IGF-1通過激活EGR1誘導肝細胞癌的遷移和侵襲

馬 旸，崔東倩，韓陳陳，羅婷婷，魏 偉

肝癌是常見的惡性腫瘤，肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)占原發性肝癌的85%以上，預后不良，5年總生存率小于12%[1]。研究[2]表明其預后不良與HCC復發和轉移密切相關，因此亟需確定介導腫瘤侵襲和轉移的分子機制。

胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-l, IGF-1)在許多腫瘤細胞中表達上調，參與腫瘤發生和發展，通過作用在其受體——胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 receptor, IGF1R)參與轉導多種信號途徑如JNK、MAPK、PI3K/Akt途徑發揮作用[3]。MCF-7細胞中IGF-1通過PI3K/Akt信號通路依賴的方式升高附膜蛋白的表達促進腫瘤轉移[4]；此外，IGF-1可以通過上調組織蛋白酶B的表達促進HCC細胞系的生長和轉移[5]。早期生長反應蛋白1(early growth response protein 1, EGR1)是一個分子量為82 ku的轉錄因子，屬于即刻早期基因簇中的一員，有絲分裂刺激包括血清，非致死性應激，例如輻射和缺氧，均可激活EGR1表達[6]。一旦激活，EGR1與血清響應因子形成復合物與富含GC的區域結合，控制下游多個基因的表達，如細胞因子TGF-β1、PDGF-A和PDGF-B和bFGF，這些因子被認為在腫瘤細胞增殖、凋亡、血管生成及腫瘤轉移中發揮重要意義[7]。

雖然IGF-1和EGR1都可以介導腫瘤細胞轉移，但它們在共同調節HCC的遷移侵襲中的作用和機制尚未發現。本研究中，選用兩株HCC細胞株，加入不同濃度的IGF-1刺激細胞，用transwell的方法檢測了細胞的遷移和侵襲情況，為了探究其分子機制，利用Western blot和RT-PCR方法檢測了胞內Akt及ERK信號通路的活化情況及EGR1的表達，進一步利用siRNA的方法將EGR1的表達水平敲低，對細胞進行遷移和侵襲的功能檢測。本研究旨在揭示HCC細胞中IGF-1調控EGR1的作用，為闡明IGF-1調節HCC遷移侵襲的新機制提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1主要試劑和抗體 EGR1、磷酸化p44/42 MAPK(ERK1/2)的抗體(Thr202 / Tyr204)、p44/42 MAPK(ERK1/2)、磷酸化Akt(Ser473)、Akt、磷酸化IGF1R β(Tyr1135)、IGF1Rβ購自美國Cell Signaling Technology公司；人重組IGF-1來自美國Peprotech公司；SP1、β-actin抗體購美國Santa Cruz 公司；HRP偶聯抗兔、小鼠、山羊IgG購自美國Sigma-Aldrich公司。

1.1.2細胞株的使用和培養 人源HCC細胞系HepG2購自美國ATCC細胞庫；HCCLM3購自復旦大學肝癌研究所，并保持在DMEM加10%胎牛血清(fetal bovine serum, FBS)和2 nmol/LL-谷氨酰胺和青霉素、鏈霉素的培養基里，將細胞在37 ℃、5%CO2的培養箱中培養。

1.2 方法

1.2.1Transwell法測定細胞遷移和侵襲 取對數生長期且無血清處理12～24 h的HepG2或HCCLM3細胞，經消化離心后，用無血清培養基進行重懸計數，在含有8 μm孔徑的聚碳酸酯纖維膜的24孔板中接種細胞，每個內室加入200 μl含不同濃度IGF-1的細胞懸液，每孔均含5×104個細胞。于24孔板即外室中加入700 μl的含10%FBS的DMEM培養基，避免有氣泡產生，進行細胞遷移和侵襲實驗，在侵襲實驗中，將Matrigel混合DMEM(4 ∶3)放于內室，使細胞在37 ℃細胞培養箱中孵育24 h。取出小室，90%乙醇固定10 min，用PBS溶液濕潤的棉簽輕輕擦去上室表面未侵襲的細胞，1%結晶紫染液室溫下染色10 min。PBS漂去多余染料，顯微鏡下每孔隨機取5個視野拍照，計數并求平均值。

1.2.2Western blot 用RIPA裂解緩沖液裂解HepG2或HCCLM3細胞株，裂解物在4 ℃、13 000 r/min下離心15 min。將可溶性蛋白質在SDS中變性，在其上分離12% SDS-聚丙烯酰胺凝膠，轉移到PVDF膜，并與封閉緩沖液(5%脫脂奶粉的TBST)一起孵育4 ℃過夜。免疫印跡分別用一抗(1 ∶1 000)和二抗HRP-山羊抗兔抗體(1 ∶15 000)與PVDF膜進行孵育，用增強的化學發光系統進行檢測。

