siRNA干擾BMI－1基因?qū)Π螂装〦J細(xì)胞增殖的調(diào)控作用及其機(jī)制*

崔學(xué)江， 朱定軍， 韓金利， 梁 武， 蘇嘉銳， 謝文練

(中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院泌尿外科，廣東廣州510120)

B細(xì)胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒插入位點(diǎn)1(B-cell-specific Moloney murine leukemia virus insertion site 1，BMI－1)基因過度表達(dá)可與多種腫瘤細(xì)胞的形成及增殖形成有關(guān)[1]。研究表明在膀胱癌細(xì)胞中BMI－1亦有較高表達(dá)，但其促癌作用機(jī)制尚未完全明確。本課題組前期研究表明BMI-1基因在膀胱癌組織中的mRNA及蛋白表達(dá)，明顯高于癌旁組織，并且其表達(dá)量隨著腫瘤侵潤(rùn)深度的增加和分化程度的降低而明顯升高，且與p16INK4a和p14ARF基因在膀胱癌組織及癌旁組織中的mRNA及蛋白表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)[2]。本研究旨在進(jìn)一步對(duì)膀胱癌EJ細(xì)胞株及膀胱正常移行上皮細(xì)胞中BMI-1、p16INK4a和p14ARFmRNA及蛋白表達(dá)水平比較;同時(shí)構(gòu)建siRNA干擾BMI－1基因，檢測(cè)其mRNA及蛋白表達(dá)的影響及對(duì)下游p16和p14基因mRNA及蛋白水平的調(diào)控作用及對(duì)細(xì)胞增殖的影響。

材料和方法

1 材料

膀胱癌EJ細(xì)胞株及膀胱正常移行上皮細(xì)胞株由本實(shí)驗(yàn)室惠贈(zèng)。DMEM培養(yǎng)基、F12K培養(yǎng)基、胎牛血清和無血清培養(yǎng)基Opti-MEM為Gibco產(chǎn)品;RNAiso和real-time RT-PCR試劑盒購(gòu)于TaKaRa(大連寶生物工程有限公司);siRNA Oligo由上海吉瑪公司設(shè)計(jì)及合成;Lipofectine 2000購(gòu)自Invitrogen;鼠抗人BMI-1單克隆抗體(05-637)購(gòu)自Upstate;p16INK4a(sc-468)、p14ARF(sc-8340)購(gòu)自 Stanta Cruz Biotechnology;β-actin購(gòu)自Cell Signaling Technology;辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗鼠、羊抗兔IgG購(gòu)自Multiscience購(gòu)自聯(lián)科生物公司;化學(xué)發(fā)光試劑盒、PVDF膜購(gòu)自Millipore。

2 細(xì)胞培養(yǎng)和siRNA 轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)分組

BMI－1基因(NM:005180)的siRNA 長(zhǎng)度為21 nt，序列見表 1。EJ細(xì)胞于含 10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基，膀胱正常移行上皮細(xì)胞用f-12k培養(yǎng)基，37℃、5%CO2條件下培養(yǎng)，0.125%胰酶消化傳代。5×108/L細(xì)胞種于6孔板，細(xì)胞80%融合時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)。脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000用于siRNA轉(zhuǎn)染。

使用帶綠色熒光的非干擾BMI－1基因的小分子RNA(FAM-nag-siRNA)，6孔板培養(yǎng)細(xì)胞，每孔的細(xì)胞密度為6.0×105個(gè)，培養(yǎng)基2 mL;使用Lipo 5 μL/well，F(xiàn)AM-nag-siRNA共分以下4個(gè)濃度:50 nmol/L、75 nmol/L、100 nmol/L 和 150 nmol/L，得出轉(zhuǎn)染率最佳的siRNA濃度進(jìn)行轉(zhuǎn)染。實(shí)驗(yàn)分為5組:A:空白對(duì)照組;B:陰性干擾對(duì)照組;C:RNA干擾BMI－1基因12 h組;D:RNA干擾BMI－1基因24 h組;E:RNA干擾BMI－1基因48 h組。取轉(zhuǎn)染率最佳的轉(zhuǎn)染濃度轉(zhuǎn)染12 h、24 h、48 h后提取RNA和轉(zhuǎn)染24 h、48 h、72 h后提取蛋白質(zhì)。

