基础研究
Wnt/β-catenin/TCF-4通路对肾癌细胞生物学行为的影响及其机制
中华医学杂志, 2020,100(24) : 1890-1894. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20191107-02418
摘要
目的

探讨Wnt/β-连环链蛋白(catenin)/TCF-4通路在肾癌细胞中的作用,并初步分析其可能的机制。

方法

分别构建β-catenin sh和TCF-4△Nsh的真核表达载体,并分别转染肾癌786-O细胞,采用CCK8检测转染后细胞的增殖能力,吖啶橙-溴乙锭(AO-EB)染色法检测转染后细胞死亡情况,Western印迹检测转染组、空转组以及空白组细胞TCF-4、Bcl-2、bax、Caspase-3的表达情况。

结果

转染β-catenin siRNA病毒后,细胞的增殖能力较空转组明显降低(0.443±0.145与0.910±0.721),细胞死亡率较空转组明显增加(16.38±5.32与6.61±1.04),TCF-4的表达受抑制、凋亡蛋白Caspase 3、bax表达增加、抗凋亡蛋白Bcl-2表达减低(均P<0.05)。转染TCF-4 siRNA病毒后,细胞的增殖能力较对照组明显降低,细胞死亡率较对照组明显增加,TCF-4的表达受抑制导致凋亡蛋白Caspase 3、bax表达增加,抗凋亡蛋白Bcl-2表达减低(均P<0.05)。

结论

Wnt/β-catenin/TCF-4通路在786-O肾癌细胞中具有可调节肾癌细胞的增殖和凋亡的作用,其机制可能为通过调节其下游的凋亡蛋白Caspase 3、bax和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达水平来实现。

引用本文: 陈少安, 苏增存, 陈友根, 等.  Wnt/β-catenin/TCF-4通路对肾癌细胞生物学行为的影响及其机制 [J] . 中华医学杂志, 2020, 100(24) : 1890-1894. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20191107-02418.
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1982年Klaus等[1]首次在小鼠身上克隆得到Wnt基因,常见的Wnt信号通路有3种:Wnt经典途径(Wnt/β-catenin pathway)、Wnt-Ca2+信号通路和平面细胞极性途径(PCP)[2],Wnt通路成分包括Wnt蛋白家族、β环连蛋白(β-catenin)、支架蛋白(axin/conductin)和T细胞因子/淋巴增强因子(TCF/LEF)转录因子家族等[3]。Wnt/β-catenin通路可特异性结合细胞膜上的受体,并将信号传递给β-catenin,蓄积后的β-catenin可进一步发挥调控通路下游分子和下游靶基因的作用[4]。Wnt/β-catenin在多种肿瘤的发生发展中发挥调控作用,但Wnt/β-catenin/TCF-4在肾透明细胞癌中的研究较少。本研究以786-O作为实验细胞株,拟从多环节干预、多指标分析,探讨Wnt/β-catenin/TCF-4通路对肾癌细胞生物学行为的影响并探讨其作用机制。

材料与方法
1.主要试剂:

β-catenin干扰慢病毒,购自Invitrogen公司,抗体:β-catenin(ab32572,Abcam),TCF4(ab217668,Abcam),半胱氨酸蛋白酶(Caspase-3,ab197202,Abcam),Bcl-2(ab32124,Abcam),bax(ab32503,Abcam)。试剂盒:CCK8(HY-K0301,Med Chem Express),TUNEL(C1088,Beyotime)。

2.β-catenin对肾癌细胞Wnt/β-catenin/TCF-4通路、细胞增殖及凋亡的影响:

(1)β-catenin siRNA真核载体的构建;(2)病毒转染肾癌细胞;(3)β-catenin表达的检测;(4)TCF-4表达的检测;(5)Caspase-3、Bcl-2、bax等表达的检测;(6)细胞凋亡等生物学效应的检测。其中,β-catenin siRNA真核载体引物利用primer 6软件设计,由Invitrogen合成。

3.TCF-4对肾癌细胞Wnt/β-catenin/TCF-4信号通路、细胞增殖及凋亡的影响:

(1)构建稳转株;(2)TCF-4表达的检测;(3)Caspase-3、Bcl-2、bax等表达的检测;(4)细胞凋亡等生物学效应的检测。

4.CCK8检测转染后细胞的增殖能力:

