摘要:目的探讨肿瘤坏死因子受体相关蛋白1(TRAP1)在结直肠癌中的表达情况及对结直肠癌细胞增殖和凋亡的影响。方法通过Oncomine数据库分析TRAP1在结直肠癌组织和正常肠黏膜组织中的表达,Westernblot检测TRAP1在结直肠癌组织及其配对癌旁黏膜组织、LOVO、HT29、HCT116、RKO、SW480、NCM460细胞中的表达及干扰TRAP1对细胞周期相关蛋白、凋亡相关蛋白及PI3K/AKT通路的影响,CCK-8检测TRAP1对结直肠癌细胞增殖的影响,平板克隆实验检测TRAP1对结直肠癌细胞克隆形成能力的影响,流式细胞术检测TRAP1对细胞周期及凋亡的影响。结果生物信息学分析显示TRAP1在结直肠癌中的表达高于正常肠黏膜组织,Westernblot结果显示TRAP1在结直肠癌组织和细胞中蛋白表达水平均高于正常组织和细胞(P<0.05),干扰TRAP1的表达可以显著抑制SW480细胞的增殖及克隆形成能力(P<0.05),并且将细胞阻滞在G0/G1期,增加细胞凋亡(P<0.01),细胞周期相关蛋白CyclinD1表达降低,凋亡相关蛋白Cleaved-Casp3表达增加,p-PI3K和p-AKT表达降低(P<0.05)。结论TRAP1在结直肠癌中高表达,干扰TRAP1的表达可以通过抑制PI3K/AKT通路的激活,从而降低结直肠癌细胞的增殖能力,促进细胞凋亡。
结直肠癌是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一,在我国其发病率和死亡率均位居恶性肿瘤第5位[1]。肿瘤细胞增殖和凋亡抵抗是导致不良预后的原因之一,磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶信号通路是经典的肿瘤相关信号通路,对CRC细胞增殖和凋亡发挥重要的调节作用[2]。因此,针对PI3K/AKT信号通路关键节点以及调控因子进行研究有望为改善CRC患者预后提供新的突破点。肿瘤坏死因子受体相关蛋白1是近年来研究发现的肿瘤相关蛋白,在多种肿瘤中异常表达[3],广泛参与调节肿瘤细胞周期、增殖、凋亡、迁移、上皮间质转化等多种生物学行为。目前TRAP1蛋白与CRC关系的研究已初见报道[4,5],但其相关生物学功能仍不清楚。本研究旨在探讨TRAP1在CRC中的表达和对CRC细胞增殖、凋亡的影响,及其对PI3K/AKT信号通路的调节作用,为针对TRAP1蛋白设计抗癌药物提供理论和实验依据。
1、材料与方法
1.1主要材料
(1)标本:选取2018年在南方医科大学南方医院进行手术治疗的6例CRC患者的癌及癌旁配对黏膜组织,所有患者手术前均未接受过放化疗或靶向治疗。所有标本在离体后均经预冷的PBS洗涤干净,液氮迅速冷冻后置于-80℃保存。(2)细胞及主要试剂:人结直肠癌细胞株LOVO、HT29、HCT116、RKO、SW480及正常结肠永生化上皮细胞NCM460均由南方医科大学病理实验室提供。胎牛血清和RPMI-1640购自美国GIBCO公司,TRAP1(兔多抗)、GAPDH(鼠单抗)、CyclinD1(兔多抗)、辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG二抗、辣根过氧化物酶标记的山羊抗鼠IgG二抗购于Proteintech公司,Cleaved-casp3(兔多抗)、casp3(兔多抗)购自Affinity公司,p-PI3K(兔单抗)、PI3K(兔单抗)、pAKT(兔多抗)、AKT(兔多抗)抗体购自CellSignalingTechnology公司;LipofectamineTM3000购自LifeTechnologies,CCK8试剂盒购自北京全式金生物技术有限公司,细胞周期及AnnexinV-FITC/PI双染细胞凋亡检测试剂盒购自南京凯基生物科技发展有限公司。
1.2方法