3 實(shí)時(shí)定量RT－PCR

Trizol兩步法提取膀胱正常移行上皮細(xì)胞和EJ細(xì)胞的總RNA，以mRNA為模板，oligo dT為引物，逆轉(zhuǎn)錄成 cDNA，逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)條件為37℃ 15 min，85℃ 5 s。Real-time PCR反應(yīng)條件為:預(yù)變性95℃ 30 s，1個(gè)循環(huán);PCR反應(yīng)95℃ 5 s，60℃ 20 s，40個(gè)循環(huán);熔解曲線分析95℃ 1 s，65℃ 15 s，95℃ 0 s。LightCycler(Roche Diagnostics)實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)干擾前后及對(duì)照組EJ細(xì)胞和膀胱正常移行上皮細(xì)胞中BMI-1、p16INK4a和p14ARFmRNA的表達(dá)差異。引物序列見表1。

表1 實(shí)時(shí)定量RT－PCR及RNAi引物序列Table 1.Sequences of primers for real-time RT-PCR and RNAi

4 Western blotting檢測(cè)

BMI-1、p16INK4a和p14ARF在EJ細(xì)胞和膀胱正常移行上皮細(xì)胞的表達(dá):按常規(guī)方法提取蛋白質(zhì)并進(jìn)行定量(Bradford法)。6孔板細(xì)胞覆蓋80%后以RIPA緩沖液0.8 mL，冰上裂解30 min，12 000×g離心30 min，取上清液并進(jìn)行蛋白定量。組織及細(xì)胞裂解液每道上樣量25 μg，10%-15%十二烷基硫酸鈉-聚丙稀酰胺凝膠電泳，低電壓轉(zhuǎn)膜過夜。PVDF膜于10%脫脂奶粉封閉4 h，加入抗BMI-1抗體(1∶750)、抗 p16INK4a抗體(1∶250)、抗 p14ARF抗體(1∶250)、抗β-actin抗體(1∶1 000)4℃孵育過夜。TBST漂洗3次，每次10 min，然后加入羊抗鼠及羊抗兔IgG 1∶7 500 1 h，化學(xué)發(fā)光后X光片曝光。

5 細(xì)胞免疫熒光

采用雙染法。I抗抗 BMI-1抗體(1∶50)，抗p16INK4a(1∶50)、抗 p14ARF(1∶50);熒光Ⅱ抗，CY3-羊抗小鼠 IgG(1∶75)，F(xiàn)ITC-羊抗兔 IgG(1∶50)。核染料采用DAPI染核15 min。

6 生長(zhǎng)曲線測(cè)定

細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒-8(cell counting kit-8，CCK-8)檢測(cè)轉(zhuǎn)染后細(xì)胞存活情況并繪制生長(zhǎng)曲線。

7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

1 細(xì)胞免疫熒光結(jié)果

BMI-1蛋白在膀胱癌EJ 細(xì)胞陽(yáng)性反應(yīng)為紅色熒光，主要表達(dá)于細(xì)胞核，部分胞漿亦有熒光染色;p16INK4a和p14ARF蛋白均表達(dá)于膀胱癌多種細(xì)胞株細(xì)胞，陽(yáng)性呈綠色熒光，兩者在細(xì)胞核和細(xì)胞漿中均可見綠色熒光，細(xì)胞核呈藍(lán)光，見圖1。

