離子通道蛋白Piezo1在人源非小細(xì)胞肺癌中的功能研究

趙敏萱,夏凡晨,劉 晨,張文悅,石金磊,康宇佳

(上?？萍即髮W(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,上海 201210)

0 引言

肺癌是全球發(fā)病率最高的癌癥之一,2021年,世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)表的2020年全球癌癥報(bào)告顯示,肺癌患者新增220萬(wàn)例,僅次于乳腺癌,死亡病例數(shù)占據(jù)首位,遠(yuǎn)超其他癌癥類(lèi)型[1]。肺癌通常分為小細(xì)胞肺癌(SCLC)和非小細(xì)胞肺癌(NSCLC),其中非小細(xì)胞肺癌可細(xì)分為肺腺癌、鱗狀上皮細(xì)胞癌及大細(xì)胞癌。作為長(zhǎng)期受到氣壓、氣流及血流應(yīng)力牽拉刺激的器官,肺組織的細(xì)胞中具有壓力感受器,在細(xì)胞生理功能中起重要作用[2],這些感受機(jī)械力的結(jié)構(gòu)可能與肺癌發(fā)病機(jī)制相關(guān),并有機(jī)會(huì)成為肺癌精準(zhǔn)治療的突破口。

近年來(lái),Piezo家族基因及其編碼的機(jī)械力敏感型離子通道蛋白受到了廣泛關(guān)注,Piezo家族蛋白能感受機(jī)械力,使陽(yáng)離子通過(guò),調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理功能。Ca2+是細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,影響多個(gè)信號(hào)通路,在細(xì)胞增殖、炎癥因子分泌等多種生理過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[3]。正常細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)離子泵與離子通道的開(kāi)啟及閉合,對(duì)胞內(nèi)Ca2+濃度進(jìn)行精確調(diào)控。Piezo1是一種Ca2+通道蛋白,在組織及器官中表達(dá)更為廣泛[4],參與多種生理功能(如脈管及血液系統(tǒng)的發(fā)育調(diào)節(jié)、消化與泌尿系統(tǒng)的功能行使與調(diào)控、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育等),并作為關(guān)鍵分子調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)、增殖、分化及遷移過(guò)程[5-9]。

對(duì)肺癌的研究表明,Piezo1表達(dá)量在小細(xì)胞肺癌與非小細(xì)胞肺癌中均下調(diào),但對(duì)于A(yíng)549細(xì)胞系中Piezo1病理機(jī)制的研究尚不明確。本研究以非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞為研究對(duì)象,探究Piezo1蛋白表達(dá)變化對(duì)A549細(xì)胞增殖、遷移及侵襲能力的影響,并研究其對(duì)細(xì)胞內(nèi)Ca2+相關(guān)通路的作用,為Piezo1蛋白在非小細(xì)胞肺癌中的進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ),為肺癌治療提供新的分子靶標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 Piezo1敲減細(xì)胞系構(gòu)建

所用細(xì)胞系為A549人源非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞,用DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),環(huán)境為37 ℃培養(yǎng)箱(5% CO2),siRNA采購(gòu)自cohesion bioscience公司(貨號(hào):CRH6542)提供的4管siRNA,分別是實(shí)施高效敲減的si-A、si-B、si-C及si-scrambled(簡(jiǎn)記為si-NC),其與有效的siRNA有相同的序列組成,但是與mRNA沒(méi)有明顯的同源性,用于做轉(zhuǎn)染的陰性對(duì)照。轉(zhuǎn)染方式為脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法,所用試劑盒名稱(chēng)為Invitrogen?Lipofectamine 3000,操作步驟嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,在96孔板中細(xì)胞匯合度達(dá)到70%～80%時(shí)實(shí)施轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染12 h后吸棄轉(zhuǎn)染液并加入正常培養(yǎng)體系,在轉(zhuǎn)染48 h后進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

