microRNA-186-5p及其靶基因CLDN18與甲狀腺乳頭狀癌復發(fā)風險的關(guān)系

（湖南師范大學附屬第一醫(yī)院/湖南省人民醫(yī)院 乳甲外科，湖南 長沙 410005）

甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）是甲狀腺癌最常見的病理類型，大約占所有甲狀腺癌的80%～85%[1-2]。PTC是一種具有濾泡細胞分化及一系列核特征的上皮細胞惡性腫瘤。從臨床發(fā)病率及預后來說，PTC是最常見的甲狀腺腫瘤，同時也是總體預后最好的一種甲狀腺惡性腫瘤。PTC通常表現(xiàn)為不規(guī)則的實性腫塊，但在極少數(shù)情況下，可能具有囊性特征。PTC的主要特征之一是它能夠侵入鄰近結(jié)構(gòu)，例如淋巴管。大約有10%的患者在最初被診斷時已經(jīng)具有轉(zhuǎn)移病灶，但對于年齡＜45歲的患者來說，PTC的總體預后是較好的[3-5]。

甲狀腺癌的預后受多種因素的調(diào)節(jié)。已有許多研究報道多種因素能影響甲狀腺癌的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移，microRNA（miRNA）是其中一種重要因素。miRNA是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為18～25個核苷酸序列的小分子RNA，能通過結(jié)合到特定信使RNA的3'UTR來抑制基因的翻譯或誘導降解，從而使其能夠參與基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的過程。據(jù)文獻[6-16]報道，miRNA發(fā)揮癌基因和抑癌基因的功能，參與細胞增殖、凋亡和分化的調(diào)控，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用。Chou等[17]研究表明miR-146b表達的失調(diào)與PTC侵襲與預后相關(guān)，因此可以作為一種新型的PTC生物標志物和治療靶點。Minna等[18]研究表明miR-451a能作為抑癌基因并可以通過Akt/mTOR信號通路調(diào)節(jié)PTC的進展。

外泌體是一種由絕大多數(shù)細胞釋放的、具有脂質(zhì)雙分子層和豐富內(nèi)容物的微囊泡結(jié)構(gòu)，直徑約30～100 nm。近10年來發(fā)現(xiàn)外泌體中不僅包含功能性蛋白，還有功能性核酸物質(zhì)，這些蛋白質(zhì)、核酸對腫瘤的進展具有重要作用，成為腫瘤相關(guān)研究熱點。

本研究通過提取低危復發(fā)風險和中高危復發(fā)風險PTC患者血清中的外泌體并通過microarray分析，篩選差異表達的miRNA，并以此為基礎(chǔ)研究相關(guān)miRNA在調(diào)節(jié)PTC進展中的作用，并進一步探討其內(nèi)在信號通路。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細胞株本研究中所使用PTC細胞TPC-1、K-1及293T細胞分別購于中南大學、上海中科院細胞庫及ATCC 公司，由本實驗室保存。

1.1.2 主要試劑TRIzol? Reagent、Lipofectamine?3000試劑購自Invitrogen公司；SYBR Green qPCR Mix、4×Reverse Transcription Master Mix均購自TaKaRa公司；8 μm Transwell小室、6孔盤、24 孔盤均購于美國Corning 公司；DMEM 培養(yǎng)基購于美國Invitrogen公司，胎牛血清購于美國Gibco公司；MAP2抗體、S100PBP抗體、CLDN18抗體、PRDX6、GAPDH抗體均購于美國Santa Cruz 公司。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養(yǎng)本實驗所有細胞均在含10% 胎牛血清、1% 青霉素- 鏈霉素雙抗、1% 谷氨酰胺的DMEM 培養(yǎng)基中培養(yǎng)，并置于5%CO2的37℃細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細胞達到90% 以上密度時進行傳代培養(yǎng)。

