孫鹥 ,范欣,徐亞,井敏敏
(云南省第一人民醫(yī)院檢驗科,昆明650032)
白血病是小兒最為常見的惡性腫瘤,是我國十大高發(fā)惡性腫瘤之一,據(jù)統(tǒng)計,全球每年約有37萬例新發(fā)病例,有27萬人死于白血病[1]。但白血病的病因與發(fā)病機制目前尚不完全清楚,病毒感染、遺傳、染色體異常及化學(xué)毒物或藥物等因素都與白血病的發(fā)病有關(guān)。盡管目前利用基因表達譜和全基因組測序分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個基因與白血病發(fā)生相關(guān),但真正能用于白血病診斷及治療的基因為數(shù)不多。所以,篩選與白血病密切相關(guān)的基因,并研究它們在白血病發(fā)生和發(fā)展中的作用機制,對于開發(fā)潛在更有效的治療試劑具有重要意義。
外源性逆轉(zhuǎn)錄病毒感染宿主細胞時,可將其DNA整合到宿主細胞的基因組中。在人生殖細胞感染的情況下,插入的逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA可以隨后以孟德爾方式遺傳,被稱為人內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(human endogenous retroviruses ,HERVs)[2]。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒約占人類基因組的8 %[3]。大多數(shù)逆轉(zhuǎn)錄病毒序列包含框內(nèi)終止密碼子或缺失,使其在體內(nèi)不能發(fā)揮功能。但是一些逆轉(zhuǎn)錄病毒仍然具有開放閱讀框架(open reading frames,ORF),并保持其潛在的轉(zhuǎn)錄能力,對宿主的生理病理過程起著重要的作用[4-6]。合胞素(snycytin)是由HERV-W基因編碼的囊膜蛋白,由538個氨基酸組成。2000年Mi等人檢測了23種人組織樣品,發(fā)現(xiàn)合胞素主要在胎盤滋養(yǎng)層細胞中表達,睪丸中少量表達,其他組織基本不表達[7]。合胞素是一個具有細胞融合活性的糖蛋白,通過與其受體SLC1A5/ASCT2/RDR結(jié)合促進細胞滋養(yǎng)層細胞融合形成多核合胞體滋養(yǎng)層[8,9],在胎盤發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。目前研究已證實,在人胎盤中合胞素參與細胞融合[10]、細胞周期[11]、細胞凋亡[12]和免疫抑制[13]等生理過程。另一方面, 合胞素在一些胎盤病變中表達異常,如先兆子癇[14]、特發(fā)性胎兒生長受限[15]、妊娠糖尿病[16]等。同時,人們還發(fā)現(xiàn)合胞素在乳腺癌[17]、子宮內(nèi)膜癌[18]、皮膚T細胞淋巴瘤[19]、黑色素瘤[20]等腫瘤中有表達,且合胞素的表達水平可作為乳腺癌的一個預(yù)后因子[17];合胞素在子宮內(nèi)膜癌中表達升高,可通過調(diào)控細胞間的融合促進腫瘤增殖[18];參與介導(dǎo)乳腺癌細胞和口腔鱗狀細胞癌細胞與內(nèi)皮細胞之間的融合[21,22];可以抑制黑色素瘤細胞B16F10增殖、遷移和侵襲的能力[20],提示合胞素在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著一定作用,但其具體機制尚不明確。
細胞融合對于胚胎和胎兒發(fā)育以及細胞分化非常重要,同時對組織修復(fù)和癌癥的發(fā)生發(fā)展也起著重要作用[23]。本研究小組前期研究發(fā)現(xiàn):合胞素在8個白血病或淋巴瘤細胞中都有表達,其表達水平與白血病病人疾病進展相關(guān)[24],且急性骨髓性白血病患者白細胞中的合胞素明顯上調(diào)[25],但合胞素在其中發(fā)揮的作用尚不清楚。為了明確合胞素與白血病的相關(guān)性,我們首先在小鼠淋巴瘤細胞EL4細胞中過表達合胞素,通過觀察細胞形態(tài)、細胞調(diào)亡等生物學(xué)特性的變化,探索合胞素是否參與白血病細胞抵抗凋亡及其機制,尋求早期診斷治療白血病的分子標記或靶點。
