引用本文: 熊光冰, 張冠南, 肖毅, 邱輝忠. miR-338-5p在結直腸癌組織中的表達及其對結腸癌細胞增殖的影響. 中國普外基礎與臨床雜志, 2014, 21(5): 603-608. doi: 10.7507/1007-9424.20140145 復制
結直腸癌是世界范圍內常見的惡性腫瘤之一,其發病率和死亡率近年來明顯上升[1-2]。隨著分子生物學研究的進步,揭示了結直腸癌的發生、發展涉及多基因、多步驟的遺傳與表觀遺傳學改變[3-4],因此,研究新的靶點用于結直腸癌的診斷、治療和預后有重要意義。微小RNA(microRNA,miRNA)是一類調控基因表達的非編碼的RNA家族,通過與目標基因的啟動子或mRNA分子相互作用而發揮生物學效應,對生物體的生長、發育和分化起著重要的調控作用,并與腫瘤的發生、發展密切相關[5-10]。文獻[11-12]報道,miR-338-3p在結直腸癌中扮演重要角色。本研究旨在檢測miR-338的另一亞型miR-338-5p在結直腸癌組織與癌旁組織中差異表達狀況,并研究miR-338-5p對結腸癌細胞增殖、凋亡的影響。
1 資料與方法
1.1 一般資料
40例結直腸癌及其配對的癌旁組織標本取自北京協和醫院基本外科2012年7~8月期間的手術患者,均經術后病理學診斷證實。癌旁組織取自距離腫瘤5 cm的腸黏膜。患者術前均未接受放化療。標本采集后快速放至液氮中冷凍,-80℃保存。
1.2 主要材料
IMDM培養基,Hyclone公司;胎牛血清,Hy-clone公司;轉染試劑Lipofectamine2000 Reagent及RNA Trizol提取試劑盒,Invitrogen公司;microRNA反轉錄試劑盒及實時定量PCR試劑盒,Applied Biosystems公司。miR-338-5p模擬體(miR-338-5p-mimics)上游引物為5′-AACAAUAUCCUGGUGC-UGAGUG-3′、下游引物為3′-CUCAGCACCAGGA-UAUUGUUUU-3′,陰性對照(negative control)上游引物為5′-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3′、下游引物為5′-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′,Genepharma公司。CCK-8細胞增殖檢測試劑盒,日本同仁化學研究所。FITC-AnnexinⅤ-PI細胞凋亡試劑盒,Neobioscience Technology公司。Propidium iodide細胞周期檢測試劑盒,BD公司。
1.3 細胞培養及轉染
人結腸癌細胞系HCT116和SW620,于10%胎牛血清、1×105 U/L青霉素及1×105 U/L鏈霉素的IMDM培養液中在37℃、5% CO2培養箱常規培養。轉染操作如下:轉染前24 h,以5×105個/孔的密度接種于6孔板中,使細胞處于對數生長期。轉染前洗滌細胞后用無血清培養基培養4~6 h,實驗組每孔含10μL Lipofectamine2000 Reagent+100 pmol/mL miR-338-5p-mimics,對照組每孔含10μL Lipofectamine2000 Reagent+100 pmol/mL陰性對照。轉染后常規培養,6 h后轉為含10%血清的培養基繼續培養。
1.4 CCK-8法檢測細胞增殖
將上述6孔板中轉染24 h后的細胞消化懸浮后,制備1.5×104個/mL的細胞懸液,向96孔板中加入100μL細胞懸液接種,繼續培養。于接種后的第1、2、3、4、5 d向待測孔中加入10μL的CCK-8溶液,常規培養2 h。測定450~630 nm處的吸光度(absorbance,A)值。
1.5 FITC-AnnexinⅤ-PI法檢測細胞凋亡
將上述6孔板中轉染48 h后的細胞消化洗滌后制備成250μL的結合緩沖細胞懸液,依次加入5μL的FITC-AnnexinⅤ室溫避光孵育10 min,10μL的PI室溫避光孵育10 min,孵育后加入結合緩沖液使體積達500μL。置冰上,流式細胞儀檢測。在流式細胞儀雙參數散點圖上,左下象限顯示是活細胞,為AnnexinⅤ-/PI-;右上象限是凋亡晚期細胞或繼發性壞死細胞,為AnnexinⅤ+ /PI+;右下象限是早期凋亡細胞,為AnnexinⅤ+ /PI-。本研究中的細胞凋亡結果比較使用總凋亡率,即早期凋亡率+晚期凋亡率。
1.6 Propidium iodide法檢測細胞周期
將上述6孔板中轉染48 h細胞消化洗滌2次后,離心棄磷酸鹽緩沖液(PBS),使用-20℃預冷的70%乙醇固定4℃過夜,第2 d離心洗滌,制備成500μL的PBS細胞懸液,依次加入100μg/mL RNase、0.2% Triton X-100、25μg Propidium iodide,4℃避光孵育30 min。以標準程序流式細胞儀檢測。
1.7 實時定量PCR法檢測組織和細胞中miR-338-5p表達
使用Trizol試劑盒提取組織和細胞總RNA,紫外分光光度儀測定RNA純度及濃度。按microRNA反轉錄試劑盒及實時定量PCR試劑盒說明書,使用Applied Biosystems公司合成的miR-338-5p及U6 RNA引物逆轉錄合成cDNA,于Bio-rad-IQ5 PCR儀上進行標準的實時定量PCR。每個樣品均做3個復孔PCR反應并重復3次實驗,以U6為內參,使用2-ΔΔCt法計算各樣品中miR-338-5p的表達。
1.8 統計學方法
應用SPSS 13.0軟件進行統計分析。數據以均數±標準差(
2 結果
2.1 實時定量PCR法檢測miR-338-5p在結直腸癌組織中的表達情況
miR-338-5p的表達水平在結直腸癌組織中明顯低于其配對癌旁組織(Z=-4.648,P < 0.01)。見圖 1。

