3-磷酸甘油酸脱氢酶在宫颈癌中的表达及其作用研究

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目的  宫颈癌是威胁全球女性健康的主要恶性肿瘤之一,其发病率位居女性恶性肿瘤的第二位,在一些国家宫颈癌已成为妇女因癌症死亡的首位原因。一个世纪前德国生理学家Otto.Warburg提出许多肿瘤在有氧条件下存在糖酵解增强的现象,即“warburg效应”,点亮了肿瘤细胞代谢的研究。肿瘤代谢方式改变已被公认为是肿瘤的核心标志之一。目前研究形成共识糖酵解增强既是恶性转化的标志也是很有潜力的治疗靶点,使其重新成为研究的热点。PossematoR等研究发现在乳腺癌中,3-磷酸甘油酸脱氢酶(PHGDH)高表达的细胞系中流入丝氨酸合成途径的[U-13C]葡萄糖的百分比较PHGDH低表达的细胞系明显增加,应用shRNA技术抑制PHGDH高表达乳腺癌细胞系的PHGDH,丝氨酸合成途径流量减少,细胞增殖明显下降。而且抑制PHGDH后对已存在的肿瘤也可以抑制其生长。因此PHGDH的表达水平控制丝氨酸合成途径的流量,PHGDH促进肿瘤细胞生长增殖,可能成为肿瘤治疗的新靶点。众所周知,缺氧是实体肿瘤中普遍存在的应激因素之一,可增强肿瘤细胞的糖酵解。缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)是缺氧复杂调节网络中的一个关键转录因子。研究发现HIF-1α可调节多种代谢酶,如HIF-1α与糖酵解途径中关键酶丙酮酸激酶(PKM2)之间存在相互作用,但PHGDH与HIF-1α之间的关系尚未报道。化疗已成为宫颈癌的一个重要的治疗手段,一方面宫颈腺癌的比例增加,另外新辅助化疗为很多要求保留卵巢和阴道功能的中青年患者提供了手术机会,化疗也成为中晚期宫颈癌患者的补充治疗。解决化疗耐药性成为研究的焦点。Bcl-2是重要的凋亡抑制因子。研究表明,Bcl-2过度表达抑制细胞凋亡,导致细胞对顺铂耐药,提示预后差。半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(caspase)家族介导凋亡蛋白酶联反应过程。Caspase-3在p53的调节下,促使细胞色素C释放,使凋亡最终得以完成。若细胞过度表达的Bcl-2抑制了线粒体将细胞色素C释放至胞质,从而阻止特异性caspase-3依赖的信号传递,抑制凋亡的发生而产生耐药。在宫颈癌中PHGDH的表达是否影响化疗敏感性,其机制是否与PHGDH调节Bcl-2和caspase-3的表达相关尚不清楚。本研究旨在研究PHGDH在宫颈癌中表达情况,比较其与各临床参数的关系;同时进一步研究PHGDH在宫颈癌细胞生长增殖、侵袭中的作用,以及对宫颈癌细胞化疗敏感性的影响,探讨宫颈癌发生、发展过程中PHGDH能否影响HIF-1α的表达而促进肿瘤细胞的增殖、侵袭能力,PHGDH是否通过调节Bcl-2和caspase-3的表达而降低化疗敏感性。  方法  1、应用免疫组织化学方法检测75份宫颈癌组织、21份正常宫颈上皮组织中PHGDH蛋白的表达,分析PHGDH与宫颈癌患者年龄、临床期别、细胞分化程度、组织学类型及淋巴结转移等临床病理参数的关系。探讨PHGDH与血清鳞状细胞癌相关抗原水平的相关性。  2、应用Wersternblot方法定量检测30份宫颈癌组织、10份正常宫颈上皮组织中PHGDH蛋白的表达情况。  3、通过应用RNA干扰技术抑制宫颈癌HeLa细胞中PHGDH的表达,构建PHGDHshRNA基因沉默细胞模型。免疫细胞化学及Westernblot检测转染效率、各转染细胞内PHGDH的表达情况。  4、应用CCK8方法检测HeLa细胞PHGDH基因沉默组与对照组的细胞增殖情况。  5、应用Transwell细胞外侵袭实验观察PHGDH蛋白表达缺失前后宫颈癌HeLa细胞侵袭能力变化情况。  6、通过CCK8实验进行体外药物敏感性分析,计算各组细胞对顺铂的IC50值,分析PHGDH蛋白低表达对HeLa细胞顺铂敏感性的影响;应用5μg/ml顺铂分别作用HeLashPHGDH、HeLaVec及HeLa细胞24小时、48小时及72小时后,CCK8方法检查并比较各组细胞的细胞生长抑制率。  7、通过Wersternblot方法检测PHGDH蛋白表达缺失前后,HIF-1α蛋白,Bcl-2蛋白以及caspase3蛋白表达变化情况。