小鼠淋巴瘤細胞EL4細胞為本實驗室液氮保存,細胞在10% 胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基(Gibco)中,37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。用常規(guī)方法凍存后復(fù)蘇使用。
采用GeneCopoeia公司的慢病毒包裝試劑盒Lenti-Pac? HIV Expression Packaging Kit進行慢病毒包裝。加入1ml慢病毒(病毒空載體作為對照)和8μg/ml polybrene到對數(shù)生長期的EL4細胞中,感染過夜后更換培養(yǎng)基,最后用嘌呤霉素篩選出穩(wěn)定表達的細胞系。
根據(jù)Trizol 試劑說明書提取細胞總RNA,逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系根據(jù)所用試劑盒High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit(4368814,ABI)說明書設(shè)定,逆轉(zhuǎn)錄得到的cDNA利用SYBR Green法對目標基因進行相對定量,其反應(yīng)體系根據(jù)試劑盒Power SYBR Green PCR Master Mix (4367659, ABI)說明書設(shè)定,用ABI 7500進行擴增,最后結(jié)果用2-△△Ct的方法進行統(tǒng)計。合胞素引物:上游引物5′-ATGCCCCGCAACTGCTATC-3′,下游引物 5′-AGACAGTGACTCCAAGTCCTC-3′,擴增產(chǎn)物大小為112bp。內(nèi)參基因 GAPDH 上游引物 5′-GGTGAAGGTCGGTGTGAACG-3′,下游引物 5′-CTCGCTCCTGGAAGATGGTG-3′,擴增產(chǎn)物大小為 233bp。擴增條件為:95 ℃ 2min;95 ℃ 5s;60 ℃ 34s;共 30 個循環(huán);72 ℃繼續(xù)延伸 5min。
收集細胞,冰上用單去污劑裂解液裂解細胞5min,隨后超聲充分碎裂細胞,4 ℃,12000 r/min離心10min,上清即為細胞總蛋白,采取BCA法測定蛋白濃度。取 20μl蛋白樣品進行SDS-PAGE 電泳,最后將蛋白轉(zhuǎn)至PVDF膜上,5%脫脂奶粉封閉2h,兔抗合胞素一抗(1∶500;美國Santa公司)4 ℃孵育過夜;TBST洗PVDF膜后 HRP標記的山羊抗兔的二抗(1∶5000;北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司)室溫孵育2 h,TBST洗膜,化學(xué)發(fā)光劑ECL發(fā)光液(Thermofisher scientific,32106)顯影,用UVP檢測掃描系統(tǒng)(美國UVP公司)檢測蛋白表達量,用Image J軟件進行光密度分析。
收集細胞,用PBS清洗離心后,加5μl Annexin V-PE(BD)和10μl 7-AAD(BD)避光孵育10min,隨后將細胞置于流式細胞儀(美國BD流式細胞儀FACSCanto II)上檢測細胞凋亡,Annexin V-PE和7-AAD陰性者為活細胞,Annexin V-PE陽性和7-AAD陰性者為早期凋亡細胞,Annexin V-PE和7-AAD均陽性者為晚期凋亡細胞或已經(jīng)死亡的細胞。
消化細胞后用4℃預(yù)冷的250μl PBS輕輕重懸細胞,緩慢加入750μl 冰浴預(yù)冷無水乙醇,輕輕吹打混勻-20℃固定過夜,用預(yù)冷PBS清洗細胞兩次,加入由PI/RNase Staining Buffer周期檢測試劑盒(550825, BD)進行染色,用0.5ml PI/RNase染色液緩慢并充分混勻細胞后4℃避光孵育30min。隨后將細胞置于流式細胞儀(美國BD流式細胞儀FACSCanto II)上檢測,根據(jù)所含熒光量進行細胞周期分期。細胞周期G2和M期細胞的DNA含量是G0和G1期細胞的兩倍, S期細胞的DNA含量介于這兩個極端之間。
于收集的樣品中加入線粒體膜電位檢測試劑JC-1(C2006,上海碧云天生物技術(shù)有限公司),37℃避光孵育15min,PBS清洗,然后上流式細胞儀檢測。在線粒體膜電位較高時,JC-1聚集在線粒體的基質(zhì)中,形成聚合物,可以產(chǎn)生紅色熒光;在線粒體膜電位較低時,JC-1不能聚集在線粒體的基質(zhì)中,此時JC-1為單體,可以產(chǎn)生綠色熒光,用綠色熒光的相對比例來衡量線粒體去極化程度。
