TGF-β1诱导上皮性卵巢癌细胞发生上皮间质转化及其相关分子机制的研究

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目的:卵巢癌是妇科常见的恶性肿瘤之一,早期缺乏特异性症状,当患者就诊时多数已是临床晚期,化疗耐药和术后易复发的存在使其5年生存率仍然徘徊在30%,严重威胁妇女健康。卵巢癌的浸润和转移是影响患者生存率的主要因素,卵巢癌发生侵袭转移是一个多因素参与的极其复杂的过程,目前尚不了解其确切的分子机制。约90%的卵巢肿瘤起源于卵巢表面上皮(ovarian surface epithelium, OSE),因此研究上皮性卵巢癌(ovarian epithelium cancer, OEC)的侵袭转移机制对于卵巢癌的早期诊断、提高生存率及改善预后具有重要意义,目前对肿瘤侵袭转移机制的研究是肿瘤研究的热点之一。越来越多的形态学和分子学证据表明,上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition, EMT)对上皮源性的肿瘤细胞的侵袭转移有重要影响,最新研究表明,经过EMT转变的癌细胞能够获得干细胞特性。EMT是指在一定条件下有极性的上皮细胞在形态上转变成类似间质细胞,失去极性呈分散状态,细胞骨架发生改变,同时获得间质细胞的特性能够在细胞基质间移动,同时上皮细胞和间质细胞标志物表达发生改变。EMT最重要的标志性变化是上皮-钙黏蛋白(E-cadherin)的减少或丢失和神经-钙黏蛋白(N-cadherin)的增加。EMT是基本的生理病理现象,参与胚胎发育、器官形成和肿瘤转移,越来越多的研究显示其在肿瘤的侵袭转移中起着重要作用,因而已成为肿瘤研究中的热点。但对其调控机制的认识仍然有限,因此探讨恶性肿瘤发生EMT的诱因,探寻信号转导通路和转录因子对EMT过程的调控机制,对于寻找新的干预靶点为癌的治疗提供新的线索具有重要意义。研究证实肿瘤微环境中多种生长因子可以诱导肿瘤细胞发生EMT,其中TGF-β1是目前备受关注诱导EMT的关键因素。本研究通过体外培养上皮性卵巢癌细胞株,观察转化生长因子-β1(Transforming Growth Factor-β1,TGF-β1)对上皮性卵巢癌细胞发生上皮间质转化及侵袭转移的影响;同时通过研究磷酸肌醇3-激酶/丝氨酸-苏氨酸激酶(phosphoinositol-3-kinase/serine-threonine protein kinase B,PI3K/Akt)信号传导途径及其下游分子蛋白水平表达变化,旨在从分子水平上探讨TGF-β1诱导上皮性卵巢癌细胞发生EMT及侵袭转移的信号转导机制,对深入认识卵巢癌细胞的恶性生物学行为具有重要意义,可能为预防和治疗卵巢癌的侵袭转移提供一种新的思路和实验依据。方法:将人卵巢浆液性囊腺癌细胞株SKOV-3、人卵巢粘液性囊腺癌细胞株3AO置于37℃,饱和湿度5%CO2,含10%胎牛血清RPMI-1640培养基中常规培养,待细胞进入对数生长期后用于实验。1.光镜观察:将不同浓度的TGF-β1作用于SKOV-3和3AO细胞株,在倒置相差显微镜下定时观察细胞的形态变化。2. MTT法:调整细胞浓度为3×104/ml,以每孔100ul培养于96孔培养板中,进入对数生长期后用不同浓度TGF-β1(0、1、2、5、10ng/ml)作用不同时间(24h、48h),以0ng/ml TGF-β1为对照组。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测TGF-β1对细胞增殖的影响。3.应用24孔Transwell侵袭小室进行SKOV-3和3AO细胞的侵袭试验,各实验组连续培养48小时后取出Transwell小室,擦去Transwell小室上面的细胞,用甲醛固定,结晶紫染色,镜下计数穿膜细胞数,与对照组相比较,检测细胞侵袭能力的改变。实验分组如下:①Control组:加入等量PBS作为趋化剂作用于癌细胞②TGF-β1组:(1、2、5、10ng/ml)的TGF-β1作用于癌细胞③LY294002组:10μmol/ml LY294002作用于癌细胞④TGF-β1+LY294002(10ng/ml)组:PI3K抑制剂LY294002作用30min后加入(10ng/ml)的TGF-β1。4. Western blot检测各组SKOV-3和3AO细胞中p-Akt(Thr308)蛋白、Twist蛋白、E-cadherin蛋白、N-cadherin蛋白的表达情况。各组蛋白均为药物作用48h后提取。实验分组如下:①Control组:用含10%胎牛血清的RPMI-1640细胞培养基培养癌细胞②TGF-β1组:10ng/ml的TGF-β1作用于癌细胞③LY294002组:10μmol/L LY294002作用于癌细胞④TGF-β1+LY294002组:PI3K抑制剂LY294002作用30min后加入10ng/ml的TGF-β1。5.应用SPSS13.0统计软件进行分析。结果:1.倒置显微镜下观察SKOV-3、3AO细胞的形态学变化观察发现,TGF-β1刺激后,SKOV-3和3AO细胞发生形态学改变,细胞呈纺锤形,部分细胞伸出伪足,细胞排列较为紊乱,细胞间连接较疏松。2.MTT实验检测结果TGF-β1对上皮性卵巢癌细胞SKOV-3、3AO生长增殖无显著影响。TGF-β1对上皮性卵巢癌细胞SKOV-3生长促进作用不明显,对照组和实验组之间差异无统计学意义(P>0.05);TGF-β1对上皮性卵巢癌细胞3AO生长抑制作用不明显,对照组和实验组之间差异无统计学意义(P>0.05)。