引用本文: 周章明, 楚勝華. 短發夾核糖核酸沉默EZH2基因對人腦膠質瘤細胞增殖和侵襲的影響. 華西醫學, 2014, 29(11): 2001-2005. doi: 10.7507/1002-0179.20140608 復制
果蠅zeste基因增強子人類同源物(EZH2)是多疏基因家族中一個主要維持同源異型基因沉默狀態的基因,EZH2高表達于包括膠質瘤在內的多種腫瘤細胞中[1, 2]。已有研究表明,EZH2高表達可促進前列腺腫瘤細胞的增殖、運動、侵襲和轉移,并與預后相關[3],推測其可能成為腫瘤預后的分子標記物和潛在治療靶點。本研究采用針對EZH2短發夾核糖核酸(shRNA)轉染高表達EZH2的人膠質瘤細胞株U251,觀察其對細胞增殖和侵襲能力的影響。現報告如下。
1 材料與方法
1.1 材料
選用人膠質瘤U25l細胞株(中國典型培養物保藏中心)、人膠質瘤SHG44細胞(中國上海基免生物科技有限公司),聚合酶鏈反應(PCR)體系試劑(加拿大Fermentas公司),逆轉錄(RT)-PCR引物(上海生工生物技術有限公司合成品),EZH2抗體(美國CST公司),四甲基偶氮唑藍(MTT)(美國Sigma公司),細胞周期蛋白D1(CyclinD1)單克隆抗體(美國Santa Cruz公司)。
1.2 方法
1.2.1 細胞培養和重組質粒轉染
U251細胞生長于含10%新生牛血清的RMPI 1640培養基中,加青霉素100 U/mL、鏈霉素100 mg/L,置于5%二氧化碳、飽和濕度、37℃培養箱內培養,取對數生長期細胞進行實驗。根據文獻[4],合成EZH2特異性shRNA序列5’-AAGACTCTGAATGCAGTTGCT-3’,陰性對照shRNA序列為5’-TCTTAATCGCGTATAAGGC-3’。在560 V,60 txs電擊1次的條件下電穿孔轉染。實驗分為對照組、control-shRNA-GFP空載體轉染組和EZH2-shRNA重組質粒轉染組。
1.2.2 RT-PCR檢測轉染后細胞EZH2
mRNA表達轉染48 h后用Trizol提取細胞總RNA,逆轉錄合成cDNA。以逆轉錄后cDNA為模板(20 ng),分別擴增β-actin和EZH2基因。EZH2引物序列:上游5’-GCGGGACTAGGGAGTGTTC-3’,下游3’-AGCAACTGCATTCAGAGTCTT-5’,產物大小為83 bp。β-actin引物序列:上游5’-GACACGATGCAGAAGGAGATTACT-3’,下游5’-TGATCCACA TCTGCTGGAAGGT-3’,產物大小為141 bp。以EZH2/β-actin擴增條帶的灰度比值表示EZH2 mRNA的表達水平。
1.2.3 蛋白質印跡法檢測EZH2蛋白的表達
收集細胞,采用細胞裂解液處理細胞,離心后取上清液,用考馬斯亮藍法測定蛋白質濃度,聚丙烯酞胺凝膠電泳,將蛋白電轉至硝酸纖維膜上,與EZH2抗體結合,之后用辣根過氧化物酶結合的二抗結合,增強化學發生法顯色后照相。最后以Image-proplus 4.5圖像分析系統測定各條帶的灰度值,以此反映EZH2蛋白的表達程度。
1.2.4 MTT法檢測細胞增殖
按上法處理細胞24、48、72 h后,分別行MTT法染色,以酶標儀于570 nm處讀取各孔吸光度值(A570),計算細胞增殖抑制率。每組設定3個復孔。腫瘤細胞抑制率=(空白對照組平均A570-處理組平均A570)/空白對照組平均A570。
1.2.5 蛋白質印跡法檢測轉染后蛋白激酶B(PKB/Akt)、磷酸化Akt、磷酸化叉頭框蛋白O1(FoxO1)及下游Cyclin D1、p27蛋白的表達
轉染48 h后提取細胞總蛋白,實驗步驟同上,一抗分別為鼠抗Akt、免抗磷酸化Akt、兔抗磷酸化FoxO1、兔抗Cyclin D1、鼠抗p27一抗(均1︰500),二抗為辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔或山羊抗鼠抗體(1︰2 000)。