采用Enzo Life Sciences公司的PKC激酶活性試劑盒(ADI-EKS-420A)進行細胞中的PKC激酶活性檢測:用胰酶消化細胞后,離心,用PBS清洗細胞,隨后加1 ml試劑盒中的細胞裂解液,冰上靜置10min,13000r/min離心15min,取上清用于后續(xù)酶活性測定;在相應(yīng)的酶標板中加檢測樣品和質(zhì)控(陽性對照、空白對照、陰性對照)并加入稀釋好的ATP 30℃孵育90min;洗板拍干加入磷酸化抗體到每個孔中,孵育30min;洗板拍干加入稀釋的辣根過氧化物酶HRP標記抗兔IgG到每個孔中孵育30min;洗板拍干加入TMB顯色后加終止液到每個孔中,在450nm測量吸光度。相對激酶活性=(A樣-A空)/蛋白含量。
采用Caspase-3/CPP32 Colorimetric Assay Kit檢測試劑盒(KA0740,美國Abnova公司)檢測細胞中的Caspase3酶活性:使用 RIPA裂解液(P0013K,上海碧云天公司)裂解細胞后提取蛋白,加入100μl的RIPA蛋白裂解液,搖勻,置于冰上裂解15min,用細胞刮刀將細胞刮下,并用移液器將裂解液轉(zhuǎn)移至1.5ml Ep管中,隨后進行離心,12000r/min, 4℃離心10min,取上清,-20℃保存?zhèn)溆?。BCA蛋白測定試劑盒(P0010S)提取樣品總蛋白和測定蛋白濃度。根據(jù)測定樣品的濃度統(tǒng)一將樣品稀釋成3μg/μl。在酶標板中加入相應(yīng)的樣品(對照孔中用裂解液代替樣品),加入10mmol/L的DTT反應(yīng)緩沖液,每孔補加5μl DEVD—pNA,37℃孵2h,用酶標儀在吸光度405 nm下測定OD值,樣品OD值=樣品測定OD值-對照OD值。
為了明確合胞素對細胞凋亡的影響,我們構(gòu)建了合胞素穩(wěn)定表達的EL4細胞[26]。首先,對穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞系EL4-syncytin中合胞素蛋白(圖1A)和mRNA(圖1B)的表達情況進行檢測,發(fā)現(xiàn)與空載對照細胞(EL4-negative,EL4-NEG)和空白對照EL4細胞(EL4)相比,穩(wěn)轉(zhuǎn)合胞素的EL4細胞中合胞素蛋白(圖1A)和mRNA(圖1B)水平都顯著提高;同時采用流式細胞儀檢測穩(wěn)轉(zhuǎn)合胞素細胞EL4-syncytin和空載細胞EL4-NEG及空白對照EL4細胞中綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)表達率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)慢病毒空載的轉(zhuǎn)染效率達98%,合胞素表達慢病毒的轉(zhuǎn)染效率達42%(圖1C,圖1D)。
為了了解合胞素對細胞功能的影響,我們首先觀察合胞素穩(wěn)定表達的EL4細胞形態(tài)的變化。與對照組細胞(EL4-NEG)相比,穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞(EL4-syncytin)形態(tài)學(xué)上沒有觀察到明顯差異;隨后,利用流式細胞儀檢測穩(wěn)轉(zhuǎn)EL4細胞的凋亡情況發(fā)現(xiàn),與對照組細胞相比,合胞素穩(wěn)定過表達EL4細胞(EL4-syncytin)的凋亡顯著增多(圖2),提示合胞素可促進腫瘤細胞凋亡。
