李 舜 唐曉平 馮 凌 唐文國 曠仁釗 趙 龍 王遠(yuǎn)傳 彭 華 段 劼 羅仁國 楊彬彬 張 濤
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ADAM17對U87MG膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖與侵襲的影響及作用機(jī)制
李 舜 唐曉平 馮 凌 唐文國 曠仁釗 趙 龍 王遠(yuǎn)傳 彭 華 段 劼 羅仁國 楊彬彬 張 濤
目的 探討ADAM17在U87MG細(xì)胞增殖與侵襲中的作用及機(jī)制。方法 收集人腦膠質(zhì)瘤組織65例(腫瘤組)與正常腦組織13例(對照組),采用免疫組化、RT-PCR法,檢測ADAM17蛋白及mRNA的表達(dá);利用siRNA干擾敲減或ADAM17激活劑(PMA)過表達(dá)ADAM17,并予以PI3K抑制劑抑制相關(guān)信號通路,MTT及Transwell實(shí)驗檢測各組U87MG細(xì)胞的增殖與侵襲變化,Western blot檢測ADAM17、p-AKT 及AKT蛋白變化。結(jié)果 膠質(zhì)瘤組織中ADAM17 mRNA及蛋白水平均高于正常腦組織;與對照組相比,siRNA干擾后,低表達(dá)組U87MG細(xì)胞的增殖與侵襲能力下降,而激活劑PMA增強(qiáng)ADAM17后,過表達(dá)組細(xì)胞增殖與侵襲能力增加,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);敲減及過表達(dá)ADAM17可導(dǎo)致PI3K/AKT信號通路下游蛋白發(fā)生變化。結(jié)果 ADAM17可通過激活PI3K/AKT信號通路促進(jìn)U87MG細(xì)胞增殖與侵襲,有望為膠質(zhì)瘤的治療找到新突破點(diǎn)。
ADAM17;U87MG;膠質(zhì)瘤;增殖;侵襲
(ThePracticalJournalofCancer,2017,32:883~887)
惡性膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最為常見的原發(fā)性腫瘤之一,其發(fā)病率高、治療困難;其中,尤以膠質(zhì)母細(xì)胞瘤預(yù)后最差,其具有血供豐富、侵襲性強(qiáng)、死亡率高等特點(diǎn)[1]。因此,探究膠質(zhì)瘤發(fā)生及發(fā)展的分子機(jī)制、找尋新的診治策略已成為近年來膠質(zhì)瘤的研究熱點(diǎn)。本研究以膠質(zhì)瘤及正常腦組織標(biāo)本、膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U87MG為研究對象,探討ADAM17在U87MG細(xì)胞增殖與侵襲中的作用及其機(jī)制,現(xiàn)報告如下。
1.1 臨床資料
收集2014年1月至2016年1月期間我院神經(jīng)外科住院手術(shù)治療的膠質(zhì)瘤患者65例(腫瘤組),納入標(biāo)準(zhǔn):全部患者均符合WHO膠質(zhì)瘤的組織病理學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn),自愿參加本研究試驗并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):術(shù)前放療、化療,合并肝腎功能障礙、心肺功能不全的患者。年齡18~73歲,平均年齡(47.36±5.69)歲,其中,WHO Ⅱ級17例,WHO Ⅲ級23例,WHO Ⅳ級25例,同期收集腦外傷內(nèi)減壓術(shù)后的相對正常腦組織13例(對照組)。
1.2 ADAM17蛋白及mRNA表達(dá)的檢測
1.2.1 免疫組化 組織采用10%甲醛固定,石蠟包埋,凍存,置于60 ℃烤箱中烤1 h,切片脫蠟水化后HE與SP 法染色;浸泡、水浴、沖洗后滴加封閉液,37 ℃孵育15 min,滴加鼠ADAM17一抗(美國Abcam公司,ab57484)于4 ℃冰箱中過夜,PBS浸泡沖洗后滴加標(biāo)記二抗,孵育、浸泡后,滴加DAB溶液,滴加雙蒸水終止反應(yīng),脫水透明封片。分別用已知ADAM17陽性表達(dá)組織作為陽性對照,PBS替代一抗作為陰性對照。參照相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)果判定如下[2]:ADAM17陽性表達(dá)位于細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞膜,隨機(jī)選擇5個視野,根據(jù)著色強(qiáng)度和陽性細(xì)胞百分比來評估免疫組化結(jié)果,著黃褐色為陽性結(jié)果,染色結(jié)果總得分為染色強(qiáng)度評分+陽性細(xì)胞率評分;染色強(qiáng)度評分如下:0分(未染色);1分(弱染色);2分(中度染色);3分(強(qiáng)染色);陽性細(xì)胞率評分如下:無陽性細(xì)胞為0分,陽性細(xì)胞率<25%為1分,25%~50%為2分,>50%為3分。染色總得分0~2分為結(jié)果陰性,3~6分為結(jié)果陽性。