同时检测加入5μg/ml顺铂前后,各组细胞的caspase3蛋白表达变化情况。  结果  1、免疫组化结果表明PHGDH蛋白主要表达在细胞胞浆及细胞膜中。75例宫颈癌患者中54例为中等阳性或强阳性,21例为弱阳性或阴性。而且多数癌巢边缘细胞的染色强度比癌巢中央细胞的高。虽然PHGDH在正常宫颈上皮中也有表达,但21例中仅有6例呈中等阳性或强阳性,且表达局限在有增殖能力的副基底层及基底层细胞。PHGDH在宫颈癌组织中的表达明显高于正常宫颈上皮(x2=13.202,P=0.001)。受试对象血清SCC-Ag治疗前的水平在0.5至70.0ng/mL之间(平均,6.7ng/mL),其中22例(34.4%)血清SCC-Ag水平小于1.5ng/mL,42例(65.6%)大于等于1.5ng/mL。而且PHGDH与血清SCC-Ag在宫颈鳞癌中的表达具有相关性(r=0.31,P<0.05)。在宫颈鳞状细胞癌中PHGDH与血清SCC-Ag的表达均与肿瘤的FIGO分期和肿瘤大小具有相关性(P<0.05),与患者年龄,分化程度及淋巴结转移情况不相关。除此之外,PHGDH的表达与病理类型不相关。  2、Wersternblot结果再次验证PHGDH蛋白在宫颈癌组织中表达强度高于正常宫颈上皮组织。  3、CCK8结果显示HeLashPHGDH组细胞生长情况在24h、48h及72h不同时间点与空质粒组和未转染组相比明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)。结果表明,沉默PHGDH对宫颈癌HeLa细胞生长增殖具有抑制作用。  4、Transwell细胞外侵袭实验证实PHGDH基因沉默后的宫颈癌HeLa细胞的侵袭能力明显低于空质粒组和未转染对照组(16.37±3.04vs103.20±2.91and104.16±3.12,P<0.05)。  5、CCK8法结果显示在同一药物浓度下,HeLashPHGDH组细胞的生长抑制率与HeLavec组和HeLa组相比显著升高(P<0.05),而HeLavec组与HeLa组相比,细胞生长抑制率无明显变化。抑制PHGDH表达后显著提高了HeLa细胞的顺铂化疗敏感性,HeLashPHGDH组的IC50值较HeLa组细胞的IC50值下降显著(0.87μg/ml,95%CI0.53-1.25vs2.96μg/ml,95%CI2.03-4.37,P<0.05);与之对比,HeLavec组与HeLa组细胞间IC50无显著性差异。  6、5μg/ml顺铂对HeLashPHGDH组细胞生长抑制作用快速又持久,各时间点与空质粒组和未转染HeLa细胞相比均有显著性增强(P<0.01);而空质粒组与未转染HeLa细胞相比,各时间点细胞生长抑制率均无明显差异(P>0.05)。从以上结果可以看出,沉默PHGDH可以增强顺铂对肿瘤细胞的抑制作用。  7、Wersternblot结果显示,PHGDH沉默组中HIF-1α蛋白表达量与空质粒组对比明显下降(P<0.05)。  8、Wersternblot结果显示,PHGDH沉默组中Bcl-2蛋白表达量与对照组对比明显下降(P<0.05)。  9、Wersternblot结果显示,PHGDH沉默组和对照组两组细胞在5μg/ml顺铂作用48小时后,caspase-3蛋白(17kDa)表达量与未加入顺铂时相比均有明显增加(P<0.05);在未加入顺铂的各组HeLa细胞中,HeLashPHGDH组中caspase-3蛋白(17kDa)表达量与对照组相比明显增加(P<0.05);加入顺铂作用48小时后HeLashPHGDH组中caspase-3蛋白(17kDa)表达量仍与对照组相比明显增加(P<0.05)。  结论  1、PHGDH蛋白在宫颈癌组织中的表达强度高于正常宫颈上皮组织。PHGDH蛋白的表达强度与FIGO分期,肿瘤大小密切相关。PHGDH表达与血清鳞状细胞癌相关抗原水平呈正相关。  2、沉默PHGDH后抑制宫颈癌HeLa细胞增殖  3、沉默PHGDH后抑制宫颈癌HeLa细胞侵袭  4、沉默PHGDH后可增强HeLa细胞的顺铂化疗敏感性  5、PHGDH可能影响HIF-1α的表达而促进细胞生长和侵袭。PHGDH可能通过调控诱导凋亡相关基因Bcl-2和caspase-3所介导的凋亡途径来促进细胞生长,而降低HeLa细胞的顺铂化疗敏感性。
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