NPM1促進骨肉瘤細胞遷移、增殖、侵襲的體外研究

劉豐平，皮聞森，肖運祥，趙紅衛

三峽大學第一臨床醫學院脊柱外科，湖北 宜昌 443000

骨肉瘤(osteosarcoma，OS)是最常見的骨與軟組織原發性惡性腫瘤，多發生于兒童和青少年。目前，手術治療、放療和大劑量化療是骨肉瘤的主要治療方法。雖然近年來新輔助化療藥物使得患者生存率有所提高，但是幾十年來五年生存率未見提仍未超過60%。其中，OS 患者的死亡原因主要是肺部轉移，一旦發生5年生存率低于20%[1]。因此，為了提高患者生存率，更需進一步闡明OS 轉移的分子機制，明確OS轉移防治的有效的策略及靶點。當前諸多研究已經證實NPM1與腫瘤發生、發展及轉移密切相關，是一種在多種惡性腫瘤中高表達的癌基因。本研究采用人源骨肉瘤細胞系(143B、U2-OS 細胞株)，探討沉默和過表達NPM1 對骨肉瘤細胞惡性表型遷移、增殖和侵襲能力的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 人源骨肉瘤細胞系143B和人源骨肉瘤細胞系U2-OS 細胞株購自中國科學院細胞庫(上海)，NPM1 過表達、沉默及陰性對照慢病毒均購于上海吉凱基因。侵襲試驗小室購于北京萌狀科技公司。凝膠制備試劑盒(AR018)購于Boster 公司。DMEM 培養液、胎牛血清購于美國Gibco 公司。蛋白提取試劑盒(BB-3101)購于BestBio公司。NPM1單克隆抗體(兔抗人)購于美國ABcam公司(美國)。HRP標記山羊抗鼠多克隆抗體、β-actin 單克隆抗體(鼠抗人)和HRP 標記山羊抗兔多克隆抗體均購于中杉金橋公司(北京)。

1.2 實驗方法

1.2.1 生物信息學預測 于Oncomine 數據庫進行檢索，設置類別為骨肉瘤，得到NPM1在骨肉瘤中的表達水平情況(https://www.oncomine.com/resource/login.html)。

1.2.2 細胞培養和慢病毒轉染 轉染細胞分為Lv/NPM1 組、Lv/ShNPM1 組、NC(Lv/negative)組。試驗參照轉染手冊(吉凱公司)，將各組別載體慢病毒顆粒分別轉染人源骨肉瘤細胞系143B 和人源骨肉瘤細胞系U2-OS細胞株。

1.2.3 Western blot 實驗檢測蛋白表達 轉染細胞72 h后消化、收集上述各組細胞，提取細胞蛋白，經BCA 蛋白定量法測定蛋白含量。SDS-PAGE 分離蛋白，于冰上濕轉，依照Western blotting 實驗手冊操作，其中抗兔NPM1 單克隆抗體比例為1∶2 000；抗鼠β-actin 抗體比例為1∶2 000；辣根過氧化物酶標記的山羊抗小鼠及山羊抗兔IgG 比例為1∶5 000。洗膜后，加入ECL顯色液，暗室內曝光。

1.2.4 CCK-8法檢測細胞增殖能力 將轉染72 h

后的U2-OS和143B細胞(3 000/孔)用于試驗操作，96孔培養板培養，時間為0 h、24 h 和48 h。依照CCK-8 法操作手冊，每份實驗平行做6次。

1.2.5 Wound healing 法檢測細胞遷移能力 轉染72 h后各組細胞，用于試驗操作，胰蛋白酶消化后接種于6孔培養板內(細胞密度為5×105/mL，500 μL/孔，每種細胞5孔)。依照Wound healing法操作手冊，每份實驗平行做6次。試驗結果采用Image J 1.47H軟件分析。

1.2.6 Transwell invasion法檢測細胞侵襲能力 轉染72 h 后，胰蛋白酶消化各組細胞，用無血清培養基重懸，接種于Transwell 侵襲小室內(細胞密度為1×105個/mL，150 μL/室)，依照Transwell invasion 法操作手冊進行操作。試驗結果采用Image J 1.47H 軟件分析

1.3 統計學方法 應用SPSS13.0 統計軟件分析數據，統計作圖軟件為Raphpad6.0，計量數據以均數±標準差(±s)表示，兩組比較采用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 生物信息學結果 于Oncomine 數據庫進行檢索顯示，NPM1在骨肉瘤中呈高表達，見圖1。

圖1 生物信息學分析結果Figure 1 Results of bioinformatics analysis

2.2 NPM1 轉染效率的驗證 Western blot 實驗檢測Lv/ShNPM1 組、NC 組和Lv/NPM1 組中NPM1 蛋白表達情況。結果顯示：與NC組比較，Lv/ShNPM1組NPM1 蛋白水平明顯降低，Lv/NPM1 組NPM1 蛋白水平增高，差異均有統計學意義(P＜0.05)，見圖2。

圖2 Western blot檢測NPM1蛋白的表達Figure 2 Detection of NPM1 protein expression by Western blot