1.2.1通过Oncomine数据库分析TRAP1表达Oncominehttps://www.oncomine.org/
打开Oncomine数据库,选择分析类型为Cancervs.NormalAnalysis,肿瘤类别(CancerType)选择ColorectalCancer进行分析,设置P<0.05为有统计学意义。
1.2.2细胞转染
取对数生长期的SW480细胞,以1×106个/30%~50%Lipo-孔接种于6孔板中,待细胞密度为30%~50%时采用Lipo-fectamine3000分别转染对照序列NC和TRAP1的干扰序列,操作严格按照Lipofectamine3000转染试剂盒说明书进行。TRAP1干扰序列购自苏州吉玛公司,si-1引物:上游5´-CG-GUCCCUGUACUCAGAAATT-3´,下游5´-UUUCUGAGUA-CAGGGACCGGG-3´;si-2引物:上游5´-GCUACACCCUGCA-CUAUAATT-3´,下游5´-UUAUAGUGCAGGGUGUAGCGG-3´;si-3引物:上游5´-CCTTCCTGGATGCTCTGCATT-3´,下游5´-TGCAGAGCATCCAGGAAGGCC-3´。
1.2.3Westernblot检测TRAP1蛋白对细胞周期相关蛋白、凋亡相关蛋白及PI3K/AKT通路的影响
提取组织和细胞全蛋白,定量后用10%SDS-PAGE凝胶对蛋白进行电泳分离,湿法转印至PVDF膜上,将膜放入5%牛奶,配摇床缓慢摇动封闭1h,加入稀释后的一抗TRAP1(1∶1000)、CyclinD1(1∶1000)、Cleaved-Casp3(1∶1000)、Casp3(1∶1000)、p-PI3K(1∶1000)、PI3K(1∶1000)、p-AKT(1∶1000)、AKT(1∶1000)、GAPDH(1∶1000)4℃孵育过夜,次日PBST洗膜3次,加入辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG二抗(1∶10000),配摇床室温孵育1h,PBST洗膜3次后ECL化学发光显色,并应用ImageJ软件分析目标蛋白和内参蛋白灰度值,相对表达量=目标灰度值/内参灰度值。
1.2.4CCK-8法检测TRAP1对CRC细胞增殖的影响
将TRAP1的干扰片段及对照片段瞬时转染入SW480细胞,24h后消化并计数,以1000个/孔的密度接种于96孔板,分别于24、48、72、96、120h将孔内培养基更换为含10%CCK-8试剂的培养基,37℃、5%CO2条件下孵育2h,全自动酶标仪490nm处测定光密度(OD)值,并绘制细胞增殖曲线。每组细胞设置5个平行复孔,实验重复3次。
1.2.5平板克隆实验检测TRAP1对CRC细胞克隆形成能力的影响
将干扰TRAP1的SW480细胞及对照细胞计数后以200个/孔种植于6孔板中,37℃、5%CO2条件下培养2周,甲醇固定15min,PBS洗3次,吉姆萨染色15min,水洗后拍照计数克隆数目。
1.2.6流式细胞术检测TRAP1对CRC细胞周期的影响
将干扰TRAP1的SW480细胞及对照细胞消化后离心弃上清,预冷的PBS洗涤2次,预冷的75%乙醇固定1h,离心弃上清加入25µLPI染色液和10µLRNaseA,4℃避光反应30min,利用流式细胞仪对各组细胞进行检测。
1.2.7流式细胞术检测TRAP1对CRC细胞凋亡的影响
将干扰TRAP1的SW480细胞及对照细胞用不含EDTA的胰酶消化后1000r/min离心5min,PBS洗涤3次。随后用100µL的BindingBuffer重悬细胞,并加入5µLAnnexinV-APC及5µLPI染色液,混匀室温避光反应15min,再加入400µL的BindingBuffer混匀后上机检测。
1.3统计学方法
