葡萄糖转运蛋白1对结肠癌细胞生物学功能的影响及其机制探究

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目的:
  结肠癌是全球继肺癌、肝癌、胃癌之后的第四大致死癌症,每年约70万人死于结肠癌。随着经济的快速发展和国民人口饮食结构调整,结肠癌在人群中的发病率及死亡率逐年上升,已成为我国面临的重大公共健康问题之一。葡萄糖转运蛋白1(glucosetransporter1,GLUT1)是葡萄糖转运蛋白家族成员中分布最广泛的功能膜蛋白。现普遍认为在机体中GLUT1发挥运输葡萄糖的重要作用。研究表明GLUT1与肿瘤特征性代谢的Warburg效应密切相关,参与了多种肿瘤细胞的增殖、迁移及侵袭,但GLUT1在结肠癌中的作用及机制尚不明确。本实验拟通过体内外实验探究GLUT1对结肠癌细胞生物学功能的影响及其潜在的作用机制,为结肠癌的发生及发展机制提供新的论据,并为临床上结肠癌的靶向治疗与预后评估提供新的思路。
  方法:
  本课题实验中我们首先通过RT-qPCR实验与Westernblot检测4种结肠癌细胞(SW480细胞、SW620细胞、DLD-1细胞和HCT-15细胞)与正常结肠上皮细胞(FHC细胞)中GLUT1基因mRNA及蛋白水平的表达水平。通过慢病毒转染技术构建稳定低表达GLUT1的结肠癌DLD-1和SW620细胞株并通过WesternBlot实验验证是否成功构建目的细胞株。利用细胞增殖/毒性检测试剂盒(CCK-8)和平板克隆形成实验分别检测GLUT1对结肠癌细胞的增殖及克隆形成能力。利用Transwell小室实验及基质胶的添加检测结肠癌细胞迁移和侵袭能力的变化。利用AnnexinV-PE/7-AAD荧光双染细胞凋亡试剂盒与流式细胞仪检测结肠癌细胞凋亡的变化情况。最后,构建裸鼠人结肠癌细胞SW620皮下移植瘤模型,研究在模型动物体内GLUT1表达下调对结肠癌细胞的生物学功能影响,并利用WesternBlot检测结肠癌细胞及皮下移植瘤组织中GLUT1与ERK信号通路相关蛋白及凋亡相关蛋白的变化情况。
  结果:
  与正常结肠上皮细胞(FHC)相比,结肠癌SW480,SW620和DLD-1细胞中GLUT1在mRNA水平上的异常过表达具有统计学意义,而结肠癌HCT-15细胞中GLUT1在mRNA水平的表达量与FHC细胞相比没有统计学差异。WesternBlot结果显示4株结肠癌细胞中GLUT1蛋白表达较FHC细胞表达水平增高。通过慢病毒转染shRNA进入细胞成功构建稳定低表达GLUT1的结肠癌细胞株。与阴性对照组(shRNA-NC)相比,低表达GLUT1组(shRNA-GLUT1)细胞的增殖活力、平板克隆形成能力、迁移及侵袭能力受到显著抑制,差异具有统计学意义(P<0.05)。低表达GLUT1组细胞的早期凋亡率显著高于阴性对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。WesternBlot结果显示GLUT1低表达可能降低蛋白p-ERK、p-MEK、c-Myc、Bcl-2表达量,上调蛋白Bax表达,表明GLUT1可能通过激活ERK信号通路调节其下游相关蛋白表达进而对细胞生物学功能产生影响。进一步体内实验探究采用裸鼠皮下异种移植,结果显示GLUT1低表达的SW620细胞在体内可能通过下调p-ERK、p-MEK、c-Myc、Bcl-2蛋白,上调Bax蛋白表达来抑制皮下移植瘤的生长。
  结论:
  本研究发现在结肠癌细胞中GLUT1的表达异常升高,GLUT1低表达通过下调ERK信号通路中相关蛋白p-MEK、p-ERK、c-Myc的表达抑制结肠癌细胞的增殖、迁移、侵袭及裸鼠移植瘤的生长,同时检测到促凋亡蛋白Bax表达增加,抑凋亡蛋白Bcl-2表达下降从而影响细胞凋亡。GLUT1有望成为结肠癌靶向治疗的新靶点和预后评估的新指标。
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