Figure 1.Cellular immunofluorescence of BMI-1，p16INK4aand p14ARFin T24 cells(A)，EJ cells(B)，5637 cells(C)and Tccsup cells(D).BMI-1 displays red.p16INK4a and p14ARFdisplay green(a2 is p16INK4a，b2 is p14ARF).Nuclear displays blue(×400).圖1 BMI－1、p16INK4a和p14ARF蛋白在 EJ細(xì)胞、T24細(xì)胞、5637細(xì)胞和Tccsup細(xì)胞中的表達(dá)

2 BMI－1、p16INK4a和 p14ARF在人膀胱移行上皮細(xì)胞及EJ細(xì)胞中的mRNA及蛋白表達(dá)水平

實(shí)時(shí)定量RT-PCR檢測(cè)mRNA水平，BMI-1 mRNA在EJ細(xì)胞中表達(dá)高于正常膀胱移行上皮細(xì)胞，而p16INK4a和p14ARFmRNA在EJ細(xì)胞中低表達(dá)，P＜0.05，差異顯著;Western blotting檢測(cè)蛋白表達(dá)水平，與mRNA表達(dá)基本一致，BMI-1蛋白在EJ細(xì)胞中表達(dá)較正常膀胱移行上皮細(xì)胞中高，p16INK4a和p14ARF蛋白表達(dá)在EJ細(xì)胞中表達(dá)低，見圖2。

Figure 2.The relative expression levels of BMI-1，p16INK4aand p14ARFin hBTC and EJ cells.±s.n=4.*P＜0.05 vs hBTC.hBTC:human bladder transitional epithelium cells.圖2 BMI－1、p16INK4a和p14ARF在EJ細(xì)胞及人膀胱移行上皮細(xì)胞中mRNA和蛋白的相對(duì)表達(dá)量

3 不同siRNA濃度的轉(zhuǎn)染率

FAM-nag-siRNA分為以下4個(gè)濃度:50 nmol/L、75 nmol/L、100 nmol/L 和 150 nmol/L，測(cè)得轉(zhuǎn)染率分別為:(67.25±2.97)%、(81.66±0.64)%、(92.55±0.41)%和(91.56±1.39)%，即siRNA濃度為100 nmol/L時(shí)轉(zhuǎn)染效率最高，各組比較差異顯著(P＜0.05)，見圖3。

Figure 3.Transfection efficiencies of four concentrations of FAM-nag-siRNA(×100).A:50 nmol/L(67.25% ±2.97%);B:75 nmol/L(81.66%±0.64%);C:100 nmol/L(92.55%±0.41%);D:150 nmol/L(91.56%±1.39%);E:transfected EJ cells in white light;F:transfected EJ cells in green light.圖3 4種濃度FAM－nag－siRNA的轉(zhuǎn)染率

4 轉(zhuǎn)染后EJ細(xì)胞目的基因表達(dá)情況

實(shí)時(shí)定量 RT-PCR檢測(cè) BMI-1、p16INK4a和p14ARFmRNA的相對(duì)表達(dá)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，siRNA(100 nmol/L)干擾BMI-1后其mRNA相對(duì)表達(dá)量在24 h和48 h與空白組相比顯著下降(P＜0.05)，而p16INK4a和p14ARFmRNA相對(duì)表達(dá)量在干擾后12 h、24 h和48 h均比空白組顯著上升(P＜0.05)，見圖4。

Western blotting檢測(cè)蛋白相對(duì)表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，siRNA干擾BMI－1后，BMI-1蛋白表達(dá)量下降，并且在72 h時(shí)下降最明顯;p16INK4a和p14ARF蛋白量上升，分別于48 h和72 h上升最明顯，見圖5。

5 CCK－8分析轉(zhuǎn)染后EJ細(xì)胞活力及生長(zhǎng)的變化

干擾后的EJ細(xì)胞與空白對(duì)照組、陰性對(duì)照組相比，12 h、24 h EJ細(xì)胞存活數(shù)無明顯變化。48 h開始siRNA干擾組(0.450±0.198)、空白對(duì)照組(0.810±0.089)和陰性對(duì)照組(0.790±0.099)之間的差異顯著(P＜0.05)。干擾BMI－1后EJ細(xì)胞在72 h處于生長(zhǎng)平臺(tái)期，生長(zhǎng)速度變緩，見圖6。