采用兩種不同途徑的凋亡誘導(dǎo)劑來誘導(dǎo)凋亡的產(chǎn)生,進一步研究合胞素對不同途徑誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)凋亡的影響。放線菌素D (actinomycin D,Actin D)抑制mRNA合成從而誘導(dǎo)凋亡產(chǎn)生,放線菌酮(cycloheximide,CHX)抑制細胞蛋白合成從而誘導(dǎo)凋亡產(chǎn)生。用0.5μmoL/L和2μmoL/L Actin D分別誘導(dǎo)3h后,EL4、EL4NEG和EL4syncytin 3組細胞的凋亡率無明顯變化(圖3、4),而用10μmoL/L和15μmoL/L CHX分別誘導(dǎo)3h后,高表達合胞素細胞的凋亡率增加幅度顯著大于其他2組細胞(圖3、4)。只有延長0.5μmoL/L和2μmoL/L Actin D誘導(dǎo)時間至6h,高表達合胞素細胞的凋亡率增加幅度才顯著大于其他2組細胞,與10μmoL/L CHX誘導(dǎo)6h相似(圖5)。由此表明,合胞素對蛋白合成抑制劑CHX誘導(dǎo)的細胞凋亡有明顯的協(xié)同作用,對mRNA合成抑制劑Actin D誘導(dǎo)的凋亡增效作用不顯著。
圖1 合胞素穩(wěn)轉(zhuǎn)EL4細胞系中合胞素的表達水平檢測。A,代表性Western blot檢測(A1)與統(tǒng)計學(xué)分析(A2);B,syncytin mRNA qRTPCR檢測的統(tǒng)計學(xué)分析;C,病毒轉(zhuǎn)染效率的代表性流式細胞術(shù)檢測(C1,EL4組;C2,EL4-NEG組;C2,EL4-syncytin組);D,流式細胞術(shù)檢測的病毒轉(zhuǎn)染效率的統(tǒng)計學(xué)分析; **P<0.01(n=3)Fig. 1 The detection of expression level of syncytin in EL4 cells after stable transfection of syncytin. A, representative Western blot result (A1) and statistical analysis (A2); B, statistical analysis of syscytin mRNA detected by qRT-PCR; C, representative results of flow cytometry for virus transfection efficiency (C1, EL4 group; C2, EL4-NEG group; C3, EL4-syncytin group); D, statistical analysis of virus transfection efficiency detected by flow cytometry; **P<0.01 (n=3)
圖2 合胞素過表達對EL4細胞系凋亡的影響。A, 細胞凋亡的代表性流式細胞術(shù)檢測結(jié)果(A1,EL4組;A2,EL4-NEG組;A2,EL4-syncytin組);B, 流式細胞術(shù)檢測凋亡的統(tǒng)計學(xué)分析;** P<0.01(n=3)Fig. 2 Effect of syncytin overexpression on apoptosis in EL4 cells. A, representative results of cell apoptosis detected by flow cytometry (A1, EL4 group; A2, EL4-NEG group; A3, EL4-syncytin group); B, statistical analysis of apoptosis detected by flow cytometry; **P<0.01 (n=3)
利用熒光染料碘化丙啶(PI)染色流式細胞術(shù)檢測細胞周期顯示(圖6):穩(wěn)定過表達合胞素的細胞中細胞周期分布與對照細胞相比沒有明顯差異,細胞沒有明顯的被阻滯在某個階段,因此細胞凋亡的產(chǎn)生并非由于細胞周期阻滯造成。
凋亡是一種為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,由基因控制的細胞自主的有序的死亡,是一種主動的過程,涉及一系列基因的激活、表達及調(diào)控。公認的三種信號通路為細胞表面介導(dǎo)的信號途徑,線粒體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。為了明確合胞素引起EL4細胞凋亡的信號途徑,我們首先用15μmol/L CHX對EL4細胞進行3h凋亡誘導(dǎo),繼續(xù)在培養(yǎng)箱培養(yǎng)4 h后,利用線粒體膜電位檢測試劑盒(JC-1)檢測線粒體膜電位,發(fā)現(xiàn)合胞素穩(wěn)定過表達的EL4細胞中線粒體膜電位去極化效果顯著高于兩個對照細胞(圖7)。