1.2.2 Transwell 侵襲實驗Transwell 侵襲實驗使用8 μm Transwell 小室進行。先在上室加入100 μL經(jīng)1:15～1:20 稀釋的Matrigel膠，并置于37℃細胞培養(yǎng)箱中2 h 使其凝固；然后于上室加入150 L含50 000個細胞的無血清培養(yǎng)基，下室加入含血清的培養(yǎng)基，置于37℃細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12～24 h后，取出上室，進行清洗、固定、染色、顯微鏡下觀察、拍照等。每組實驗設(shè)置3個復孔。

1.2.3 qRT-PCR 實驗收集細胞后，PBS 洗滌2遍，離心取細胞沉淀，按照TRIzol? Reagent 說明書提取細胞總RNA，依據(jù)4×ReverseTranscription Master Mix 試劑盒說明書將組織總RNA 逆轉(zhuǎn)錄為總cDNA，按照SYBR Green qPCR Mix 試劑盒說明書操作，以cDNA為模板，進行熒光定量PCR 反應。反應條件：94℃ 2 min，94℃ 20 s，60℃ 30 s，共40個循環(huán)。相關(guān)miRNA 引物序列如下：hsamiR-186-5p：5'-CAA AGA ATT CTC CTT TTG GGC T-3'；hsa-miR-532-3p：5'-CCT CCC ACA CCC AAG GCT TGC A-3'；hsa-miR-199b-3p：5'-ACA GTA GTC TGC ACA TTG GTT A-3'；hsamiR-3158-5p：5'-CCT GCA GAG AGG AAG CCC TTC-3'；hsa-miR-3605-5p：5'-TGA GGA TGG ATA GCA AGG AAG CC-3'。

1.2.4 Western blot 實驗待細胞生長到適宜量時，收取細胞，加入細胞裂解液提取蛋白，然后依次按電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉、洗膜、一抗孵育、洗膜、二抗孵育、洗膜、顯影等步驟驗證蛋白表達差異。

1.2.5 血清外泌體的提取及純化血清外泌體的提取及純化所使用試劑盒為上海宇玫博生物科技有限公司血清外泌體提取試劑盒（UR52136），所有操作步驟嚴格按試劑盒說明進行。具體操作步驟詳見公司官網(wǎng)試劑盒操作規(guī)程（http://www.umibio.cn/product/278182363）。

1.2.6 基因芯片分析及差異miRNA 篩選收集了5 組確診PTC患者血液標本，根據(jù)分化型甲狀腺癌復發(fā)風險度分層（2015 版ATA 指南）為低危組（腫瘤無腺外侵犯、無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移）和中高危組（腫瘤有腺外侵犯或有頸側(cè)區(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或中央?yún)^(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移超過5個），血液標本提取及純化獲得外泌體，然后將收集的外泌體進行芯片測序（華大基因公司），并通過測序熱圖結(jié)果篩選差異表達miRNA。同時收集了21 組確診PTC患者的腫瘤組織標本，對差異表達的miRNA 進行驗證?；颊叩倪x擇及標本的收集均通過湖南省人民醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審批（審批號：2017 科研倫審第11號）。

1.2.7 miR-186-5p 過表達質(zhì)粒的構(gòu)建及抑制劑的信息過表達 miR-186-5p 采用pLV 慢病毒質(zhì)粒，序列（上游：CGC GTC AAA GAA TTC TCC TTT TGG GCT GTC GAC AGC CCA AAA GGA GAA TTC TTT GTT TTT G，下游：CGC AAA AAC AAA GAA TTC TCC TTT TGG GCT GTC GAC AGC CCA AAA GGA GAA TTC TTT G） 由Integrated DNA Technologies 公司提供。miR-186-5p 抑制劑（Thermo Fisher Scientific公司）瞬時轉(zhuǎn)染：當細胞長至60%～80% 匯合度時轉(zhuǎn)染，使用無血清DMEM 培養(yǎng)基稀釋Lipofectamine?3000 試劑（無血清DMEM 培養(yǎng)基125 μL，Lipofectamine?3000試劑5 μL），使用無血清DMEM培基稀釋DNA，制備DNA預混液，無血清DMEM培養(yǎng)基125 μL，抑制劑2.5 μg，在每管已稀釋的Lipofectamine?3000 試劑中加入稀釋的抑制劑（1:1），稀釋的DNA 125 μL，稀釋的Lipofectamine?3000 試劑125 μL，室溫孵育10～15 min，加入DNA-脂質(zhì)復合物至細胞中（每孔抑制劑-脂質(zhì)體復合物250 μL，抑制劑量2 500 ng，Lipofectamine?3000 試劑用量5 μL）；37℃孵育細胞2～4 d。然后分析轉(zhuǎn)染細胞。

