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膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤,居我国泌尿生殖系肿瘤发病率的第一位。其发病率随年龄增长而增加,且男性膀胱癌发病率为女性的3~4倍[1]。而研究膀胱癌肿瘤浸润和转移的机制可能有助于确定膀胱癌治疗的潜在分子靶点。
肿瘤微环境是影响肿瘤进展和转移的主要因素。巨噬细胞是免疫相关基质细胞中重要的细胞之一,且系沟通天然免疫和适应性免疫的枢纽,在临床和实验研究中已经证实巨噬细胞能够促进肿瘤的发生和发展[2-3]。因此,肿瘤微环境中的巨噬细胞可以作为治疗干预的潜在靶标。
外泌体是肿瘤细胞与巨噬细胞之间相互作用的重要介导者[4]。外泌体是由多种类型细胞产生的微泡,其源自吞多泡体与质膜的融合。当它们释放到细胞外环境中时,外泌体可以与受体细胞结合并转移细胞细胞表面的分子。研究已经报道了多种生物分子,如脂质、蛋白质和核酸(包括mRNA、microRNA和DNA等)都存在于外泌体中,并且能够调节受体细胞的生物活性[5]。
肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子(tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis, TWEAK)是TNF超家族成员之一[6]。它是一种多功能细胞因子,能够与其同源受体成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白14(fibroblast growth factor induces early reactive protein 14, Fn-14)结合,并影响许多类型癌细胞的生物学性质[6]。这表明TWEAK在调节免疫应答中起着重要作用,并且可能调控肿瘤浸润巨噬细胞的抗肿瘤效应[6-7]。
为探讨TWEAK在膀胱癌中的生物学功能,在本研究中,我们利用ATCC 5637膀胱癌细胞系检测源自肿瘤相关组织巨噬细胞(TMs)的外泌体对其发挥调节作用。现作报道。
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人膀胱癌细胞系ATCC 5637和单核细胞系THP-1购自于武汉大学细胞典藏中心(武汉,中国)。细胞在含有10% 胎牛血清(Fetal Bovine Serum, FBS)(Gibco公司,澳大利亚)和青霉素/链霉素(1∶100,Sigma公司,美国)的RPMI-1640培养基(Cyclone,GE Healthcare,美国)中进行培养,细胞置于5%CO2、37 ℃潮湿温箱中。为了诱导分化成巨噬细胞,用100 ng/mL佛波酯(Phobo ester, PMA)(Sigma公司)处理THP-1细胞(4×105),并孵育24 h。分化后,用PBS洗涤细胞3次。
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使用总外泌体分离试剂(Invitrogen公司,美国)从细胞培养基中提取外泌体。THP-1细胞在不含胎牛血清的培养基中进行培养。24 h后收集细胞培养基,10 000 g离心30 min除去细胞碎片。将总外泌体分离试剂加入到无细胞培养基中,然后在4 ℃条件下孵育16 h。4 ℃条件下10 000 g离心1 h收集外泌体,然后用500 μL PBS重悬,并用Bicinchoninic Acid Assay蛋白测定法(赛默飞公司, 美国)进行定量。同时使用透射电子显微镜(Tecnai G2 Spirit, 赛默飞公司,美国)捕获外泌体图像;使用马尔文激光粒度仪(M-ZNano ZS, 马尔文公司,英国)来测定外泌体的粒径和分布。
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使用PKH67绿色荧光细胞标记试剂盒(Sigma公司)标记来自TWEAK刺激的巨噬细胞的上清液中分离的外泌体。标记的外泌体与ATCC 5637细胞共培养24 h,随后洗脱。使用Leica TCS SP5 Ⅱ激光扫描共焦显微镜来观察受体ATCC 5637细胞对标记的外泌体的摄取。
