李美 樓姣英 耿韋華 喬曉葉
清毒栓是金哲教授研究多年并在臨床上已取得較好療效的中成藥,臨床主要用于治療宮頸炎、宮頸人乳頭瘤病毒(Human Papilloma Virus,HPV)感染、宮頸上皮內(nèi)瘤變等,并取得了較滿意的療效[1-3]。前期課題研究發(fā)現(xiàn)清毒栓含藥血清對SiHa細胞體外增殖有明顯的抑制作用,可直接抑制SiHa細胞的生長、調(diào)節(jié)周期、促進凋亡,可能通過對陰道局部免疫微環(huán)境的調(diào)節(jié)作用,起到抗病毒的作用[2],并可能通過調(diào)控PTEN-Mdm2-p53網(wǎng)絡環(huán)路的分子機制,達到抑制腫瘤的目的[4-5]。本課題體內(nèi)實驗研究發(fā)現(xiàn)中藥清毒栓灌胃處理可以顯著抑制宮頸癌荷瘤小鼠腫瘤細胞增殖并促進其凋亡,且濃度越高,療效越顯著;清毒栓能夠上調(diào)干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)水平,降低轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β,TGF-β1)和白介素-10(interleukin- 10,IL-10)含量,可能逆轉微環(huán)境中的免疫抑制[6],從而具有一定的抗病毒作用。體外研究發(fā)現(xiàn)清毒栓通過調(diào)節(jié)叉狀頭/翅膀狀螺旋轉錄因子(Forkhead box P3,Foxp3)影響β-連環(huán)蛋白(β-catenin)通路從而抑制SiHa細胞的機制[7]。為進一步探究機理,在前期基礎上,本實驗以人宮頸癌SiHa細胞為研究對象,觀察清毒栓含藥血清對SiHa細胞凋亡途徑相關基因及蛋白的表達影響,為該藥臨床應用提供更充足的理論依據(jù)。
清潔級C57BL/6小鼠22只,日齡49天,購自三峽大學實驗動物中心,許可證號:SCXX(鄂),2017-0012。分籠飼養(yǎng),溫度24~26℃,相對濕度50%~60%,通風良好,每日光照12小時,晝夜交替;人宮頸癌SiHa細胞,購自中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所。
清毒栓(專利號:ZL 201010109562.1),主要組成為紫草、莪術、黃柏等,均購自北京同仁堂藥店,將復方藥物分別醇提(紫草)、油提(莪術)、水煎(黃柏),去渣后一副藥濃縮至20 mL,終濃度約為4.2 g/mL,高溫消毒后于4℃冰箱密封保存。
超凈工作臺(蘇州凈化設備有限公司,SW-CJ-1FD);電熱恒溫水浴鍋(北京市長風儀器儀表公司,HW-SY11-KP2);凝膠掃描儀(Beckmancoulter,CytoFLEX);流式細胞儀(BD Biosciences,F(xiàn)ACSCalibur);PCR擴增儀(北京東勝創(chuàng)新生物科技有限公司,EDC-810);垂直電泳儀(北京六一儀器廠,DYCZ-24DN);MultiskanMK3酶標儀(Thermo,mμlISKANMK3)等。
磷酸緩沖鹽溶液、胎牛血清FBS(Gibco,16000-044);改良Eagle培養(yǎng)基(Dulbecco’s modification of Eagle's medium,DMEM)(Gibco,11965118);lip-2000(ThermoFisher,11668019);含有苯甲基磺酰氟(Phenylmethylsulfonyl fluoride,PMSF)(南京沃宏,329-98-6)的裂解液(碧云天,P0013B);樣品緩沖液(15 g SDS,15.6 mL 2 M Tris pH 6.8,57.5 g glycerol,16.6 mL