Rab5a在头颈鳞癌中过表达并通过ERK/MMP通路促进侵袭

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目的:头颈部鳞状细胞癌(Head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC)是最常见的恶性肿瘤之一,其发病率在逐年攀升。针对头颈鳞癌,临床上主要采取手术的方法进行治疗,虽然诊断以及辅助治疗方法在不断改进,其预后情况与其他恶性肿瘤相比仍然不容乐观。不仅如此,头颈鳞癌的术后通常导致大面积的组织缺损,目前临床采用不同材料对缺损的组织进行修复,对修复材料进行抗癌基因修饰可能是未来修复材料的研究趋势。因此,探索头颈鳞癌发生发展的分子机制,寻找针对头颈鳞癌的治疗靶点对头颈鳞癌诊疗以及术后缺损组织的修复有重要意义。Rab分子是维持细胞膜表面物质交换的重要蛋白,并主要承担生命体囊泡转运的职责。在囊泡运输过程中Rab负责调节靶向运输,囊泡拴系,与靶膜泊位及融合,此外还有部分Rab能够调节囊泡的芽生。囊泡运输发生障碍时,不同功能的蛋白将无法到达预期位置,导致机体功能紊乱,诱发各种疾病。研究显示Rab家族与肿瘤关系密切,并在多种癌组织中表达异常,如Rab31在乳腺癌,Rab3在神经肿瘤,Rab23在肝细胞癌等。目前,已有多个研究报道了Rab分子在头颈肿瘤中的重要作用。起初,Shimada等人于舌癌及癌前病变组织的基因微阵列研究中发现了Rab1a的异常表达现象。随后有研究显示Rab2a的表达水平同样与舌癌的发生密切相关。近年有研究在转移的头颈鳞癌细胞系中过表达Rab25后发现其能够明显削弱头颈鳞癌细胞在含有胶原基质的三维环境中的侵袭能力,不仅如此,Rab25通过抑制细胞表面突出结构protrusive的形成影响小鼠子宫肿瘤淋巴结转移。最近研究显示Rab偶联蛋白(Rab coupling protein,RCP)在头颈鳞癌组织中过表达,其表达水平与患者的淋巴结转移、肿瘤分期、复发及预后等临床病理资料密切相关。Rab5a隶属于Rab GTP酶蛋白家族,在内吞、胞吐以及囊泡运输过程中发挥关键作用。近年来,多篇文章报道了Rab5a蛋白在人类的恶性肿瘤中的重要作用——研究发现Rab5a在乳腺癌以及卵巢癌中过表达,其表达水平与肿瘤细胞的增殖和侵袭能力密切相关。还有文献发现Rab5a在肺癌、胃癌以及肝细胞癌中的表达量显著上调。近期,一项基因微阵列的研究结果显示Rab5与Rab7及Rab11在转移性口腔鳞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)中表达异常,它们通过分解黏着斑(Focal adhesion,FA)促进细胞侵袭和转移,三者共同过表达是口腔鳞癌患者不良预后的重要影响因素。以上报道均提示Rab5a在人类恶性肿瘤中发挥作用。然而,Rab5a在头颈鳞癌中的临床意义及生物学作用并不明确。  方法:⑴检测Rab5a蛋白在头颈鳞癌组织中的表达情况,探究其表达的临床意义。样本及临床资料的收集:组织样本来自2014-2016年间于中国医科大学附属口腔医院手术切除并由病理确诊为头颈鳞状细胞癌的病理组织共79例,并取10例癌旁非肿瘤组织作为对照。患者的临床资料取自于本院档案室患者的医疗记录。免疫组织化学法检测79例头颈鳞癌组织及10例癌旁非肿瘤组织中Rab5a蛋白的表达水平。对79例头颈鳞癌患者的临床资料进行统计、整理,分析Rab5a表达水平与患者的性别、年龄、肿瘤组织的分化程度、T分期、TNM分期、淋巴结转移等临床病理特征的关系。⑵过表达及沉默Rab5a对头颈鳞癌细胞生物学行为的影响。Western blot法检测头颈鳞癌细胞系中Rab5a蛋白的表达水平,筛选后续实验所需细胞株。通过瞬时转染Rab5a质粒及siRNA过表达和沉默头颈鳞癌细胞中的Rab5a,分别建立Rab5a过表达及沉默的细胞模型。