1.2 qPCR

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到兩次qPCR驗(yàn)證基因轉(zhuǎn)錄水平,第一次用于驗(yàn)證siRNA敲減后Piezo1表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平的變化。從各組細(xì)胞中提取mRNA,再進(jìn)行mRNA的逆轉(zhuǎn)錄[所用試劑盒為T(mén)akara公司的PrimeScriptTMRT Master Mix (Perfect Real Time),貨號(hào):RR036A],取用500 ng mRNA逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的1/25進(jìn)行qPCR試劑配置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均用QuantStudioTM進(jìn)行分析。

兩次用到的qPCR引物見(jiàn)表1。

表1 兩次用到的qPCR引物

1.3 Western Blot

4 ℃預(yù)冷的PBS洗細(xì)胞,吸干后每個(gè)六孔板加入2.5 μL含PMSF的裂解液,冰上裂解30 min,4 ℃ 14 000 rpm離心10 min,取上清以BCA法進(jìn)行蛋白定量,使樣品濃度為1.5 μg/uL,95 ℃金屬浴使蛋白變性。取40 μL蛋白溶液為上樣量,10%SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(140 V)1 h,在250 mA電流下轉(zhuǎn)膜2 h至聚偏二氯乙烯膜上,用5%脫脂奶粉/TBST室溫封閉1 h,向各組中分別為加入一抗,除兔抗人Piezo1外均用Western一抗稀釋液(公司:Beyotime,貨號(hào):P0023A)稀釋,一抗分別為兔抗人Piezo1(1∶2000,5%脫脂奶粉/TBST稀釋,公司:Beyotime,貨號(hào):AF7743)、兔抗人pAkt(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):4060)、兔抗人Akt(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):4691 )、兔抗人p4EBP1(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):2855)、兔抗人4EBP1(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):9644)、兔抗人pS6K1(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):9234)、兔抗人S6K1(1∶2000,公司:Cell Signaling Technology,貨號(hào):2708)及兔抗人GAPDH(1∶2000,公司:BBI,貨號(hào):D110016-0025)單克隆抗體,4 ℃孵育過(guò)夜。TBST洗膜3次,每次5 min。加入二抗山羊抗兔 I gG抗體(目的蛋白1∶6000,內(nèi)參蛋白1∶10 000,公司:BBI,貨號(hào):D110058-0025),室溫孵育1 h。ECL顯影液[Thermo Scientific SuperSignal West Pico PLUS Stable Peroxide Solution(TH271011)和Thermo Scientific SuperSignal West Pico PLUS Luminol/Enhancer Solution(TH270329)按體積比1∶1配置]顯色3 min后顯影。

1.4 細(xì)胞增殖水平驗(yàn)證

CCK8法用于驗(yàn)證細(xì)胞增殖水平,所用試劑為MedChemExpress公司購(gòu)買(mǎi)的(貨號(hào):HY-K0301)。實(shí)驗(yàn)在96孔板中進(jìn)行,具體操作方法參照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

1.5 對(duì)于Piezo1蛋白通道的激活抑制驗(yàn)證

所用到的Yoda1試劑儲(chǔ)存在-80 ℃中,在實(shí)驗(yàn)當(dāng)天從冰凍狀態(tài)取出,按照濃度梯度在室溫中稀釋,由于DMSO有細(xì)胞毒性,需要用DMSO調(diào)整,使最終梯度試劑中的DMSO含量為0.5%,令實(shí)驗(yàn)條件一致。GsMTx4溶解于PBS后于-20 ℃儲(chǔ)存,使用當(dāng)天從冰箱取出,配置濃度梯度。細(xì)胞預(yù)先鋪在96孔板中,在各孔中加入400 μL藥液及600 μL培養(yǎng)基后,在原細(xì)胞培養(yǎng)條件下繼續(xù)培養(yǎng)24 h。隨后吸棄原培養(yǎng)基,用排槍加入CCK-8試劑用于細(xì)胞增殖情況檢測(cè),在敲減回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染12 h后吸棄轉(zhuǎn)染體系,恢復(fù)到正常細(xì)胞培養(yǎng)體系,轉(zhuǎn)染48 h后加入藥液培養(yǎng)體系,放入細(xì)胞培養(yǎng)箱孵育24 h后吸棄藥液并進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)處理。