6 EJ細(xì)胞的凋亡情況

各組EJ細(xì)胞的凋亡率為:空白對(duì)照組(5.85±0.31)%，陰性對(duì)照組(6.52±0.46)%，干擾48 h后(12.74±0.76)%，干擾72 h后(16.34±0.77)%?？瞻讓?duì)照組與陰性對(duì)照組比差異不顯著(P＞0.05);空白對(duì)照組分別與干擾48 h、72 h比，差異均顯著(P＜0.01)，干擾48 h與72 h比差異顯著(P＜0.01)，見圖7。

Figure 4.The mRNA expression of BMI-1，p16INK4aand p14ARF in EJ cells with different treatments.A:BMI-1;B:p16INK4aand p14ARF.NC:normal control;NEG:negative control;12 h:RNAi for 12 h;24 h:RNAi for 24 h;48 h:RNAi for 48 h.±s.n=4.圖4 siRNA干擾BMI－1后不同時(shí)點(diǎn) BMI－1、p16INK4a和p14ARFmRNA的表達(dá)

Figure 5.The protein levels of BMI-1，p16INK4aand p14ARFin EJ cells with different treatments.±s.n=5.*P＜0.05 vs NC.圖5 siRNA干擾BMI－1后不同時(shí)點(diǎn)BMI－1、p16INK4a和p14ARF蛋白的表達(dá)

Figure 6.Growth curves of EJ cells with different treatments.圖6 空白對(duì)照組、陰性對(duì)照組和RNA干擾BMI－1組的EJ細(xì)胞生長(zhǎng)曲線

討 論

BMI－1基因被認(rèn)為是一種癌基因，其可與cmyc癌基因協(xié)同作用引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤形成。[1，3]。p16INK4a和 p14ARF是重要的抑癌基因，其功能的失活在多種腫瘤的發(fā)生中起重要作用[4，5]。但是在腫瘤細(xì)胞株及正常的膀胱移行上皮細(xì)胞中的比較仍少見報(bào)道，并且BMI-1與p16INK4a、p14ARF的調(diào)控機(jī)制仍未明確。本文通過對(duì)其表達(dá)及siRNA干擾BMI－1基因后上述基因的表達(dá)及蛋白表達(dá)的變化進(jìn)一步明確其調(diào)控機(jī)制。

Figure 7.The apoptosis of EJ cells detected by flow cytometry.A:normal control(5.85%±0.31%);B:negative control(6.52%±0.46%);C:RNAi for 48 h(12.74%±0.76%);D:RNAi for 72 h(16.34%±0.77%).± s.n=20.*P ＜0.05 vs A.圖7 siRNA干擾48 h和72 h后EJ細(xì)胞凋亡情況

本研究結(jié)果表明:BMI-1 mRNA及蛋白水平在膀胱癌EJ細(xì)胞株中的表達(dá)比膀胱正常移行上皮細(xì)胞的表達(dá)水平明顯高。對(duì)于BMI-1的表達(dá)，有研究表明在多種腫瘤細(xì)胞中都有高表達(dá)，其對(duì)造血干細(xì)胞、白血病細(xì)胞的自我更新起重大作用，在乳腺癌、肝癌、胃癌、大腸癌、肺癌、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、黑色素瘤等腫瘤，以及膀胱癌組織、膀胱癌T24細(xì)胞株、5637細(xì)胞株中均發(fā)現(xiàn)較高表達(dá)[6-8]。BMI－1基因作為轉(zhuǎn)錄抑制因子，對(duì)腫瘤細(xì)胞的周期調(diào)節(jié)起抑制作用，影響細(xì)胞的增殖及凋亡[8]。膀胱癌EJ細(xì)胞株屬于惡性度較高的細(xì)胞株，目前較少研究BMI-1在其中的表達(dá)及調(diào)控機(jī)制。本研究結(jié)果提示在EJ細(xì)胞中，BMI-1的高表達(dá)，說明膀胱癌EJ細(xì)胞中BMI-1為其促癌的一個(gè)可能的重要靶點(diǎn)。

