APEX1/Ref-1通过Wnt/β-catenin信号通路促进非小细胞肺癌恶性进展的机制研究

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研究背景:在全球癌症相关死亡中,肺癌是最常见的原因之一。其中非小细胞肺癌(Non-small-cell lung cancer,NSCLC)在所有肺癌病例中约占比85%。人脱嘌呤/嘧啶内切酶1(Apurinic endonuclease 1/redox factor-1,APEX1/Ref-1)是在DNA修复和转录因子的氧化还原调节中具有双重功能的分子。它在肿瘤的发生和进展中的重要性亦引发了非常多的研究和关注;然而,APEX1在NSCLC中的调控机制尚不完全清楚。小分子RNA是APEX1相当重要的转录后调控机制之一,到目前为止,人类基因组编码超过两千种微小RNA,它们调节着基因组中约三分之一的基因。然而,在NSCLC中APEX1的临床意义、上下游调控机制及在肺癌进展中的作用尚不明确。研究目的:探究hsa-miR-338-3p/APEX1在NSCLC发生发展中的作用、作用机理及其对人NSCLC细胞的生物学影响,为肺癌的早期诊断和治疗提供新的理论基础和实验支持。方法:通过生物信息学的方法分析APEX1的表达谱及其诊断价值、预后价值。利用高通量筛选出其上游调控小分子RNA,并分析APEX1与Wnt/β-catenin通路下游相关基因表达的关系;通过免疫组织化学检测肺癌石蜡组织中各分子的水平以及检测小鼠异种移植瘤瘤体的各分子的水平;蛋白质免疫印迹法(Western blot)用于检测肺癌患者手术后样品及模型鼠肿瘤组织中APEX1和细胞增殖、侵袭、凋亡相关分子:KI-67、PCNA、MMP-1、Caspase-3的蛋白表达,及各种细胞模型中APEX1分子对Wnt/β-catenin信号分子的调控作用;利用荧光定量PCR(RT-q PCR)研究hsa-miR-338-3p、APEX1对Wnt/β-catenin途径中癌基因的表达调控;APEX1及Wnt信号分子的胞内定位及改变探索采用免疫荧光法;Transwell小室试验验证APEX1对NSCLC细胞侵袭迁移的作用;CCK-8和Edu实验用于研究APEX1对NSCLC细胞的增殖影响;流式细胞学研究APEX1在NSCLC细胞凋亡中的作用;8×GTIIC荧光素酶报告基因(Dual-Luciferase Reporter)系统、RT-q PCR证实hsa-miR-338-3p、APEX1的直接结合关系;细胞系来源的移植瘤小鼠实验用于验证APEX1在NSCLC中的生物学功能。结果:利用生物信息学分析,我们发现APEX1信使RNA和蛋白在NSCLC中表达上调。随后,我们收集了8对NSCLC及癌旁组织手术后标本,RT-q PCR、Western blot实验证实了APEX1分子在NSCLC中高表达。进一步,我们通过免疫组织化学染色验证APEX1、PCNA、MMP-1、Caspase-3在NSCLC组织和癌旁样本中的表达水平,并进一步分析了APEX1在肺癌中的临床意义和与肺癌临床病理参数的相关性。我们共纳入了83对NSCLC石蜡组织标本,结果发现APEX1的高表达与患者吸烟史(p=0.037),T(p=0.017),N(p=0.033),和M分期(p<0.001)有关;沉默APEX1可抑制肺癌细胞的增殖、侵袭转移和促进其凋亡。过表达APEX1则呈现相反的生物学效应。我们利用Target Scan、miRWalk、star Base数据库下载推定的与APEX1相结合的上游miRNAs,最终将目标miRNA确定为hsa-miR-338-3p。通过TCGA下载NSCLC miRNA及m RNA表达数据及病例临床数据,应用R语言进行数据合并、标准化处理,GSEA分析提示APEX1调控Wnt信号相关靶基因Cyclin D1、c-Myc等。Western blot、RT-q PCR和免疫荧光试验显示hsa-miR-338-3p、APEX1对Wnt通路起到调控作用,hsa-miR-338-3p抑制β-catenin的入核;Dual-Luciferase Reporter实验、RT-q PCR提示hsa-miR-338-3p和APEX1存在结合,APEX1可被hsa-miR-338-3p转录后调控,与hsa-miR-338-3p形成负反馈关系,共同参与肺癌的进展。过表达APEX1可促进皮下移植瘤的生长,取移植瘤行免疫组化分析显示APEX1过表达后,PCNA、Ki-67表达上升,Caspase-3表达下降,这再一次佐证了APEX1在分子层面展现出的功能及机制。结论:我们的研究证明,APEX1和hsa-miR-338-3p存在直接结合,APEX1可被hsa-miR-338-3p转录后调控,与hsa-miR-338-3p形成负反馈关系,共同参与肺癌的进展。同时,hsa-miR-338-3p-APEX1轴可调控Wnt通路促进肺癌恶性进展。我们的研究结果有望为肺癌的诊断及治疗提供一定的参考。
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