白細胞介素-37在結腸癌組織中的表達及其對結腸癌細胞增殖、侵襲的作用*

劉月紅，趙家寧，王科，任博，王文帥

（西安市第四醫院1.臨床檢驗中心，2.輸血科，陜西西安710004；3.重慶市永川區人民醫院檢驗科，陜西西安412060；4.灃東新城公共衛生管理中心，陜西西安710086）

結腸癌是我國常見的消化道惡性腫瘤之一，發病率及病死率呈逐年升高趨勢[1-2]。手術切除、輔助化療、靶向治療是臨床治療結腸癌的主要手段，但治療過程中的復發率、轉移率較高，整體預后并不理想。癌細胞過度增殖及侵襲是與結腸癌復發、轉移直接相關的惡性生物學行為，針對癌細胞的增殖、侵襲進行干預也是結腸癌新治療手段的靶點。

白細胞介素-37（Interleukin-37,IL-37）是近年來新發現的白細胞介素-1 家族的抑炎細胞因子，在固有免疫應答及適應性免疫應答中均發揮重要作用[3]。近年來，炎癥微環境與惡性腫瘤發生的關系受到了越來越多的關注[4-5]，具有抑炎作用的IL-37也被證實能夠在宮頸癌、膀胱癌、肺癌等惡性腫瘤中發揮抑癌作用[6-8]。但IL-37 是否參與結腸癌細胞惡性生物學行為的調控仍未明確。為探討IL-37在結腸癌發生、發展中的作用，探究未來使用IL-37治療結腸癌的可能性，本研究檢測IL-37 在結腸癌組織中表達的變化，并通過體外實驗探討其對結腸癌細胞增殖、侵襲的作用。

1 材料與方法

1.1 臨床標本

收集2017年4月—2019年4月在西安市第四醫院手術切除的結腸癌組織及其癌旁組織，共42 例。均取得患者的知情同意及醫院倫理委員會的批準。

1.2 細胞

結腸癌HT29 細胞購自中國科學院上海生命科學研究院細胞資源中心，液氮中冷凍保存。

1.3 試劑與儀器

空白pcDNA3.1 質粒、表達IL-37 的pcDNA3.1 重組質粒由生工生物工程（上海）股份有限公司設計并合

成，質粒濃度2.0 mg/ml；轉染試劑LipofectamineTM2000購自美國Invitrogen 公司，MTS 細胞增殖檢測試劑盒購自美國Promega 公司，IL-37、信號轉導及轉錄活化因子3（STAT3）、磷酸化信號轉導及轉錄活化因子3（p-STAT3）、蛋白激酶B（Akt）、磷酸化蛋白激酶B（p-Akt）的單克隆一抗購自英國Abcam公司，DP430總RNA 提取試劑盒、KR118 cDNA 第一鏈合成預混試劑盒、FP209 Talent 熒光定量檢測試劑盒（SYBR Green）購自北京天根公司。

1.4 方法

1.4.1 細胞培養及分組HT29 細胞用含有10%胎牛血清的RPMI 1640 在培養瓶中貼壁培養，0.25%胰蛋白酶常規消化并傳代繼續培養。取傳代后對數生長期的細胞，分為對照組、空白質粒組、IL-37 質粒組。對照組用不含轉染試劑、質粒的RPMI 1640 處理；空白質粒組用LipofectamineTM2000 轉染空白pcDNA3.1 質粒，質粒終濃度為1.0 μg/ml；IL-37質粒組用LipofectamineTM2000 轉染表達IL-37 的pcDNA3.1重組質粒，質粒終濃度為1.0 μg/ml。每個處理條件設置6 個復孔，連續處理24 h。

1.4.2 MTS 檢測細胞增殖能力傳代細胞接種于96 孔板中，分組處理24 h 后，采用MTS 細胞增殖檢測試劑盒檢測細胞的增殖能力，按照試劑盒說明書進行操作，染色后在酶標儀490 nm 波長處檢測光密度（OD）值，OD 值越高表示細胞增殖能力越強。

1.4.3 Transwell 實驗檢測細胞侵襲活力在Transwell 的上室預涂基質膠，而后傳代細胞接種在Transwell 的上室并分組處理；向下室加入含有10%胎牛血清的RPMI 1640，趨化上室內的細胞進行侵襲。24 h 后，取下小室膜，結晶紫染色后在顯微鏡下觀察，隨機取5 個視野進行細胞計數。

1.4.4 Western blotting 檢測IL-37、p-STAT3、p-Akt蛋白表達取結腸癌組織、癌旁組織和分組處理后的HT29 細胞，采用RIPA 裂解液提取組織及細胞中的蛋白，測定蛋白含量后取30 μg 蛋白進行Western blotting 檢測。將蛋白樣本加入聚丙烯酰胺凝膠中電泳，而后電轉移至NC膜，用5%脫脂牛奶封閉NC膜2 h，用1∶1 000 稀釋的IL-37、STAT3、p-STAT3、Akt、p-Akt 一抗4℃孵育過夜；次日，用1∶1 000 稀釋的HPR 二抗孵育NC 膜1 h，顯影后得到蛋白條帶，根據條帶灰度值計算IL-37、p-STAT3、p-Akt 蛋白相對表達量，β-actin為陰性對照。