1.2.2 RT-PCR實(shí)驗 采用GeneJET TM RNA純化試劑盒(美國Thermo公司)說明提取純化RNA,采用Trizol法提取組織總RNA,參照RNA simple Total RNA Kit 逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(美國Thermo公司)逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,反應(yīng)體系20 μl,置于-20 ℃凍存,解凍后行RT-PCR檢測,嚴(yán)格參照PCR試劑盒說明書操作,采用25 μl反應(yīng)體系,cDNA模板2 μl,引物設(shè)計采用Primer 5軟件進(jìn)行,ADAM17 cDNA序列委托由上海生工生物公司合成,同時合成GAPDH序列。ADAM17引物序列為:5'-ACGTTGAAGGAAGGTGTCCA-3'(上游引物),5'-ACGCCTTTGCAAGTAGCATT-3'(下游引物);GAPDH內(nèi)參引物序列為:5'- CAGGAGGCATTGCTGATGAT -3'(上游引物),5'- GAAGGCTGGGGCTCATTT -3'(下游引物)。
1.3 MTT、Transwell實(shí)驗檢測及Western blot檢測
1.3.1 實(shí)驗分組 ①ADAM17敲減分組:陰性對照組(非沉默ADAM17的陰性對照scrambled RNA序列轉(zhuǎn)染U87MG細(xì)胞)與低表達(dá)組(ADAM17-siRNA轉(zhuǎn)染U87MG細(xì)胞,敲減ADAM17);②過表達(dá)ADAM17分組如下:陰性對照組(U87MG細(xì)胞未做干預(yù))、過表達(dá)組(ADAM17激活劑-PMA處理U87MG細(xì)胞,過表達(dá)ADAM17)及PI3K抑制組(同時予以PMA和PI3K抑制劑-LY294002處理U87MG細(xì)胞)。
1.3.2 ADAM17-siRNA序列的選擇及設(shè)計 在基因庫中獲取了人ADAM17的全長mRNA序列,運(yùn)用在線軟件設(shè)計了3條ADAM17-siRNA序列及1條非沉默ADAM17的陰性對照scrambled RNA序列,然后交由上海吉瑪生物公司合成。ADAM17-siRNA序列:5'-GAGCCACTTTGGAGATTTGTT-3',5'-TGGGAACTCTTGGATTAGCTT-3',5'-TGGCATCATGTATCTGAACAA-3';scrambled RNA序列:5'-TTCTCCGAACGTGTCACGT-3'。
1.3.3 細(xì)胞系培養(yǎng)及處理 人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U87MG購于美國 ATCC公司,采用含10%小牛血清DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),置于5%CO2、95% O2、37 ℃、相對濕度95%空氣孵育箱中培養(yǎng)。根據(jù)細(xì)胞密度1∶3傳代,U87MG細(xì)胞呈貼壁生長,形成致密單層細(xì)胞,利用胰酶消化。用RNase-free去離子水溶解siRNA,溶于250 μl opti-MEM中,混勻、靜置,再按試劑盒說明書將5 μl LipofectamineTM2000溶于250 μl 含有ADAM17-siRNA的opti-MEM混合溶液中,靜置20 min后滴加至6孔板孔中,混勻,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng);U87MG細(xì)胞以5×105個/孔的濃度接種至6孔板中,當(dāng)對數(shù)生長期細(xì)胞達(dá)到85%~90%覆蓋時,換無血清培養(yǎng)12 h,再逐步按不同實(shí)驗分組分別加入ADAM17特異性激活劑(PMA)、PI3K特異性抑制劑(LY294002)繼續(xù)培養(yǎng)72 h;上述各實(shí)驗組細(xì)胞分別于24、48及72 h進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)。
1.3.4 MTT增殖實(shí)驗 上述各實(shí)驗組細(xì)胞提前一天消化成單細(xì)胞懸液,計數(shù),濃度1×105個/ml,置于96孔板,每孔100 μl(即每孔細(xì)胞為1×104個),共18孔;處理后加入MTT試劑,比例為1∶10(100 μl培養(yǎng)液加入10 μl檢測液),37 ℃孵育4 h后,酶聯(lián)儀檢測490 nm各孔的吸光度值。
