凋亡抑制蛋白Livin通过诱导上皮-间质转化促进结直肠癌细胞侵袭转移的分子机制研究

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目的:在我国,结直肠癌的发病率已经在常见肿瘤中高居第四位,且其发病率近年在不断上升。可见,结直肠癌严重威胁着人类健康,对其发病机制的探究、关键作用分子的筛选以及新的有效治疗手段的探讨对于结直肠癌的早期诊断和有效治疗具有重要的意义。细胞凋亡紊乱与肿瘤发生发展具有重要关联,凋亡相关基因在癌细胞中的异常表达可能成为肿瘤治疗中的潜在靶点。凋亡抑制蛋白家族(inhibitor of apoptosis proteins, IAPs)是一类具有抗凋亡能力的蛋白质,其功能有别于Bcl-2(B-cell lymphoma-2)家族蛋白。Livin,是新鉴定出的一个IAPs家族成员,对细胞凋亡具有极强的抑制作用。研究显示,Livin在正常成人大多数终末分化组织中低表达或不表达,而在多数实体肿瘤中呈现较高的表达水平,主要通过抑制胱天蛋白酶-3/-7/-9(caspase-3/-7/-9)的活性来阻断细胞的凋亡过程,影响肿瘤的发生及进展,可能成为肿瘤临床治疗新的切入点。已有多个研究发现Livin可能对结直肠癌具有重要的调控作用,然而Livin在结直肠癌发生发展过程中的具体作用及其涉及的相关分子调控机制尚不十分清楚,有待进一步深的入研究。本研究主要通过建立Livin过表达的人结直肠癌细胞模型,在体外探讨Livin对人结直肠癌细胞系HCT-116、SW480以及HT-29细胞的增殖、迁移、侵袭以及上皮间质转化的影响,并通过抑制NF-κB信号通路的活性探讨Livin在人结直肠癌细胞中发挥调控作用的关键机制,为结直肠癌的治疗提供新的实验证据及理论参考,开发新的有效的结直肠癌治疗手段。  方法:⑴分别培养三种人结直肠癌细胞SW480,HCT-116,HT-29,利用Western blot方法检测选取在上述细胞中Livin表达水平最低的细胞(SW480)及Livin表达水平最高(HCT-116)的细胞,构建Livin过表达载体并转染SW480细胞,进行G418筛选获得稳转细胞株,设计并合成Livin shRNA片段及阴性对照shRNA片段,转染HCT-116细胞,并进行分别Western blot及Real-time PCR鉴定,克隆形成实验检测Livin过表达对结直肠癌细胞体外成瘤能力的影响,MTT实验检测各组细胞增殖能力差异,Western blot检测各组细胞PCNA蛋白表达水平差异。细胞划痕实验分别检测Livin过表达及沉默对人结直肠癌细胞迁移能力的影响,transwell实验分别检测Livin过表达及沉默对人结直肠癌细胞侵袭能力的影响,明胶酶谱实验检测基质金属蛋白酶MMP2活性变化,Western blot检测上皮间质转化(EMT)相关标志分子(E-cadherin、vimentin、snail、slug)的表达水平变化,免疫荧光检测细胞中E-cadherin的表达水平和定位。初步分析Livin表达变化对结直肠癌细胞增殖、迁移、侵袭及上皮间质转化能力变化的影响及分子机制。⑵提取Livin过表达及对照细胞胞核蛋白和胞浆蛋白,Western blot检测胞核中NF-κB p65及胞浆中IκBα和p-p65(ser536)的表达,凝胶迁移实验(EMSA)检测NF-κB p65的活性,细胞爬片后免疫荧光检测NF-κB p65的定位,检测对照细胞和Livin稳转细胞株中NF-κB信号通路的激活状态;NF-κB的特异性抑制剂BAY11-7028处理对照细胞(vector)及Livin稳转细胞株,Transwell检测细胞侵袭能力,Western blot检测各组细胞中E-cadherin以及NF-κB p65的表达水平;合成NF-κB p65siRNA及阴性对照siRNA NC,转染对照细胞(vector)及Livin稳转细胞株,Transwell检测细胞侵袭能力变化,Western blot检测E-cadherin与NF-κB p65蛋白表达水平。  结果:①Western blot检测确定三组人结直肠癌细胞HCT-116、SW480、HT-29中Livin表达水平在SW480中最低,Livin表达水平最高者为HCT-116。根据GenBank中Livin序列信息设计引物扩增其CDS序列,与pcDNA3.1载体酶切重组获得Livin过表达载体。空载体及Livin过表达载体分别转染SW480细胞,进行G418抗性筛选,分别得到稳转细胞株,根据GenBank中Livin序列信息设计并合成Livin shRNA序列及对照shRNA序列,转染至Livin表达水平较高的HCT-116细胞中,Real-timePCR及Western blot检测到相比空白对照及空载体组,Livin稳转细胞株中LivinmRNA及蛋白均显著上调(P<0.01),与空细胞组及control shRNA组比较,LivinshRNA组细胞中LivinmRNA及蛋白均显著降低(P<0.01);细胞克隆实验结果显示Livin过表达明显促进SW480细胞体外成瘤能力(P<0.01),MTT实验显示Livin过表达明显促进SW480细胞增殖能力,Livin沉默明显抑制SW480细胞增殖能力;Livin过表达组及沉默组细胞分别进行细胞迁移、侵袭及上皮间质转化能力变化检测。划痕实验结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株迁移能力显著上升(P<0.01),与空细胞组及control shRNA组比较,Livin shRNA组细胞迁移能力显著降低P<0.01;Transwell实验结果表明,相比空细胞组以及vector组,Livin过表达SW480细胞株侵袭能力显著上升(P<0.01),与空细胞组及control shRNA组比较,Livin shRNA组细胞侵袭能力显著降低(P<0.01);Westernblot结果显示Livin稳转SW480细胞株中PCNA蛋白表达水平显著上调(P<0.01)。明胶酶谱实验结果表明,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株MMP2及MMP9活性水平显著上升(P<0.01);Western blot及Real-time PCR检测结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株中MMP2 mRNA及蛋白水平显著上升(P<0.01); Western blot结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株PCNA表达显著上调,E-cadherin表达水平显著下调,vimentin、slug、 snail表达水平则显著升高(P<0.01);免疫荧光结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株E-cadherin表达水平显著降低(P<0.01)。②Western blot结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株细胞核中NF-κB p65水平显著提高(P<0.01); EMSA实验结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株细胞核中NF-κB p65活性显著提高(P<0.01);免疫荧光原位检测结果显示,与空细胞组及vector组比较,Livin过表达SW480细胞株细胞核中NF-κB p65表达水平显著提高;分别利用NF-κB的特异性抑制剂BAY11-7028及NF-κB p65 siRNA处理vector组及Livin过表达细胞,Transwell检测结果显示,NF-κB的特异性抑制剂BAY11-7028及NF-κB p65 siRNA均能够降低Livin过表达SW480细胞株的侵袭能力;Western blot结果显示NF-κB的特异性抑制剂BAY11-7028及NF-κB p65 siRNA均能够抑制Livin过表达SW480细胞株中NF-κB p65激活以及E-cadherin表达水平。  结论:⑴在结直肠癌细胞中,Livin基因异常高表达能够促进细胞增殖及体外克隆形成能力;⑵在结直肠癌细胞中,Livin基因异常高表达能够促进细胞迁移、侵袭及上皮间质转化;⑶Livin基因通过激活NF-κB信号通路途径调控结直肠癌细胞侵袭、转移以及上皮间质转化。
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