1.4.5 qRT-PCR 檢測細胞周期蛋白D1（Cyclin D1）、B 淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）、基質金屬蛋白酶2（MMP-2）、基質金屬蛋白酶9（MMP-9）mRNA 相對表達量取分組處理后的HT29 細胞，采用總RNA提取試劑盒分離細胞中的RNA，采用cDNA 第一鏈合成預混試劑盒將RNA 逆轉錄為cDNA，最后采用Talent 熒光定量檢測試劑盒配置PCR 體系對cDNA進行擴增，反應條件：95℃預變性3 min，95℃變性15 s、60℃退火25 s，重復40 個循環。β-actin 為陰性對照。Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 正反向引物序列見表1。自動生成循環閾值（Ct），2-△△Ct法計算Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA 相對表達量。

表1 引物序列

1.5 統計學方法

數據分析采用SPSS 20.0 統計軟件，計量資料以均數±標準差（±s）表示，比較采用t檢驗或方差分析，進一步兩兩比較用LSD-t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 結腸癌組織與癌旁組織中IL-37 蛋白相對表達量的比較

結腸癌組織和癌旁組織中IL-37 蛋白相對表達量為（0.31±0.07）和（0.92±0.16）。兩者比較，經t檢驗，差異有統計學意義（t=19.393，P=0.000），結腸癌組織中IL-37 蛋白相對表達量降低。見圖1。

圖1 結腸癌組織與癌旁組織中IL-37蛋白相對表達量

2.2 3 組結腸癌HT29 細胞中IL-37 蛋白相對表達量的比較

結腸癌HT29 細胞中，對照組、空白質粒組和IL-37 質粒組的IL-37 蛋白相對表達量分別為（0.20±0.06）、（0.22±0.08）和（0.98±0.21），3 組比較，經方差分析，差異有統計學意義（F=11.384，P=0.000）；進一步兩兩比較，IL-37 質粒組IL-37 的蛋白相對表達量高于對照組及空白質粒組（P＜0.05）。見圖2。

圖2 3組HT29細胞中IL-37蛋白相對表達量

2.2 3 組結腸癌HT29 細胞的OD 值和穿膜細胞數比較

3 組結腸癌HT29 細胞的OD 值和穿膜細胞數比較，經方差分析，差異有統計學意義（P＜0.05）；進一步兩兩比較，IL-37 質粒組的OD 值、穿膜細胞數較對照組及空白質粒組降低。見圖3 和表1。

圖3 3組結腸癌HT29細胞侵襲能力比較 （結晶紫染色×400）

表1 3組HT29細胞的OD值和穿膜細胞數的比較（x±s）

2.3 3 組結腸癌HT29 細胞的Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA相對表達量比較

3 組結腸癌HT29 細胞的Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA 相對表達量比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；進一步兩兩比較，IL-37 質粒組CyclinD1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA 相對表達量較對照組及空白質粒組降低（P＜0.05）。見表2。

表2 3組結腸癌HT29細胞的Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA相對表達量的比較 （±s）

表2 3組結腸癌HT29細胞的Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2、MMP-9 mRNA相對表達量的比較 （±s）

組別Cyclin D1 mRNA Bcl-2 mRNA MMP-2 mRNA MMP-9 mRNA對照組空白質粒組IL-37質粒組F 值P 值0.88±0.15 0.93±0.17 0.40±0.08 126.060 0.000 0.79±0.14 0.84±0.18 0.50±0.09 93.394 0.000 0.91±0.16 0.98±0.17 0.33±0.08 137.658 0.000 0.71±0.15 0.77±0.20 0.45±0.08 67.348 0.000

2.4 3 組結腸癌HT29 細胞中p-STAT3、p-Akt 蛋白相對表達量的比較

3 組結腸癌HT29 細胞中p-STAT3、p-Akt 蛋白相對表達量的比較，經方差分析，差異有統計學意義（P＜0.05），進一步兩兩比較，IL-37 質粒組較對照組及空白質粒組p-STAT3、p-Akt 的蛋白相對表達量降低（P＜0.05）。見表3 和圖4。

表3 3組結腸癌HT29細胞中p-STAT3、p-Akt蛋白相對表達量的比較 （±s）

表3 3組結腸癌HT29細胞中p-STAT3、p-Akt蛋白相對表達量的比較 （±s）

組別p-STAT3 p-Akt空白對照組空白質粒組IL-37質粒組F 值P 值0.92±0.15 0.98±0.17 0.42±0.09 135.021 0.000 0.96±0.18 0.91±0.14 0.40±0.10 126.300 0.000

