Hsa_circ_0001707在食管癌发生发展中的功能及其分子海绵机制研究

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研究背景与目的:
  食管癌 (Esophageal cancer, EC) 是一种高发病率和病死率的疾病,位居全球癌症死因的第六位,预后较差,严重危害人类的健康。食管癌系指食管鳞状上皮或腺上皮的异常增生所形成的恶性肿瘤,包括食管腺癌和食管鳞状细胞癌两种临床亚型。中国是食管鳞状细胞癌的高发地区,每年新发病例数约占全球总发病数的50%以上。食管鳞癌早期临床症状不明显,较难发现,且目前缺乏有效的癌前病变筛查诊断标志物,五年内的整体生存率仅有15%。因此,探索潜在的表观遗传标志物,不但可以促进食管鳞癌的早期识别和干预,降低癌变率;而且有助于临床靶向治疗的发展,改善患者整体预后情况。
  环状RNA (circular RNAs, circRNAs) 是一类新型的非编码RNA分子,具有共价闭合结构,不易被核酸外切酶所降解,表现为高度稳定性,保守性和特异性。近年来,大量证据表明环状RNA能够在基因调控过程中发挥关键作用,参与介导多种疾病的发生发展。此外,随着研究的不断深入,报道发现环状RNA 可能与肿瘤异常增殖,分化和转移等生物学过程密切相关,扮演着类癌基因或抑癌基因的角色。因此,环状RNA作为一种新型生物标志物,可能在食管鳞癌的恶性表型变化,分子机制和诊疗方面中发挥重要的作用。
  课题组前期采用二代高通量测序技术,筛选出在食管鳞癌患者癌组织中表达上调的环状 RNA, hsa_circ_0001707。为此,本研究的主要目的是探讨hsa_circ_0001707在食管鳞癌中发挥的生物学功能及其参与调控的分子机制。验证hsa_circ_0001707在人群组织样本中的差异表达情况,探讨其表达水平与食管鳞癌发病风险之间的相关性,有望为食管鳞癌早期筛查诊断,患者预后评估和临床治疗新靶点的发现提供理论依据。
  研究方法:
  一、qRT-PCR检测hsa_circ_0001707在食管鳞癌组织样本中的表达,分析其表达水平在癌组织及癌旁组织中的差异;条件logistic回归分析探讨hsa_circ_0001707的表达水平与食管鳞癌发病风险之间的相关性;通过绘制 ROC 曲线,评估hsa_circ_0001707作为生物标志物的诊断价值。分别应用Rnase R, 放线菌素D抑制试验,普通琼脂糖凝胶电泳试验检测hsa_circ_0001707的一般环状特性及稳定性,并比较其与亲本基因之间的区别;
  二、检测hsa_circ_0001707对食管鳞癌细胞发挥的生物学功能: 构建慢病毒载体,分别转染至食管鳞癌细胞株EC109及EC9706中,获得hsa_circ_0001707稳定过表达和干扰细胞株,qRT-PCR检测转染效率; 应用CCK-8, EdU, 平板克隆试验,transwell体外迁移和侵袭试验检测hsa_circ_0001707对细胞活性,增殖能力,克隆形成能力以及侵袭迁移能力的影响。
  三、分析hsa_circ_0001707的亚细胞定位: 应用荧光原位杂交技术 (FISH) 和细胞核质分离试验检测hsa_circ_0001707在食管鳞癌细胞中的定位;通过生物信息学分析预测hsa_circ_0001707可能结合的靶miRNAs, 并应用双荧光素酶报告基因试验 (DLR) 进一步筛选,确定候选靶miRNA;
  四、检测hsa_circ_0001707与靶miRNA的相互调控关系: 干扰hsa_circ_0001707的表达水平后,qRT-PCR 检测 miR-203a-3p 的表达情况,DLR 试验确定两者之间的相互调控关系。设计挽救试验,在hsa_circ_0001707稳定干扰细胞株中转染miR-203a-3p inhibitor, 通过CCK-8, 平板克隆试验,transwell侵袭迁移试验进一步验证两者之间的调控关系。
  五、应用DLR试验,qRT-PCR结合western Blot技术确定hsa_circ_0001707以“分子海绵”的形式间接调控靶 miR-203a-3p 下游的靶基因及其信号转导通路。
  研究结果:
  一、Hsa_circ_0001707在食管鳞癌组织中的表达及其一般特性验证
  1. 本研究收集了 96 对食管鳞状细胞癌患者的癌组织及其配对癌旁组织,应用qRT-PCR检测hsa_circ_0001707在组织中的表达水平。结果显示,与正常癌旁组织相比, hsa_circ_0001707 在癌组织中表达量显著升高,差异有统计学意义(p<0.001)。