2.2 實時定量PCR法檢測結腸癌細胞系HCT116和SW620的轉染效率結果
轉染miR-338-5p-mimics的HCT116和SW620細胞中,miR-338-5p的表達水平較轉染陰性對照細胞者明顯升高(P < 0.001),見圖 2。提示轉染成功,可以進行后續功能試驗。

2.3 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620增殖的影響
見圖 3。轉染miR-338-5p-mimics的HCT116細胞和SW620細胞均在接種后3 d后的增殖能力明顯較轉染陰性對照者減弱(P < 0.05)。

2.4 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620凋亡的影響
見圖 4。過表達miR-338-5p后,與陰性對照相比,HCT116和SW620細胞的總凋亡率升高,差異具有統計學意義(miR-338-5p-mimics比陰性對照:HCT116為(11.43±0.67)%比(7.98±0.36)%,P < 0.01;SW620為(10.5±0.2)%比(7.93±0.5)%,P < 0.01)。提示miR-338-5p促進細胞凋亡與增殖結果一致。

2.5 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620細胞周期的影響
為進一步闡明miR-338-5p抑制增殖的機制是否與細胞周期相關,我們對結腸癌細胞系HCT116和SW620過表達miR-338-5p后進行細胞周期檢測。結果見圖 5。從圖 5可見,過表達miR-338-5p后,與陰性對照比較,結腸癌細胞系HCT116和SW620均顯示G1期細胞數的增加及S期細胞數的減少〔G1期:HCT116為(80.41±1.34)%比(64.87±1.83)%,P < 0.01;SW620為(68.76±0.41)%比(54.89±0.78)%,P < 0.01;S期:HCT116為(16.79±1.76)%比(29.11±0.57)%,P < 0.01;SW620(26.57±0.59)%比(38.98±1.57)%,P < 0.01)。然而過表達miR-338-5p后,HCT116和SW620細胞系顯示G2期細胞數減少,但只有HCT116細胞系差異有統計學意義〔HCT116:(2.80±0.59)%比(6.02±1.28)%,P < 0.05;SW620:(4.67±0.62)%比(6.13±1.03)%,P > 0.05〕。結果提示過表達miR-338-5p可以引起細胞G1期阻滯,抑制細胞增殖。見圖 5。