β-mercaptoethanol);聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜(Bio-Rad,162-0177);GSK126;pGEM-Foxp3(北京義翹神州科技有限公,HG11652-G);Foxp3抗體(1∶1000,Affinity,BF0630)、EZH2抗體(1∶1000,Affinity AF5150)、G1/S-特異性周期蛋白-D1抗體(1∶1000;Affinity,AF0931)、活化的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3(Caspase-3)抗體(1∶1000,Affinity,AF6311)、c-Myc抗體(1∶1000,Affinity,AF0358)、β-catenin抗體(1∶1000,Affinity,AF6266);甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde phosphate dehydrogenase,GAPDH)抗體(1∶2500,Abcam,AB9485);辣根過氧化物酶二抗(Dianova,Hamburg,Germany);電化學發(fā)光顯影液(Bio-Rad,170-5060);八肽膽囊收縮素檢測試劑盒(cholecystokinin-8,CCK-8)(七海生物公司,20150520);瓊脂糖凝膠(Biowest,111860);染色質免疫沉淀檢測試劑盒(Beyotime,P2078)。
將22只清潔級C57BL/6小鼠隨機分為空白組和藥物組,每組11只;分別用PBS和中藥對兩組小鼠進行灌胃,早晚各1次,每次灌胃量為0.4 mL,連續(xù)灌胃3天;兩組小鼠均于最后1次給藥后1~2小時摘眼球取血;將血液靜置30分鐘后,3000 r/min,離心半徑14 cm,離心10分鐘,取上清分裝到1 mL無菌EP管中,保存至-80℃冰箱備用。用前56℃水浴30分鐘,滅活補體。
將SiHa細胞使用含有10%FBS的DMEM培養(yǎng)基在37℃、5%CO2條件下培養(yǎng),視細胞生長情況用0.25%胰蛋白酶每周傳代2次。當細胞穩(wěn)定并進入對數(shù)生長期時開始用于實驗。
實驗分為6組,EZH2抑制劑GSK126(10 μM)處理1小時后再進行含藥血清或對照血清處理,本研究設15%空白血清組,15%含藥血清組,15%空白血清+空白溶劑,15%空白血清+GSK126組,15%含藥血清+空白溶劑組,15%含藥血清+GSK126組。
實驗步驟:交聯(lián)→解交聯(lián)→超聲打碎→免疫沉淀→洗滌→DNA純化→PCR檢測。將長鏈的DNA打碎成不同長度的啟動子引物序列。結果見表1。取5 μL的PCR擴增產(chǎn)物加入2%瓊脂糖凝膠于凝膠掃描儀中電泳檢測含藥血清處理對Foxp3啟動子區(qū)組蛋白甲基化水平影響。
表1 Fopx3啟動子區(qū)引物序列信息
分別用空白血清和15%含藥血清SiHa細胞進行血清培養(yǎng)72小時,之后用含有PMSF的裂解液裂解后測定濃度,配膠完成鈉十二烷基的硫酸鹽聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)蛋白質電泳,并轉移至PVDF膜上,用含0.1% Tween的4%牛奶封閉液,加入EZH2抗體和GAPDH抗體,4℃孵育過夜,洗膜、顯影、圖像進行3次采集并分別計算目標蛋白與內(nèi)參GAPDH灰度值的比值。