1.2.6 細胞體外侵襲能力測定
在Transwell小室(美國Corning Costar公司)中進行。以50 μL含5 μg纖維連接蛋白的磷酸鹽緩沖液處理Transwell小室的聚碳酸濾膜下表面。基質膠用體積分數為0.1%的小牛血清的RPMI 1640培養基稀釋成100 mg/L,加入濾膜上表面。將細胞消化后,重懸于含0.1%牛血清白蛋白的RPMI 1640培養基中,取1×105個/mL細胞100 μL 加入至上室,600 μL體積分數為0.1%的小牛血清培養基加入下室。常規培養24 h后,行蘇木精-伊紅(HE)染色。去除濾膜上層細胞,鏡下計數濾膜下表面細胞數,隨機計數5個視野中的細胞數目,每個標本重復3次,以侵襲細胞的相對數目來表示腫瘤細胞的侵襲能力。
1.3 統計學方法
應用SPSS 15.0軟件進行分析,計量資料以均數±標準差表示,組間對比采用方差分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 EZH2 shRNA轉染細胞后EZH2 mRNA和蛋白表達的變化
RT-PCR結果顯示,與對照組(1.13 ± 0.05)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(1.15 ± 0.05)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(0.19 ± 0.02)的U251細胞EZH2 mRNA的表達下降,差異有統計學意義(P<0.05),見圖 1。蛋白質印跡法實驗結果顯示,與對照組(1.03 ± 0.03)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(0.97 ± 0.06)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(0.20 ± 0.02)的U251細胞EZH2蛋白的表達下降,差異有統計學意義(P<0.05),見圖 2。


2.2 EZH2 shRNA轉染對U251細胞增殖率的影響
MTT法檢測結果顯示,轉染24 h后,與對照組(100.00% ± 9.31%)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(100.03% ± 9.35%)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組的U251細胞增殖率(60.13% ± 3.15%)下降,差異有統計學意義(P<0.05)。轉染48 h后,與對照組(100.00% ± 9.13%)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(99.58% ± 9.27%)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(53.01% ± 3.14%)的U251細胞增殖率下降,差異有統計學意義(P<0.05)。
2.3 EZH2 shRNA轉染對細胞增殖相關蛋白表達的影響
轉染48 h后提取細胞總蛋白,蛋白質印跡法實驗結果顯示,與對照組、control-shRNA-GFP空載體轉染組比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組U251細胞Akt表達無明顯變化,而磷酸化Akt、磷酸化FoxO1水平降低,Cyclin D1蛋白表達減少,p27蛋白表達增多,差異均有統計學意義(P<0.05)。見圖 2、3。

2.4 體外侵襲能力測定
EZH2 shRNA轉染U251細胞后U251細胞侵襲重建基底膜能力受到顯著的抑制,侵襲至Transwell小室濾膜下表面的細胞數在EZH2-shRNA重組質粒轉染組[(46.00 ± 2.82)個]低于對照組[(60.67 ± 5.71)個]和control-shRNA-GFP空載體轉染組[(61.00 ± 2.48)個],差異有統計學意義(P<0.01)。