3 討論
miRNA是一類長度為20~24個核苷酸的非編碼RNA,通過與胞核中靶基因的啟動子區域或胞質中靶基因mRNA的3′-UTR或3′-UTR區域相互作用,促進或抑制靶基因的表達[6, 9-10]。文獻[8, 13]資料表明,異常表達的miRNA及其靶基因在腫瘤的發生、發展中起著重要的作用,作為腫瘤的抑癌基因和(或)癌基因調控腫瘤的增殖、凋亡、遷移、侵襲等。因此,腫瘤特異性miRNA及其靶基因已成為研究熱點。其中結直腸癌中異常表達的miRNA已經作為預后判斷和輔助診斷特異指標[14-15]。
miR-338-5p為miR-338的亞型之一,編碼基因位于17q25的AATK(apoptosis-associated tyrosine kinase)基因的第8個內含子內[10]。miR-338及其亞型對細胞的分化及功能調控起著重要的作用[16-17]。
既往研究表明,miR-338及其亞型在胃癌[18-19]、肝癌[20-21]、食管鱗癌[22-23]及神經母細胞瘤[24]中表達下調,在胰腺癌[25]、宮頸癌[26]、口腔癌[27]及骨肉瘤[28]中高表達;而miR-338及其亞型在結直腸癌中的表達報道不一。Schetter等[29]報道miR-338在結直腸癌組織中的表達水平較癌旁組織高出1.1倍,而Gaedcke等[30]、Xue等[11]及Sun等[12]研究報道miR-338-3p在結直腸癌中低表達,并與患者臨床病理特征相關;Yong等[31]使用miRNA基因芯片和RT-PCR法得出miR-338-5p在結直腸癌中高表達。在本研究中對40例配對的結直腸癌組織及癌旁組織標本采用miRNA Taq Man實時定量PCR法檢測miR-338-5p的表達得出,miR-338-5p在結直腸癌組織的表達較癌旁組織低(P < 0.01)。但過表達miR-338-5p后,腫瘤細胞增殖能力減弱、細胞凋亡數增加及細胞G1期數目上升,本研究可以初步證實miR-338-5p在結直腸癌組織中低表達并扮演著抑癌基因的作用。在后續的研究中,我們將擴大miR-338-5p檢測的樣本量,最終確定其表達狀況,并與臨床病理特征相聯系。
在結直腸癌中miR-338-3p可以通過下調其靶基因smoothened的表達,抑制結腸癌細胞增殖、遷移和侵襲,并促進細胞凋亡[11-12];在胃癌中miR-338-3p作為抑癌基因抑制靶基因SSX2IP和PREX2a的表達,以抑制腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和促進細胞凋亡[18-19];在肝癌中miR-338-3p可通過調控其靶基因cyclin D1的表達,降低腫瘤細胞的惡性行為[21, 32]。在后續的實驗中,我們將通過miRecords、TargetScan、DIANA LAB等數據庫預測miR-338-5p的靶點后給予驗證。
綜上所述,miR-338-5p在結直腸癌組織中低表達,初步證實其作為抑癌基因抑制結腸癌細胞的增殖、促進細胞的凋亡及誘導細胞G1期阻滯。
結直腸癌是世界范圍內常見的惡性腫瘤之一,其發病率和死亡率近年來明顯上升[1-2]。隨著分子生物學研究的進步,揭示了結直腸癌的發生、發展涉及多基因、多步驟的遺傳與表觀遺傳學改變[3-4],因此,研究新的靶點用于結直腸癌的診斷、治療和預后有重要意義。微小RNA(microRNA,miRNA)是一類調控基因表達的非編碼的RNA家族,通過與目標基因的啟動子或mRNA分子相互作用而發揮生物學效應,對生物體的生長、發育和分化起著重要的調控作用,并與腫瘤的發生、發展密切相關[5-10]。文獻[11-12]報道,miR-338-3p在結直腸癌中扮演重要角色。本研究旨在檢測miR-338的另一亞型miR-338-5p在結直腸癌組織與癌旁組織中差異表達狀況,并研究miR-338-5p對結腸癌細胞增殖、凋亡的影響。
1 資料與方法
1.1 一般資料
40例結直腸癌及其配對的癌旁組織標本取自北京協和醫院基本外科2012年7~8月期間的手術患者,均經術后病理學診斷證實。癌旁組織取自距離腫瘤5 cm的腸黏膜。患者術前均未接受放化療。標本采集后快速放至液氮中冷凍,-80℃保存。
1.2 主要材料
