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目的: 探讨果糖1,6-二磷酸酶1(fructose-1,6-bisphosphatase1,FBP1)对人乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞线粒体自噬和凋亡的影响及其分子机制。 方法: 1.采用实时荧光定量 PCR和蛋白质免疫印迹法检测管腔上皮(luminal)型乳腺癌细胞MCF-7、BT-474、T47D、ZR-75-1和基底细胞样(basal-like)型乳腺癌细胞MDA-MB-231、BT-549、MDA-MB-435、MDA-MB-468中FBP1的mRNA和蛋白表达水平,以及自噬相关分子p62和LC3的蛋白表达水平;利用The Cancer Genome Atlas(TCGA)乳腺癌数据库分析自噬相关基因与FBP1基因表达量的相关性。 2.首先采用脂质体转染的方法,将特异性针对 FBP1基因的小干扰RNA(Small interfering RNA,siRNA)和携带有FBP1基因的重组质粒分别转染至MCF-7和MDA-MB-231细胞中,再采用蛋白质免疫印迹法检测FBP1、p62、LC3和Beclin1的表达水平,以验证FBP1基因的干扰和过表达效果及其对细胞自噬水平影响。然后应用羰基氰化物间氯苯腙(carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazine,CCCP)处理的细胞,再采用JC-1荧光探针法检测细胞线粒体膜电位,透射电子显微镜下观察细胞线粒体形态,细胞免疫荧光实验检测线粒体外膜转位酶(translocase of outer membrane20,TOM20)的胞内分布和表达量,流式细胞术检测细胞活性氧水平和凋亡细胞比例,蛋白质免疫印迹法检测凋亡相关蛋白PARP、Caspase3、Bcl-2和Bax的表达。 3.首先采用脂质体转染的方法,将携带有 FBP1基因的重组质粒和(或)携带有缺氧诱导因子1A(hypoxia inducible factor-1A,HIF-1A)基因的重组质粒共同转染至人胚肾293T细胞,然后通过蛋白质免疫共沉淀(co-immunoprecipitation,co-IP)实验验证FBP1与HIF-1α的相互作用,利用TCGA乳腺癌数据库分析FBP1与HIF-1A基因的表达量的相关性。将特异性针对FBP1基因的siRNA和携带有FBP1基因的重组质粒分别转染至MCF-7和MDA-MB-231细胞后,采用荧光素酶报告基因实验检测FBP1基因对缺氧反应元件转录活性的影响,采用实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹法检测HIF-1α、BNIP3L/NIX和BNIP3的表达水平,采用co-IP检测Bcl-2与Beclin1、BNIP3L/NIX以及BNIP3结合的变化。 4.利用The Human Protein Atlas和TCGA数据库分析不同病理类型和不同肿瘤分期的乳腺癌组织中FBP1的表达量,利用Kaplan-Meier Plotter数据库分析FBP1的表达量与乳腺癌病人生存率的关系。 结果: 1.实时荧光定量 PCR和蛋白质免疫印迹法的结果均表明,与luminal型乳腺癌细胞相比,basal-like型乳腺癌细胞中FBP1的表达量明显降低,LC3-II的表达明显升高,p62的表达量明显降低;从TCGA乳腺癌数据库中检索到的结果显示,FBP1基因的表达量与自噬启动基因MAP1LC3B、BNIP3和PIK3C3的表达量呈反比,而与自噬抑制基因RUBCN的表达量成正比。 2.蛋白质免疫印迹法的结果表明,在MDA-MB-231细胞中过表达FBP1基因后,FBP1表达量明显升高,LC3-II和Beclin1的表达量明显下降,p62的表达量明显升高。在过表达FBP1基因的MDA-MB-231细胞中加入 CCCP处理后,细胞线粒体膜电位显著降低;透射电镜观察显示,细胞质中残存大量肿胀畸形的线粒体;TOM20的免疫荧光结果显示,大量的线粒体聚集成块,围绕在细胞核周围,TOM20平均荧光强度增高。流式细胞术和蛋白质免疫印迹法的结果表明,过表达FBP1基因能显著增加MDA-MB-231细胞的活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平和凋亡比例,促凋亡蛋白 cleaved-PARP、cleaved-Caspase3和Bax的表达量增高,抗凋亡蛋白Bcl-2的表达量下降。以上结果在敲低FBP1表达的MCF-7细胞反向验证,可得到一致的结论。 3. Co-IP的结果表明,FBP1与HIF-1α存在相互作用;从TCGA乳腺癌数据库中检索到的结果显示,FBP1与HIF-1A基因的表达量呈负相关关系。荧光素酶报告基因实验的结果表明,FBP1可显著抑制缺氧反应元件的转录活性。实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹法的结果均表明,在MDA-MB-231细胞中过表达FBP1基因后,HIF-1α及其下游靶基因BNIP3L/NIX、BNIP3的mRNA和蛋白表达量均明显下调;Co-IP的结果表明,FBP1可促进Bcl-2与BNIP/NIX及BNIP3解离,并与Beclin1结合。以上结果在敲低FBP1表达的MCF-7细胞反向验证,可得到一致的结论。 4.从The Human Protein Atlas和TCGA乳腺癌数据库中检索到的结果均显示,与浸润性小叶癌(infiltrating lobular carcinoma)相比,浸润性导管癌(infiltrating ductal carcinoma)中FBP1的表达量明显降低;从Kaplan-Meier Plotter数据库得到的生存分析结果显示,FBP1低表达组病人的无病生存率(disease-free survival,DFS)和疾病特异性生存率(disease-specific survival,DSS)都FBP1高表达组病人的低,且FBP1的表达量随着肿瘤分期的延后而逐渐降低。 结论: 1. FBP1的表达量和细胞自噬水平呈负相关。 2.过表达FBP1基因可抑制细胞线粒体自噬的发生,使胞内ROS水平升高,进而促进细胞凋亡。 3. FBP1与HIF-1α相互作用,通过抑制HIF-1α/BNIP3信号通路并促进Bcl-2和Beclin1的结合而抑制线粒体自噬。 4. FBP1表达的缺失与乳腺癌的不良预后密切相关。