1.2.3RT-PCR和定量實時PCR 按照TRIzol試劑說明書的方法提取細胞總RNA，使用cDNA逆轉錄試劑盒將1 μg總RNA轉化為cDNA，以下的引物用于RT-PCR和實時定量PCR反應。β-actin-Fw:5′-GAC CTG ACT GAC TAC CTC ATG AAG AT-3′;β-actin-Re:5′-GTC ACA CTT CAT GAT GGA GTT GAA GG-3′;EGR1-Fw:5′-CTG ACC GCA GAG TCT TTT CCT G-3′;EGR1-Re:5′-TGG GTG CCG CTG AGT AAA TG-3′。

2 結果

2.1 IGF-1增強HCC細胞的遷移和侵襲能力為了確定IGF-1對HCC細胞轉移的影響，將不同濃度的IGF-1加入HCC細胞株中，用Transwell法檢測細胞遷移和侵襲的作用。結果表明，25、50和100 ng/ml的IGF-1可以不同程度地增加HepG2細胞遷移的穿膜數目(圖1A)，統計結果表明，與空白組(182.6±3.0)比較，IGF-1刺激各組穿膜細胞數顯著增多(285.3±10.0, 395.0±5.0, 547.3±23.1)，且具有濃度依賴性的特征(F=437.1,P<0.05)(圖1B)，HepG2細胞侵襲的穿膜數目統計結果表明，與空白組(170.6±9.0)比較，IGF-1刺激各組穿膜細胞數顯著增多(258.7±15.5, 369.7±13.8, 506.7±13.9)，差異具有統計學意義(F=358.9,P<0.05)(圖1B)；HCCLM3細胞遷移的實驗結果顯示，與空白組(155.0±5.0)比較，IGF-1刺激各組可濃度依賴地增加細胞的遷移細胞數(268.7±15.1, 402.3±8.7, 625.7±36.8)(F=290.9,P<0.05)(圖1C、1D)，HCCLM3細胞侵襲的實驗結果顯示，與空白組(168.3±17.5)比較，IGF-1刺激各組可濃度依賴地增加細胞的侵襲細胞數(223.0±27.1, 425.0±27.8, 595.7±20.6)(F=205.3,P<0.05)(圖1C、1D)。以上結果表明，IGF-1可增強HepG2和HCCLM3的遷移和侵襲能力。

2.2 IGF-1對EGR1表達的影響在IGF-1刺激HCC細胞株4 h時收集細胞，利用Western blot、RT-PCR和實時定量PCR的方法檢測胞內Akt及ERK的活化及EGR1的表達，結果表明，不同濃度的IGF-1均可增加HCC細胞株中IGF1R、 AKT及ERK的磷酸化水平而對總表達無明顯改變，同時EGR1的蛋白表達也隨著IGF-1的濃度增高而增加(圖2A)，其mRNA水平也在IGF-1刺激下隨濃度相應增加(圖2B)，與未刺激組比較，EGR1的mRNA水平顯著增加(圖2C)(FHepG2=578.2,FHCCLM3=325.6,P<0.01)，以上結果表明，IGF-1可促進HepG2和HCCLM3胞內Akt及ERK的活化，增加EGR1的mRNA及蛋白表達。

2.3 敲低EGR1的表達降低IGF-1誘導的HCC遷移和侵襲能力將EGR1 siRNA分別轉染至兩株HCC細胞系中，首先用Western blot、RT-PCR方法檢測EGR1的敲低效率，結果表明，HepG2和HCCLM3細胞在轉染siRNA后，EGR1的蛋白和mRNA水平明顯減少(圖3A、3B)，在此基礎上加入50 ng/ml IGF-1，檢測細胞的遷移和侵襲作用。HepG2細胞遷移結果表明，與對照組比較，IGF-1可顯著增加HepG2細胞的遷移，而沉默EGR1表達后，IGF-1刺激的細胞穿膜數目明顯減少(F=409.5,P<0.01)，HepG2細胞侵襲結果表明，與對照組比較，IGF-1可顯著增加HepG2細胞的侵襲，而沉默EGR1表達后，IGF-1刺激的細胞穿膜數目明顯減少(F=138.8,P<0.01)(圖3C、3D)；HCCLM3細胞遷移結果表明，與對照組比較，IGF-1可顯著增加HepG2細胞的遷移，而沉默EGR1表達后，IGF-1刺激的細胞穿膜數目明顯減少(F= 131.6,P<0.05)，HCCLM3細胞侵襲結果表明，與對照組比較，IGF-1可顯著增加HepG2細胞的侵襲，而沉默EGR1表達后，IGF-1(228.0±21.5)刺激的細胞穿膜數目明顯減少(F= 51.7,P<0.05)(圖3E、3F)，以上結果顯示，抑制EGR1的表達降低IGF-1誘導的HepG2和HCCLM3細胞的遷移和侵襲能力，提示EGR1在介導IGF-1誘導的HCC遷移侵襲能力中發揮重要作用。