  2. 条件logistic分析结果显示,在癌组织中表达上调的hsa_circ_0001707可增加食管鳞癌的发病风险,OR 值为 2.323,是食管鳞癌发生的危险因素。通过绘制ROC 曲线,结果发现,hsa_circ_0001707 具有较高的诊断价值,AUC 为 0.793 (95%CI: 0.730~0.855) ,灵敏度为 0.735 ,特异度为 0.724 ,差异有统计学意义( p<0.001)。
  3. Rnase R试验及放线菌素D抑制试验结果显示,与亲本基因ABCA13相比, hsa_circ_0001707具有更高的稳定性;
  4. 普通琼脂糖凝胶电泳结合sanger测序的结果表明,hsa_circ_0001707并非基因错误剪辑的产物,而是由其母基因的内含子反向剪接形成,属于内含子型circRNA。
  二、Hsa_circ_0001707对食管鳞癌细胞生物学功能的影响
  1. 在食管鳞癌细胞系EC109, EC9706, KYSE510以及正常食管上皮细胞Het-1A中,应用qRT-PCR检测hsa_circ_0001707的表达。数据表明,与Het-1A细胞相比,hsa_circ_0001707在鳞癌细胞中表达显著上调 (p<0.05);
  2. 构建含有 hsa_circ_0001707 全长序列的慢病毒表达载体,分别转染至食管鳞癌细胞株EC109及EC9706中,qRT-PCR检测转染效率。结果显示,与空载体对照组 (lv-NC) 相比,EC109 及 EC9706 细胞中, hsa_circ_0001707 过表达组 (lv-circ-0001707) 的表达水平分别提高10倍和40倍,干扰组 (sh-circ-0001707) 相比于阴性对照 (sh-NC) 分别被敲低65%和75%(p<0.05)。
  3. Hsa_circ_0001707过表达可以增强细胞活性和增殖能力,促进细胞侵袭和迁移,提高细胞克隆形成能力。CCK-8结果表明,两种细胞中lv-circ-0001707组的吸光度 (OD) 值在24h,48h,72h和96h时间点时均高于lv-NC组 (p<0.05, n=6);EdU 结果表明,hsa_circ_0001707 表达上调可明显增强食管鳞癌细胞增殖能力(p<0.05);Transwell试验证实,高表达的hsa_circ_0001707可明显提高肿瘤细胞的迁移和侵袭能力(p<0.05);平板克隆试验结果显示,与对照组相比, hsa_circ_0001707高表达组细胞的克隆形成数量明显增加 (p<0.05)。
  4. 当 hsa_circ_0001707 的表达水平受到干扰时,食管鳞癌细胞的活性,增殖能力,克隆形成能力和侵袭迁移能力均显著减弱 (p<0.05)。
  三、Hsa_circ_0001707调控食管鳞癌的“分子海绵”机制分析
  1. 荧光原位杂交技术 (FISH) 结合核质分离试验结果表明,hsa_circ_0001707在胞质和胞核中均有分布,但主要存在于细胞质中,提示其发挥功能的主要场所在细胞质;
  2. Hsa_circ_0001707可以ceRNA方式“竞争性吸附”miR-203a-3p: qRT-PCR结果显示,干扰 hsa_circ_0001707 的表达可明显上调 miR-203a-3p 的表达水平(p<0.05)。构建hsa_circ_0001707的野生型 (WT) 和突变型 (MUT) 报告基因载体,DLR试验验证两者的相互结合关系。结果表明,hsa_circ_0001707 (WT)+miR-203a-3p 组的荧光值显著减弱,与hsa_circ_0001707 (WT) +miR-NC组相比,相对降低约37%;与含有hsa_circ_0001707突变型质粒组相比,荧光素酶活性降低约41%(p<0.001)。
  3. 细胞挽救实验结果表明,在 hsa_circ_0001707 稳定干扰的两种食管鳞癌细胞株中转染miR-203a-3p inhibitor后, 可以部分逆转hsa_circ_0001707干扰表达对细胞活性,克隆形成能力及侵袭迁移能力的抑制作用。