3 討論
EZH2基因是果蠅zeste基因增強子的人類同源基因,定位于人類染色體7q35,是聚疏蛋白復合物(PcG)基因家族的重要成員之一。PcG蛋白控制細胞的轉錄系統,能通過抑制轉錄,維持同源異形基因的失活狀態。EZH2基因能促進細胞增殖,抑制分化,與腫瘤的發生有密切關系。研究表明,EZH2蛋白在侵襲性前列腺癌惡性演變過程中明顯上調,EZH2高表達的乳腺癌患者手術治療后,無腫瘤復發的間歇期短,生存率低,病死率高[5]。EZH2高表達的腎癌患者預后明顯比低表達患者差[6]。目前已有研究發現在前列腺癌、胃腺、直腸癌等多種高度惡性轉移性腫瘤中EZH2過度表達[7-10]。
RNA干擾(RNAi)技術是目前研究應用較多的現代分子生物學技術,是由21-25 nt雙鏈RNA介導的序列特異性轉錄后的基因沉默過程。這些短鏈RNA可以在細胞內形成蛋白復合物,結合并裂解特定的靶mRNA,從而抑制蛋白質的表達。我們應用RNAi技術沉默神經膠質瘤U251細胞的EZH2基因,抑制EZH2的表達,以探討利用載體構建體內合成shRNA能否有效地促使腫瘤細胞產生RNAi,從而為EZH2的基因治療提供新的策略。目前國內外尚未見關于RNA;抑制人腦膠質瘤細胞EZH2基因的研究報道,本研究合成EZH2特異性shRNA,采用轉染效率較高的電穿孔法轉染,特異性地下調人膠質瘤細胞系U251中EZH2的表達,結果顯示膠質瘤細胞系U251中EZH2 mRNA和蛋白表達均被有效抑制。本研究表明EZH2表達下調后U25I細胞增殖率顯著降低,轉染后第48小時EZH2-shRNA重組質粒轉染組與對照組、control-shRNA-GFP空質粒轉染組的細胞增殖率差異最明顯,這提示EZH2在促進膠質瘤細胞增殖方面有重要作用。文獻報道EZH2基因在多種實體性腫瘤如乳腺癌、膠質瘤中異常表達并促進腫瘤的細胞增殖和病程進展[1, 2]。本研究結果,提示EZH2可參與膠質瘤細胞的增殖調控,EZH2已成為多種腫瘤的治療靶點,亦可能成為膠質瘤分子治療的靶點,為探討膠質瘤的增殖機制及臨床治療提供了理論依據。
本研究結果顯示EZH2-shRNA重組質粒轉染組p27蛋白表達明顯升高,Cyclin D1蛋白表達降低。目前已知Cyclin D1在腦膠質瘤中表達增高[11],并與膠質瘤細胞的異常增殖、侵襲和預后有關;p27蛋白負性調節細胞周期,其水平的降低會促進腫瘤細胞從G1期進入S期,而提高細胞增殖的速度。因此,本研究結果表明EZH2 shRNA轉染U251細胞后可能調控其下游與細胞增殖密切相關基因的表達,從而導致膠質瘤細胞的增殖受抑制。本研究結果顯示EZH2-shRNA重組質粒轉染組細胞總Akt蛋白水平沒有明顯變化,Akt和FoxO1磷酸化水平明顯下降。而目前已知激活的Akt可磷酸化FoxO1,導致有腫瘤抑制功能的FoxO1轉錄活性被抑制[12]。因此,本研究表明EZH2 shRNA轉染U251細胞后可導致Akt信號通路被抑制和下游靶蛋白FoxO1轉錄活性增強。此外,Akt可以調節細胞周期,影響細胞增殖,促使p27磷酸化使其失活,從而抑制p27介導的G1期阻滯。本研究表明,在膠質瘤細胞中下調EZH2表達后可通過抑制Akt/FoxO1信號通路繼而調控其下游與增殖相關的信號通路蛋白的表達。此外,本研究利用體外侵襲能力測定還顯示EZH2 shRNA轉染U251細胞后使U251細胞侵襲重建基底膜能力受到顯著的抑制,表明沉默EZH2基因后膠質瘤細胞的侵襲能力減低。
綜上所述,本研究表明針對EZH2的RNAi可明顯抑制轉染人膠質瘤細胞系U25l細胞EZH2的表達和細胞增殖、侵襲,可能與抑制Akt/FoxO1信號通路,調控下游Cyclin D1、p27蛋白的表達有關。本研究結果表明,EZH2基因的異常表達可能是腦膠質瘤發生、發展中的重要事件,EZH2 shRNA可作為膠質瘤治療的途徑之一,具有一定的臨床潛在應用價值。但膠質瘤為多基因共同作用結果[13-16],沉默單個基因并不能完全抑制腫瘤,進一步探討多基因多靶點的沉默可能是更好的解決方法。
