PM2.5对HBE细胞癌相关基因表达及信号通路的机制研究

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目的:研究大气细颗粒物PM2.5对人支气管上皮细胞(HBE)癌基因表达水平的影响,探讨大气细颗粒物PM2.5通过MAPK/PKC信号通路对HBE细胞癌基因表达的影响,探讨PM2.5染毒HBE细胞后蛋白质表达变化及其作用机制。方法:用10μg/mL、50μg/mL的PM2.5处理HBE细胞,设立对照组,用10μM/L Cr6+作为阳性对照,染毒HBE细胞24 h,应用荧光定量PCR和蛋白免疫印迹法(Western blot)检测癌基因(c-myc、c-fos、k-ras和p53)的基因和蛋白质表达水平变化;MAPK/PKC信号通路实验设立空白对照组、PM2.5实验组、抑制剂组(p38MAPK抑制剂、ERK1/2、PKCα抑制剂)、PM2.5+抑制剂组,用抑制剂预先处理HBE细胞30min,接着用无血清的DMEM培养基培养24h作为抑制剂实验组,用PM2.5染毒24h作为PM2.5实验组;用抑制剂预先处理HBE细胞30min,然后用50μg/mL的PM2.5染毒24h作为PM2.5+抑制剂实验组,应用荧光定量PCR和western blot检测p38MAPK、ERK1、ERK2、PKCα、c-myc、c-fos、k-ras、p53基因的mRNA和蛋白质表达水平变化;蛋白质组学实验用50μg/mL深圳和太原的PM2.5样品处理HBE细胞,设立对照组,染毒HBE细胞24h。用Q Exactive质谱仪检测整体蛋白质的表达情况,应用perseus软件筛选差异蛋白,对差异蛋白进行GO、KEGG分析以及权重基因共表达网络分析(Weighted Correlation Network analysis,WGCNA)。结果:1、与对照组比较,10μg/mL和50μg/ml PM2.5组以及阳性对照组HBE细胞c-myc基因表达水平分别升高500.1%、780.7%、305.3%,c-fos基因表达水平分别升高34.0%、76.7%、131.3%,k-ras基因表达水平分别升高50.3%、107.0%、49.7%,p53基因表达水平分别下降28.3%、28.7%、59.7%,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。与对照组比较,50μg/ml PM2.5组和阳性对照组HBE细胞c-myc蛋白表达水平分别升高29.7%、77.3%;c-fos蛋白表达水平分别升高200.3%、137.0%,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01);与对照组比较,10μg/mL和50μg/ml PM2.5组以及阳性对照组HBE细胞k-ras蛋白表达水平分别升高106.3%、130.3%、116.7%,p53蛋白表达水平分别下降43.7%、53.3%、52.1%,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。2、应用p38MAPK抑制剂SB203580处理HBE细胞后,与对照组比较,SB203580实验组中p38MAPK、c-myc、c-fos、k-ras基因表达量均下降;与PM2.5实验组比较,PM2.5+SB203580实验组中p38MAPK、c-myc、c-fos、k-ras基因表达均下降,p53基因表达升高。应用ERK1/2抑制剂PD98059处理后,与对照组比较,PD98059实验组中ERK1、ERK2、c-myc、c-fos、k-ras基因表达均下降;与PM2.5实验组比较,PM2.5+PD98059实验组中ERK1、ERK2、c-myc、c-fos、k-ras基因表达均下降,p53基因表达升高。应用PKCα抑制剂CHE处理后,与对照组比较,CHE实验组中PKCα基因表达下降,c-myc、c-fos、k-ras、p53基因无明显变化;与PM2.5实验组比较,PM2.5+CHE实验组中PKCα、c-myc、c-fos、k-ras分基因表达均下降,p53基因表达升高。3、蛋白质组学实验结果显示,在深圳样品处理组中总共筛选出了67个差异蛋白,其中上调的46个,下调21个;太原样品处理组总共筛选出差异蛋白252个,其中上调的134个,下调的118个。经过KEGG分析获得,深圳PM2.5样品染毒HBE细胞后差异蛋白主要富集在泛素介导的蛋白水解和HIF-1等信号通路上。GO分析结果显示,深圳样品引起的差异蛋白主要参与对各种金属离子的吸收的生物过程(Biological Process)以及髓鞘(myelin sheath)、主轴突(main axon)等细胞组分;太原样品引起的差异蛋白则主要参与蛋白质的聚合调控生物过程(Protein aggregation regulates biological processes)、氧化酶活性的分子功能(Molecular function of oxidase activity)以及线粒体(mitochondria)、核糖体(ribosome)等的细胞组分。此外,还筛选出3种有价值的差异表达蛋白,包括ANXA2,DIABLO和AIMP1。结论:1、大气细颗粒物PM2.5对HBE细胞中癌基因表达具有明显调控作用,雾霾致癌可能与PM2.5调控癌基因表达存在密切关系。2、PM2.5对HBE细胞中原癌基因c-myc、c-fos、k-ras表达具有促进作用,应用MAPK抑制剂SB203580、PD98059和PKC抑制剂CHE则明显减轻PM2.5对癌基因表达的影响,提示MAPK和PKC信号通路在PM2.5致癌基因表达作用中发挥重要作用。3、深圳和太原PM2.5样品对HBE细胞在生物过程、分子功能以及细胞组成方面产生的影响不同,为后续进一步研究PM2.5致癌分子机制提供了科学依据。
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