膠質瘤干細胞外泌體通過PI3K/Akt信號通路促進膠質瘤U87細胞侵襲、遷移

任光輝 李武雄 齊利豪

膠質瘤是顱內最常見的原發性惡性腫瘤，病死率、致殘率高[1，2]。外泌體（exosomes，exo）是細胞在生理、病理條件下釋放到胞外的一種雙層膜囊泡，能與靶細胞受體結合或水平轉移內含物而發揮生物學功能[3]。研究發現，腫瘤細胞來源的exo 能通過不同機制影響腫瘤的侵襲、轉移、血管生成等[4]。本研究探討膠質瘤干細胞外泌體（glioma stem cells exosomes，GSCs-exo）對體外培養的膠質瘤U87細胞侵襲、遷移能力的影響。

1 材料與方法

1.1 細胞培養U87 膠質瘤細胞株（中國醫學科學院基礎醫學研究所基礎學細胞中心提供）置于含10%胎牛血清、1%青霉素-鏈霉素的DMEM培養基培養。

1.2 GSCs 分離、培養及鑒定 取對數生長期U87 細胞，消化重懸后，轉移至干細胞培養液（上海索萊寶科技有限公司）培養至第3代細胞，轉移至防脫載玻片，貼壁后以多聚甲醛固定，清洗后依次加入Nestin抗體、CD133 一抗（1∶200），4 ℃孵育過夜，清洗后加入FITC標記的二抗（1∶400；德國默克公司），室溫下孵育1 h，避光處理，加入核襯染物DAPI，室溫孵育10 min，熒光顯微鏡下觀察。同時在有多聚左旋賴氨酸涂層的載波片上進行第3代GSCs 誘導分化，常規培養5 d后，進行GFAP熒光染色，2周后進行Neun染色，激光共聚焦顯微鏡下觀察拍照。

1.3 GSCs-exo 的提取與鑒定 超速離心法提取exo。按照QIAAGEN GSCs-exo 提取試劑盒（上海李記生物科技有限公司）說明書，收集GSCs 上清細胞培養液，加入XWP、XE 緩沖液分別離心洗滌、洗脫，獲得GSCs-exo 混合液固定，加入3%磷鎢酸溶液負染，透射顯微鏡下觀察GSCs-exo形態。RIPA裂解液（上海索萊寶科技有限公司）提取GSCs-exo 蛋白，10%SDS-PAGE電泳分離轉移至PVDF膜，室溫封閉2 h，加入CD63 一抗（1:500），4 ℃孵育過夜，加入HRP 標記的二抗（1:5 000），孵育2 h，ECL曝光拍照。

1.4 干預與分組 取50 μl GSCs-exo，經RIPA裂解液處理，BCA 試劑盒（上海紀寧生物科研試劑盒公司）測量蛋白濃度，以10% exo 血清培養液分別稀釋至20、40、80 μg/ml。取對數生長期U87 細胞接種于6孔板中，密度調整為1×105/孔，隨機分為4組：對照組和高、中、低GSCs-exo 濃度組（分別加入20、40、80 μg/ml的GSCs-exo），每組5個復孔。

1.5 Transwell 實驗檢測U87 細胞侵襲能力100 μl 50 mg/L的Matrigel基質膠1∶40稀釋液包被底部膜上室面。收集對數生長期細胞，按照2×105個/孔移入Transwell 小室，下層加入10%胎牛血清的1640 培養基500 μl，對照組、GSCs-exo組小室上室分別加入無血清1640 培養基150 μl 和重懸外泌體150 μl，37 ℃培養24 h，甲醇室溫固定10 min。侵襲置濾膜下表面的細胞以結晶紫染色，正置顯微鏡下隨機選取5個視野拍照，計算穿膜細胞數，取平均值。

1.6 劃痕實驗檢測U87 細胞遷移能力 對數生長期細胞以2×105個/孔接種于6孔板常規培養，細胞貼壁生長時，棄培養基，以50 μl 無菌移液槍頭在培養板中間劃線，后加入完全培養基繼續培養24 h后拍照，計算細胞遷移率。遷移率（%）=（初始劃痕寬度-24 h后劃痕寬度）/初始劃痕寬度×100%。

1.7 免疫印記法檢測U87 細胞磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶B（protein kinase B，Akt）、L1CAM 收集各組細胞，RIPA 裂解液處理，BCA 定量蛋白，SDS-PAGE 法分離，轉移至PVDF 膜，封閉液封閉，加入一抗（1:2 000），4 ℃封閉過夜，加入二抗（1:10 000；廈門慧嘉生物科技有限公司），室溫孵育2 h，ECL 顯影，分析目的條帶灰度值。