1.6 劃痕實(shí)驗(yàn)

取用一個(gè)新的6孔板,孔背面在水平方向上用粗頭馬克筆均勻畫(huà)三條橫線(xiàn)作為基準(zhǔn)線(xiàn),約每隔0.5～1 cm橫穿過(guò)孔。在6孔板中轉(zhuǎn)染細(xì)胞,轉(zhuǎn)染48 h后,待細(xì)胞匯合度達(dá)到95%以上,用移液槍取用200 μL槍頭(Parafilm包裹固定),槍頭豎直。稍用力抵靠孔底部,在中央基準(zhǔn)線(xiàn)的1/3、2/3寬度處垂直于基準(zhǔn)線(xiàn)慢慢在細(xì)胞層上劃兩條痕跡,過(guò)程中盡量保證力度一致。所有劃痕操作使用同一只槍頭完成,沿孔壁輕輕加入1 mL無(wú)菌dPBS洗滌2～3次,盡可能洗凈懸浮細(xì)胞及細(xì)胞碎片,避免沖散劃痕周?chē)?xì)胞。更換2 mL無(wú)血清或低血清培養(yǎng)基,將培養(yǎng)皿放回37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每隔2 h取出培養(yǎng)皿進(jìn)行拍照。拍照時(shí)曝光時(shí)間需要保持一致,用ImageJ軟件處理圖像。

1.7 Transwell小室侵襲實(shí)驗(yàn)

用不含血清的培養(yǎng)液稀釋Matrigel基質(zhì)膠,按照每孔40 μL量將細(xì)胞接種于24孔板對(duì)應(yīng)的小室上室,37 ℃孵育3 h后在超凈臺(tái)中干燥12 h。將轉(zhuǎn)染48 h的細(xì)胞用PBS清洗兩遍后消化、收集,用含10% FBS的培養(yǎng)基洗細(xì)胞、離心、棄上清液、收集細(xì)胞,再用含10% FBS的培養(yǎng)基調(diào)整細(xì)胞密度至5×105個(gè)/ mL。取150 μL細(xì)胞置于小室上室,在小室下室加入800 μL含10% FBS的培養(yǎng)基,緩慢將上室浸入下室,避免產(chǎn)生氣泡。培養(yǎng)48 h后,PBS清洗小室上表面,用PBS潤(rùn)濕的棉簽小心擦去小室微孔膜上層的細(xì)胞,在干凈的24板小孔中加入600 μL 4% 多聚甲醛固定液(PFA),浸沒(méi)小室上下表面,固定45 min,0.1%結(jié)晶紫染20 min,置于顯微鏡下觀(guān)察、拍照,用ImageJ軟件處理圖像。