1.3.5 Transwell侵襲實(shí)驗 細(xì)胞轉(zhuǎn)染后置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,消化重懸,調(diào)整細(xì)胞濃度至1×106/ml,取100 μl加入至Transwell小室上室,取600 μl完全培養(yǎng)基加入下室,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后取出小室,顯微鏡下觀察細(xì)胞,拍照并統(tǒng)計穿過的細(xì)胞數(shù),參照Transwell試劑盒(美國Corning公司)說明書操作。
1.3.6 Western Blot 收集細(xì)胞蛋白,采用10%聚丙烯酰胺凝膠檢測目的蛋白,經(jīng)過SDS-PAGE電泳后(電壓120 V,時間2 h);將蛋白印跡至PVDF膜上,予5%脫脂牛奶封閉2 h,將相應(yīng)的一抗:anti-ADAM17,Anti-AKT,Anti-p-AKT,4 ℃孵育,過夜后,用TBST洗2次,再予稀釋二抗(HRP標(biāo)記二抗,1∶4 000,F(xiàn)orevergen)室溫下孵育1 h, 進(jìn)行化學(xué)發(fā)光顯影(ECL,F(xiàn)orevergen),用Image J軟件進(jìn)行目標(biāo)條帶的吸光度分析。以GAPDH作為內(nèi)參,檢測ADAM17、p-AKT(磷酸化AKT)、AKT蛋白表達(dá)。
1.4 統(tǒng)計學(xué)分析
應(yīng)用軟件SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計量資料采用t檢驗,以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,計數(shù)資料采用χ2檢驗,P<0.05提示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 膠質(zhì)瘤組織與正常腦組織中ADAM17蛋白陽性表達(dá)率比較
免疫組化結(jié)果提示,腫瘤組ADAM17陽性表達(dá)率為56.92%(37/65),對照組ADAM17陽性表達(dá)率為15.38%(2/13),腫瘤組ADAM17陽性表達(dá)率高于對照組,差異具統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=7.477,P=0.006)。
2.2 膠質(zhì)瘤組織與正常腦組織中ADAM17mRNA的表達(dá)差異
RT-PCR結(jié)果顯示,與對照組比較,腫瘤組ADAM17mRNA含量較高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=6.32,P<0.05),見圖1。

圖1 RT-PCR檢測ADAM17mRNA的相對表達(dá)量
2.3 敲減ADAM17對U87MG細(xì)胞增殖與侵襲能力的影響
MTT結(jié)果顯示,siRNA轉(zhuǎn)染U87MG細(xì)胞后,隨轉(zhuǎn)染時間的延長,細(xì)胞的相對增殖速率明顯下降,與陰性對照組相比,低表達(dá)組U87MG細(xì)胞的相對增殖速率下降,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖2A;Transwell實(shí)驗結(jié)果顯示,與陰性對照組相比,低表達(dá)組U87MG細(xì)胞的侵襲能力下降(P<0.05),見圖2B。實(shí)驗結(jié)果提示敲減ADAM17后U87MG細(xì)胞的增殖及侵襲能力均下降。
2.4 過表達(dá)ADAM17對U87MG細(xì)胞增殖與侵襲能力的影響
MTT結(jié)果顯示,與陰性對照組比較,U87MG細(xì)胞加入PMA過表達(dá)ADAM17后,細(xì)胞的相對增殖速率明顯提高;而PI3K抑制組中U87MG膠質(zhì)瘤細(xì)胞的相對增殖速率較ADAM17過表達(dá)組下降,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05),見圖3A;Transwell實(shí)驗結(jié)果顯示,與陰性對照組相比,ADAM17過表達(dá)組U87MG細(xì)胞的侵襲能力增強(qiáng);而與ADAM17過表達(dá)組相比較,PI3K抑制組U87MG細(xì)胞的侵襲能力減弱,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見圖3B。實(shí)驗結(jié)果提示:過表達(dá)ADAM17可促進(jìn)U87MG細(xì)胞的增殖及侵襲能力提高,而過表達(dá)ADAM17的U87MG細(xì)胞中加入PI3K特異性抑制后,增強(qiáng)的細(xì)胞增殖及侵襲能力被逆轉(zhuǎn)。
2.5 各組細(xì)胞中ADAM17、p-AKT及AKT蛋白的比較
Western Blot結(jié)果表明,敲減及過表達(dá)ADAM17均不影響細(xì)胞中AKT的總蛋白水平;siRNA干擾敲減ADAM17后,p-AKT的蛋白水平下降,表明ADAM17-siRNA可抑制AKT蛋白的磷酸化;同時,與陰性對照組相比,過表達(dá)組p-AKT的蛋白水平升高,表明過表達(dá)ADAM17能提高AKT蛋白的磷酸化水平;此外,與過表達(dá)組相比較,PI3K抑制組LY294002抑制PI3K后,磷酸化AKT蛋白水平下降,見圖4;結(jié)果提示:ADAM17調(diào)控U87MG細(xì)胞的增殖和侵襲,可能是通過激活PI3K/AKT信號通路實(shí)現(xiàn)的。