  4. Hsa_circ_0001707/miR-203a-3p/Snail2 参与调控食管鳞癌细胞的上皮-间充质转化过程: 首先,应用公共数据库预测,同时分析 TCGA 数据库中差异表达mRNA,各组结果取交集,筛选出miR-203a-3p的下游靶基因Snail2。在EC109及EC9706细胞中分别转染miR-203a-3p mimic/NC, western blot及qRT-PCR结果显示,过表达miR-203a-3p可显著抑制Snail2蛋白及mRNA的表达水平 (p<0.05)。进一步地,构建Snail2基因的WT及MUT报告基因载体,双荧光素酶报告基因试验结果显示,miR-203a-3p+Snail2 (WT) 实验组的荧光信号值显著降低,与miR-NC+Snail2 (WT) 组相比,下降约40%;与含有Snail2 突变型质粒组相比,下降约48%(p<0.001)。该结果表明miR-203a-3p可与Snail2 3’UTR 区域特异性结合。
  在此基础上,为了进一步验证hsa_circ_0001707可与Snail2竞争性结合miR-203a-3p, 我们分别在两株食管鳞癌细胞中另设两组进行实验:(1) lv-circ-0001707+Snail2 (WT)+miR-203a-3p;(2) lv-NC+Snail2 (WT)+miR-203a-3p。结果显示,与第一组相比, EC109 中第二组的荧光信号值显著减弱,相对降低约 31%。EC9706中第二组的荧光强度相对减弱了27%,差异有统计学意义 (p<0.001)。同时,western blot结果显示,hsa_circ_0001707敲低表达可导致Snail2基因的表达下降,蛋白水平在EC109和EC9706细胞中分别降低了40%, 48%, 差异具有统计学意义 (p<0.05)。
  在两株食管鳞癌细胞中分别转染 miR-203a-3p mimic/NC, western blot 检测EMT关键信号因子的表达。结果显示,与miR-NC组相比,EC109细胞中miR-203a-3p mimic 组的 E-cadherin 蛋白表达水平恢复了 30%, 而 N-cadherin 和Vimentin的蛋白表达水平下降,相对降低了40%, 32%(p<0.05)。在EC9706细胞中,miR-203a-3p mimic 组的E-cadherin蛋白表达明显上调,增加了31%。同时, N-cadherin和Vimentin的蛋白水平受到抑制,分别降低了35%, 44%(p<0.05)。
  在两种 hsa_circ_0001707 稳定干扰的食管鳞癌细胞株中,进一步检测 EMT通路关键信号因子的表达。结果表明,在EC109细胞中敲低hsa_circ_0001707的表达后,可导致N-cadherin和vimentin的表达下降,与空载体组相比,分别下降55%, 63%。而上皮型钙粘附蛋白 E-cadherin 的蛋白水平显著升高,相对恢复了30% (p<0.05)。转染了 miR-203a-3p inhibitor 后,可以部分逆转这一结果。与 sh-circ-0001707组相比,E-cadherin的表达水平下调20%,N-cadherin和vimentin的表达水平分别上调 27%, 29% (p<0.05)。在另一株细胞 EC9706 中对hsa_circ_0001707敲低处理后,与对照组相比,E-cadherin的蛋白水平恢复了35%, N-cadherin 和 vimentin 的蛋白表达降低,分别下降 57%, 60% (p<0.05)。提示hsa_circ_0001707 表达下调后可以抑制食管鳞癌细胞的 EMT 发生。此结果在转染 miR-203a-3p inhibitor 后得到逆转,相较于 sh-circ-0001707 组,miR-203a-3p inhibitor组的E-cadherin蛋白表达水平降低了17%,而N-cadherin和vimentin的蛋白表达水平有所恢复,分别升高了20%, 17%(p<0.05)。
  结论:
  1. Hsa_circ_0001707在食管鳞癌组织中表达上调,高表达的hsa_circ_0001707可以增加食管鳞癌的发病风险,对于食管鳞癌具有较好的诊断准确性,是潜在的生物标志物。
  2. Hsa_circ_0001707过表达可以提高细胞活性,增强细胞增殖能力,克隆形成能力,促进细胞侵袭迁移。干扰其表达后可以抑制食管癌细胞的恶性表型,表明hsa_circ_0001707在食管癌细胞中发挥着癌基因样的作用。
  3. Hsa_circ_0001707可以作为miR-203a-3p的“分子海绵”,间接调控其下游靶基因Snail2的表达。Hsa_circ_0001707/miR-203a-3p/Snail2信号通路轴参与调控食管鳞癌细胞的上皮-间充质转化过程。
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