PKC激酶活性檢測顯示,穩(wěn)定過表達合胞素對PKC激酶活性無明顯影響,即使用Actin D和CHX誘導(dǎo)處理后的細胞,PKC激酶活性也沒有顯著變化(圖8A),因此,我們認為合胞素誘導(dǎo)細胞凋亡不是通過PKC途徑。最后,我們檢測了穩(wěn)定過表達合胞素對EL4細胞的Caspase-3酶活性的會影響,發(fā)現(xiàn)合胞素穩(wěn)定過表達細胞中的Caspase-3活性顯著高于EL4對照細胞和空載體對照EL4;采用不同濃度的Actin D和CHX分別處理3h和6h后,合胞素穩(wěn)定過表達的EL4細胞中Caspase-3活性顯著高于對照組細胞,且隨著誘導(dǎo)時間的增加Caspase-3活性也逐漸增強(圖8B)。以上結(jié)果表明,合胞素可以增強CHX凋亡誘導(dǎo)劑的作用,且合胞素可能通過使線粒體膜去極化進而激活Caspase-3途徑,從而誘導(dǎo)白血病細胞EL4凋亡。
圖3 合胞素過表達對放線菌素D(Actin D)與放線菌酮(CHX)誘導(dǎo)(3h)EL4細胞凋亡影響的流式細胞術(shù)檢測Fig. 3 Flow cytometry detection for the effect of overexpression of syncytin on apoptosis induced by actinomycin D (Actin D) or cycloheximide (CHX)for 3h
白血病是一個高死亡率和高復(fù)發(fā)率的造血系統(tǒng)惡性腫瘤。近年來,隨著遺傳學(xué),分子生物學(xué)和測序技術(shù)的快速發(fā)展,已經(jīng)對白血病的發(fā)病機理進行了更深入的了解?;煼桨负椭С种委煹母倪M,以及廣泛使用新型藥物和造血干細胞移植已顯著改善患者的預(yù)后和預(yù)后。然而,仍有越來越多的年輕患者死于白血病[27]。此外,隨著工業(yè)發(fā)展等因素的推移,白血病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢[28]。因此深入研究白血病的分子機制,獲得更多生物標志物或治療的新目標顯得尤為重要。
圖4 流式細胞術(shù)檢測合胞素過表達對放線菌素D(Actin D)與放線菌酮(CHX)誘導(dǎo)(3h)EL4細胞凋亡影響的統(tǒng)計學(xué)分析。**P<0.01(n=3)Fig. 4 Statistical analysis of flow cytometry detection for the effect of overexpression of syncytin on apoptosis induced by actinomycin D (Actin D) or cycloheximide (CHX) for 3h. **P<0.01 (n=3)
圖5 合胞素過表達對放線菌素D(Actin D)與放線菌酮(CHX)長時間誘導(dǎo)(6h)EL4細胞凋亡的影響。A,代表性流式細胞術(shù)檢測結(jié)果;B,統(tǒng)計學(xué)分析;**,P<0.01(n=3)Fig. 5 Effect of syncytin overexpression on apoptosis induced by actinomycin D (Actin D) or cycloheximide (CHX) for 6h. A, representative results of flow cytometry; B, statistical analysis; **, P<0.01 (n=3)
圖6 合胞素過表達對EL4細胞周期影響的PI染色流式細胞檢測。A,代表性流式細胞術(shù)檢測結(jié)果(A1,EL4組;A2,EL4-NEG組;A2,EL4-syncytin組);B,3次實驗結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)分析Fig. 6 PI staining flow cytometry detection for the effect of syncytin overespression on cell cycle of EL4 cells. A, representative results of flow cytometry (A1, EL4 group; A2, EL4-NEG group; A3, EL4-syncytin group); B, statistical ananlysis of 3 experimental results