(1)将处于对数生长期细胞(细胞培养瓶的细胞密度达80%左右)制备细胞悬液后进行细胞计数,将细胞密度调整为1×105个/ml,每组设4个复孔;(2)在保证每孔细胞密度基本一致的情况下,按上述分组以每孔100 μl单细胞悬液接种于96孔板;(3)接种上述设计的96孔板在5%CO2、37℃条件下的细胞孵育箱中继续培养;(4)48 h后终止孵育,加入100 μl新的完全培养基,同时每孔加入l0 μl的CCK-8溶液;(5)将培养板置于5% CO2、37 ℃条件下的细胞孵育箱中孵育2 h;(6)测量吸光度前2 000 r/min,5 min离心96孔板,去除加样孔中因加样产生的气泡,利用酶标仪测定450 nm的吸光度(A)值;(7)计算细胞增殖速度。

5.吖啶橙-溴乙锭(AO-EB)染色检测细死亡率:

(1)用胰酶-乙二胺四乙酸(EDTA)消化液处理细胞,处理完毕、离心并弃上清液,磷酸盐缓冲液(PBS)清洗细胞2~3次,除去死亡的细胞,培养基重悬细胞,计数并调整细胞密度达到1×106个/ml,将其接种于24孔板中,设定3组复孔,培养72 h;(2)配置AO/EB工作液:取试剂A、B、C,按照试剂A∶试剂B∶试剂C=1∶1∶8的比例稀释成AO/EB工作液,染色液配置环境要求在暗室中;(3)每一份细胞样品加入AO/EB液2 μl,将其混合均匀后低速离心并弃上清液;(4)用AO/EB Dilution缓冲液重悬细胞,将细胞密度调整为0.5~5×106个/ml;(5)加入1 μl AO/EB工作液,用1 ml移液器反复轻柔吹打,充分混匀;(6)取洁净载玻片,滴加5 μl细胞悬液,轻轻盖上盖玻片;(7)显微镜下观察细胞染色情况,吖啶橙嵌合到双链DNA分子中显绿色,与DNA单链或RNA结合时发橙红色荧光,溴化乙锭嵌合到双链DNA或RNA的碱基对中,无碱基特异性,发红色荧光。吖啶橙可以透过活细胞膜,故活细胞呈绿色荧光,溴化乙锭不能通过与活细胞具有相同通透性的细胞膜,故死细胞呈橙色荧光。在显微镜下观察、拍照,每孔随机取3个视野技术,统计结果并分析。

6.统计学处理:

数据以±s表示,统计分析采用SPSS 13.0软件,各组样本均数之间的比较采用单因素方差分析,均数之间的两两比较采用Newman Keuls检验,检验水平(α)为0.05。

结果

1.β-catenin对肾癌细胞Wnt/β-catenin/TCF-4通路、细胞增殖及凋亡的影响:β-catenin sh真核载体病毒转染786-O肾癌细胞,荧光检测其转染后的效率,结果显示可达90%以上(图1)。并RT-PCR检测肾癌细胞中β-catenin RNA的表达,结果显示:与对照组和阴性病毒组比较,实验组细胞中β-catenin RNA含量明显降低,P=0.003(图2)。

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图1
免疫荧光检测786-O细胞转染β-catenin敲减病毒的效率
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图1
免疫荧光检测786-O细胞转染β-catenin敲减病毒的效率
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图2
RT-PCR检测转染后肾癌细胞中β-catenin RNA的表达
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图2
RT-PCR检测转染后肾癌细胞中β-catenin RNA的表达

2.786-O肾癌细胞转染病毒后,CCK8检测β-catenin敲减细胞株的增殖能力。结果显示实验组细胞的增殖能力较空转组、对照组均明显降低,转染β-catenin siRNA病毒后,实验组肾癌细胞的增殖能力较空转组明显降低(0.443±0.145与0.910±0.721),P=0.016(图3)。

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图3
CCK8检测肾癌细胞敲减β-catenin后的增殖能力
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图3
CCK8检测肾癌细胞敲减β-catenin后的增殖能力

3.AO-EB染色法检测敲减β-catenin的786-O肾癌细胞死亡情况:结果显示敲减β-catenin的细胞株的死亡率较空转组明显升高[(31.33±3.21)与(6.60±1.51)],P=0.007(图4)。

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图4
AO-EB染色法检测转染β-catenin sh后肾癌细胞的死亡率 A为空白对照组;B为空转染组;C为敲减β-catenin组;D为计量图
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图4
AO-EB染色法检测转染β-catenin sh后肾癌细胞的死亡率 A为空白对照组;B为空转染组;C为敲减β-catenin组;D为计量图

4.786-O肾癌细胞敲减β-catenin后,Western印迹检测显示各组细胞中Caspase 3、Bcl-2、bax蛋白的表达变化:结果显示,与对照组比较,实验组细胞的β-catenin、TCF-4的表达受抑制、凋亡蛋白Caspase 3、bax表达增加、抗凋亡蛋白Bcl-2表达减低(图5)。

