慢病毒载体介导的CXCR 7-shRNA联合重楼总皂苷对胃癌细胞SGC 7901特异性靶向干预的实验研究
2014-09-18赵东文李谌王海龙陆航
赵东文 ,李谌 ,王海龙,陆航Δ
(1.辽宁医学院,辽宁 锦州 121001;2.瓦房店市中心医院 普外科,辽宁 瓦房店 116300;3.辽宁医学院 附属第一医院 普外科,辽宁 锦州 121001)
慢病毒载体介导的CXCR 7-shRNA联合重楼总皂苷对胃癌细胞SGC 7901特异性靶向干预的实验研究
赵东文1,2,李谌3,王海龙3,陆航3Δ
(1.辽宁医学院,辽宁 锦州 121001;2.瓦房店市中心医院 普外科,辽宁 瓦房店 116300;3.辽宁医学院 附属第一医院 普外科,辽宁 锦州 121001)
目的探讨慢病毒介导的CXCR 7-shRNA转染人胃癌细胞株SGC 7901后重楼总皂苷干预对CXCR7蛋白表达的影响。方法设计并合成CXCR7的3条shRNA序列及1条阴性对照序列,与pSilencerTM 4.1系统合成构建重组慢病毒载体,转染HEK 293 T细胞包装病毒并检测滴度;将3种重组慢病毒载体及阴性对照分别感染人胃癌细胞SGC 7901,RT-PCR检测用药前后CXCR 7 mRNA的表达情况,测定沉默效率,筛选沉默效率最高的一组CXCR 7-shRNA作为后续实验表达载体;MTT法检测转染CXCR 7-shRNA对SGC 7901细胞的增殖的影响以及重楼总皂苷干预后的影响;Western blot检测转染CXCR 7-shRNA后SGC 7901细胞蛋白表达情况以及重楼总皂苷干预的影响。结果测序证实3种慢病毒载体及1组阴性对照载体均包装成功,滴度分别4.9×108pfu/mL、3.6×108pfu/mL、5.2×108pfu/mL和2.0×108pfu/mL;3组慢病毒载体转染SGC 7901细胞后,CXCR 7 mRNA的表达量均较阴性对照组显著降低(P<0.05),其中CXCR 7-shRNA-1组和重楼总皂苷组对CXCR7的抑制率显著高于其他2组(P<0.05);CXCR 7-shRNA-1转染SGC 7901后,肿瘤细胞的生长增殖下降,与其他组相比有显著性差异(P<0.05);CXCR 7-shRNA-1转染SGC 7901后,与空病毒载体组、空白组相比,CXCR 7蛋白表达量显著降低(P<0.05)。结论成功构建了3种CXCR 7-shRNA慢病毒表达载体。转染SGC 7901细胞以及采用重楼总皂苷处理均可有效下调CXCR 7 mRNA和蛋白的表达水平,并能够抑制肿瘤细胞的增殖与侵袭。因此可认为CXCR7基因在该机制中起到了至关重要的作用,为我们进一步研究以CXCR 7/CXCL 12生物学轴为靶点的胃癌基因治疗奠定了基础。
胃癌;CXCR 7;CXCL 12;慢病毒载体;shRNA
胃肠道恶性肿瘤是我国最常见的恶性肿瘤之一,其发生率与死亡率均高于世界平均水平,手术切除是目前唯一有效的根治方法,但患者术后的五年生存率依旧在50%,根本没有明显的提升[1]。究其原因,很早就发生的远处侵袭与局部转移是影响该病种术后低生存率的最主要因素,这同样也是影响其他癌症患者术后低生存率的关键因素,并且在当前依旧缺乏更加有效的治疗办法。随着分子基因诊断与治疗技术的发展,靶向治疗成为了抗肿瘤特异性治疗的最高层次,从分子水平来阻断侵袭转移的基础和环境是目前胃癌治疗研究的前沿领域[2]。
趋化因子(chemokines)是控制免疫细胞定向向炎症区域迁移的一种新的细胞因子[3]。最近的研究表明,chemokines及其受体在一些癌症细胞的增殖与远处转移的过程中处于关键的位置[4]。有学者报道,CXC趋化因子受体4(CXC chemokine receptor 4,CXCR4)与 CXC 趋化因子 12(CXC chemokine ligand 12,CXCL12)之间的相互作用是胃癌侵袭转移和增殖的关键生物学行为[5]。然而最近的研究表明,在前列腺癌或乳腺癌中仅仅抑制了CXCR4基因的表达活性,只有一部分阻断了该项癌症的增殖与远处转移,这就说明至少还存在着一些其他的因素控制着这两种肿瘤的部分增殖和特异性远处转移,由此发现了CXCL12的另外一个趋化因子受体CXCR7(CXC chemokine receptor 7,CXCR7)[6]。通过进一步的研究发现,CXCR7也可以提高肿瘤细胞的增殖和侵袭转移能力[7-8]。在前期研究中,我们发现在人胃癌组织中可见检测到大量的CXCR7蛋白的表达,相对于正常组织具有统计学意义,由此可以推测CXCR7可能在胃癌的发生发展与侵袭转移的过程中发挥重要的生物学作用。