1.3 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對本研究數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，計量資料采用均數(shù)±標準差（±s）表示，侵襲實驗結(jié)果各組間差異比較采用t檢驗統(tǒng)計方法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同復發(fā)風險PTC患者血清外泌體中差異表達的miRNA

提取5組低危復發(fā)風險與中高危復發(fā)風險PTC患者血清中的外泌體，并通過microarray分析兩組之間差異表達的miRNA，結(jié)果顯示，中高危復發(fā)風險PTC患者血清外泌體中4個miRNA（miR-186-5p、miR-532-3p、miR-199b-3p、miR-3158-5p）表達上調(diào)，1個miRNA（miR-3605-5p）表達下調(diào)（均P＜0.05）（圖1）。

圖1 microarray 分析PTC患者血清外泌體中差異表達的miRNA（P1、P3、P5、P7、P9為中高危復發(fā)風險PTC患者樣本，P2、P4、P6、P8、P10為低危復發(fā)風險的PTC患者樣本；紅色表示表達升高，綠色表示表達降低）Figure1 Microarray analysis of differentially expressed miRNAs in serum exosomes of PTC patients (P1,P3,P5,P7,P9:samples from PTC patients with intermediatehigh recurrence risk,P2,P4,P6,P8,P10:samples from PTC patients with low recurrence risk; red color standing for high expression,green color standing for low expression)

2.2 PTC患者癌組織中相關(guān)miRNA表達驗證

通過qRT-PCR方法分別驗證低危復發(fā)風險和中高危復發(fā)風險患者各21例PTC組織中上述5個miRNA表達情況，結(jié)果表明，miR-186-5p和miR-3158-5p在中高危復發(fā)風險患者的腫瘤組織中表達高于低危復發(fā)風險患者的PTC組織（均P＜0.05）（圖2）。

圖2 qRT-PCR 驗證PTC 組織中相關(guān)miRNA表達情況Figure2 Expression of the related miRNAs in PTC tissues verified by qRT-PCR

2.3 miR-186-5p 與miR-3158-5p對PTC細胞的侵襲能力的影響

進一步在兩種PTC細胞（TPC-1、K-1）中過表達miR-186-5p/miR-3158-5p或加入相應的miR-186-5p/miR-3158-5p抑制劑后檢測PTC細胞侵襲能力，結(jié)果顯示，過表達miR-186-5p能增加PTC細胞侵襲能力，加入mmiR-186-5p抑制劑能抑制PTC細胞的侵襲能力（均P＜0.05），而miR-3158-5p的表達狀態(tài)對PTC細胞的侵襲能力沒有影響（均P＞0.05）（圖3）。

圖3 不同miR-186-5p 或miR-3158-5p表達狀態(tài)對PTC細胞侵襲能力的影響Figure3 Influences of different expression statuses of miR-186-5p or miR-3158-5p on invasion ability of PTC cells