根據(jù)RNA提取試劑盒RNeasy MiniKit(Qiagen,74106)說明書提取RNA并對DNA酶DNase進行消化(RNase-Free DNase Set,Qiagen,79254)。cDNA合成使用大容量cDNA反轉錄試劑盒(Applied Biosystems,4368813)。按照使用手冊將預混SYBR Green I熒光染料的樣本用qRT-PCR系統(tǒng)(Applied Biosystems,Step One Plus Real-Time PCR)進行qRT-PCR反應。檢測Foxp3和的mRNA水平以GAPDH為對照,采用2-ΔΔct方法計算測定3次不同樣品中基因的相對表達量。反應條件:qRT-PCR循環(huán)參數(shù)設定:95℃ 3分鐘,95℃ 30秒,62℃ 40秒,共40個循環(huán)。結果見表2。
表2 基因引物序列
經(jīng)血清培養(yǎng)后,用WB法分別對15%空白血清+空白溶劑組,15%空白血清+GSK126組,15%含藥血清+空白溶劑組,15%含藥血清+GSK126組4組細胞中Foxp3蛋白及其下游信號分子β-catenin、c-Myc癌基因、細胞周期蛋白D1(Cyclin D1)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3(Caspase-3)蛋白的相對表達量分別進行3次檢測,具體檢測方法同上。
取對數(shù)生長期SiHa細胞,經(jīng)胰酶消化、離心、細胞計數(shù)后,調(diào)整細胞懸液密度為1×105個/mL,接種于規(guī)格為96孔的培養(yǎng)板內(nèi)(150 μL/孔),24小時以后提取培養(yǎng)完成的貼壁細胞,在兩組EZH2抑制劑GSK126(10 μM)處理組及兩組空白溶劑組中的兩組細胞中再進行含藥血清/對照血清處理。過表達質粒組及兩組空白質粒組中以150 μL/孔分別加入含藥血清和空白血清,各組設5復孔。將培養(yǎng)板置于5% CO2培養(yǎng)箱中孵育72小時后,每孔加入10 μL CCK-8試劑,混勻,采用Multiskan MK3酶標儀在450 nm雙波長處分別測得3次相應的吸光值(OD值)。
Foxp3啟動子-370—-520區(qū)域檢測出甲基化條帶,15%含藥血清組與空白血清組相比,該區(qū)域甲基化條帶明顯增寬。結果見圖1。
圖1 清毒栓含藥血清對Foxp3啟動子不同序列區(qū)組蛋白甲基化水平影響
引物1對應Foxp3-200—-350啟動子區(qū)域,引物2對應Foxp3-370—-520啟動子區(qū)域,引物3對應Foxp3-700—-850啟動子區(qū)域,引物4對應Foxp3-900—-1050啟動子區(qū)域。結果見圖2。
圖2 清毒栓含藥血清對Foxp3啟動子組蛋白甲基化影響
15%含藥血清組與空白血清組相比,SiHa細胞中EZH2蛋白相對表達量顯著增加(P<0.05)。見圖3、表3。
注:A:15%空白血清組;B:15%含藥血清組。
表3 WB法檢測清毒栓含藥血清對SiHa細胞EZH2蛋白表達的影響
為了說明含藥血清誘導的Foxp3表達下調(diào)與EZH2有關,采用EZH2抑制劑GSK126,研究其對SiHa細胞凋亡的影響。GSK126造模時間72小時,測OD值。結果顯示:15%空白血清+GSK126組與15%空白血清+空白溶劑組相、15%含藥血清+GSK126組與15%含藥血清+空白溶劑組,OD值顯著升高(P<0.05);15%含藥血清+空白溶劑組與15%空白血清+空白溶劑組、15%含藥血清+GSK126組與15%空白血清+GSK126組相比,OD值顯著降低(P<0.05)。見表4。
表4 CCK-8檢測各處理組SiHa細胞活性
分別用15%含藥血清處理后,mRNA表達含量明顯降低(P<0.05);GSK126處理后,表達含量明顯升高(P<0.05)。且EZH2抑制劑GSK126可以逆轉含藥血清誘導的Foxp3的mRNA表達降低(P<0.05)。見表5。