IMDM培養基,Hyclone公司;胎牛血清,Hy-clone公司;轉染試劑Lipofectamine2000 Reagent及RNA Trizol提取試劑盒,Invitrogen公司;microRNA反轉錄試劑盒及實時定量PCR試劑盒,Applied Biosystems公司。miR-338-5p模擬體(miR-338-5p-mimics)上游引物為5′-AACAAUAUCCUGGUGC-UGAGUG-3′、下游引物為3′-CUCAGCACCAGGA-UAUUGUUUU-3′,陰性對照(negative control)上游引物為5′-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3′、下游引物為5′-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′,Genepharma公司。CCK-8細胞增殖檢測試劑盒,日本同仁化學研究所。FITC-AnnexinⅤ-PI細胞凋亡試劑盒,Neobioscience Technology公司。Propidium iodide細胞周期檢測試劑盒,BD公司。
1.3 細胞培養及轉染
人結腸癌細胞系HCT116和SW620,于10%胎牛血清、1×105 U/L青霉素及1×105 U/L鏈霉素的IMDM培養液中在37℃、5% CO2培養箱常規培養。轉染操作如下:轉染前24 h,以5×105個/孔的密度接種于6孔板中,使細胞處于對數生長期。轉染前洗滌細胞后用無血清培養基培養4~6 h,實驗組每孔含10μL Lipofectamine2000 Reagent+100 pmol/mL miR-338-5p-mimics,對照組每孔含10μL Lipofectamine2000 Reagent+100 pmol/mL陰性對照。轉染后常規培養,6 h后轉為含10%血清的培養基繼續培養。
1.4 CCK-8法檢測細胞增殖
將上述6孔板中轉染24 h后的細胞消化懸浮后,制備1.5×104個/mL的細胞懸液,向96孔板中加入100μL細胞懸液接種,繼續培養。于接種后的第1、2、3、4、5 d向待測孔中加入10μL的CCK-8溶液,常規培養2 h。測定450~630 nm處的吸光度(absorbance,A)值。
1.5 FITC-AnnexinⅤ-PI法檢測細胞凋亡
將上述6孔板中轉染48 h后的細胞消化洗滌后制備成250μL的結合緩沖細胞懸液,依次加入5μL的FITC-AnnexinⅤ室溫避光孵育10 min,10μL的PI室溫避光孵育10 min,孵育后加入結合緩沖液使體積達500μL。置冰上,流式細胞儀檢測。在流式細胞儀雙參數散點圖上,左下象限顯示是活細胞,為AnnexinⅤ-/PI-;右上象限是凋亡晚期細胞或繼發性壞死細胞,為AnnexinⅤ+ /PI+;右下象限是早期凋亡細胞,為AnnexinⅤ+ /PI-。本研究中的細胞凋亡結果比較使用總凋亡率,即早期凋亡率+晚期凋亡率。
1.6 Propidium iodide法檢測細胞周期
將上述6孔板中轉染48 h細胞消化洗滌2次后,離心棄磷酸鹽緩沖液(PBS),使用-20℃預冷的70%乙醇固定4℃過夜,第2 d離心洗滌,制備成500μL的PBS細胞懸液,依次加入100μg/mL RNase、0.2% Triton X-100、25μg Propidium iodide,4℃避光孵育30 min。以標準程序流式細胞儀檢測。
1.7 實時定量PCR法檢測組織和細胞中miR-338-5p表達
使用Trizol試劑盒提取組織和細胞總RNA,紫外分光光度儀測定RNA純度及濃度。按microRNA反轉錄試劑盒及實時定量PCR試劑盒說明書,使用Applied Biosystems公司合成的miR-338-5p及U6 RNA引物逆轉錄合成cDNA,于Bio-rad-IQ5 PCR儀上進行標準的實時定量PCR。每個樣品均做3個復孔PCR反應并重復3次實驗,以U6為內參,使用2-ΔΔCt法計算各樣品中miR-338-5p的表達。
1.8 統計學方法
應用SPSS 13.0軟件進行統計分析。數據以均數±標準差(
2 結果
2.1 實時定量PCR法檢測miR-338-5p在結直腸癌組織中的表達情況
miR-338-5p的表達水平在結直腸癌組織中明顯低于其配對癌旁組織(Z=-4.648,P < 0.01)。見圖 1。