RNA 干扰(RNA interference,RNAi)这项技术是由双链RNA介导的、特异性的转录后致使目的基因出现沉默的现象,广发用于降低或关闭特定目的基因的表达,为内源性功能基因研究和基因治疗提供了新的策略[9]。重组慢病毒载体(lentiviral vector)是最近研发出的一个新型的真核细胞表达载体,该载体承载的目的基因转染效率极高,并进一步通过基因整合入细胞基因组,稳定且持久的产生小发卡RNA(small hairpin RNA,shRNA)而发挥其关键的基因沉默效应[10]。本文将构建人CXCR7的慢病毒shRNA表达载体,研究将其转染人胃癌细胞SGC7901后对CXCR7的特异性靶向抑制作用,为后续的研究胃癌CXCR7靶向治疗提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验试剂 pSilencerTM 4.1慢病毒载体系统(购自Invitrogen公司);HEK 293 T细胞株、胃癌SGC 7901细胞株(购自中科院细胞库);细胞培养基DMEM、胎牛血清(FBS)、胰蛋白酶等(购自美国Gibco公司);限制性核酸内切酶、DNA连接酶、小提试剂盒、RT-PCR试剂盒、凝胶回收试剂盒等(购自TaKaRa公司);兔抗人CXCR7单克隆抗体、二抗、内参照等(购自Santa Cruz公司);其他常规试剂由辽宁医学院附属第一医院中心实验室提供。
重楼,产地为四川,购自辽宁正大中药饮片加工有限公司。将重楼晒干打粉,过二号筛,置于60℃干燥箱中,称取药材150 g。加10倍量75%乙醇回流提取3次,每次2 h,抽滤,滤液进行旋蒸、减压浓缩干燥得到干燥粉末。将提取物用DMSO溶解后定容至150 mg/mL,并以3000 r/min离心20 min取上清液,采用0.22 μL微孔滤膜,滤液置于4℃冰箱中保存,待用。
1.2 引物设计与合成 根据人GenBank(NM_020311)显示的人CXCR7序列设计3对shRNA引物及1对对照序列,与美国NCBI数据库进行序列对照检索,结果与其他基因序列并无同源性,可以应用;该引物的设计与合成由广州赛业生物科技有限公司完成(见表1)。
表1 CXCR 7-shRNA引物序列及阴性对照序列Tab. 1 CXCR 7-shRNA primer sequences and negative control sequence
1.3 CXCR7-shRNA慢病毒表达载体的构建与包装 首先搭建如下反应体系合成CXCR7-shRNA-1:10×Taq buffer 2 μL,上下游引物各 5μL,Taq DNA聚合酶 1μL,超纯水7μL,合成双链oligo片段;根据慢病毒载体系统试剂盒说明,将pSilencerTM 4.1载体线性化后纯化回收,与上述构建完成的CXCR 7-shRNA片段连接后转化大肠杆菌DH5α,挑取阳性克隆后扩增提取DNA片段,线性化后利用Lipofectamine 2000试剂转染HEK 293T细胞进行慢病毒包装并进行滴度测定。同理构建另外2组CXCR7-shRNA慢病毒载体及一组阴性对照载体。
1.4 慢病毒表达载体的效率测定 常规培养胃癌SGC7901细胞,将上述3组实验病毒液及1组对照病毒液分别以最佳感染指数(MOI=40)转染后,培养48~72 h,待到细胞发生细胞病变效应(Cytopathic effect,CPE)后分别抽提出4组细胞总的RNA,按照上述RT-PCR一步法试剂盒说明书进行具体操作,之后铺1%琼脂糖进行凝胶电泳,使用BIO-RAD琼脂糖凝胶成像系统分析各组条带的光密度值(OD值),重复上述实验3次。选取沉默效率最高的一组病毒液作为转染SGC7901的实验组病毒液。
1.5 转染慢病毒后以及重楼总皂苷对SGC7901细胞增殖检测 常规培养胃癌SGC7901细胞,传至第三代对数生长期,于96孔板上接种,转染上述沉默效率最高的慢病毒液(A组),同时选取空白对照(B组),每孔内加入预先配置好的5 mg/mL 的MTT溶液20 μL,调至37℃温箱孵育4 h,弃上清,每孔中再加入150 μL的二甲基亚砜,轻微震荡8~10 min使内部结晶能够充分溶解;置于酶标仪上以490 nm波长测定各孔光吸收值,绘制细胞增殖曲线。
1.6 转染慢病毒后SGC7901细胞中CXCR7 蛋白表达情况检测 将沉默效率最高的一组慢病毒液作为A组(实验组)与B组(空病毒载体组)、C组(重楼总皂苷组)分别转染第三代SGC7901细胞后培养72 h,提取各组细胞总蛋白并定量;配制8%分离胶与5%浓缩胶,加样后以60 V,30 min;100 V,1.5 h,进行电泳;转膜后丽春红复染,洗脱3次孵育一抗(1∶1000,兔抗人单克隆抗体)4℃过夜;孵育二抗(1∶1500,羊抗兔多克隆抗体)室温1 h;用BCIP/NBT染色工作液避光室温孵育3 h,凝胶成像系统分析膜上目的条带和内参照条带,重复3次测OD值,计算净光密度值。
