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)移的作用。
LPS是組成革蘭陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁成分之一,具有廣泛的生物學(xué)活性[9],研究[7, 10-11]發(fā)現(xiàn):LPS不僅是重要的炎性細(xì)胞因子,又是影響EMT的關(guān)鍵調(diào)控分子,可以誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移,LPS刺激乳腺癌細(xì)胞發(fā)生侵襲或轉(zhuǎn)移。
LPS能促進(jìn)胃癌細(xì)胞[12]和膀胱癌細(xì)胞[13]的增殖,能促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞[14]和前列腺癌細(xì)胞[3]的增殖、遷移和侵襲,可增加乳腺癌MCF-7細(xì)胞[4]、結(jié)腸癌細(xì)胞[5]和肝細(xì)胞癌細(xì)胞[6]遷移、侵襲,可誘導(dǎo)乳腺癌MDA-MB-231[8]和MCF-7[15]細(xì)胞發(fā)生EMT。KIM等[16]研究顯示:LPS通過(guò)獲得間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物(Vimentin和N-cadherin),抑制上皮細(xì)胞標(biāo)志物(E-cadherin),誘導(dǎo)膽管上皮細(xì)胞EMT。ZHANG等[17]研究發(fā)現(xiàn):LPS可誘導(dǎo)小鼠肺組織EMT,促進(jìn)纖維化。HE等[18]研究發(fā)現(xiàn):LPS可誘導(dǎo)口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞遷移和EMT,從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。也正是考慮到LPS在腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)的EMT分子機(jī)制中所發(fā)揮的重要角色[19],LPS作為各種上皮細(xì)胞的EMT誘導(dǎo)因子而廣泛應(yīng)用于上皮細(xì)胞間質(zhì)化的研究過(guò)程中[20]。EMT的進(jìn)程在乳腺癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要的作用,近年來(lái),許多研究集中在EMT的誘導(dǎo)機(jī)制,研究者[21]發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin與調(diào)控EMT過(guò)程中的分子調(diào)節(jié)有關(guān)。
Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活的關(guān)鍵是β-catenin降解障礙,從而使胞漿內(nèi)游離的β-catenin聚集,當(dāng)積聚到一定濃度時(shí)開始向胞核轉(zhuǎn)移,與LEF/TCF結(jié)合進(jìn)入胞內(nèi),激活下游的靶基因轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展[22]。Wnt/β-catenin信號(hào)通路的失調(diào)與乳腺癌的發(fā)生密切相關(guān)[23],在乳腺癌中β-catenin可發(fā)生突變、聚集,激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路,可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。
研究[24]顯示:乳腺癌EMT與Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān),在浸潤(rùn)性乳腺導(dǎo)管癌的EMT中,Wnt/β-catenin信號(hào)通路表達(dá)上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)[25]發(fā)現(xiàn):β-catenin的敲低導(dǎo)致上皮E-cadherin表達(dá)的減少,MDA-MB-231細(xì)胞中細(xì)胞遷移率和Vimentin蛋白表達(dá)的升高。國(guó)內(nèi)研究[26]顯示:下調(diào)β-catenin組細(xì)胞穿膜細(xì)胞數(shù)和遷移距離明顯少于MDA-MB-231組和對(duì)照組。通過(guò)下調(diào)β-catenin阻止Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活,可降低乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞間質(zhì)表型的表達(dá),促進(jìn)上皮表型的表達(dá),從而降低細(xì)胞的體外侵襲和遷移能力。
本研究結(jié)果顯示:LPS作用后三陰性乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞出現(xiàn)典型的EMT形態(tài)改變,細(xì)胞拉長(zhǎng)、間隙變寬,表現(xiàn)為間質(zhì)細(xì)胞表型,呈紡錘體形,且隨著LPS濃度的升高,細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)破壞,細(xì)胞形態(tài)由紡錘體形逐漸伸出觸角。有實(shí)驗(yàn)[27]證明LPS能刺激小鼠黑色素瘤細(xì)胞系(B16F10)增殖,呈時(shí)間和劑量的依賴性,5 mg·L-1LPS作用24 h后活性較強(qiáng)。本研究免疫熒光實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示:β-catenin的表達(dá)主要在細(xì)胞核,且20 mg·L-1LPS組β-catenin表達(dá)最明顯;RT-qPCR法和Western blotting法檢測(cè)結(jié)果顯示,LPS誘導(dǎo)后MDA-MB-231細(xì)胞中EMT的上皮細(xì)胞標(biāo)記物E-cadherin表達(dá)下調(diào),間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物Vimentin表達(dá)上調(diào),使其獲得間質(zhì)化表型,即乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞在LPS的誘導(dǎo)下發(fā)生EMT,與金一等[15]的研究結(jié)果一致,與LPS誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞MCF-7發(fā)生EMT[8]的研究結(jié)論相似。
綜上所述,LPS誘導(dǎo)MDA-MB-231細(xì)胞通過(guò)下調(diào)E-cadherin表達(dá)與上調(diào)Vimentin和β-catenin表達(dá)調(diào)控EMT,而乳腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移是多因素多步驟的復(fù)雜過(guò)程,對(duì)于LPS調(diào)控EMT的機(jī)制及可能存在的Wnt/β-catenin信號(hào)通路信號(hào)分子還有待進(jìn)一步探討。
吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)2020年2期