表5 WB法檢測各組SiHa細胞Foxp3蛋白相對表達含量
分別用15%含藥血清處理后,蛋白表達含量明顯降低(P<0.05);GSK126處理后,蛋白含量明顯升高(P<0.05)。且EZH2抑制劑GSK126可以逆轉含藥血清誘導的Foxp3蛋白的表達降低(P<0.05)。見圖4、表6。
表6 qRT-PCR法檢測各組SiHa細胞Foxp3 mRNA相對表達含量
分別用15%含藥血清和GSK126處理Control-15%+solvent組,含藥血清處理后,β-catenin、Cyclin D1、c-Myc蛋白含量顯著降低(P<0.05),Caspase-3蛋白含量顯著增加(P<0.05);GSK126處理后,β-catenin、Cyclin D1、c-Myc蛋白含量顯著增加(P<0.05),Caspase-3蛋白含量顯著降低(P<0.05)。EZH2抑制劑GSK126可以逆轉含藥血清誘導的β-catenin、Cyclin D1、c-Myc蛋白含量降低及Caspase3蛋白含量增加。見圖5、表7。
注:C:15%空白血清+空白溶劑組;D:15%空白血清+GSK126組;E:15%含藥血清+空白溶劑組;F:15%含藥血清+GSK126組。
注:(1)C:15%空白血清+空白溶劑組;D:15%空白血清+GSK126組;E:15%含藥血清+空白溶劑組;F:15%含藥血清+GSK126組。
表7 WB法檢測各組SiHa細胞Foxp3下游信號因子相對表達含量
宮頸癌是導致全球女性死亡的第二大惡性腫瘤[8],僅次于乳腺癌,發(fā)病率在我國女性生殖道惡性腫瘤中居第一位。臨床研究表明,持續(xù)的HPV感染是宮頸癌發(fā)生的必要因素,此外,宿主細胞基因的遺傳和表觀遺傳學改變對于宮頸癌前病變向浸潤性癌癥的發(fā)展至關重要。根據(jù)致病危險性不同,HPV分為高危型和低危型,高危型HPV16、18型是最主要的兩種致癌性HPV,分別占宮頸癌發(fā)病的55%~60%、10%~15%,其他類型的HPV感染有地域性差異[9-10]。HPV主要通過感染皮膚和宮頸鱗狀細胞的基底細胞產(chǎn)生損傷,其中大多數(shù)女性體內(nèi)的HPV會被自身免疫系統(tǒng)清除,并不產(chǎn)生病變,而一部分女性體內(nèi)的HPV會產(chǎn)生持續(xù)性感染,若不予以及時干預,HPV將以環(huán)狀DNA方式自我復制,隨著病情進展整合到宿主細胞DNA中,造成宿主細胞異常分化引發(fā)癌變。所以機體免疫力,尤其是宮頸局部免疫微環(huán)境對HPV的清除至關重要。表觀遺傳學改變是指在核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下,基因表達發(fā)生可遺傳的變化。DNA甲基化是目前研究最清楚且最重要的表觀遺傳修飾形式,HPV基因甲基化改變及其對宿主DNA甲基化的影響,在宿主細胞癌變過程中發(fā)揮重要作用。局部免疫微環(huán)境中的調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory Tcells,Treg)是具有免疫調(diào)節(jié)作用的T細胞亞群,具有免疫低反應及免疫抑制作用,在宮頸局部免疫微環(huán)境中維持著機體免疫耐受和免疫穩(wěn)態(tài)的作用。Foxp3作為天然Treg的可靠標記物[11],是Treg細胞的重要轉錄因子,對維持其免疫抑制起決定性作用。Foxp3在不同癌癥中扮演著不同角色,如在乳腺癌、前列腺癌、胃癌中扮演著抑癌基因角色,而在胰腺癌及非小細胞肺癌中起著促癌作用[12];EZH2是一種較為常見的組蛋白甲基轉移酶,是癌癥的重要表觀遺傳調(diào)控因子,可以通過調(diào)控組蛋白H3K27三甲基化(H3K27me3),從而抑制Foxp3轉錄表達[13],最終影響Treg細胞分化和功能維持。