目前,惡性膠質(zhì)瘤的治療主要采取手術(shù)為主、放化療為輔的方式進(jìn)行,但其療效較差,平均生存期短[3]。因此,探尋膠質(zhì)瘤發(fā)生機(jī)制及其新治療手段已成為近期膠質(zhì)瘤研究的熱門。隨著分子生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)的研究進(jìn)展,分子生物學(xué)相關(guān)因子在膠質(zhì)瘤的發(fā)生與發(fā)展中的決定性作用逐漸被認(rèn)識。研究表明,膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展與致癌基因的高表達(dá)、抑癌基因的失活及信號通路失調(diào)緊密相關(guān)[4]。因此,相關(guān)致癌基因及其病理機(jī)制的研究在膠質(zhì)瘤的診治中具有重要的意義。ADAM17,是基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的1種,作為ADAMs 家族一員,具有阻止抑癌基因轉(zhuǎn)錄、調(diào)控細(xì)胞周期等促癌基因的作用[5]。既往報道指出,ADAM17在胃癌及乳腺癌等腫瘤組織中異常高表達(dá)[6-7];但其在膠質(zhì)瘤中的含量表達(dá)及其在膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲中作用機(jī)制的相關(guān)研究較少。研究表明,ADAM17可降解細(xì)胞外基質(zhì)的膠原及明膠等成分,增加細(xì)胞間質(zhì)空隙,促進(jìn)腫瘤血管的形成,利于其侵襲及轉(zhuǎn)移[8-9]。同時,ADAM17亦能剪切脫落和活化的多種表皮生長因子受體的配體,激活EGFR的相關(guān)通道,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[10-11];而EGFR下游的PI3K/AKT信號通路在膠質(zhì)瘤細(xì)胞惡性生物學(xué)行為中發(fā)揮了重要作用[12]。因此,本研究中,我們大膽推測ADAM17可能同樣通過激活PI3K/AKT通路來促進(jìn)U87MG細(xì)胞的增殖和侵襲。

A為各組U87MG細(xì)胞的增殖能力比較;B為各組U87MG細(xì)胞侵襲能力比較。

A為各組U87MG細(xì)胞的增殖能力比較;B為各組U87MG細(xì)胞侵襲能力比較。

A為敲減ADAM17前后各組U87MG細(xì)胞的ADAM17、AKT、p-AKT蛋白水平對比;B為過表達(dá)ADAM17前后各組U87MG細(xì)胞的ADAM17、AKT、p-AKT蛋白水平對比。
基于上述推測,我們開展了本研究,旨在探討PI3K/AKT信號通路在ADAM17調(diào)控U87MG細(xì)胞增殖、侵襲中的作用及機(jī)制。本研究結(jié)果顯示,ADAM17在膠質(zhì)瘤組織中表達(dá)水平較正常腦組織升高,預(yù)示ADAM17可能在膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中具有重要意義。同時,siRNA干擾敲減ADAM17后的U87MG細(xì)胞增殖與侵襲能力明顯降低,PMA處理細(xì)胞過表達(dá)ADAM17后U87MG細(xì)胞的增殖速率與侵襲能力明顯增高。為了弄清ADAM17調(diào)控U87MG細(xì)胞增殖、侵襲過程的作用機(jī)制,我們研究了AKT蛋白及其磷酸化,結(jié)果顯示,與對照組比較,低表達(dá)組U87MG細(xì)胞通過轉(zhuǎn)染siRNA敲減ADAM17后,ADAM17蛋白表達(dá)明顯下降,具有活性作用的磷酸化AKT表達(dá)亦隨之明顯降低,膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲、增殖減弱;而與對照組比較,在ADAM17過表達(dá)組和PI3K抑制組U87MG細(xì)胞中,APM可誘導(dǎo)ADAM17的表達(dá)增加,同時p-AKT表達(dá)亦隨之升高,細(xì)胞的增殖速率和侵襲能力均明顯增強(qiáng);但在PI3K抑制組細(xì)胞中先加入PMA,再加入PI3K抑制劑LY294002處理后,與只加入PMA處理的過表達(dá)組相比,測得的p-AKT蛋白表達(dá)明顯降低,增強(qiáng)的U87MG細(xì)胞的增殖與侵襲能力被部分逆轉(zhuǎn)。上述結(jié)果表明ADAM17的異常表達(dá)對膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲有明顯影響,其促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲等惡性生物學(xué)進(jìn)程可能是活化了PI3K/AKT信號通路導(dǎo)致的。深入分析原因可能為:ADAM17具有水解腫瘤壞死因子(TNF-α)的功能,其蛋白剪切酶樣作用,造成TNF-α、EGFR的配體剪切活化,激活EGFR與下游PI3K/AKT信號通路,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移及侵襲[5,11]。