1.7 统计学方法 采用SPSS 8.0对所得的各项数据结果进行统计学处理,其中正态计量资料采用“±s”来表示,组间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA),以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 CXCR7-shRNA慢病毒载体构建及包装结果 构建完成的3组慢病毒载体pSilencerTM 4.1-CXCR 7-shRNA及1组阴性对照序列经赛业公司测序分析显示并无任何碱基发生突变,合成的4组序列与预期DNA序列结果相符,由此认为的CXCR 7-shRNA序列插入正确,DNA重组成功,可进行后续实验,测序由TaKaRa公司完成。慢病毒包装系统转染HEK 293T细胞后48 h,荧光显微镜下可见强绿色荧光表达,同时出现CPE现象:细胞触角回收、肿胀变圆,一部分细胞脱落,悬浮于视野中(见图1)。病毒滴度测定为:CXCR 7-shRNA-1,4.9×108pfu/mL;CXCR 7-shRNA-2,3.6×108pfu/mL;CXCR7-shRNA-3,5.2×108pfu/mL;阴性对照,2.0×108pfu/mL,均符合慢病毒干扰实验要求,可进行后续实验。
图1 慢病毒载体转染HEK 293 T细胞后48 h病毒包装(×40)Fig.1 Virus package of lentivirus vector transfection into HEK 293 T cell(×40)
2.2 慢病毒载体干扰效率测定结果 RT-PCR结果显示,SGC 7901细胞转染CXCR 7-shRNA后,3组实验组细胞的CXCR 7 mRNA表达相对于空白组(D组)显著减少(P<0.05)。其中CXCR 7-shRNA-1转染组(A组)的CXCR 7 mRNA表达量显著低于其他2个实验组(B、C组)(P<0.05),说明CXCR 7-shRNA-1组对于胃癌细胞SGC 7901的CXCR 7 mRNA的抑制率高于其他2组,因此我们将选择CXCR 7-shRNA-1作为后续实验的实验组(见图2)。
图2 RT-PCR检测CXCR 7 mRNA的表达A,B,C. 实验组;D. 空白组*P<0.05,与D 组相比;﹟P<0.05,与A 组相比Fig.2 CXCR 7 mRNA expression detected by RT-PCRA,B,C. experiment groups;D. blank group*P<0.05, compared with group D;﹟P<0.05, compared with group A
2.3 转染慢病毒后SGC 7901细胞增殖检测结果 2组SGC 7901细胞分别在培养24、48、72、96及120 h后通过MTT方法检测细胞光密度值(OD值),并根据检测出的OD值绘制了细胞生长增殖曲线,结果显示,未转染病毒组(B组)细胞生长迅速,实验组(A组)经病毒转染后细胞增殖程度显著减少,与B组相比从第24 h开始各个时间段均具有显著性差异(P<0.05),说明慢病毒载体CXCR 7-shRNA抑制CXCR7基因表达后可抑制胃癌细胞SGC 7901的增殖(见图3)。
图3 转染病毒后各时间段SGC 7901细胞增殖的生长曲线Fig.3 SGC 7901 cell proliferation and growth curve*P<0.05,与A 组相比*P<0.05, compared with group A
2.4 转染慢病毒后SGC 7901细胞CXCR7蛋白表达结果由Western blot检测结果可知,空病毒载体组(B组)与空白组(C组)CXCR7蛋白表达量显著高于实验组(A组)(P<0.05),而B、C 2组之间相比无显著性差异(见图4)。
图4 Western blot检测CXCR7蛋白的表达结果A. 实验组;B. 空载组;C. 空白组*P<0.05,与A 组相比Fig.4 CXCR 7 protein expression detected by Western blot A. experiment group; B. empty vector group; C. blank group*P<0.05, compared with group A
3 讨论
中药重楼为百合科植物七叶一枝花或者云南重楼的干燥根茎,该药具有消肿止痛、清热解毒的效果,主要用于咽喉肿痛、惊风抽搐等症。目前,已经有很多文献报道该药具有抑制肿瘤生长的作用[11]。本实验也证实了重楼总皂苷对感染后SGC7901具有一定的抑制作用。
恶性肿瘤的生长和转移是一个极其复杂的过程。癌细胞异常活跃性增殖和局部、远处的侵袭转移是目前胃癌进一步发生发展的重要步骤,其机制中的很多激活因子当前可以用来做为靶向药物治疗的研究目标之一[12]。趋化因子及其受体参与了多种肿瘤的异常活跃性增殖和远处侵袭转移,尤其是CXCL12及CXCR4或CXCR7在这一机制中起到了关键的作用。CXCR7是最近才发现的与CXCL12具有高度亲和性的受体,与前面发现的CXCR4具有类似的作用[13]。研究表明,被激活的CXCR7可以极大的提高肿瘤细胞的异常增殖、粘附和远处侵袭转移的能力[14]。有学者报道,在高侵袭性的前列腺癌组织中发现CXCR7的表达极大的上调,而通过使用CXCR7因子拮抗剂之后也可以抑制乳腺癌与肺癌的生长和转移[15-16]。