本課題組前期研究結果顯示,F(xiàn)oxp3在宮頸癌SiHa細胞中扮演原癌基因的角色。但是否與EZH2有關,具體通過何種途徑抑制SiHa細胞活性,需要深入基因表觀遺傳學及分子信號通路方面。本研究以宮頸癌SiHa細胞為研究對象,探討清毒栓含藥血清通過對SiHa細胞中EZH2及Foxp3表達的影響進而調(diào)控β-catenin信號通路,最終抑制宮頸SiHa細胞活性的機制,進一步闡明清毒栓作用的分子機制,為臨床治療宮頸HPV感染提供理論依據(jù)。
近年來,腫瘤的局部免疫環(huán)境成為腫瘤研究領域的熱點,研究發(fā)現(xiàn),在腫瘤的早期,機體的全身免疫功能并未出現(xiàn)明顯的改變,但是腫瘤局部即已存在免疫抑制,而宮頸HR-HPV感染以及宮頸癌的發(fā)生與宮頸局部免疫微環(huán)境有著密切的關系。局部免疫微環(huán)境中Treg細胞是具有免疫調(diào)節(jié)作用的T細胞亞群,在腫瘤局部免疫反應中起決定性作用。Foxp3作為Treg重要的轉錄因子,是Treg細胞的重要標記物,對Treg細胞的分化和免疫抑制功能起決定性作用[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)Foxp3在宮頸癌組織中表達升高,并與腫瘤的分期及生物學行為密切相關,由此可作為宮頸癌的篩查、術前疾病評估和術后隨訪的輔助指標, 也為臨床靶向干預提供了理論依據(jù)[16]。腫瘤細胞表達的Foxp3促進腫瘤免疫逃逸,F(xiàn)oxp3可能通過非Treg細胞依賴的其他機制來影響腫瘤免疫微環(huán)境,進而促成腫瘤的免疫逃逸[15,17],臨床研究發(fā)現(xiàn),去除癌癥患者CD4+CD25+Foxp3+Treg細胞可提高宿主局部免疫功能并對抗腫瘤起一定積極作用[18]。啟動子甲基化以及相關的組蛋白修飾的改變能夠影響染色質構象和組織特異性基因表達的表觀遺傳學修飾[19],F(xiàn)oxp3啟動子區(qū)組蛋白甲基化修飾等表觀遺傳調(diào)控對于控制Treg細胞基因特別是Foxp3基因的表達起到很關鍵的作用,DNA甲基化是最常見的表觀遺傳修飾形式,DNA高甲基化與基因沉默相關聯(lián),而去甲基化則與基因表達活性增加有關[20]。所以Foxp3啟動子區(qū)組蛋白甲基化水平升高可能抑制其轉錄水平,降低Foxp3的表達。
Foxp3基因的表達調(diào)控中組蛋白H3K27的甲基化修飾起到重要作用。目前已知組蛋白H3K27的甲基化修飾受Polycomb基因家族蛋白復合體調(diào)控。Polycomb基因家族主要包括以mi1-Ring1b為核心組分的PRC1復合體以及以EZH2為核心組分的PRC2復合體。EZH2是含有保守SET功能區(qū)域的組蛋白甲基化酶,在PRC2蛋白復合體中起甲基酶活性催化作用。許多研究證實PRC1以及PRC2介導的H3K27甲基化修飾在癌癥發(fā)生中起至關重要的作用??衫肊ZH2組蛋白甲基轉移酶活性將H3H27三甲基化,從而抑制靶基因轉錄,并參與調(diào)控細胞周期、細胞衰老、細胞分化等生理或病理過程[21]。Xie等[22]認為EZH2抑制劑逆轉了H3K27me3的上調(diào)。可見EZH2是一種甲基轉移酶,可以促進組蛋白甲基化。與不同的蛋白結合以及不同的細胞背景下,EZH2可以扮演抑制基因的角色,也可以活化基因表達[23]。雖然EZH2在多種腫瘤細胞中高表達,促進腫瘤細胞增值、擴散和轉移的惡性表現(xiàn),但有學者認為EZH2在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機制復雜、具有雙面性,而且在不同腫瘤細胞類型中作用不同[24]。Cardenas等[25]研究發(fā)現(xiàn)卵巢癌細胞中的EZH2通過維持E盒結合鋅指蛋白(ZEB)2基因啟動子區(qū)組蛋白H3K27三甲基化而抑制其表達,進而抑制卵巢癌細胞發(fā)生上皮間質轉化、阻滯腫瘤遷移發(fā)生。