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使用miRNA标记试剂和杂交试剂盒(Agilent Technologies公司,美国)及人miRNA微阵列试剂盒(Agilent公司,美国)对未刺激或TWEAK刺激的TMs源性的外泌体进行微阵列检测。每个样本100 ng总RNA先进行磷酸化处理,然后用Cyanine 3-pCp标记。使用Micro Bio-spin柱(Bio-Rad)纯化标记的RNA,随后在58 ℃下与人miRNA微阵列载玻片杂交20 h。后使用洗涤缓冲液洗涤,并使用Agilent微阵列扫描仪扫描。使用安捷伦的特征提取软件获得原始杂交强度,并检测总共1 852个miRNAs。其中TWEAK刺激的巨噬细胞源性的外泌体miRNA显著升高的列出。
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使用miRNeasy Mini试剂盒(Qiagen公司,美国)来分离和富集外泌体中的RNA,并使用TRIzol法提取外泌体(100 mg/mL)处理24 h后的卵巢癌细胞中的总RNA。用特异性RT引物逆转录成熟的miRNA-17-3p,设计miRNA-17-3p引物, F: 5′-TGC GTT GAC GTC ACT CCC G-3′; R: 5′-GTG CAG GGT CCG AGG T-3′[8]。人snRNA RNU6B(U6)用于miRNA表达的数据标准化(U6引物, F: 5′-CTC GCT TCG GCA GCA CA-3′, R: 5′-ACG CTT CAC GAA TTT GCG T-3′)[8]。使用2-△△CT方法分析数据。
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人micrOFF antagomiR-17-3p序列(3′-CUA CAA GUG CCU UCA CUG CAG U-5′)antagomiR和micrOFF antagomiR-NC序列(5′-UUU GUA CUA CAC AAA AGU ACU G-3′)阴性对照购自上海生工(上海,中国)。根据厂家说明书,直接将人hsa-miR-7-5p antagomiR或阴性对照以200 nmol/L的浓度转染到THP-1巨噬细胞。
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从巨噬细胞源性外泌体(100 μg/mL)处理的ATCC 5637细胞中分离总蛋白。用于免疫印迹分析的抗体包括:EGFR兔单抗(碧云天公司, 中国),磷酸化(Ser473/Thr308)AKT兔单抗mAb(碧云天公司, 中国),Akt 1/2兔单抗(碧云天公司, 中国),磷酸化p44/42 MAPK(Thr202/Tyr204) 兔单抗,p44/42 MAPK兔单抗(Santa Cruz公司, 美国),GAPDH兔单抗(碧云天公司, 中国), 羊抗兔IgG单抗(Abcam公司, 美国)。兔单抗为一抗(1∶5 000稀释),37 ℃孵育1 h,PBST洗涤3次;羊抗兔IgG单抗为二抗(1∶8 000稀释),37 ℃孵育1 h,PBST洗涤5次;加入ECL置于仪器中曝光显影。
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细胞迁移检测:传代培养的ATCC 5637细胞2×106/mL重悬于无血清RPMI-1640培养基中,铺于Trans-well聚碳酸酯膜嵌套(康宁公司,美国)上层,将TWEAK刺激后的TMs及对照组置于Trans-well下层。37 ℃ 5%CO2培养24 h后,除去残留在膜上表面的细胞,用显微镜放大200倍计数,平均每个视野的细胞数,每组3个重复试验。
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采用t(或t′)检验、方差分析和q检验。
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5637细胞内化PMA诱导THP-1单核细胞24 h后,圆形浮动的THP-1细胞变成了贴壁的扁平细胞(见图 1A)。巨噬细胞的两个公认的标志物,CD36和CD71的表达显著性增加(见图 1B);行马尔文纳米颗粒分析仪观察,其外泌体直径主要分布在92 nm左右(见图 2A和图 2B)。且激光共聚焦显微镜观察,其能够被ATCC 5637细胞内化(见图 3)。
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经miRNAs芯片检测,TWEAK处理TMs产生的外泌体中差异表达1 852种miRNAs,其中9种显著高表达miRNAs被罗列(见表 1);在获得TWEAK处理TMs产生的外泌体、GW4869预处理的TMs以及接受外泌体的受体细胞ATCC5637中,发现TWEAK处理后TMs及外泌体中miRNA-17-3P水平均高于未处理组,差异均有统计学意义(P < 0.05~P < 0.01);而受体细胞同样在接受TWEAK处理组的外泌体后,miRNA-17-3P水平均高于未处理组,差异均有统计学意义(P < 0.01)(见表 2)。