綜上所述,ADAM17在調(diào)控膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲等惡性生物學(xué)行為過展中發(fā)揮了重要的作用,其可能是通過激活EGFR/PI3K/AKT信號通路影響膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖及侵襲過程,從而促進(jìn)膠質(zhì)瘤的發(fā)生與發(fā)展,故有望將ADAM17作為抗膠質(zhì)瘤治療的新靶點(diǎn)。
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(編輯:吳小紅)
Role and Mechanism of ADAM17-mediated Proliferation and Invasion of U87MG Glioma Cell
LIShun,TANGXiaoping,FENGLing,etal.
AffiliatedHospitalofNorthSichuanMedicalCollege,Nanchong,637000
Objective To investigate role and mechanism of ADAM17-mediated proliferation and invasion of U87MG glioma cell.Methods The expression levels of ADAM17 in 65 cases of gliomas and 13 cases of normal brain tissues were detected by immunohistochemical staining and RT-PCR.The proliferation and invasion ability of U87MG cells were detected by MTT and transwell assays after silencing ADAM17 by siRNA or overexpression ADAM17 with the ADAM17 agonist(PMA).Western Blot was used to detect ADAM17,AKT and p-AKT protein expression of U87MG cells in each group.Results ADAM17 mRNA and protein expressions were both higher in glioma than that in normal brain tissues (P<0.05);Compared with the control group,stimulation of U87MG cells with the ADAM17 agonist(PMA) improved the proliferation and invasion ability,while knock-down of ADAM17 in U87MG cells by si-ADAM17 decreased the proliferation and invasion ability (P<0.05).Knock-down or overexpression ADAM17 can lead to p-AKT protein changes of PI3K/AKT signaling pathway.Conclusion ADAM17 could mediate the proliferation and invasive of U87MG glioma cell by activating PI3K/AKT signaling pathway.It is expected to find a potential therapeutic target for the treatment of glioma.
ADAM17;U87MG;Glioma;Proliferation;Invasion
南充市科學(xué)技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)局項目(編號:14A0040)
637000 川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院
唐曉平
10.3969/j.issn.1001-5930.2017.06.004
R730.264
A
1001-5930(2017)06-0883-05
2016-07-12
2017-03-09)