圖7 合胞素過表達對EL4細胞線粒體膜電位去極化影響的JC-1流失細胞數(shù)檢測。A,代表性JC-1流式細胞術(shù)檢測結(jié)果(A1,EL4組;A2,EL4-NEG組;A2,EL4-syncytin組);B,統(tǒng)計學(xué)分析(**P<0.01, n=3)Fig. 7 JC-1 flow cytometry detection for the effect of syncytin overexpression on the depolarization of mitochondrial membrane potential in EL4 cells. A, representative results of JC-1 flow cytometry detection (A1, EL4 group; A2, EL4-NEG group; A3, EL4-syncytin group); B, statistical analysis
圖8 合胞素過表達對EL4細胞PKC活性和Caspase-3活性的影響。A,PCK活性的統(tǒng)計學(xué)分析(n=3);B,Caspase 3活性的統(tǒng)計學(xué)分析(n=3);** P<0.01Fig. 8 Effect of syncytin overexpression on activities of PKC and Caspase 3. A, statistical ananlysis of PKC activity (n=3); B, statistical analysis of caspase-3 activity (n=3); **P<0.01
我們前期證實合胞素表達水平與白血病病人疾病進展相關(guān)[24],且在急性骨髓性白血病患者白細胞中明顯上調(diào)[25],說明合胞素在白血病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。本實驗中,我們首次證實了合胞素過表達可引起白血病細胞凋亡,并且可增強放線菌酮誘發(fā)的細胞凋亡,另一方面,我們證實了合胞素過表達可引起線粒體膜電位去極化,進一步釋放促凋亡蛋白,激活caspase通路,最終引起線粒體途徑細胞凋亡。放線菌酮可通過抑制真核細胞蛋白的合成進而誘發(fā)細胞凋亡,以往研究發(fā)現(xiàn):放線菌酮處理可引起線粒體結(jié)構(gòu)或形態(tài)的異常如腫脹、線粒體嵴紊亂或空化等[29],而細胞凋亡過程中會導(dǎo)致或加劇線粒體結(jié)構(gòu)的異常[30],因此我們認為syncytin穩(wěn)定過表達之后可誘導(dǎo)細胞線粒體途徑凋亡,同時會增強其他損害線粒體試劑如放線菌酮誘發(fā)的細胞凋亡,這為聯(lián)合用藥提供了新的可能。
先兆子癇與胎盤缺氧和合胞體滋養(yǎng)層形成缺陷有關(guān),已經(jīng)證明低氧通過降低合胞素的表達水平來抑制滋養(yǎng)層細胞融合[31]。先前有報道發(fā)現(xiàn)先兆子癇中GCM1的表達量降低[32],并且低氧有可能導(dǎo)致GCM1的下降[33],因此,缺氧抑制GCM1是否能抑制合胞素的表達有待進一步研究。同時,白血病中低氧誘導(dǎo)因子HIF的過表達和穩(wěn)定與缺氧骨髓微環(huán)境之間協(xié)同作用促進疾病進展,耐藥性和復(fù)發(fā)[34],那能否通過干預(yù)合胞素從而影響白血病的耐藥與復(fù)發(fā)以及疾病的進展值得進一步的探索。
在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)合胞素可誘導(dǎo)小鼠淋巴瘤細胞EL4細胞線粒體途徑細胞凋亡。本研究結(jié)果對解釋人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因參與白血病發(fā)病機制,尋找白血病的診斷和藥物治療的新靶點具有重要的意義。