1.8 Ca2+成像

所用試劑為Fluo-4 AM熒光探針(購(gòu)買(mǎi)自Beyotime公司,產(chǎn)品編號(hào)S1060),進(jìn)入細(xì)胞膜后,Fluo-4AM被細(xì)胞內(nèi)酯酶切割成Fluo-4游離體,游離體與Ca2+結(jié)合之后能夠發(fā)出較強(qiáng)熒光,用于細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的定量分析檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)使用6孔板,將培養(yǎng)狀態(tài)良好的A549細(xì)胞轉(zhuǎn)移到每孔含有3個(gè)平行細(xì)胞爬片的6孔板中,使用含有10%FBS與1%雙抗的DMEM培養(yǎng)基,培養(yǎng)至細(xì)胞匯合度為70%～90%,隨后進(jìn)行正常轉(zhuǎn)染操作。轉(zhuǎn)染48 h之后,吸棄正常培養(yǎng)基,用PBS洗滌兩次后暫時(shí)用PBS保護(hù)細(xì)胞不處于干燥狀態(tài),在暗處用2 mM濃度的Fluo-4AM母液配置含有2.5 μM探針的工作液共3 mL,吸棄用于清洗的PBS后,每孔加入500 μL工作液,以沒(méi)過(guò)細(xì)胞爬片。隨后用鋁箔包裹6孔板,使其處于避光條件下,在37 ℃培養(yǎng)箱中孵育45 min。孵育結(jié)束后,吸棄工作用1 mL含1%FBS的PBS沒(méi)過(guò)細(xì)胞表面,置于37 ℃培養(yǎng)箱中再次避光孵育30 min。隨后吸棄孔內(nèi)液體,將每孔爬片再次用1 mL PBS清洗一遍,在載玻片上滴加抗淬滅水性封片劑7 μL,將爬片細(xì)胞面扣在封片劑內(nèi)制片,吸去多余封片劑及液體之后置于熒光顯微鏡下觀(guān)察。圖像在ImageJ軟件中分析處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 Piezo1敲減細(xì)胞系中Piezo1表達(dá)下調(diào)

RT-PCR檢測(cè)Piezo1敲減細(xì)胞系中Piezo1的mRNA表達(dá)水平,結(jié)果顯示,si-Piezo1導(dǎo)致mRNA的表達(dá)量明顯下調(diào)(圖1a),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.0001)。WB鑒定Piezo1敲減細(xì)胞系中Piezo1蛋白表達(dá)量,結(jié)果顯示,在3個(gè)敲減細(xì)胞系中,Piezo1蛋白表達(dá)量均顯著下調(diào),其中si-B組Piezo1蛋白表達(dá)水平下調(diào)最為明顯(圖1 b、圖1 c),表明siRNA沉默Piezo1基因表達(dá)的方法能在轉(zhuǎn)錄與翻譯水平上同時(shí)抑制Piezo1的蛋白表達(dá)。

(a)RT-PCR檢測(cè)對(duì)照組Piezo1基因轉(zhuǎn)錄水平 (b)WB檢測(cè)對(duì)照組和敲減組中Piezo1蛋白的表達(dá)情況 (c)對(duì)照組和敲減組細(xì)胞中Piezo1蛋白相對(duì)表達(dá)量

2.2 Piezo1敲減造成非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞增殖能力下調(diào)

2.2.1Piezo1表達(dá)水平下降造成細(xì)胞增殖能力減弱

CCK8法檢測(cè)野生型A549細(xì)胞系與敲減細(xì)胞系細(xì)胞增殖能力,結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,敲減組細(xì)胞增殖能力出現(xiàn)顯著下調(diào)(圖2a),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。Piezo1通道蛋白抑制劑GsMTx4[14]處理A549細(xì)胞,結(jié)果顯示,細(xì)胞增殖能力與抑制劑濃度負(fù)相關(guān),4 μM濃度處理的A549細(xì)胞增殖率降低程度最大,對(duì)Piezo1離子通道的抑制效果最強(qiáng)(圖2b)。

(a)CCK8表征siRNA敲減前后細(xì)胞增殖情況,利用單因素方差分析,顯著度分別為:si-A:P<0.0001,si-B:P<0.0001,si-C: P<0.01 (b)不同濃度抑制劑GsMTx4處理細(xì)胞后的增殖能力變化情況 (c～f)激活劑和抑制劑處理Piezo1敲減A549細(xì)胞后克隆形成情況變化,c,e為分別用不同濃度抑制劑GsMTx4和激活劑Yoda1處理后細(xì)胞克隆形成情況變化,d、f為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2.2.2Piezo1蛋白活性降低抑制A549細(xì)胞的克隆形成