3.细胞侵袭实验结果Transwell侵袭小室培养细胞48h后,显微镜下观察SKOV-3细胞穿基膜细胞数:对照组,TGF-β1(1、2、5、10ng/ml)组分别为(29±3)、(42±5)、(53±3)、(84±9)、(114±11)个/高倍镜(×100),LY294002组及TGF-β1(10ng/ml)/LY294002组分别为(18±3)、(37±5)个/高倍镜(×100)。3AO细胞穿过基质膜平均细胞数:对照组,TGF-β1(1、2、5、10ng/ml)组分别为(21±3)、(47±6)、(56±5)(86±7)、(129±9)个/高倍镜(×100),LY294002组及TGF-β1(10ng/ml)/LY294002组分别为(12±3)、(54±7)个/高倍镜(×100)。经TGF-β1处理的SKOV-3和3AO细胞穿过Transwell小室的细胞数明显多于对照组(P<0.05),且随浓度的增加而增加,说明经TGF-β1处理的SKOV-3和3AO细胞运动侵袭能力较对照组增强。经LY294002单独作用及两者联合处理组的两种细胞穿过Transwell小室的细胞数均明显减少(P<0.05),说明经LY294002单独处理及两者联合处理的细胞运动侵袭能力较对照组减弱。4.蛋白印记检测结果(1)SKOV-3和3AO细胞在基础状态下细胞内p-Akt(Thr308)水平较低,经TGF-β1作用后其表达显著增多,经PI3K/Akt信号通路抑制剂LY294002处理后可明显降低两种细胞p-Akt表达水平。各组SKOV-3细胞p-Akt蛋白表达,TGF-β1组(0.9405±0.002)高于Control组(0.8265±0.097),(P<0.05),LY294002组(0.3689±0.001)及LY294002+TGF-β1组(0.6518±0.116)低于TGF-β1组,(P<0.05)。3AO细胞p-Akt蛋白的表达,TGF-β1组(0.3534±0.003)高于Control组(0.2901±0.003)(P<0.05),LY294002组(0.1919±0.001)及LY294002+TGF-β1组(0.1993±0.001)表达低于TGF-β1组,(P<0.05)。(2)SKOV-3和3AO细胞在基础状态下细胞内Twist和N-cadherin蛋白水平较低,经TGF-β1作用后其表达显著增多,经PI3K/Akt信号通路抑制剂LY294002处理后可明显降低两种细胞Twist和N-cadherin蛋白表达水平。E-cadherin的表达与此相反。各组SKOV-3细胞Twist和N-cadherin蛋白表达,TGF-β1组Twist(1.1311±0.001)和N-cadherin(0.8708±0.001)高于Control组Twist(0.7731±0.147)和N-cadherin(0.3841±0.032),(P<0.05),LY294002组Twist(0.4584±0.006)和N-cadherin(0.2946±0.006)及LY294002+TGF-β1组Twist(0.6002±0.007)和N-cadherin(0.4299±0.001)低于TGF-β1组,(P<0.05)。各组3AO细胞Twist和N-cadherin蛋白表达,TGF-β1组Twis(t1.0901±0.005)和N-cadherin(0.8156±0.003)高于Control组Twist(0.5506±0.018)和N-cadherin(0.3590±0.036),(P<0.05),LY294002组Twist(0.3846±0.004)和N-cadherin(0.2316±0.007)及LY294002+TGF-β1组Twist(0.4822±0.003)和N-cadherin(0.4002±0.001)低于TGF-β1组,(P<0.05)。各组SKOV-3细胞E-cadherin蛋白表达,TGF-β1组(0.4084±0.006)低于Control组(0.8414±0.019),(P<0.05),LY294002组(0.7852±0.006)及LY294002+TGF-β1组(0.6471±0.005)高于TGF-β1组,(P<0.05)。各组3AO细胞E-cadherin蛋白的表达,TGF-β1组(0.3186±0.005)低于Control组(0.6361±0.037)(P<0.05),LY294002组(0.5604±0.002)及LY294002+TGF-β1组(0.4709±0.001)表达高于TGF-β1组,(P<0.05)。结论:1. TGF-β1对卵巢癌细胞株SKOV-3和3AO生长增殖无显著影响。2. TGF-β1可以诱导SKOV-3和3AO细胞向间充质细胞形态转化,促进EMT的发生,使转录因子Twist蛋白表达上调,间质细胞标志物N-cadherin蛋白表达上调,而上皮细胞标志物E-cadherin蛋白表达下调,获得了间质细胞特性,侵袭转移能力增强。3.TGF-β1作用于SKOV-3和3AO细胞后,激活PI3K/Akt信号通路,提高了p-Akt蛋白的表达,从而使转录因子Twist蛋白表达上调,促进细胞发生EMT,增强了肿瘤细胞的侵袭能力。4. PI3K/Akt通路阻断剂LY294002作用于SKOV-3和3AO细胞后p-Akt活性被抑制,使转录因子Twist蛋白表达降低,逆转EMT的发生,降低肿瘤细胞的侵袭转移能力。
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