β-catenin是β-catenin信號通路的重要組成部分,可促進腫瘤細胞的浸潤以及遠處轉移,從而加速腫瘤細胞的惡化[26]。研究發(fā)現(xiàn),在乳腺癌、食管癌、結直腸癌等多臟器組織癌變中,均存在β-catenin異常表達。C-Myc屬原癌基因,在Wnt/β-catenin細胞信號通路中發(fā)揮著重要作用,影響著細胞的增殖、分化、凋亡以及細胞周期的進程[27]。研究發(fā)現(xiàn)c-Myc的高表達可能促進宮頸癌的侵襲及轉移[28]。Cyclin D1是細胞周期中與惡性腫瘤關系最為密切的癌基因之一,其高表達不僅能加速細胞增生分化,與腫瘤發(fā)生、進展有密切關系,還能經(jīng)由調(diào)節(jié)基因轉錄程序致使染色體不穩(wěn)定及腫瘤發(fā)生[29]。半胱氨酸蛋白酶(Caspases)家族是直接導致凋亡細胞解體的蛋白酶系統(tǒng),Caspase-3是細胞凋亡過程中最主要的終末剪切酶,當非活性的pro-Caspase-3被剪切后,產(chǎn)生活性的cleaved-Caspase-3,從而發(fā)揮催化酶的作用,在細胞凋亡過程中占據(jù)重要地位[30]。
本實驗采用ChIP檢測技術對Foxp3啟動子區(qū)的組蛋白修飾進行分析定位,從而研究組蛋白的各種共價修飾與基因轉錄調(diào)控的關系,qRT-PCR技術實現(xiàn)了在Foxp3啟動子上找到轉錄因子結合的直接證據(jù)。用Western Blot檢測含藥血清培養(yǎng)的SiHa細胞和空白血清培養(yǎng)的SiHa細胞中的EZH2含量,在兩組基礎上分別設置含藥血清加抑制劑組和空白血清加抑制劑組,用CCK-8法檢測四組細胞的活性。表明含藥血清能增加EZH2的表達,含藥血清組與其對照組相比,含藥血清加抑制劑組與空白血清加抑制劑組相比,F(xiàn)oxp3表達顯著降低,SiHa細胞活性下降,表明含藥血清抑制Foxp3的表達,抑制SiHa細胞的活性;空白血清加抑制劑組與空白血清組相比,含藥血清加抑制劑組與含藥血清組相比,F(xiàn)oxp3表達顯著增加,SiHa細胞活性升高,表明EZH2抑制劑GSK126能夠逆轉含藥血清誘導的Foxp3表達降低及SiHa細胞活性下降。含藥血清組與空白血清組相比,下游信號因子含量顯著降低,并促進Caspase-3剪切,表明含藥血清抑制β-catenin通路;空白血清加抑制劑組與空白血清組相比,含藥血清抑制劑組與含藥血清組相比,下游信號因子表達顯著增加,并抑制Caspase-3剪切,表明EZH2能逆轉含藥血清誘導的β-catenin通路抑制。含藥血清抑制劑組與空白血清加抑制劑組相比,Cyclin D1蛋白含量變化無明顯統(tǒng)計學意義,表明含藥血清可能是通過EZH2調(diào)節(jié)Cyclin D1蛋白的表達。
綜上所述,清毒栓提取物通過促進宮頸癌細胞中EZH2表達,增加Foxp3啟動子組蛋白甲基化水平從而抑制Foxp3表達,影響下游因子表達,最終抑制SiHa細胞活性。本研究進一步闡明清毒栓提取物通過調(diào)節(jié)EZH2抑制SiHa細胞活性的機制,為清毒栓治療宮頸HPV感染提供理論依據(jù),也為更多的宮頸癌藥物研發(fā)提供一定的思路。但本實驗不能完全解釋清毒栓影響Foxp3表觀遺傳調(diào)控分子的精準機制,進一步結合慢病毒介導的敲降和過表達技術,研究Foxp3相關的H3K27甲基化修飾在人類子宮頸癌細胞中的作用和機制將會對宮頸癌的治療提供有效的治療方法。