果蠅zeste基因增強子人類同源物(EZH2)是多疏基因家族中一個主要維持同源異型基因沉默狀態的基因,EZH2高表達于包括膠質瘤在內的多種腫瘤細胞中[1, 2]。已有研究表明,EZH2高表達可促進前列腺腫瘤細胞的增殖、運動、侵襲和轉移,并與預后相關[3],推測其可能成為腫瘤預后的分子標記物和潛在治療靶點。本研究采用針對EZH2短發夾核糖核酸(shRNA)轉染高表達EZH2的人膠質瘤細胞株U251,觀察其對細胞增殖和侵襲能力的影響。現報告如下。
1 材料與方法
1.1 材料
選用人膠質瘤U25l細胞株(中國典型培養物保藏中心)、人膠質瘤SHG44細胞(中國上海基免生物科技有限公司),聚合酶鏈反應(PCR)體系試劑(加拿大Fermentas公司),逆轉錄(RT)-PCR引物(上海生工生物技術有限公司合成品),EZH2抗體(美國CST公司),四甲基偶氮唑藍(MTT)(美國Sigma公司),細胞周期蛋白D1(CyclinD1)單克隆抗體(美國Santa Cruz公司)。
1.2 方法
1.2.1 細胞培養和重組質粒轉染
U251細胞生長于含10%新生牛血清的RMPI 1640培養基中,加青霉素100 U/mL、鏈霉素100 mg/L,置于5%二氧化碳、飽和濕度、37℃培養箱內培養,取對數生長期細胞進行實驗。根據文獻[4],合成EZH2特異性shRNA序列5’-AAGACTCTGAATGCAGTTGCT-3’,陰性對照shRNA序列為5’-TCTTAATCGCGTATAAGGC-3’。在560 V,60 txs電擊1次的條件下電穿孔轉染。實驗分為對照組、control-shRNA-GFP空載體轉染組和EZH2-shRNA重組質粒轉染組。
1.2.2 RT-PCR檢測轉染后細胞EZH2
mRNA表達轉染48 h后用Trizol提取細胞總RNA,逆轉錄合成cDNA。以逆轉錄后cDNA為模板(20 ng),分別擴增β-actin和EZH2基因。EZH2引物序列:上游5’-GCGGGACTAGGGAGTGTTC-3’,下游3’-AGCAACTGCATTCAGAGTCTT-5’,產物大小為83 bp。β-actin引物序列:上游5’-GACACGATGCAGAAGGAGATTACT-3’,下游5’-TGATCCACA TCTGCTGGAAGGT-3’,產物大小為141 bp。以EZH2/β-actin擴增條帶的灰度比值表示EZH2 mRNA的表達水平。
1.2.3 蛋白質印跡法檢測EZH2蛋白的表達
收集細胞,采用細胞裂解液處理細胞,離心后取上清液,用考馬斯亮藍法測定蛋白質濃度,聚丙烯酞胺凝膠電泳,將蛋白電轉至硝酸纖維膜上,與EZH2抗體結合,之后用辣根過氧化物酶結合的二抗結合,增強化學發生法顯色后照相。最后以Image-proplus 4.5圖像分析系統測定各條帶的灰度值,以此反映EZH2蛋白的表達程度。
1.2.4 MTT法檢測細胞增殖
按上法處理細胞24、48、72 h后,分別行MTT法染色,以酶標儀于570 nm處讀取各孔吸光度值(A570),計算細胞增殖抑制率。每組設定3個復孔。腫瘤細胞抑制率=(空白對照組平均A570-處理組平均A570)/空白對照組平均A570。
1.2.5 蛋白質印跡法檢測轉染后蛋白激酶B(PKB/Akt)、磷酸化Akt、磷酸化叉頭框蛋白O1(FoxO1)及下游Cyclin D1、p27蛋白的表達
轉染48 h后提取細胞總蛋白,實驗步驟同上,一抗分別為鼠抗Akt、免抗磷酸化Akt、兔抗磷酸化FoxO1、兔抗Cyclin D1、鼠抗p27一抗(均1︰500),二抗為辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔或山羊抗鼠抗體(1︰2 000)。
1.2.6 細胞體外侵襲能力測定