2.4 miR-186-5p 靶基因預測與鑒定

為了探討miR-186-5p通過何種下游分子調(diào)控PTC細胞的侵襲能力，首先通過OncomiR在線數(shù)據(jù)庫（http://www.oncomir.org/oncomir/search_target_miR.html）預測了miR-186-5p潛在作用的靶基因，結(jié)果顯示，PRDX6、S100PBP、CLDN18、MAP2可能被miR-186-5p調(diào)控（圖4）。進一步在PTC細胞中過表達miR-186-5p后檢測PTC細胞中相應的蛋白表達情況，結(jié)果顯示CLDN18表達下降，當加入miR-186-5p抑制劑時，CLDN18表達升高，而其他蛋白表達無明顯變化（圖5）。

圖4 OncomiR 在線數(shù)據(jù)庫預測miR-186-5p 潛在靶基因Figure4 Potential targets of miR-186-5p predicted through OncomiR database

圖5 過表達或敲低miR-186-5p 對PTC細胞相關(guān)基因蛋白表達的影響Figure5 Influence of miR-186-5p overexpression and knock-down on protein expressions of the related genes

2.5 miR-186-5p 靶基因的功能分析與驗證

侵襲能力實驗結(jié)果顯示，過表達CLDN18能抑制PTC細胞的侵襲，而敲低CLDN18能促進PTC細胞的侵襲能力（均P＜0.05）（圖6）。進一步逆轉(zhuǎn)實驗表明，過表達或敲低miR-186-5p對PTC細胞的作用被同時過表達或敲低CLDN18所逆轉(zhuǎn)（均P＜0.05）（圖7）。使用GEPIA在線網(wǎng)站（http://gepia.cancer-pku.cn/index.html）分析TCGA數(shù)據(jù)庫中PTC臨床標本中CLDN18表達情況，結(jié)果顯示與正常甲狀腺組織相比，PTC腫瘤組織中CLDN18表達降低（圖8），提示CLDN18可能是PTC的抑癌基因，這與其他腫瘤中相關(guān)報道一致[19]。

圖6 不同CLDN18表達狀態(tài)對PTC細胞侵襲能力的影響Figure6 Influence of different CLDN18 status on invasion capacity of PTC cells

圖7 CLDN18 對miR-186-5p 的逆轉(zhuǎn)作用 A：miR-186-5p 抑制劑同時敲低CLDN18 或同時過表達miR-186-5p及CLDN18后PTC細胞侵襲能力的變化；B：miR-186-5p 抑制劑同時敲低CLDN18 或同時過表達miR-186-5p及CLDN18后PTC細胞相關(guān)蛋白表達的變化Figure7 Reversal effects of CLDN18 on actions of miR-186-5p A:Change in invasion ability of PTC cells after miR-186-5p inhibitor treatment with simultaneous CLDN18 knock-down or both miR-186-5p and CLDN18 overexpression; B:Change in expressions of the relevant proteins in PTC cells after miR-186-5p inhibitor treatment with simultaneous CLDN18 knock-down or both miR-186-5p and CLDN18 overexpression

圖8 GEPIA 數(shù)據(jù)庫分析甲狀腺腫瘤組織及正常組織中CLDN18表達情況Figure8 Analysis of CLDN18 expression in thyroid tumor and normal tissue through GEPIA database

3 討 論

甲狀腺癌是源自內(nèi)分泌系統(tǒng)的常見惡性腫瘤，根據(jù)流行病學調(diào)查顯示，其發(fā)病率正在逐年上升[20-24]。根據(jù)美國流行病學調(diào)查顯示，2020年預計新增甲狀腺癌患者52 890例，同時預計將有新增死亡2 180例[24]。PTC是甲狀腺癌最常見的病理類型，與其他惡性腫瘤相比，PTC預后較好，90%的PTC患者可以長期生存，但其復發(fā)率仍高達30%。雖然目前已經(jīng)開發(fā)出了甲狀腺乳頭狀癌的診斷和術(shù)后監(jiān)測技術(shù)，但是由于診斷的陰性率以及相關(guān)干擾因素的存在，并且缺乏PTC預后的特定標志，使得PTC仍然是臨床醫(yī)生面臨的難題。