1.8 統計學方法 采用SPSS 25.0進行處理；定量資料以±s表示，采用單因素方差分析和t檢驗；P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 GSCs 的鑒定結果 腫瘤細胞球由多個細胞組合而成，即GSCs（圖1）。熒光染色可見CD133（圖2a）與Nestin（圖2b）呈陽性表達。誘導分化5 d 后GSCs分化成膠質細胞，GFAP 陽性表達（圖2c），2 周后GSCs分化為神經元細胞，Neun陽性表達（圖2d）。

2.2 GSCs-exo 鑒定結果GSCs-exo 為圓形或橢圓形囊泡結構，直徑30～100 nm，雙層膜包被（圖3a）。提取的GSCs-exo 總蛋白顯示表達相關標志蛋白CD63（圖3b）。

2.3 GSCs-exo 對U87 細胞侵襲能力的影響 高濃度GSCs-exo 組侵襲細胞數量[（135.32±13.47）個]明顯高于中濃度GSCs-exo 組[（108.36±11.35）個；P＜0.05]，而中濃度GSCs-exo 組明顯高于低濃度GSCsexo 組[（88.45±8.23）個；P＜0.05]，低濃度GSCs-exo 組明顯高于對照組[（65.32±6.35）個；P＜0.05]。

2.4 GSCs-exo 對U87 細胞遷移能力的影響 高濃度GSCs-exo組細胞遷移率[（88.36±8.35）%]明顯高于中濃度GSCs-exo組[（72.39±7.25）%；P＜0.05]，而中濃度GSCs-exo 組明顯高于低濃度GSCs-exo 組[（46.35±6.89）%；P＜0.05]，低濃度GSCs-exo 組明顯高于對照組[（23.56±5.12）%；P＜0.05]。

圖1 膠質瘤干細胞形態鑒定（×40

圖2 膠質瘤干CD133、Nestin、GFAP、Neun免疫熒光染色鑒定（×40）

圖3 膠質瘤干細胞外泌體鑒定

圖4 免疫印跡法檢測GSCs-exo 對U87 細胞L1CAM、PI3K、Akt、p-Akt蛋白表達的影響

表1 GSCs-exo對U87細胞L1CAM、PI3K、Akt、p-Akt蛋白表達的影響

2.5 GSCs-exo 對U87細胞PI3K/Akt信號通路蛋白表達的影響 與對照組比較，GSCs-exo組L1CAM、PI3K蛋白表達量及p-AKt/Akt比值明顯增高（P＜0.05），而且隨GSCs-exo 濃度增加明顯增高（P＜0.05）。見表1、圖4。

3 討論

本研究結果顯示，GSCs-exo 能促進膠質瘤U87細胞的侵襲和遷移，而且，GCSs-exo組L1CAM、PI3K與p-AKt/Akt 水平均明顯升高；均呈濃度依賴性。這說明GSCs-exo 可上調L1CAM、PI3K 表達，促進Akt磷酸化，從而促進U87細胞侵襲和遷移。

GSCs可自我更新、多向分化、無限增殖，對膠質瘤的生長、轉移、浸潤、復發及治療敏感性有決定性作用[4，5]。exo 在細胞間的物質和信息傳遞中有重要的轉導作用，參與腫瘤生長、轉移。腫瘤細胞來源的exo，因攜帶miRNA、DNA 片段、蛋白質、脂質等多種功能分子，能為腫瘤的侵襲和轉移提供條件[6]。鄒敏等[7]研究顯示，缺氧環境下肝癌細胞分泌的exo，可促進肝癌細胞的增殖、遷移與侵。Gong 等[8]發現，GSCs-exo能促進血管內皮細胞的增殖和遷移。

L1CAM 是細胞黏附分子免疫球蛋白超家族的重要成員[9]。張媛[10]研究發現，L1CAM能直傳遞雙向信號，影響細胞的結構、基因表達、細胞增殖和細胞分化等生物學行為，促進腫瘤細胞的侵襲與轉移。另外，L1CAM 還可調控血管的生成，參與腫瘤的發展，并提高腫瘤細胞耐藥性[11]。PI3K 是具有催化活性的胞內磷脂酰肌醇激酶，Akt 是PI3K 下游的靶向調節分子，Akt可在PI3K的磷化產物激活后發生質-膜轉移而被激活，通過磷酸化作用影響胞漿內的生物學信號傳遞，調控細胞的增殖、侵襲、轉移等過程[12，13]。

綜上所述，GSCs-exo 可促進膠質瘤U87 細胞的侵襲與遷移，可能與上調L1CAM、PI3K 表達，促進Akt磷酸化有關。