HCMV通过microRNA-613对神经胶质瘤生物学作用机制研究

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在中国,胶质瘤居颅内肿瘤发病率的首位,其发生比例占脑内肿瘤的70%,是神经系统中恶性度最高的肿瘤。世界卫生组织(WHO)将其分为I-IV 4个等级,其中WHO I-II为低级别胶质瘤,WHO III-IV为高级别胶质瘤。胶质母细胞瘤(GBM)是脑胶质瘤中最高级别肿瘤,也是在成年人中发生率最高的原发性恶性脑肿瘤。临床上,胶质瘤主要以手术切除实体瘤为治疗方式,切除后进行放化疗联合治疗,但治疗效果不理想,在进行切除术后10个月后,几乎所有胶质瘤患者都会复发,因此,进一步的探究胶质瘤的发生发展机制非常必要。研究表明,在胶质瘤的发生发展中,巨细胞病毒与胶质瘤密切相关,HCMV具有与增殖信号传导和细胞存活相关的多种活性。HCMV可以通过与肿瘤抑制蛋白p53和视网膜母细胞瘤(Rb)蛋白相互作用而对细胞周期进行调控,在永生化和恶性人胶质细胞中HCMV表达的基因产物即刻早期蛋白IE1可导致PI-3K/AKT活性失调,在GBM细胞中,IE1通过降低Rb、p53家族蛋白的表达水平和诱导PI-3K/AKT通路激活而诱导细胞增殖。从GBM患者切除标本中检测的HCMV表明其可以促进胶质瘤形成或将这些肿瘤重新激活,且巨细胞病毒的感染状态能够影响胶质瘤中miRNA的表达含量,大量研究表明miR-613可作为肿瘤抑制因子抑制多种肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭且在多种恶性肿瘤中表达下调,而miR-613在胶质瘤中的生物学作用鲜有报道。本研究的目的是阐明HCMV感染对胶质瘤中miR-613表达水平的影响及miR-613与胶质瘤的临床相关性及发挥的生物学作用和机制。  首先,我们在临床胶质瘤标本中利用免疫组织化学方法检测HCMV即刻早期蛋白IE1的表达,分别选取IE1阳性和阴性的样本再次进行免疫组化染色检测HCMV即刻早期蛋白IE2的表达并提取组织DNA用PCR方法检测HCMV UL83基因,分别从蛋白和DNA水平验证胶质瘤样本中是否存在HCMV感染。将验证后的10例HCMV阳性和10例HCMV阴性的标本分别提取组织RNA,用miR-613的特异性引物进行实时荧光定量PCR分析,发现HCMV阳性的胶质瘤标本中miR-613的表达水平下调。进一步利用64例临床胶质瘤样本分析了miR-613的表达水平与患者临床特征的相关性,结果发现miR-613的表达水平与胶质瘤的体积、病理学WHO分级以及临床预后密切相关,miR-613的表达水平越低,胶质瘤的体积较大,病理学WHO分级越高,术后总生存率及无瘤生存率越低,证明HCMV通过影响miR-613的表达水平在胶质瘤的发展过程中发挥重要的不良生物学功能。  为进一步明确miR-613在胶质瘤发展过程中发挥的生物学作用,我们在胶质瘤细胞系U87、U251细胞中采用瞬时转染miRNA模拟剂的方法建立了过表达miR-613的胶质瘤细胞模型,通过对过表达miR-613的胶质瘤细胞株行CCK-8细胞活力检测、单 克隆形成实验、细胞划痕实验、Transwell细胞侵袭实验对肿瘤生物学功能进行检测分析,发现过表达miR-613能抑制胶质瘤细胞的体外生长速度,降低其克隆形成、细胞迁移和侵袭能力。利用流式细胞仪检测细胞周期及增殖细胞百分比,结果发现miR-613不能改变细胞周期的百分比,但能增加凋亡细胞数目,从而降低胶质瘤细胞增殖速度。此部分结果表明miR-613在胶质瘤细胞株中过表达可通过降低细胞生长速度、促进细胞的凋亡、减弱细胞的克隆形成、迁移和侵袭能力而对胶质瘤细胞发挥抑制作用。  为进一步阐明miR-613在胶质瘤细胞中发挥生物学作用的靶基因,通过靶基因预测网站TargetScan7.1(http://www.targetscan.org/vert_71/)进行预测分析,将ARG2确定为miR-613的下游靶基因。随后将miR-613模拟物与对照模拟物转染至U87和U251两种胶质瘤细胞株,提取细胞总蛋白,通过western blot蛋白免疫印迹方法,检测胶质瘤细胞中ARG2蛋白的表达水平,发现转染miR-613模拟物的胶质瘤细胞中ARG2蛋白的表达水平显著低于对照组,说明miR-613的过表达能抑制胶质瘤细胞中ARG2的表达水平。利用双荧光素酶报告系统,我们将ARG2的潜在结合位点及其突变位点分别克隆至双荧光素酶报告基因载体中,同时共转染野生型/突变型的重组质粒和miR-613模拟剂进行报告荧光强度的检测,结果发现miR-613模拟物能减弱野生型重组质粒的强度值,而不能改变突变型重组质粒的强度值,证明miR-613能直接结合在ARG2的 3’UTR区域,通过抑制ARG2 mRNA的转录翻译而调控ARG2的表达水平。进一步构建ARG2过表达质粒,在转染miR-613胶质瘤细胞U251和U87中过表达ARG2,发现细胞的生长速度、克隆形成、迁移和侵袭能力均得以恢复,而细胞凋亡数目减少,说明ARG2的恢复表达逆转了miR-613对胶质瘤细胞的抑制效应。  综上,本研究揭示了HCMV通过miR-613对胶质瘤相关生物学功能进行调控的作用机制:miR-613在HCMV阳性的胶质瘤样本中低表达,且miR-613的低表达与胶质瘤患者的肿瘤体积、WHO分级及术后总生存率和无瘤生存率密切相关,即miR-613表达越低,肿瘤体积越大,WHO分级越高,患者的术后生存率越低,预后越差;miR-613过表达能够抑制胶质瘤细胞U87、U251的细胞增殖、迁移和侵袭能力,而在胶质瘤细胞U87、U251中过表达ARG2可抵消miR-613对胶质瘤细胞的抑制效应。本研究首次阐明了HCMV感染可降低胶质瘤中miR-613的水平及miR-613对胶质瘤细胞U87和U251的生物学效应及其调控机制,可以为胶质瘤的研究及胶质瘤患者的临床诊断、治疗以及预后提供新的思路,且可以作为生物学标记和靶点在进一步实践中应用于临床。
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