2.2 實時定量PCR法檢測結腸癌細胞系HCT116和SW620的轉染效率結果
轉染miR-338-5p-mimics的HCT116和SW620細胞中,miR-338-5p的表達水平較轉染陰性對照細胞者明顯升高(P < 0.001),見圖 2。提示轉染成功,可以進行后續功能試驗。

2.3 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620增殖的影響
見圖 3。轉染miR-338-5p-mimics的HCT116細胞和SW620細胞均在接種后3 d后的增殖能力明顯較轉染陰性對照者減弱(P < 0.05)。

2.4 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620凋亡的影響
見圖 4。過表達miR-338-5p后,與陰性對照相比,HCT116和SW620細胞的總凋亡率升高,差異具有統計學意義(miR-338-5p-mimics比陰性對照:HCT116為(11.43±0.67)%比(7.98±0.36)%,P < 0.01;SW620為(10.5±0.2)%比(7.93±0.5)%,P < 0.01)。提示miR-338-5p促進細胞凋亡與增殖結果一致。

2.5 過表達miR-338-5p對結腸癌細胞系HCT116和SW620細胞周期的影響
為進一步闡明miR-338-5p抑制增殖的機制是否與細胞周期相關,我們對結腸癌細胞系HCT116和SW620過表達miR-338-5p后進行細胞周期檢測。結果見圖 5。從圖 5可見,過表達miR-338-5p后,與陰性對照比較,結腸癌細胞系HCT116和SW620均顯示G1期細胞數的增加及S期細胞數的減少〔G1期:HCT116為(80.41±1.34)%比(64.87±1.83)%,P < 0.01;SW620為(68.76±0.41)%比(54.89±0.78)%,P < 0.01;S期:HCT116為(16.79±1.76)%比(29.11±0.57)%,P < 0.01;SW620(26.57±0.59)%比(38.98±1.57)%,P < 0.01)。然而過表達miR-338-5p后,HCT116和SW620細胞系顯示G2期細胞數減少,但只有HCT116細胞系差異有統計學意義〔HCT116:(2.80±0.59)%比(6.02±1.28)%,P < 0.05;SW620:(4.67±0.62)%比(6.13±1.03)%,P > 0.05〕。結果提示過表達miR-338-5p可以引起細胞G1期阻滯,抑制細胞增殖。見圖 5。

3 討論
miRNA是一類長度為20~24個核苷酸的非編碼RNA,通過與胞核中靶基因的啟動子區域或胞質中靶基因mRNA的3′-UTR或3′-UTR區域相互作用,促進或抑制靶基因的表達[6, 9-10]。文獻[8, 13]資料表明,異常表達的miRNA及其靶基因在腫瘤的發生、發展中起著重要的作用,作為腫瘤的抑癌基因和(或)癌基因調控腫瘤的增殖、凋亡、遷移、侵襲等。因此,腫瘤特異性miRNA及其靶基因已成為研究熱點。其中結直腸癌中異常表達的miRNA已經作為預后判斷和輔助診斷特異指標[14-15]。
miR-338-5p為miR-338的亞型之一,編碼基因位于17q25的AATK(apoptosis-associated tyrosine kinase)基因的第8個內含子內[10]。miR-338及其亞型對細胞的分化及功能調控起著重要的作用[16-17]。
既往研究表明,miR-338及其亞型在胃癌[18-19]、肝癌[20-21]、食管鱗癌[22-23]及神經母細胞瘤[24]中表達下調,在胰腺癌[25]、宮頸癌[26]、口腔癌[27]及骨肉瘤[28]中高表達;而miR-338及其亞型在結直腸癌中的表達報道不一。Schetter等[29]報道miR-338在結直腸癌組織中的表達水平較癌旁組織高出1.1倍,而Gaedcke等[30]、Xue等[11]及Sun等[12]研究報道miR-338-3p在結直腸癌中低表達,并與患者臨床病理特征相關;Yong等[31]使用miRNA基因芯片和RT-PCR法得出miR-338-5p在結直腸癌中高表達。在本研究中對40例配對的結直腸癌組織及癌旁組織標本采用miRNA Taq Man實時定量PCR法檢測miR-338-5p的表達得出,miR-338-5p在結直腸癌組織的表達較癌旁組織低(P < 0.01)。但過表達miR-338-5p后,腫瘤細胞增殖能力減弱、細胞凋亡數增加及細胞G1期數目上升,本研究可以初步證實miR-338-5p在結直腸癌組織中低表達并扮演著抑癌基因的作用。在后續的研究中,我們將擴大miR-338-5p檢測的樣本量,最終確定其表達狀況,并與臨床病理特征相聯系。
在結直腸癌中miR-338-3p可以通過下調其靶基因smoothened的表達,抑制結腸癌細胞增殖、遷移和侵襲,并促進細胞凋亡[11-12];在胃癌中miR-338-3p作為抑癌基因抑制靶基因SSX2IP和PREX2a的表達,以抑制腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和促進細胞凋亡[18-19];在肝癌中miR-338-3p可通過調控其靶基因cyclin D1的表達,降低腫瘤細胞的惡性行為[21, 32]。在后續的實驗中,我們將通過miRecords、TargetScan、DIANA LAB等數據庫預測miR-338-5p的靶點后給予驗證。
綜上所述,miR-338-5p在結直腸癌組織中低表達,初步證實其作為抑癌基因抑制結腸癌細胞的增殖、促進細胞的凋亡及誘導細胞G1期阻滯。