在Transwell小室(美國Corning Costar公司)中進行。以50 μL含5 μg纖維連接蛋白的磷酸鹽緩沖液處理Transwell小室的聚碳酸濾膜下表面。基質膠用體積分數為0.1%的小牛血清的RPMI 1640培養基稀釋成100 mg/L,加入濾膜上表面。將細胞消化后,重懸于含0.1%牛血清白蛋白的RPMI 1640培養基中,取1×105個/mL細胞100 μL 加入至上室,600 μL體積分數為0.1%的小牛血清培養基加入下室。常規培養24 h后,行蘇木精-伊紅(HE)染色。去除濾膜上層細胞,鏡下計數濾膜下表面細胞數,隨機計數5個視野中的細胞數目,每個標本重復3次,以侵襲細胞的相對數目來表示腫瘤細胞的侵襲能力。
1.3 統計學方法
應用SPSS 15.0軟件進行分析,計量資料以均數±標準差表示,組間對比采用方差分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 EZH2 shRNA轉染細胞后EZH2 mRNA和蛋白表達的變化
RT-PCR結果顯示,與對照組(1.13 ± 0.05)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(1.15 ± 0.05)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(0.19 ± 0.02)的U251細胞EZH2 mRNA的表達下降,差異有統計學意義(P<0.05),見圖 1。蛋白質印跡法實驗結果顯示,與對照組(1.03 ± 0.03)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(0.97 ± 0.06)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(0.20 ± 0.02)的U251細胞EZH2蛋白的表達下降,差異有統計學意義(P<0.05),見圖 2。


2.2 EZH2 shRNA轉染對U251細胞增殖率的影響
MTT法檢測結果顯示,轉染24 h后,與對照組(100.00% ± 9.31%)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(100.03% ± 9.35%)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組的U251細胞增殖率(60.13% ± 3.15%)下降,差異有統計學意義(P<0.05)。轉染48 h后,與對照組(100.00% ± 9.13%)、control-shRNA-GFP空載體轉染組(99.58% ± 9.27%)比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組(53.01% ± 3.14%)的U251細胞增殖率下降,差異有統計學意義(P<0.05)。
2.3 EZH2 shRNA轉染對細胞增殖相關蛋白表達的影響
轉染48 h后提取細胞總蛋白,蛋白質印跡法實驗結果顯示,與對照組、control-shRNA-GFP空載體轉染組比較,EZH2-shRNA重組質粒轉染組U251細胞Akt表達無明顯變化,而磷酸化Akt、磷酸化FoxO1水平降低,Cyclin D1蛋白表達減少,p27蛋白表達增多,差異均有統計學意義(P<0.05)。見圖 2、3。

2.4 體外侵襲能力測定
EZH2 shRNA轉染U251細胞后U251細胞侵襲重建基底膜能力受到顯著的抑制,侵襲至Transwell小室濾膜下表面的細胞數在EZH2-shRNA重組質粒轉染組[(46.00 ± 2.82)個]低于對照組[(60.67 ± 5.71)個]和control-shRNA-GFP空載體轉染組[(61.00 ± 2.48)個],差異有統計學意義(P<0.01)。
3 討論