shRNA是具有紧密发卡环结构的小RNA序列,常被用于通过特异性沉默靶基因表达的RNAi实验[17-18]。本项研究广泛的参考了shRNA转染的各项特点,例如成本低廉,转染持久性强及转染后基因稳定性好等,由此选择构建重组慢病毒介导的shRNA进行实验。慢病毒表达载体CXCR7-shRNA成功构建后,以载体中含有的GFP作为示踪因子,在包装成功后可以很方便的通过绿色荧光追踪检测。结果显示,3组实验组慢病毒载体与对照组在荧光显微镜下均出现了大量的绿色荧光表达且面积广泛,表明携带有GFP的各组慢病毒表达载体成功包装,转染效率可达80%以上。
本实验的RT-PCR检测结果说明,实验组的3种重组慢病毒载体CXCR7-shRNA转染至胃癌SGC7901细胞后,CXCR7的mRNA的表达量呈现出不同程度的降低,与阴性对照组相比具有显著性差异,由此说明各实验组成功转染到SGC7901细胞,并成功抑制了该细胞中的CXCR7基因的进一步表达。而阴性对照组中的CXCR7 mRNA表达没有明显的降低。从3个实验组的CXCR7 mRNA表达量被抑制的情况来看,A组的抑制效果比其他2组更好,相比具有显著性差异,说明1组的沉默效应是3组中最有效的,便于后续进行干扰沉默检测。
对胃癌细胞SGC7901增殖抑制方面,我们发现在转染病毒后的24 h、48 h、72 h、96 h、120 h这 5个时间段内,未转染病毒组细胞生长迅速,呈对数上升趋势,而将实验组转染该细胞后肿瘤细胞的增殖程度呈明显抑制的趋势,与空白组相比差异具有统计学意义(P<0.05),这说明实验组慢病毒液通过抑制肿瘤细胞中的CXCR7基因表达后可进一步抑制该细胞的增殖,也进一步证明了CXCR7/CXCL12生物学轴在胃癌细胞的生长增殖过程中起到了重要的作用。
对于转染病毒后胃癌细胞中CXCR7蛋白表达检测结果来说,Western blot实验证实,实验组转染至胃癌细胞SGC7901后,可以使细胞中的CXCR7蛋白表达量降低,相对于空病毒载体组和空白组有明显的统计学意义(P<0.05);而空病毒载体组和空白组比较,2组中的CXCR7蛋白表达量均没有发生明显的变化,2者相比差异无统计学意义。以上结果说明,本实验不仅成功的将小片段的干扰shRNA转染至SGC7901细胞,并且还成功的抑制了SGC7901细胞内CXCR7的蛋白的表达,由此可以进一步推断出CXCR7基因在胃癌细胞的生长增殖与远处侵袭转移的机制中可能发挥极其重要的作用,为进一步研究以CXCR7/CXCL12生物学轴为靶点的胃癌基因治疗奠定基础。
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Speci fi c targeted-intervention effect of CXCR 7-shRNA mediated by low viral carrier plus Rhizoma Paridis total saponin on tumor cells: an experimental study
ZHAO Dong-wen1,2, LI Chen3, WANG Hai-long3, LU Hang3Δ
(1.Liaoning Medical University, Jinzhou 121001, China; 2.Department of general surgery, Hospital of Wafangdian City Central, Wafangdian 116300, China; 3.Department of General Surgery, The First Affiliated Hospital of Liaoning Medical University, Jinzhou 121001, China)
ObjectiveTo investigate the CXCR 7 protein expression when CXCR 7-shRNA transfected into human gastric cancer cell which mediated with lentivirus vector combined with Rhizoma Paridis Total Saponin.MethodsThree shRNA sequences of CXCR 7 and one negative control sequence were designed and synthesized, and recombinant lentiviral vectors with pSilencerTM 4.1 system were established. Transfection of HEK 293 T cells and packaging viral were finished and the titers were detected. Transfection of all recombinant lentiviral vectors and negative control