2.3 NPM1增強骨肉瘤細胞的遷移能力 U2-OS細胞中NC組、Lv/NPM1組和Lv/ShNPM1組細胞遷移率分別為(49.7±3.3)%、(64.1±7.4)%、(24.3±6.6)%，143B細胞分別為(63.5±4.3)%、(75±3.7)%、(30.1±5.9)%。兩種細胞Lv/ShNPM1 組遷移率明顯低于NC 組，差異均有統計學意義(P＜0.05)，見圖3。

圖3 Wound healing 實驗檢測骨肉瘤細胞的遷徙能力(×200)Figure 3 The migratory ability of osteosarcoma cells was detected by the Wound healing assay(×200)

2.4 NPM1增強骨肉瘤細胞的侵襲能力 U2-OS細胞中NC 組、Lv/NPM1 組、Lv/ShNPM1 組侵襲細胞數分別為98±26.3、164±41、38±14.6，143B細胞分別為104±19.1、191±32.4、41±27.6。兩種細胞Lv/ShNPM1組侵襲細胞數明顯少于NC組，差異有統計學意義(P＜0.05)，見圖4。

圖4 Transwell invasion實驗檢測U2-OS細胞和143B細胞的侵襲能力(×200)Figure 4 The invasion ability of U2-OS cells and 143B cells was detected by Transwell invasion assay(×200)

2.5 NPM1 增強骨肉瘤細胞的增殖能力 CCK8法檢測各組細胞的增殖能力，結果顯示143B 和U2-OS 細胞Lv/ShNPM1 組增殖能力明顯低于NC組，差異有統計學意義(P＜0.05)，見圖5。

圖5 CCK8實驗檢測U2-OS細胞和143B細胞的增殖能力Figure 5 The proliferation ability of U2-OS cells and 143B cells was detected by CCK8 assay

3 討論

NPM1(nucleophosmin 1)是一種由294個氨基酸組成的具有高活性的核仁蛋白。其具有多種分子生物學功能，包括核糖體蛋白組裝，染色質重塑等[2]。經過磷酸化、乙酰化和泛素化等多種翻譯后修飾，NPM1 在細胞核和細胞質之間不斷穿梭，所處于的亞細胞區域不同，導致行使的功能也不一樣[3]。也有一些研究表明，NPM1 在細胞生長、增殖和轉化中起著至關重要的作用，可以調節細胞周期進程和中心體復制[4]。

大量研究已經證實在人血液系統惡性腫瘤中檢測到突變的NPM1，特別是急性髓性白血病(AML)。NPM1 可能是AML 的良好預后標志物，甚至是血液系統惡性腫瘤的潛在治療靶點[5-6]。與AML相反，NPM1的突變在實體瘤中很少被檢測到。但是，越來越多的證據表明，NPM1的在多種實體瘤中表達增高與預后不良有關，包括膀胱尿路上皮癌[7]、胃癌[8]。另外，最新的一項納入了11項研究和997例患者的薈萃分析也表明NPM1的過表達是大多數實體腫瘤預后不良的潛在獨立預測因子，包括尤文氏肉瘤、肝細胞癌、胃癌、卵巢漿液性癌、結直腸癌等[9]。Loubeau等[10]報道了沉默NPM1能抑制前列腺癌細胞的生長和MAPK信號的傳到。最新的研究報道了NPM1可能是前列腺癌免疫診斷和預后的潛在生物標志物，從而彌補PSA缺乏特異性的缺點[11]。Liu等[12]證實運用siRNA下調NPM1后能夠抑制結直腸癌細胞的惡性表型。本研究中通過生物信息學預測顯示NPM1在骨肉瘤中高表達。以此推測NPM1在人骨肉瘤侵襲轉移中同樣扮演著重要角色。為此，進一步通過體外實驗發現沉默NPM1降低了骨肉瘤細胞的侵襲、增殖和遷移能力，而過表達NPM1增強了骨肉瘤細胞的侵襲、增殖和遷移能力。但是NPM1在骨肉瘤中發揮作用的內在分子機制仍然不清楚。

NPM1能夠調節一些重要的腫瘤抑制因子，如p53和ARF 的活性和穩定性[13]，還可以通過與轉錄因子NF-κB 和c-Myc 相互作用，從而參與轉錄激活[14-15]。Boudra等[16]報道了mTOR密切參與NPM1基因表達的轉錄和轉錄后調節，從而引起NPM1 的高表達。另外一項研究證實RNAi沉默NPM1 基因能下調前列腺癌細胞中ERK1/2 的磷酸化水平[17]。ERK 的磷酸化能夠促使NF-κβ從包漿轉移至核內[18]，從而促使MMP-2、MMP-9 等與腫瘤轉移相關的基因表達上調，促進諸多腫瘤轉移，其中包括骨肉瘤[19-20]。Shandilya等[21]報道了Aurora-B通過磷酸化NPM1發揮其調節有絲分裂的作用。研究已經證實下調Aurora-B通過NF-κβ信號通路抑制骨肉瘤惡性表型[22]。總之NPM1在骨肉瘤中發揮作用的內在分子機制仍有需更深入的探索研究。

綜上所述，本研究證實了NPM1能夠在體外促進骨肉瘤細胞的惡性表型。為今后進一步研究NPM1參與骨肉瘤的發生、遠處轉移及可能機制打下前期基礎。