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背景及目的:
食管癌是世界第六大癌症死因,临床上多数患者就诊时已经进入中晚期,手术效果差,五年生存率仅徘徊在10%~20%。其治疗效果不佳的主要原因是肿瘤的侵袭和转移。基质金属蛋白酶是肿瘤侵袭和转移过程中周围基质降解和重塑得重要酶,但MMP抑制剂在多种癌症患者身上进行实验时,这种药物无法减缓肿瘤生长,有时甚至加快肿瘤生长,这提示并非所有MMP均为原癌基因。
基质金属蛋白酶-16在多种肿瘤组织中有较高的表达,但在食管癌中的表达及与食管癌侵袭和转移关系的研究目前尚未有报道。我们检测食管癌组织标本MMP-16的表达水平与临床病理资料的相关性,并采取RNA干扰的方法,建立了有效的MMP-16基因沉默的Eca109细胞株,观察食管鳞癌细胞在迁移和侵袭方面的改变,研究食管鳞癌治疗的策略以及探讨食管癌的治疗的基因靶点。
方法:
1.应用免疫组化、Western blot及Real Time PCR检测食管癌及配对远癌组织的MMP-16蛋白及MMP-16 mRNA表达情况及临床意义。
2.对食管鳞癌高分化细胞系Ec9706、Ec109、TE1进行常规细胞培养,我们从mRNA和蛋白水平方面,采取Real Time PCR和Western blot检测这3种细胞系中MMP-16的表达,并筛出相对高表达MMP-16的细胞系。
3.设计合成4对MMP-16基因的shRNA(shRNA-1,2,3,4),采用阳离子聚合物试剂稳定转染Ec109,利用Real Time PCR和Western blot检测稳转shRNA后MMP-16 mRNA及蛋白的沉默效果,并筛选出合适的转染条件和干扰效率最高的shRNA,以利于进一步的实验研究。
4.取干扰效率最高的shRNA,应用WST-1及流式细胞仪检测MMP-16基因表达下调后细胞增殖及凋亡情况;应用细胞划痕实验检测MMP-16基因表达下调后食管癌细胞迁移能力的变化;应用Transwell细胞侵袭实验检测MMP-16基因表达下调后,食管癌细胞Ec109侵袭能力的改变。
结果:
1.MMP-16蛋白在食管鳞状细胞癌组织标本中的低表达,在配对的远癌组织高表达,差异具有统计学意义(P<0.05),MMP-16蛋白在T1/T2期中的表达明显高于T3/T4期中的表达,差异具有统计学意义。MMP-16蛋白的表达与食管鳞癌组织分化程度正相关(P<0.05)。
2.3种食管鳞癌高分化细胞株均有MMP-16基因表达,其中MMP-16在Ec109细胞系中表达明显高于其它2种食管癌细胞株,差异具有统计学意义(P<0.05);
3.4组shRNA稳转组MMP-16基因在mRNA和蛋白水平上均有显著沉默效果,基因沉默效果分别为shRNA-1(89%)、shRNA-2(96%)、shRNA-3(80%)、shRNA-4(92%)。其中shRNA-2干扰效率最高,与空白对照及阴性对照组比较,差异具有显著性意义(P<0.01);
4.转染shRNA下调食管癌细胞MMP-16基因表达后,WST-1检测shRNA-2干扰组与对照组增殖能力无显著性差异;流式细胞仪检测shRNA-2干扰组与对照组凋亡能力明显减退,有显著性差异(P<0.05);细胞划痕72h后shRNA-2转染组细胞划痕明显愈合,而阴性对照组愈合较少,差异有统计学意义(P<0.05);Transwell小室细胞侵袭实验结果shRNA转染组穿膜细胞数明显增多,与阴性对照组比较,差异有显著性(P<0.05)。
结论:
1.首次从基因和蛋白水平上证实了MMP-16在临床组织标本食管鳞状细胞癌中的低表达,在配对的远癌组织高表达,随着肿瘤浸润深度的加深而MMP-16蛋白的表达减少,随着肿瘤分化程度的降低而MMP-16蛋白的含量减少。
2.食管癌Ec109为MMP-16高表达细胞系,可作为进一步研究的实验材料。
3.利用针对MMP-16基因的RNA干扰质粒转染食管癌细胞,可以有效下调Ec109细胞内MMP-16基因表达水平,可作为一种基因策略进行深入研究。
4.从体外细胞实验,首次研究并证实了shRNA转染组与阴性对照组相比,细胞的增殖并没有显著变化,凋亡能力明显减弱,细胞迁移及侵袭能力水平均增加,推测MMP-16在食管鳞形细胞癌凋亡、迁移及侵袭中起着非常重要的作用;MMP-16将来可能在抑制食管鳞癌肿瘤的发生发展中起重要作用,MMP-16将来可能会成为食管癌基因治疗的新靶点。