對(duì)于BMI-1的調(diào)控機(jī)制，Park等[8]研究表明BMI-1可抑制p16INK4a和p14ARF的表達(dá)，導(dǎo)致癌基因過度激活和抑癌基因失活而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖與凋亡，Liu等[9]研究表明BMI-1與多種蛋白如c-Myc等對(duì)cyclin D2進(jìn)行調(diào)節(jié)。但亦有研究表明BMI-1調(diào)控下游基因存在PI3K/Akt通路[9]及調(diào)節(jié)端粒酶的活性影響細(xì)胞增殖[10]，陳鳳花等[11]研究真核表達(dá)載體pEGFP-BMI-1轉(zhuǎn)染宮頸癌細(xì)胞系HeLa，顯著下調(diào) p16INK4a、HOXA9和 HOXC13的表達(dá)，而hTERT和HOXB4無明顯影響。在膀胱癌EJ細(xì)胞中，仍未有明確的研究表明BMI-1的調(diào)控機(jī)制。

本研究結(jié)果顯示p16INK4a和p14ARF在EJ細(xì)胞中的表達(dá)較膀胱正常移行上皮細(xì)胞低。以往較多研究使用反義寡核苷酸及shRNA、mircoRNA等抑制BMI－1基因，可以起到抑制作用[12]。本研究使用siRNA干擾BMI－1基因后，BMI-1 mRNA及蛋白水平都有下降，提示使用脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染siRNA可以有效沉默BMI－1基因。沉默后p16INK4a和p14ARF升高，說明兩者有相關(guān)性，在調(diào)節(jié)通路上，p16與p14具有某些共同的調(diào)節(jié)位點(diǎn)。沉默BMI－1后EJ細(xì)胞的凋亡增多，提示在EJ細(xì)胞中，BMI-1調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖的機(jī)制主要為調(diào)節(jié)其下游p16INK4a和p14ARF，并且通過抑制p16INK4a和p14ARF的表達(dá)來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)。目前研究表明，p16INK4a與調(diào)節(jié) cyclin D/CDK4/6有關(guān)，而p14ARF與抑制MDM2作用減弱有關(guān)，兩者都有共同通路就是使E2F轉(zhuǎn)錄蛋白增多，細(xì)胞增殖增強(qiáng)[13]。

Silva等[14]在乳腺癌中的研究表明 BMI-1對(duì)INK4a/ARF的轉(zhuǎn)錄抑制是通過其多梳基因家族(PcG)的Mel18和Hpc2蛋白形成多梳組多蛋白抑制復(fù)合物1(PRC1)，協(xié)同作用抑制。Dhawan等[15]在對(duì)胰島β細(xì)胞的研究中表明，BMI-1與PcG家族中的Ezh2蛋白構(gòu)成PRC1的重要組成部分;Ezh2蛋白導(dǎo)致H3K27三甲基化，增加BMI-1與H2組蛋白、INK4a/ARF位點(diǎn)的結(jié)合力，導(dǎo)致H2組蛋白泛素化，抑制INK4a/ARF轉(zhuǎn)錄。

綜上所述，本研究進(jìn)一步證實(shí)在膀胱癌細(xì)胞EJ細(xì)胞中，BMI－1是一個(gè)重要的癌基因位點(diǎn)，其與cmyc協(xié)同作用，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖，可以作為一個(gè)檢測(cè)及治療的新靶點(diǎn)。同時(shí)，使用siRNA干擾技術(shù)可以有效沉默BMI－1基因;在膀胱癌EJ細(xì)胞中存在p16INK4a/p14ARF調(diào)控通路，沉默BMI－1可以通過該通路影響細(xì)胞生長(zhǎng)周期及凋亡。

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