EZH2基因是果蠅zeste基因增強子的人類同源基因,定位于人類染色體7q35,是聚疏蛋白復合物(PcG)基因家族的重要成員之一。PcG蛋白控制細胞的轉錄系統,能通過抑制轉錄,維持同源異形基因的失活狀態。EZH2基因能促進細胞增殖,抑制分化,與腫瘤的發生有密切關系。研究表明,EZH2蛋白在侵襲性前列腺癌惡性演變過程中明顯上調,EZH2高表達的乳腺癌患者手術治療后,無腫瘤復發的間歇期短,生存率低,病死率高[5]。EZH2高表達的腎癌患者預后明顯比低表達患者差[6]。目前已有研究發現在前列腺癌、胃腺、直腸癌等多種高度惡性轉移性腫瘤中EZH2過度表達[7-10]。
RNA干擾(RNAi)技術是目前研究應用較多的現代分子生物學技術,是由21-25 nt雙鏈RNA介導的序列特異性轉錄后的基因沉默過程。這些短鏈RNA可以在細胞內形成蛋白復合物,結合并裂解特定的靶mRNA,從而抑制蛋白質的表達。我們應用RNAi技術沉默神經膠質瘤U251細胞的EZH2基因,抑制EZH2的表達,以探討利用載體構建體內合成shRNA能否有效地促使腫瘤細胞產生RNAi,從而為EZH2的基因治療提供新的策略。目前國內外尚未見關于RNA;抑制人腦膠質瘤細胞EZH2基因的研究報道,本研究合成EZH2特異性shRNA,采用轉染效率較高的電穿孔法轉染,特異性地下調人膠質瘤細胞系U251中EZH2的表達,結果顯示膠質瘤細胞系U251中EZH2 mRNA和蛋白表達均被有效抑制。本研究表明EZH2表達下調后U25I細胞增殖率顯著降低,轉染后第48小時EZH2-shRNA重組質粒轉染組與對照組、control-shRNA-GFP空質粒轉染組的細胞增殖率差異最明顯,這提示EZH2在促進膠質瘤細胞增殖方面有重要作用。文獻報道EZH2基因在多種實體性腫瘤如乳腺癌、膠質瘤中異常表達并促進腫瘤的細胞增殖和病程進展[1, 2]。本研究結果,提示EZH2可參與膠質瘤細胞的增殖調控,EZH2已成為多種腫瘤的治療靶點,亦可能成為膠質瘤分子治療的靶點,為探討膠質瘤的增殖機制及臨床治療提供了理論依據。
本研究結果顯示EZH2-shRNA重組質粒轉染組p27蛋白表達明顯升高,Cyclin D1蛋白表達降低。目前已知Cyclin D1在腦膠質瘤中表達增高[11],并與膠質瘤細胞的異常增殖、侵襲和預后有關;p27蛋白負性調節細胞周期,其水平的降低會促進腫瘤細胞從G1期進入S期,而提高細胞增殖的速度。因此,本研究結果表明EZH2 shRNA轉染U251細胞后可能調控其下游與細胞增殖密切相關基因的表達,從而導致膠質瘤細胞的增殖受抑制。本研究結果顯示EZH2-shRNA重組質粒轉染組細胞總Akt蛋白水平沒有明顯變化,Akt和FoxO1磷酸化水平明顯下降。而目前已知激活的Akt可磷酸化FoxO1,導致有腫瘤抑制功能的FoxO1轉錄活性被抑制[12]。因此,本研究表明EZH2 shRNA轉染U251細胞后可導致Akt信號通路被抑制和下游靶蛋白FoxO1轉錄活性增強。此外,Akt可以調節細胞周期,影響細胞增殖,促使p27磷酸化使其失活,從而抑制p27介導的G1期阻滯。本研究表明,在膠質瘤細胞中下調EZH2表達后可通過抑制Akt/FoxO1信號通路繼而調控其下游與增殖相關的信號通路蛋白的表達。此外,本研究利用體外侵襲能力測定還顯示EZH2 shRNA轉染U251細胞后使U251細胞侵襲重建基底膜能力受到顯著的抑制,表明沉默EZH2基因后膠質瘤細胞的侵襲能力減低。
綜上所述,本研究表明針對EZH2的RNAi可明顯抑制轉染人膠質瘤細胞系U25l細胞EZH2的表達和細胞增殖、侵襲,可能與抑制Akt/FoxO1信號通路,調控下游Cyclin D1、p27蛋白的表達有關。本研究結果表明,EZH2基因的異常表達可能是腦膠質瘤發生、發展中的重要事件,EZH2 shRNA可作為膠質瘤治療的途徑之一,具有一定的臨床潛在應用價值。但膠質瘤為多基因共同作用結果[13-16],沉默單個基因并不能完全抑制腫瘤,進一步探討多基因多靶點的沉默可能是更好的解決方法。