Real-time PCR及Western blot法在mRNA及蛋白水平验证过表达及沉默效果。过表达实验分为Rab5a plasmid组及对照Empty vector组;沉默实验分为Rab5a siRNA组及对照Negative siRNA组。将各组头颈鳞癌细胞分别进行MTT实验及集落形成实验,检测Rab5a对头颈鳞癌细胞增殖水平及集落形成能力的影响。流式细胞分析法检测各组头颈鳞癌细胞周期水平,探究Rab5a对头颈鳞癌细胞周期分布的影响。各组头颈鳞癌细胞分别进行基质胶侵袭实验,检测Rab5a对头颈鳞癌侵袭能力的影响。Hoechst染色法检测Rab5a对各组头颈鳞癌细胞凋亡的影响。⑶探索Rab5a促进头颈鳞癌细胞增殖及侵袭的作用途径。Western blot法检测过表达及沉默Rab5a后头颈鳞癌细胞内重要周期调控蛋白cyclin D1、cyclinE及ERK/MMP通路相关蛋白表达的变化。在KB细胞中过表达Rab5a,应用特异性阻断剂PD98059阻断胞内ERK后检测p-ERK、MMP-2的表达,验证Rab5a通过ERK途径调控MMP-2表达。Western blot法检测过表达或沉默头颈鳞癌细胞内Rab5a后E-cadherin、Snail以及Vimentin蛋白的表达水平,检测Rab5a对头颈鳞癌细胞上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)过程的作用,从另一角度解析Rab5a促进头颈鳞癌侵袭的途径。  结果:①Rab5a在头颈鳞癌组织中的表达水平及其临床意义:79例头颈鳞癌组织中有39例(49.37%)为Rab5a高表达,10例癌旁非肿瘤组织中均未见Rab5a呈高表达;分析79例头颈鳞癌患者的临床资料发现Rab5a的高表达与肿瘤较低的分化程度,较高的TNM分期,较高的T分级以及淋巴结转移密切相关(p<0.05)。②Rab5a对头颈鳞癌细胞增殖、侵袭等生物行为的影响:MTT结果表明过表达Rab5a使头颈鳞癌细胞增殖水平提高,而沉默该基因使细胞增殖水平下降;集落形成实验表明过表达Rab5a提高了头颈鳞癌细胞的集落形成能力,而沉默Rab5a能够抑制细胞的集落形成能力;细胞周期实验显示过表达Rab5a使头颈鳞癌细胞的S期比例增加,G1期比例下降,沉默Rab5a后细胞的G1期比例增加,S期比例下降;基质胶侵袭实验结果说明过表达Rab5a后可提高头颈鳞癌细胞的侵袭能力,而沉默Rab5a使细胞的侵袭能力受到抑制;Hochest染色结果显示,各组细胞凋亡水平较为一致,Rab5a可能并不影响头颈鳞癌细胞的凋亡过程。③Rab5a对头颈鳞癌细胞中cyclinD1,cyclinE以及MMP-2表达的影响:过表达Rab5a能够上调头颈鳞癌细胞中cyclin D1,cyclin E以及MMP-2的表达水平,而沉默Rab5a后,cyclin D1,cyclin E以及MMP-2的表达量显著下调。④Rab5a与头颈鳞癌细胞内ERK/MMP-2通路的关系:Rab5a提高了头颈鳞癌细胞中ERK的磷酸化水平,ERK抑制剂PD98059可有效消除Rab5a对ERK/MMP-2的调控作用。5、Rab5a与头颈鳞癌细胞EMT的关系:过表达Rab5a促进头颈鳞癌细胞内Snail及Vimentin的表达而抑制E-cadherin的表达;沉默Rab5a后,E-cadherin的表达水平上调,Snail及Vimentin的蛋白表达水平下调。  结论:⑴在头颈鳞癌组织中Rab5a的表达量发生上调,其表达水平与肿瘤的分化程度、TNM分期、T分级以及淋巴结转移有关。⑵Rab5a促进头颈鳞癌细胞增殖,克隆形成,推动细胞周期由G1期向S期转化并促进细胞侵袭,但Rab5a并不影响头颈鳞癌细胞凋亡。⑶Rab5a通过激活细胞内的ERK/MMP-2信号通路并推进EMT过程促进头颈鳞癌细胞侵袭。
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