miRNAs 倍数(x±s) t P miR-17-3p 9.35±1.85 — — miR-1539 5.90±0.60 3.07 < 0.05* miR-148a-3p 5.15±0.25 3.89 < 0.05* miR-625-5p 4.71±0.12 4.37 < 0.05* miR-4773 3.93±0.20 5.09 < 0.01* miR-140-5p 3.44±0.52 5.37 < 0.01* miR-181b-5p 2.65±0.45 6.09 < 0.01* miR-296-5p 2.55±0.28 6.30 < 0.01* miR-23a-5p 2.10±0.17 6.77 < 0.01* *示与miR-17-3p水平的比较 表 1 TWEAK诱导TMs产生的外泌体中高表达的部分miRNAs(n=3)
胞体 Tweak处理 倍数(x±s) t′ P 巨噬细胞 -
+1.55±0.25
6.01 ±1.206.28* < 0.01 巨噬细胞外泌体 -
+1.55±0.34
9.15 ±2.756.69 < 0.01 ATCC 5637细胞 -
+1.85±0.25
5.55 ±0.758.10 < 0.01 表 2 TWEAK诱导前后不同胞体内miRNA-17-3p水平的比较(n=3)
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通过Transwells实验验证,细胞数,未处理组高于PBS处理组,PBS处理组高于TWEAK处理组,差异均有统计学意义(P < 0.01),说明TWEAK诱导的TMs能够通过外泌体抑制ATCC5637细胞的转移(见表 3);而GW4869预处理能够抑制TWEAK激发巨噬细胞外泌体的释放;TWEAK预处理后的DMSO组和PBS组比较,2组ATCC5637细胞转移数目差异无统计学意义(P>0.05)(见表 4)。
分组 n 细胞数(x±s) PBS处理组 3 276.66±22.546 未处理组 3 297.00±12.12** TWEAK处理组 3 151.00±9.53**△△ F — 75.41 P — < 0.01 MS组内 — 248.769 q检验:与PBS处理组比较**P < 0.01;与未处理组比较△△P < 0.01 表 3 不同处理组巨噬细胞产生的外泌体对ATCC 5637细胞转移的影响
分组 n 细胞数(x±s) DMSO预处理巨噬细胞+PBS处理组 3 266.66±22.54 GW4869预处理巨噬细胞+TWEAK处理组 3 258.33±10.40 DMSO预处理巨噬细胞+ TWEAK处理组 3 154.33±14.01**△△ TWEAK预处理巨噬细胞+PBS处理组 3 151.66±17.55**△△ F — 42.91 P — < 0.01 MS组内 — 280.314 q检验:与DMSO预处理巨噬细胞+PBS处理组比较**P < 0.01;与GW4869预处理巨噬细胞+TWEAK处理组比较△△P < 0.01 表 4 TWEAK诱导的巨噬细胞产生的外泌体对ATCC 5637细胞转移的影响
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本研究分别使用不同处理的巨噬细胞(未处理组、TWEAK处理TMs组、TWEAK处理转染antagomiR-17-3p的TMs组及TWEAK处理转染antagomiR-NC的TMs组)分泌的外泌体与ATCC 5637细胞一起孵育,并且通过qRT-PCR和Transwell实验验证了通过干扰TMs中miRNA-17-3p的表达水平,从而影响受体细胞ATCC 5637中miRNA-17-3p的摄入水平(见表 5),进而影响ATCC 5637细胞转移(见表 6);通过Western blotting检测ATCC 5637细胞中EGFR、磷酸化AKT和ERK1/2的表达。结果表明,TWEAK刺激的巨噬细胞源性的外泌体在ATCC 5637细胞中均能抑制EGFR的表达,并抑制AKT和ERK1/2的磷酸化,但不影响总AKT和ERK1/2的表达(见图 4)。