圖1 IGF-1增強HCC細胞的遷移和侵襲能力 ×100

A：Transwell法檢測IGF-1對HepG2細胞遷移和侵襲能力的影響；B:IGF-1對HepG2細胞遷移和侵襲數目的統計數據；C:Transwell法檢測IGF-1對HCCLM3細胞遷移和侵襲能力的影響；D:IGF-1對HCCLM3細胞遷移和侵襲數目的統計數據；1:空白組；2：IGF-1 25 ng/ml組；3:IGF-1 50 ng/ml組；4:IGF-1 100 ng/ml組；與空白組比較：*P<0.05,**P<0.01

圖2 IGF-1對Akt及ERK信號通路活化及EGR1表達的影響

A：Western blot方法檢測不同濃度IGF-1刺激下胞內Akt及ERK信號通路的活化及EGR1的表達；B：RT-PCR檢測IGF-1刺激下EGR1的mRNA表達；C：實時定量PCR檢測IGF-1刺激下EGR1的mRNA表達；1：HepG2；2：HCCLM3；與IGF-1 0 ng/ml組比較：**P<0.01

3 討論

腫瘤轉移的關鍵因素是腫瘤細胞獲得遷移和侵襲能力，IGF-1在腫瘤轉移中的重要作用在很多文獻中均有報道：IGF-1通過PI3K / PTEN / Akt / NF-кB信號通路影響胰腺癌細胞侵襲[8]； IGF-1與TGF-β聯合作用可激活金屬蛋白酶活性，導致乳腺癌細胞EMT的發生[9]；IGF-1通過激活PI3K/Akt/mTOR信號增加survivin的表達，增加前列腺癌和結腸癌EMT的發生[10-11]。 但是，IGF-1與EGR1在HCC遷移和侵襲中的關系尚不清楚。

EGR1在肝細胞的增殖、遷移和侵襲中發揮重要作用，但是其在HCC中的表達及效應存在爭議：一項研究顯示EGR1在HCC中過表達[12]，而另一個發現HCC中EGR1表達下調[13]。最近研究數據表明EGR1在HCC中的不同生物學功能可能由其上游信號通路的激活有關，如肝細胞生長因子(HGF)/c-Met信號[14]或IGF1R信號通路[15]，研究表明EGR1是介導HGF誘導的細胞遷移、侵襲功能的關鍵轉錄因子，其可以通過轉錄激活下游基因如MMP-2和MMP-9的表達而調控細胞功能[14]；此外，在以往研究[15]中也發現，胰島素樣生長因子結合蛋白-3(insulin-like growth factor-binding protein-3, IGFBP-3)通過抑制IGF-1誘導IGF1R信號通路，包括抑制Akt和ERK激活，導致轉錄因子EGR1的抑制，從而導致其靶基因bFGF和PDGF的分泌降低，使HCC細胞的增殖減弱。

圖3 敲低EGR1的表達降低IGF-1誘導的HCC遷移和侵襲能力 ×100

A、B:EGR1的siRNA分別轉染至HepG2和HCCLM3細胞中，Western blot、RT-PCR方法檢測EGR1的敲低效率；C、D：沉默EGR1表達后，transwell法檢測IGF-1刺激的HepG2細胞遷移和侵襲及其數據統計圖；E、F：沉默EGR1表達后，transwell法檢測IGF-1刺激的HCCLM3細胞遷移和侵襲及其數據統計圖；1：si-scramble組；2：si-EGR1組；3:si-scramble+ IGF-1組；4:si-EGR1+ IGF-1組；與si-scramble組比較：**P<0.01；與si-scramble+ IGF-1組比較：##P<0.01

本研究選用兩株不同轉移特性的HCC細胞株HepG2和HCCLM3，利用不同濃度的IGF-1刺激細胞，用transwell的方法檢測細胞的遷移和侵襲情況，結果表明IGF-1可濃度依賴的增加HCC的遷移侵襲能力；為了探究其分子機制，利用Western blot和RT-PCR方法檢測胞內Akt及ERK信號通路的活化情況及EGR1的表達，結果表明IGF-1可活化HCC中Akt及ERK信號通路，增加EGR1的蛋白及mRNA表達，進一步利用siRNA的方法將EGR1的表達水平敲低，對細胞進行遷移和侵襲的功能檢測，結果表明敲低EGR1水平可降低IGF-1誘導的HCC細胞侵襲遷移。

綜上，本研究初步揭示在HCC細胞株中IGF-1可活化Akt及ERK信號通路和增加EGR1的表達，介導HCC的遷移和侵襲，將為揭示HCC遷移和侵襲的新機制提供實驗依據。