圖4 3組結腸癌HT29細胞中p-STAT3、p-Akt蛋白的表達

3 討論

結腸癌的發生涉及多因素、多環節，其中炎癥微環境與結腸癌發生的關系近年來受到越來越多的關注[9]。在腫瘤的炎癥微環境中，多種促炎因子、趨化因子、血管新生因子表達增多，進而促進腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲及腫瘤新生血管的形成[10-12]。IL-37是新型的抑炎細胞因子，對多種促炎因子、趨化因子的生成具有抑制作用。已有報道，結腸癌IL-37低表達患者的無進展生存期較IL-37 高表達患者明顯縮短[13-14]。本研究所檢測的結腸癌組織及癌旁組織中，結腸癌組織中IL-37 蛋白相對表達量低于癌旁組織。以上結果提示IL-37 表達減少與結腸癌的發生、發展及預后轉歸均密切相關，IL-37可能具有抑癌作用，本研究進一步通過體外細胞實驗來驗證IL-37的抑癌作用。

有研究報道，IL-37 對宮頸癌、膀胱癌、肺癌等惡性腫瘤細胞的增殖、侵襲具有抑制作用[6-8]。本研究在體外實驗中觀察IL-37 對結腸癌細胞增殖、侵襲的抑制作用。已培養的結腸癌HT29 細胞用LipofectamineTM2000 轉染表達IL-37 的pcDNA3.1 重組質粒，可以觀察到結腸癌HT29 細胞中IL-37 蛋白相對表達量增多，說明轉染表達IL-37 的重組質粒能夠引起結腸癌HT29 細胞中IL-37 的過表達。在過表達IL-37 后分別通過MTS 細胞增殖試劑盒和Transwell 實驗檢測細胞增殖及侵襲可知，細胞的OD 值及侵襲能力均降低，說明過表達IL-37 能夠顯著抑制結腸癌HT29 細胞的增殖和侵襲，與既往關于IL-37 在其他惡性腫瘤中的抑癌作用吻合[15-16]。

在結腸癌發生發展過程中，結腸癌細胞的增殖和侵襲受到相應基因的調控，Cyclin D1和Bcl-2是促進細胞增殖的基因，MMP-2和MMP-9是促進細胞侵襲的基因。已有研究報道，結腸癌組織中上述增殖和侵襲基因的表達均明顯增多[17-20]。Cyclin D1能夠使細胞周期加速并促進細胞有絲分裂，Bcl-2能夠拮抗線粒體途徑凋亡并促進細胞異常增殖，MMP-2和MMP-9能夠水解細胞外基質及基底膜并促進細胞向鄰近組織侵襲[21]。在本研究中，轉染質粒過表達IL-37 后，結腸癌HT29 細胞中Cyclin D1、Bcl-2、MMP-2 和MMP-9 mRNA 相對表達量均降低，說明IL-37 對結腸癌細胞中促增殖及促侵襲基因的表達具有抑制作用，這與IL-37 抑制結腸癌細胞增殖、侵襲的作用吻合。

在明確IL-37 能夠抑制結腸癌細胞增殖、侵襲并調節相應基因的表達后，本研究還對IL-37 發揮上述作用的分子機制進行了初步的探索。宮頸癌、肺癌的相關研究證實，IL-37 能夠通過抑制STAT3的激活來發揮抑癌作用[8，21]；肝癌的相關研究證實，IL-37 能夠通過抑制Akt 的激活來發揮抑癌作用[22]。在結腸癌中，STAT3 和Akt 的表達均明顯增多[23-24]，且阻斷STAT3/Akt 通路能夠抑制離體培養結腸癌細胞的增殖，增強順鉑化療的敏感性[25]。本研究在轉染質粒過表達IL-37 后，IL-37 質粒組細胞中的p-STAT3、p-Akt 蛋白相對表達量降低，說明IL-37 對結腸癌細胞中STAT3/AKT 通路的激活具有抑制作用，這也可能是IL-37 在結腸癌中發揮抑癌作用的分子機制。

綜上所述，IL-37 在結腸癌組織中表達減少；在體外實驗中，增加IL-37 的表達能夠抑制結腸癌細胞的增殖、侵襲，且該抑制作用可能與抑制STAT3/Akt 通路有關，今后IL-37 有望成為治療結腸癌的新靶點，但本研究未能得到IL-37 直接通過STAT3/Akt 通路抑制結腸癌細胞增殖、侵襲的證據。今后應進一步使用STAT3/Akt 通路抑制劑或設計STAT3、Akt 的siRNA，在過表達IL-37 的同時聯用STAT3/Akt 通路抑制劑或siRNA，以此來驗證IL-37通過STAT3/Akt 通路抑制結腸癌細胞增殖、侵襲的作用。