miRNA是一種小的非編碼RNA，能夠通過切割靶信使RNA或抑制靶基因翻譯的方式來抑制靶基因的表達[25]。近年的研究[26]表明miRNA可通過調(diào)控細胞增殖、凋亡和分化，促進或抑制腫瘤的惡性表型，相比正常細胞，腫瘤組織中miRNA存在明顯異常表達，這些異常表達的miRNA在腫瘤形成中扮演重要角色，可作為腫瘤病因?qū)W、生物學特性、組織分型和臨床分級分期的分子標志物。韋維等[27]研究表明，與人正常胃黏膜上皮細胞GES-1 比較，miR-124在各胃癌細胞中的表達均明顯降低，進一步機制分析表明miR-124表達的下調(diào)可能通過激活PI3K/Akt信號通路來促進胃癌細胞的增殖、抑制其凋亡。Yoshizawa等[28]研究表明尿液外泌體中的miR-3940-5p/miR-8069比值可以作為胰腺導管腺癌的新型診斷生物標志物。Rashad等[29]研究表明血清miRNA-27a和miRNA-18b可作為丙型肝炎病毒相關(guān)肝細胞癌的潛在預測生物標志物。以此為基礎(chǔ)，本研究通過檢測PTC患者血清外泌體中miRNA含量，并通過芯片分析技術(shù)篩選出低危復發(fā)風險和中高危復發(fā)風險的PTC患者血清中差異表達的5個miRNA，然后將上述5個miRNA在臨床組織標本中進一步分析，得出miR-186-5p可能在PTC侵襲及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用，并通過功能試驗和逆轉(zhuǎn)實驗進一步證實miR-186-5p可以促進PTC的侵襲，從而進一步證實了miRNA在促進甲狀腺乳頭狀癌的進展方面發(fā)揮重要作用。

miRNA能通過結(jié)合到特定信使RNA的3'UTR來抑制基因的翻譯或誘導降解，從而使其能夠參與基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的過程，以此實現(xiàn)對腫瘤的調(diào)節(jié)。本研究通過相關(guān)數(shù)據(jù)庫分析并通過相關(guān)蛋白印跡、功能試驗及逆轉(zhuǎn)實驗，得出miR-186-5p可通過調(diào)節(jié)下游CLDN18基因表達來促進PTC進展。CLDN18屬于Claudin家族中的一員。Claudin是完整的膜蛋白，是緊密連接鏈的組成部分。緊密連接鏈可充當物理屏障，以防止溶質(zhì)和水自由通過上皮或內(nèi)皮細胞片之間的細胞旁空間，并且在維持細胞極性和信號轉(zhuǎn)導中也起著關(guān)鍵作用。該基因在潰瘍性結(jié)腸炎患者中上調(diào)，在浸潤性導管腺癌中高度表達。PKC/MAPK/AP-1（蛋白激酶C/絲裂原活化蛋白激酶/激活蛋白-1）依賴性途徑可調(diào)節(jié)該基因在胃細胞中的表達。CLDN18在不同腫瘤中發(fā)揮不同作用，可作為原癌基因/抑癌基因調(diào)節(jié)不同腫瘤的進展。Wan等[30]研究表明CLDN18可作為原癌基因促進肺腺癌細胞的生長、遷移及侵襲。Zhang等[19]研究表明CLDN18可作為抑癌基因抑制胃癌細胞的進展。本研究中miR-186-5p能抑制CLDN18基因的表達來促進PTC細胞的侵襲能力，進一步驗證了CLDN18能作為抑癌基因來抑制PTC的進展。

綜上所述，miR-186-5p在中高危復發(fā)風險PTC患者的血清外泌體及腫瘤組織中都表達升高，同時可以促進PTC細胞的侵襲能力，其表達狀態(tài)可能與PTC的復發(fā)風險密切相關(guān)，其機制可能與抑制下游CLDN18基因表達有關(guān)。本研究結(jié)果可為PTC的診斷及基因治療提供理論依據(jù)。