采用SPSS20.0软件进行数据处理,所有实验均独立重复3次,计量资料用均数±标准差(±s)表示,两样本均数比较采用t检验,多组间的均数比较采用单因素方差分析,组间多重比较采用Dunnett-t检验。CCK8结果采用析因分析,P<0.05为差异有统计学意义。
2、结果
2.1TRAP1在CRC组织和细胞中的表达
通过Oncomine数据库分析,在Notterman数据库中,正常结直肠组织TRAP1比结直肠癌组织中升高(n=18,Fold=3.408,P<0.01)。Skrzypczak数据库中分析发现TRAP1在结直肠癌组织中的表达比正常肠黏膜组织高(n正常=24,n肿瘤=45,Fold=2.014,P<0.01)。Westernblot显示,6对CRC组织中TRAP1的表达明显高于癌旁配对正常肠黏膜组织,见表1、图1A。在结直肠癌细胞LOVO、HT29、HCT116、RKO、SW480中TRAP1的表达水平(分别为0.81±0.02、1.21±0.04、1.55±0.04、1.89±0.04、2.00±0.03)也明显高于正常永生化结肠上皮细胞NCM460(0.45±0.02),差异有统计学意义(n=3,F=85.297,P<0.01),见图1B。
表1TRAP1在CRC组织及癌旁正常组织中的表达(n=3,±s)
**P<0.01
图1TRAP1在结直肠癌组织和细胞中的表达
2.2TRAP1对CRC细胞增殖的影响
Westernblot结果显示,TRAP1的干扰序列均有效,NC、si-1、si-2、si-3组干扰效率分别为1.40±0.03、0.21±0.02、0.36±0.03、0.39±0.03,选取干扰效率最高的si-1组进行后续研究(n=3,F=1010.014,P<0.05),见图2。平板克隆实验显示,干扰TRAP1的表达(NC、si-1组分别为81.00±3.61、25.67±2.08)可以明显降低SW480细胞的克隆形成能力(n=3,t=23.020,P<0.05),见图3A。CCK8结果显示干扰TRAP1的表达可以显著降低SW480细胞的增殖能力(n=3,F组间=160.630,F时间=775.226,F交互=16.355,P<0.05),见图3B。
图2TRAP1干扰效率的检测
图3TRAP1对CRC细胞增殖能力的影响
A:干扰TRAP1对CRC细胞克隆能力的影响;B:干扰TRAP1对CRC细胞增殖能力的影响Fig.3TheeffectofTRAP1ontheproliferationofCRCcells
2.3TRAP1对CRC细胞周期和凋亡的影响
流式细胞检测结果显示,干扰TRAP1的表达后可以将SW480细胞周期阻滞在G0/G1期(P<0.01),见表2,图4A,并且增加细胞凋亡(NC组、si-1组细胞凋亡率分别为5.80%±0.70%、9.73%±0.68%;n=3,t=6.977,P<0.01),见图4B。
表2TRAP1对CRC细胞周期的影响(%,±s)
*P<0.05,**P<0.01
2.4TRAP1对增殖、凋亡相关指标及PI3K/AKT通路的影响
Westernblot结果显示,干扰TRAP1的表达后,细胞周期相关蛋白CyclinD1表达降低(P<0.01),见图5A,表3;凋亡相关蛋白Cleaved-Casp3表达增加(P<0.05),见图5B,表3;p-PI3K和p-AKT表达降低(P<0.01),PI3K/AKT通路被抑制,见表4,图6。
3、讨论
CRC治疗是全世界面临的难题,前期笔者团队针对CRC开展了相关基础研究,发现转化生长因子β是诱导CRCEMT和转移的重要因子,而二苯乙烯苷可通过抑制PI3K/AKT通路,拮抗TGFβ介导的肿瘤转移效应,因此二苯乙烯苷有望通过抑制PI3K/AKT通路应用于CRC治疗[6]。除了肿瘤转移,肿瘤细胞的恶性增殖和凋亡抵抗也是介导CRC患者不良预后的重要原因。因此探索肿瘤增殖和凋亡相关基因,有望为治疗CRC提供新的方法。