vector were finished and expression of CXCR 7 mRNA were detected by RT-PCR method. Silence efficiency in groups were determined and the expression vector with highest silence efficiency was selected for next experiments. To detect the effect of SGC 7901 cell proliferation by CXCR 7-shRNA transfection and combined with Rhizoma Paridis Total Saponin intervention with MTT. To detect the effect of SGC 7901 cell expression of protein by CXCR 7-shRNA transfection and combined with Rhizoma Paridis Total Saponin intervention with Western blot.ResultsThe packaging of three lentiviral vector and negative control sequence are successful which is confirmed by gene sequencing and the titer are 4.9×108pfu/mL, 3.6×108pfu/mL, 5.2×108pfu/mL,2.0×108pfu/mL respective. The expression quantity of CXCR 7 mRNA in positive groups are lower than negative control group(P<0.05) and inhibition ratio to CXCR 7 in CXCR 7-shRNA-1 and combined with Rhizoma Paridis Total Saponin intervention group is higher than the other two groups(P<0.05).The proliferation level of tumour cell is significant reduction after CXCR 7-shRNA-1 transfection and have a significant difference comparing to the group without transfection(P<0.05). The expression of CXCR 7 protein is significant reduction after CXCR 7-shRNA-1 transfection comparing to the group without virus vector and negative control group and have a significant difference(P<0.05).ConclusionThe construction of three CXCR 7-shRNA lentiviral expression vector are successful and expression level of protein and CXCR 7 mRNA are down-regulated effectively after transfection and combined with Rhizoma Paridis Total Saponin intervention. It maybe means that CXCR 7 gene takes an important role in the process of gastric cancer proliferation and invasion.This is foundation for further study of gastric cancer gene therapy using CXCR 7/CXCL 12 biological axis as a target.
gastric cancer; CXCR 7; CXCL 12; lentivirus vector; shRNA
R 735.2
A
1005-1678(2014)02-0022-04
辽宁省自然科学基金资助项目(201102124)
赵东文,男,硕士,副主任医师,研究方向:胃癌发病机制与防治,E-mail:zdw 9876@163.com;陆航,通信作者,男,博士,副教授,研究方向:消化道上皮来源肿瘤的发生机制及诊治,E-mail:jzahang@163.com。