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图5
Western印迹检测转染后空白组、空转组及实验组组各个蛋白指标的变化
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图5
Western印迹检测转染后空白组、空转组及实验组组各个蛋白指标的变化

5.TCF-4对肾癌细胞Wnt/β-catenin/TCF-4通路、细胞增殖及凋亡的影响:TCF-4 siRNA真核病毒转染786-O肾癌细胞,荧光检测其转染后的效率,结果显示可达90%以上(图6)。RT-PCR检测肾癌细胞中TCF-4 RNA的表达,转染后肾癌细胞中TCF-4 RNA降低,TCF-4 sh细胞株构建成功(图7)。

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图6
免疫荧光检测786-O细胞转染TCF-4病毒的效率
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免疫荧光检测786-O细胞转染TCF-4病毒的效率
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图7
RT-PCR检测转染后肾癌细胞中TCF-4 RNA的表达
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图7
RT-PCR检测转染后肾癌细胞中TCF-4 RNA的表达

6.786-O肾癌细胞转染TCF-4病毒后,CCK8检测转染成功后细胞株的增殖能力。结果显示实验组细胞的增殖能力(0.66±0.14)较空转组、(1.03±0.08)明显降低,P=0.024(图8)。

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图8
肾癌细胞转染TCF-4 siRNA病毒后的增殖能力
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图8
肾癌细胞转染TCF-4 siRNA病毒后的增殖能力

7.AO-EB染色法检测降低TCF-4后的786-O肾癌细胞死亡情况:结果显示TCF-4敲减细胞株的死亡率(16.38±5.32)较空转组(6.61±1.04)明显升高,P=0.037(图9)。

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图9
AO-EB染色法检测转染TCF-4 siRNA后肾癌细胞的死亡率 A为空白对照组;B为空转染组;C为TCF-4组;D为计量图
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图9
AO-EB染色法检测转染TCF-4 siRNA后肾癌细胞的死亡率 A为空白对照组;B为空转染组;C为TCF-4组;D为计量图

8.786-O肾癌细胞转染TCF-4 siRNA病毒后,Western印迹检测显示各组细胞中Caspase 3、Bcl-2、bax蛋白的表达变化情况。结果显示,与对照组比较,实验组细胞的TCF-4的表达受抑制、凋亡蛋白Caspase 3、bax表达增加、抗凋亡蛋白Bcl-2表达减低(图10)。

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图10
Western印迹检测转染后空白组、空转组及实验组蛋白指标的变化
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图10
Western印迹检测转染后空白组、空转组及实验组蛋白指标的变化
讨论

Wnt通路和通路相关分子是靶向治疗肿瘤研究的热点[5],也有多项研究证实Wnt/β-catenin参与多种肾脏疾病的病理过程,包括:多囊肾[6]、肾间质纤维化[7]、糖尿病肾病[8]、狼疮性肾炎[9]、IgA肾病[10]等。本研究通过慢病毒分别沉默β-catenin和TCF-4基因的表达,检测786-O细胞的增殖、凋亡,结果显示实验组细胞较对照组增殖率明显下降、凋亡增加。细胞在缺氧复氧处理过程中激活Wnt/β-catenin通路能显著增加凋亡蛋白Caspase 3、bax的活性,促进细胞凋亡[11]。为了观察Wnt/β-catenin/TCF-4通路对肾癌786-O细胞凋亡的影响,本研究应用AO-EB染色法及Western印迹观察β-catenin和TCF-4基因沉默后细胞凋亡的变化。Bcl-2是细胞凋亡重要的调控基因,本研究也检测了其表达水平的变化情况。

β-catenin是细胞质中一种重要的多功能蛋白,具有介导细胞黏附及参与Wnt信号传导的双重功能[12,13]。正常情况其定位于胞膜内侧,其作用在正常组织中呈被抑制状态。β-catenin作为Wnt信号通路重要的下游信号分子,胞质聚集到一定量后进入细胞核内并可以与TCF/LEF等转录因子结合,进而参与细胞增殖的调控[14],故β-catenin作为Wnt信号通路的核心蛋白,其功能的激活与肿瘤发生发展密切相关[15,16]

本研究成功构建了β-catenin以及TCF-4干扰病毒,应用其转染786-O细胞后,发现细胞增殖明显受到抑制,凋亡率明显增加,同时凋亡蛋白Caspase 3、bax表达增加、抗凋亡蛋白Bcl-2表达减低。证实肾癌细胞中Wnt/β-catenin/TCF-4信号通路参与786-O细胞的增殖和凋亡活动,并一定程度上验证了其作用机制,为其在肾癌中的深入研究提供了一定的理论基础。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献
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