图4TRAP1对CRC细胞周期和凋亡的影响
A:干扰TRAP1对细胞周期的影响;B:干扰TRAP1对细胞凋亡的影响图5TRAP1对CyclinD1和Cleaved-caspase3蛋白表达的影响
表3TRAP1对CyclinD1和Cleaved-caspase3蛋白表达的影响
*P<0.05,**P<0.01
为了进一步寻找CRC肿瘤相关基因,本研究通过生物信息学分析成功筛选出TRAP1是CRC潜在的癌基因。回顾既往研究,TRAP1在多种肿瘤中高表达。Ou等[7]发现TRAP1在食管癌中表达升高,与患者淋巴结转移密切相关,并可通过激活STAT3/MMP2信号通路,促进食管癌细胞的迁移和侵袭。在甲状腺癌中,TRAP1的表达随着恶性程度增加而增加,通过调控ERK信号通路促进甲状腺癌细胞的增殖、抑制凋亡[8]。值得注意的是,TRAP1除了扮演促癌基因角色外,也在部分肿瘤中低表达,从而发挥抑癌作用。Yin等[9]研究证实TRAP1在胶质母细胞瘤中表达降低,并调控肿瘤细胞侵袭与凋亡。目前TRAP1在CRC中的作用已初见报道,Pak等[10]研究发现过表达TRAP1可能导致CRC细胞的局部侵袭,其表达与CRC侵袭深度和不良预后相关。Han等[11]通过免疫组化检测结直肠癌手术标本中的TRAP1和切除修复交叉互补基因1(ERCC1)的表达,发现TRAP1与ERCC1表达的高低可预测CRC对奥沙利铂和5-氟尿嘧啶(5-Fu)的化疗敏感性。但目前TRAP1在CRC中作用的研究大部分处于基因表达水平,缺乏基础实验依据,其在CRC中的表达和生物学功能仍需进一步挖掘。
表4SW480细胞中TRAP1对PI3K/AKT信号通路的影响
**P<0.01
图6TRAP1对PI3K/AKT信号通路的影响
本研究多层次检测了TRAP1的表达,发现TRAP1在CRC组织中的蛋白表达水平显著升高,同样,与NCM460细胞相比,TRAP1在CRC细胞中的表达也更高。文献报道TRAP1可调控肿瘤细胞增殖和凋亡进程[12,13]。本研究也针对该生物学行为进行观察,在SW480细胞中干扰TRAP1后,肿瘤细胞的增殖能力和克隆形成能力明显减弱;流式细胞术检测发现干扰TRAP1后SW480细胞周期阻滞在G0/G1期,并且凋亡增加;同时,细胞周期相关蛋白CyclinD1表达降低,而凋亡相关蛋白Cleaved-Casp3表达增加,说明TRAP1可以促进CRC细胞增殖、抑制CRC细胞凋亡,是CRC的癌基因。
肿瘤细胞信号传导与肿瘤细胞恶性生物学行为密切相关[14],其中,PI3K/AKT信号通路是与肿瘤增殖和凋亡最相关的信号通路之一[15]。笔者前期针对PI3K/AKT的通路及其潜在抑制药物已经开展了相关基础研究[6],另有研究也证实TRAP1抑制剂SNX-2112可抑制AKT通路及其下游核因子(NF)-κB的活性[16]。本研究通过Westernblot证实,干扰TRAP1后,CRC细胞PI3K和AKT磷酸化水平显著降低,进而支持TRAP1可正向调控PI3K/AKT信号通路,因此推测其对CRC细胞增殖和凋亡的影响可能是通过PI3K/AKT信号轴来发挥的。
综上,本研究证实TRAP1是CRC的癌基因,在CRC中高表达,可促进CRC细胞增殖而抑制其凋亡,其潜在机制与TRAP1激活PI3K/AKT通路相关,为针对TRAP1设计PI3K/AKT通路抑制剂和抗肿瘤药物提供了实验证据。
参考文献:
[6]李品玉,刘其礼,王敏,等.二苯乙烯苷通过PI3K/AKT通路抑制TGFβ诱导的结直肠癌上皮间质转换[J].临床与病理杂志,2017,37(9):1803-1808.
李品玉,盛文杰,张嫄怡,杨坚,郑培丽,张菲菲.TRAP1对结直肠癌细胞增殖和凋亡的影响[J].天津医药,2020,48(09):813-817.
基金:广东省普通高校青年创新人才类项目(2018GkQNCX120).