分组 n 倍数(x±s) 未处理组 3 1.85±0.25 TWEAK处理组 3 6.00±1.00** TWEAK+antagomiR-17-3p处理组 3 1.90±0.40△△ TWEAK+antagomiR-NC处理组 3 6.35±1.05**## F — 31.92 P — < 0.01 MS组内 — 0.581 q检验:与未处理组比较**P < 0.01;与TWEAK处理组比较△△P < 0.01;与TWEAK+antagomiR-17-3p处理组比较##P < 0.01 表 5 不同处理组巨噬细胞外泌体作用于ATCC 5637细胞对其miRNA-17-3p的表达的影响
分组 n 细胞数(x±s) 未处理组 3 258.33±40.41 TWEAK处理组 3 136.66±16.07** TWEAK+antagomiR-17-3p处理组 3 253.66±49.60△△ TWEAK+antagomiR-NC处理组 3 146.66±15.27**## F — 11.46 P — < 0.01 MS组内 — 1 146.137 q检验:与未处理组比较**P < 0.01;与TWEAK处理组比较△△P < 0.01;与TWEAK+antagomiR-17-3p处理组比较##P < 0.01 表 6 不同处理组巨噬细胞外泌体作用于ATCC 5637细胞对其转移的影响
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TWEAK在免疫反应调节中起重要作用,并调控肿瘤浸润性巨噬细胞的抗肿瘤作用[7, 9],但其机制仍未清楚。本研究表明TMs衍生的外泌体可以通过将外泌体miR-17-3p转移到ATCC 5637细胞中而在体内外抑制膀胱癌的转移。
近年来研究表明,外泌体是肿瘤细胞与周围环境之间相互作用的重要介质之一。肿瘤细胞来源的外泌体能有效地破坏紧密连接和血管内皮屏障的完整性以促进肿瘤转移[10]。肿瘤细胞来源的外泌体可以被递送至巨噬细胞,激活巨噬细胞成为具有SCOS3/STAT3途径参与的肿瘤相关巨噬细胞样表型[11]。然而,关于巨噬细胞源性的外泌体转移到肿瘤细胞对其影响的报道较少。本研究首先通过PMA诱导THP-1细胞转化为巨噬细胞,其表面标记物CD36和CD71的表达显著性增加。且证实了TMs源性外泌体的一种新功能,它能减弱ATCC 5637细胞的迁移。以GW4869消除条件培养基中巨噬细胞源性外泌体会导致TWEAK对ATCC 5637细胞的转移几乎没有影响,表明TWEAK主要通过巨噬细胞源性外泌体转移来减弱ATCC 5637细胞的转移。
miRNAs被证实包含在外泌体中,并可以在细胞之间转移[12]。外泌体miRNA调节基因表达和相对稳定的特性。很多研究已经确定miR-17-3p(肿瘤抑制性miRNA)在许多癌症的迁移、侵袭和生长中起着重要作用,如乳腺癌[13]、前列腺癌[14]和多发性骨髓瘤[15]。膀胱癌细胞表达高水平的EGFR,活化的EGFR在细胞迁移和转移中起重要作用[16-17]。因此,抑制EGFR是治疗癌症的一种潜在方法[18]。在本研究中,我们确定TWEAK增加了巨噬细胞源性外泌体和受体ATCC 5637细胞中miR-17-3p的水平,从而降低EGFR/AKT/ERK1/2途径的活性,并最终抑制膀胱癌细胞的转移。我们还发现,在TMs中转染antagomiR-17-3p降低了分泌的外泌体和受体ATCC 5637细胞中miR-17-3p的水平,并使迁移和侵袭增强,这说明从TMs转移的外泌体可以调节ATCC 5637细胞的转移。我们研究揭示了miR-17-3p通过外泌体介导而抑制ATCC 5637细胞转移的新方法。
综上所述,本研究首次证实了TMs能够通过外泌体将miR-17-3p转移到ATCC 5637细胞,并抑制EGFR/AKT/ERK1/2通路,最终导致体内外肿瘤的转移和侵袭受到抑制。此外,我们初步探索了外泌体miR-17-3p作为体内治疗的靶点。
TWEAK诱导巨噬细胞源性外泌体miRNA抑制膀胱癌转移的研究
TWEAK-stimulated macrophages inhibit metastasis of bladder cancer via exosomal microRNAs
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摘要:
目的研究肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子(tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis,TWEAK)诱导的肿瘤相关巨噬细胞(TMs)源性的外泌体对膀胱癌细胞的转移影响。 方法使用TWEAK刺激THP-1诱导分化的TMs,检测其外泌体的特征。并使用miRNAs芯片检测TWEAK诱导的TMs中miRNAs的水平变化;随后通过激光共聚焦显微镜观察外泌体被膀胱癌ATCC 5637细胞系内化以及内化后ATCC 5637细胞中miRNAs的水平;同时检测外泌体处理对细胞的侵袭功能的影响以及活化的信号通路。 结果TWEAK不仅增加巨噬细胞及其分泌的外泌体中miRNA-17-3p的水平,而且还导致受体ATCC 5637细胞中miRNA-17-3p的水平升高,这最终降低了表皮生长因子受体(epidermal growth factor recepto,EGFR)/苏氨酸激酶(threonine kinase,AKT)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK1)1/2途径的活性。在TMs中预先转染antagomiR-17-3p显著性降低了巨噬细胞、巨噬细胞分泌的外泌体和受体ATCC 5637细胞中miR-17-3p的水平,并伴随着ATCC 5637的转移增强,表明TMs源性的外泌体miR-17-3p参与了ATCC 5637细胞转移的调节,且通过抑制EGFR/AKT/ERK1/2途径得以实现。 结论TWEAK通过TMs将外泌体miRNAs转移到膀胱癌细胞中来抑制EGFR/AKT/ERK1/2途径,从而导致膀胱癌细胞的转移受到抑制。 -
关键词:
- 膀胱肿瘤 /
- 肿瘤坏死因子样弱凋亡诱导因子 /
- 巨噬细胞 /
- 外泌体 /
- 微小RNA-17-3p /
- 转移
Abstract:ObjectiveTo explore the effect of exosomal-miRNAs from tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis(TWEAK)-stimulated macrophages(TMs) on the metastasis of bladder cancer cells. MethodsThe characteristics of exosomes derived from TWEAK-stimulated TMs, THP-1 induced differentiation were observed.Through the miRNAs microarray analysis, the expressions of miRNAs in exosomes derived from TMs treated with or without TWEAK were detected.The internalization of bladder cancer ATCC5637 cells and miRNAs after the internalization were detected by the laser scanning confocal microscope.The effect of exosome from TWEAK-stimulated TMs on metastasis and signal-pathway in ATCC5637 cells were detected. ResultsTWEAK not only increased the levels of miR-17-3p in TMs and the secreted exosomes, but also resulted in an elevated levels of miR-17-3p in recipient ATCC 5637 cells, which eventually reduced the activity of the EGFR/AKT/ERK 1/2 pathway.Pre-transfection of antagomiR-17-3p in TMs substantially decreased the levels of miR-17-3p in macrophages, its secreted exosomes and the recipient ATCC 5637 cells with a concomitant enhancement of ATCC 5637metastasis, suggesting an involvement of exosomal miR-17-3p from TMs in modulating the metastasis of ATCC 5637cells.And miR-17-3p inhibited the metastasis of bladder cancer cells via the EGFR/AKT/ERK 1/2 pathway. ConclusionsTWEAK transfers exosomal miRNAs to bladder cancer cells via TMs to inhibit the EGFR/AKT/ERK 1/2 pathway, resulting in the inhibition of metastasis in bladder cancer cells. -