利用克隆形成模擬A549細(xì)胞在體內(nèi)的增殖生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,GsMTx4抑制組出現(xiàn)明顯差異,克隆形成率與抑制劑濃度成負(fù)相關(guān)(圖2c、圖2d),表明Piezo1通道活性下降對(duì)克隆形成起抑制作用。Yoda1激活組中各濃度未出現(xiàn)明顯的克隆形成率差異(圖2e、圖2f),暗示了在A(yíng)549細(xì)胞系中,Piezo1的本底表達(dá)可能處于高水平。

2.3 Piezo1敲減造成非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞遷移能力下調(diào)

細(xì)胞劃痕愈合實(shí)驗(yàn)48 h結(jié)果顯示,與對(duì)照組Si-NC及WT相比,Piezo1基因敲減組Si-A與Si-C的遷移細(xì)胞數(shù)明顯減少,遷移率明顯降低(圖3a、圖3b),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)果表明,Piezo1敲減對(duì)非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞遷移能力具有明顯的抑制作用。

(a)劃痕實(shí)驗(yàn)48 h前后對(duì)比圖像 (b)各組劃痕修復(fù)的區(qū)域面積統(tǒng)計(jì) (c)Transwell檢測(cè)A549細(xì)胞侵襲 (d)利用孔內(nèi)平均熒光強(qiáng)度計(jì)算得Fluo-4AM處理后A549細(xì)胞總體熒光強(qiáng)度 (e)Fluo-4AM處理后的A549細(xì)胞熒光圖像 (f)利用單細(xì)胞熒光強(qiáng)度計(jì)算得Fluo-4AM處理后A549細(xì)胞總體熒光強(qiáng)度

2.4 Piezo1敲減造成非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞侵襲能力下調(diào)

Transwell小室侵襲實(shí)驗(yàn)12 h結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,Piezo1敲減組的侵襲細(xì)胞數(shù)明顯減少(圖3c),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.0001)。結(jié)果表明,Piezo1敲減對(duì)非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞侵襲能力有明顯的抑制作用。

2.5 Piezo1敲減造成非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞胞內(nèi)Ca2+濃度下降

Fluo-4 AM Ca2+探針對(duì)Ca2+成像(圖3e),結(jié)果顯示,敲減組單細(xì)胞內(nèi)部及細(xì)胞系總體的胞內(nèi)Ca2+含量均減少(圖3d、圖3f)。

2.6 非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞Piezo1敲減影響下游信號(hào)

2.6.1 非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞Piezo1敲減后影響Ca2+通道下游磷酸化水平

Piezo1本身作為壓力敏感型Ca2+通道,可能通過(guò)將機(jī)械應(yīng)力信號(hào)轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)Ca2+濃度信號(hào),觸發(fā)下游相關(guān)的信號(hào)通路,調(diào)控細(xì)胞的增殖及遷移表型。研究認(rèn)為,Ca2+水平上升可能調(diào)控Akt磷酸化并啟動(dòng)下游通路[15],在經(jīng)典通路中,Akt磷酸化抑制tuberin,解除TCS2對(duì)Rheb的抑制調(diào)控[16-17],使mTOR通路被激活并進(jìn)一步磷酸化下游的4EBP1和S6K1[18],其磷酸化同步表征mTORC1的磷酸化水平。4EBP1磷酸化導(dǎo)致elF4E轉(zhuǎn)錄因子活化,從而激活基因轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞增殖與遷移。WB結(jié)果顯示,在Piezo1敲減細(xì)胞系中,pAkt的磷酸化水平被下調(diào)(圖4a),4EBP1蛋白的磷酸化水平顯著提高(圖4b),而S6K1蛋白的磷酸化水平則沒(méi)有發(fā)生顯著的改變(圖4c)。

2.6.2 非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞Piezo1敲減后影響增殖、遷移及侵襲下游信號(hào)