结直肠癌是消化道中一种常见的恶性肿瘤,其发病率仅次于胃癌。手术切除是目前结直肠癌治疗首选方案,但是手术切除对患者有一定的创伤,且需要进行肠造口,极易导致后期并发症发生,还可造成患者严重负面情绪出现。胃肠功能障碍是结直肠癌术后常见的临床症状,其严重影响患者的预后质量及生存质量。
2024-04-30结直肠癌(Colorectal Cancer, CRC) 是最常见的恶性肿瘤之一[1],在发达国家和发展中国家中都有相当高的发病率和致死率。随着全世界人口老龄化的加剧、饮食结构和生活方式的改变,CRC的发病率呈现逐年快速上升的趋势。最新研究数据显示,CRC发病率已位于癌症榜的第3位,同时也是死亡率第2位的恶性肿瘤[2]。
2024-04-16在人类恶性肿瘤中,结直肠癌(colorectal cancer, CRC)发病率排名第三,同时是全球导致癌症相关死亡的第二大原因[1],结直肠癌包括非转移性结直肠癌(non-metastatic colorectal cancer, nmCRC)和转移性结直肠癌(metastatic colorectal cancer, mCRC)。早期CRC患者5年生存率可达90%。
2024-04-11结直肠癌作为最常见的消化道肿瘤,在中国发病率(19.39/10万)已位居第2位,接近于发达国家水平,其病死率(7.95/10万)也高居第5位[1]。据统计,结直肠癌的发病率城市远高于农村,目前认为可能与城市人口饮食结构逐渐西方化有关,摄入脂肪过多而膳食纤维不足。此外,运动量减少以及吸烟、饮酒等不良生活习惯也促进了结直肠癌的发生[2]。
2024-04-11结直肠癌是消化道常见恶性肿瘤之一。2020年全球结直肠癌新发病例及死亡病例分别占所有恶性肿瘤的第3位和第2位[1,2]。结直肠癌的发生与发展是多因素、多阶段和多基因共同作用的结果。许多生化分子标志物参与结直肠癌的发生和发展,可用于结直肠癌的早期筛查[3,4]。
2024-04-10结直肠癌是常见的消化道肿瘤,在全球范围内,其死亡率在恶性肿瘤中排在第二位[1],我国作为转型中国家,结直肠癌发病及死亡率呈逐年上升趋势,2020年我国结直肠癌的死亡人数占全球的30.6%[2,3] 。且结直肠癌发病逐渐年轻化,全球早发性结直肠癌(<50岁)占结直肠癌的10%,发病率逐渐上升[4]。
2024-04-10结直肠癌(colorectal cancer, CRC)是常见的消化道肿瘤。据统计,2020年新增的CRC病例有193万例,占全球癌症新发病例的10%;因CRC死亡的病例有94万例,占癌症相关死亡的9.4%[1]。近年来,虽然手术切除、放/化疗以及靶向治疗等多种治疗方法的综合应用,改善了CRC患者的总生存率[2],但由于晚期确诊的CRC患者转移和复发的发生率较高,临床预后仍然不佳。探索CRC发生发展的分子机制,寻找有助于早期诊断和治疗的靶标,对提高患者的生存率具有重要意义。
2024-04-09直肠癌是最常见的一种消化道肿瘤,随着医学技术的发展,腹腔镜直肠癌手术的应用得到越来越多的肯定,手术安全性和临床预后均较好。但是很多直肠癌手术患者存在不同程度的负性情绪,在一定情况下患者会有强烈的病耻感,为此对于护理的要求比较高。正念减压疗法是一种以中医学为基础的压力及情绪管理的心理疗法,可调节情绪状态,有效减轻个体压力,有利于患者更好应对疾病。
2024-04-02结直肠癌是世界上常见的致命癌症之一,其死亡率约占所有肿瘤相关死亡的10%[1]。近年来,在多种危险因素的影响下,早发性结直肠癌已经是50岁以下青壮年癌症死亡的第三大原因[2]。结肠癌的发病遵循“正常黏膜-结肠息肉-结肠腺瘤”的发展顺序,为临床医师识别疾病预留大量时间窗口。所以,有效的筛查方式对于早期发现高危患者以及降低结肠癌的发病率与死亡率至关重要。
2024-04-02结直肠癌是临床十分常见的消化道恶性肿瘤,可发生于升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠和直肠[1]。我国是世界癌症大国之一,近年来,结直肠癌的发病率和病死率呈上升态势,而且还呈现出年轻化趋势。临床治疗常以手术为中心开展综合性治疗,相较于传统开腹手术,腹腔镜下结直肠癌根治术对机体创伤更小、并发症更少,而且降低了医疗操作对肿瘤细胞间接种植转移的风险[2]。
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