表 1 TWEAK诱导TMs产生的外泌体中高表达的部分miRNAs(n=3)
miRNAs 倍数(x±s) t P miR-17-3p 9.35±1.85 — — miR-1539 5.90±0.60 3.07 < 0.05* miR-148a-3p 5.15±0.25 3.89 < 0.05* miR-625-5p 4.71±0.12 4.37 < 0.05* miR-4773 3.93±0.20 5.09 < 0.01* miR-140-5p 3.44±0.52 5.37 < 0.01* miR-181b-5p 2.65±0.45 6.09 < 0.01* miR-296-5p 2.55±0.28 6.30 < 0.01* miR-23a-5p 2.10±0.17 6.77 < 0.01* *示与miR-17-3p水平的比较 表 2 TWEAK诱导前后不同胞体内miRNA-17-3p水平的比较(n=3)
胞体 Tweak处理 倍数(x±s) t′ P 巨噬细胞 -
+1.55±0.25
6.01 ±1.206.28* < 0.01 巨噬细胞外泌体 -
+1.55±0.34
9.15 ±2.756.69 < 0.01 ATCC 5637细胞 -
+1.85±0.25
5.55 ±0.758.10 < 0.01 表 3 不同处理组巨噬细胞产生的外泌体对ATCC 5637细胞转移的影响
分组 n 细胞数(x±s) PBS处理组 3 276.66±22.546 未处理组 3 297.00±12.12** TWEAK处理组 3 151.00±9.53**△△ F — 75.41 P — < 0.01 MS组内 — 248.769 q检验:与PBS处理组比较**P < 0.01;与未处理组比较△△P < 0.01 表 4 TWEAK诱导的巨噬细胞产生的外泌体对ATCC 5637细胞转移的影响
分组 n 细胞数(x±s) DMSO预处理巨噬细胞+PBS处理组 3 266.66±22.54 GW4869预处理巨噬细胞+TWEAK处理组 3 258.33±10.40 DMSO预处理巨噬细胞+ TWEAK处理组 3 154.33±14.01**△△ TWEAK预处理巨噬细胞+PBS处理组 3 151.66±17.55**△△ F — 42.91 P — < 0.01 MS组内 — 280.314 q检验:与DMSO预处理巨噬细胞+PBS处理组比较**P < 0.01;与GW4869预处理巨噬细胞+TWEAK处理组比较△△P < 0.01 表 5 不同处理组巨噬细胞外泌体作用于ATCC 5637细胞对其miRNA-17-3p的表达的影响
分组 n 倍数(x±s) 未处理组 3 1.85±0.25 TWEAK处理组 3 6.00±1.00** TWEAK+antagomiR-17-3p处理组 3 1.90±0.40△△ TWEAK+antagomiR-NC处理组 3 6.35±1.05**## F — 31.92 P — < 0.01 MS组内 — 0.581 q检验:与未处理组比较**P < 0.01;与TWEAK处理组比较△△P < 0.01;与TWEAK+antagomiR-17-3p处理组比较##P < 0.01 表 6 不同处理组巨噬细胞外泌体作用于ATCC 5637细胞对其转移的影响
分组 n 细胞数(x±s) 未处理组 3 258.33±40.41 TWEAK处理组 3 136.66±16.07** TWEAK+antagomiR-17-3p处理组 3 253.66±49.60△△ TWEAK+antagomiR-NC处理组 3 146.66±15.27**## F — 11.46 P — < 0.01 MS组内 — 1 146.137 q检验:与未处理组比较**P < 0.01;与TWEAK处理组比较△△P < 0.01;与TWEAK+antagomiR-17-3p处理组比较##P < 0.01 -
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