由于轉(zhuǎn)錄因子的活化,選擇下游部分基因,通過(guò)RT-PCR鑒定mRNA表達(dá)量,結(jié)果顯示,敲減細(xì)胞系中,與增殖相關(guān)的Myc[19-20]、Cyclin-D1[21]、Cyclin-E[22]、CDK2轉(zhuǎn)錄水平均有明顯下調(diào)(圖4d),與遷移、侵襲表型相關(guān)的E-cadherin、N-cadherin、Vimentin[23]等基因轉(zhuǎn)錄水平出現(xiàn)明顯上調(diào)(圖4e),其中si-B的效果較明顯,表明Piezo1蛋白通過(guò)影響與增殖及遷移相關(guān)基因的表達(dá),最終影響肺癌細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展。

3 討論

Piezo1是由一個(gè)長(zhǎng)達(dá)2547個(gè)氨基酸構(gòu)成的三聚體,呈螺旋槳式結(jié)構(gòu),各亞基通過(guò)36個(gè)跨膜域及2個(gè)跨膜域組成的離子通道錨定在細(xì)胞膜上[24]。研究認(rèn)為,Piezo1蛋白結(jié)構(gòu)構(gòu)象契合杠桿作用原理,可能通過(guò)體外周跨膜螺旋單位(THU)作為機(jī)械力感受器,通過(guò)杠桿完成力的傳遞。研究發(fā)現(xiàn),Piezo1不僅可以感受外界機(jī)械應(yīng)力,還可以感知內(nèi)源機(jī)械應(yīng)力[25],從而認(rèn)為Piezo1不只在膜上作為壓感型離子通道,也在胞內(nèi)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)蛋白復(fù)合體響應(yīng)蛋白內(nèi)應(yīng)力并參與細(xì)胞內(nèi)功能行使,這意味著Piezo1在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路中仍有尚未解析的功能。

本實(shí)驗(yàn)探究了Piezo1蛋白表達(dá)量與細(xì)胞增殖、遷移及侵襲能力之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)siRNA敲減Piezo1降低Piezo1蛋白的表達(dá),可以顯著降低A549細(xì)胞系的增殖、遷移及侵襲能力。在使用Piezo1蛋白抑制劑GsMTx4處理A549細(xì)胞系后得到了與siRNA敲減相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。需要指出的是,GsMTx4是一種廣譜性用于抑制壓力敏感型離子通道的抑制劑[26],并不是Piezo1的特異型抑制劑,因此不能直接說(shuō)明細(xì)胞的功能缺失完全是由Piezo1受到抑制而導(dǎo)致的。

在敲減細(xì)胞系中加入Piezo1蛋白的特異型激活劑Yoda1發(fā)現(xiàn),該激活劑可以部分恢復(fù)癌細(xì)胞的增殖能力,這從另一個(gè)角度證實(shí)了A549細(xì)胞系增殖能力的下降確實(shí)是由于Piezo1蛋白表達(dá)量降低所引起的。然而,用Yoda1處理野生型A549細(xì)胞發(fā)現(xiàn),其對(duì)細(xì)胞增殖能力的改變并不明顯,這表明在A(yíng)549細(xì)胞系中Piezo1的本底表達(dá)與通道活性相對(duì)較高。劃痕實(shí)驗(yàn)與Transwell小室侵襲實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)Piezo1敲減造成A549細(xì)胞遷移及侵襲能力下降。

研究認(rèn)為,作為機(jī)械力敏感的陽(yáng)離子通道蛋白,Piezo1可能通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度調(diào)控細(xì)胞表型。胞內(nèi)Ca2+探針實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Piezo1敲減細(xì)胞Ca2+濃度下降明顯。有文獻(xiàn)指出,Piezo1敲減的人源骨髓巨噬細(xì)胞中,PI3K/Akt途徑受到抑制,其中Akt磷酸化水平降低而PI3K表達(dá)沒(méi)有受到影響,暗示Piezo1采用一種PI3K之外的Akt激活途徑[27],由此猜測(cè)在非小細(xì)胞肺癌中,Ca2+變化可能通過(guò)某種方式影響Akt磷酸化水平,因而嘗試驗(yàn)證在A(yíng)549中Piezo1與Akt激活的關(guān)系。結(jié)果表明,敲減Piezo1降低Piezo1蛋白的表達(dá)能夠?qū)е翧549細(xì)胞中Akt磷酸化水平的降低,與之前的研究結(jié)果一致。

由于A(yíng)kt通路下游的mTORC1通路與細(xì)胞增殖相關(guān),進(jìn)一步驗(yàn)證了Piezo1影響細(xì)胞增殖、遷移及侵襲的下游分子機(jī)制十分必要。在基因轉(zhuǎn)錄水平上探究增殖相關(guān)的Myc、Cyclin-D1、Cyclin-E、CDK2與遷移相關(guān)的E-cadherin、N-cadherin及Vimentin的表達(dá)情況。RT-PCR結(jié)果表明,Myc、Cyclin-D1、Cyclin-E、CDK2轉(zhuǎn)錄水平明顯下調(diào),與前期細(xì)胞增殖表型的下調(diào)相一致,E-cadherin、N-cadherin、Vimentin轉(zhuǎn)錄水平則明顯上調(diào)。在細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過(guò)程中,遷移相關(guān)的三個(gè)靶標(biāo)發(fā)揮著重要的作用。E-cadherin作為本地黏附分子在EMT過(guò)程中表達(dá)量降低,而N-cadherin與Vimentin表達(dá)量增加,增強(qiáng)細(xì)胞的移動(dòng)能力以完成EMT過(guò)程[24]。在EMT過(guò)程中,細(xì)胞需要解除自身與周?chē)橘|(zhì)的黏附才能開(kāi)啟一系列的遷移模式,因此作為EMT過(guò)程的開(kāi)端,E-cadherin的表達(dá)下調(diào)非常重要。在轉(zhuǎn)錄水平上,E-cadherin的上調(diào)可能比N-cadherin及Vimentin的作用更為突出,從而導(dǎo)致宏觀(guān)上A549細(xì)胞的遷移能力減弱。

近年來(lái),人們一直在研究Piezo1與疾病之間的關(guān)系。不同類(lèi)型的癌癥中,Piezo1的作用不盡相同。在骨肉瘤中,Piezo1激活后促進(jìn)細(xì)胞凋亡,而敲減Piezo1則會(huì)影響腫瘤形成能力并挽救細(xì)胞凋亡[28]。在肝細(xì)胞癌(HCC)中,Piezo1表達(dá)顯著上調(diào),敲低Piezo1會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞增殖、遷移、克隆形成及體內(nèi)腫瘤形成等方面的顯著損傷[29]。在MCF-7乳腺癌細(xì)胞中阻斷Piezo1通道的功能會(huì)減弱細(xì)胞的遷移能力[30]。在結(jié)腸癌中Piezo1表達(dá)量的上調(diào),過(guò)度表達(dá)Piezo1可促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移及侵襲[31-32]。在胃癌細(xì)胞中敲低Piezo1可減弱細(xì)胞的遷移能力[33]。

本研究對(duì)Piezo1下游信號(hào)通路的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了敲低Piezo1會(huì)影響Akt的磷酸化進(jìn)程,并進(jìn)一步影響增殖相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄活動(dòng),從而導(dǎo)致A549細(xì)胞增殖表型受到抑制。目前已經(jīng)研究過(guò)的Piezo1相關(guān)下游通路包括激活ORAI1通路并引發(fā)淋巴管萌芽[34],在肺動(dòng)脈中激活A(yù)kt與eNOS[35],在卵巢癌中激活Hippo/YAP通路[36],在HCC組織中通過(guò)招募Rab5c來(lái)激活TGF-β通路[29]，在H1-L細(xì)胞系中激活CaM/Src/Pitx2通路[37],在神經(jīng)干細(xì)胞中激活BMP2/Smad通路并調(diào)控干細(xì)胞發(fā)育[38]等。Piezo1的具體下游通路仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。