幽门螺杆菌CagA蛋白对胃癌细胞能量代谢的影响

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目的:探究幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)的细胞毒素相关基因A蛋白(Cytotoxin associated gene A,Cag A)对胃癌细胞能量代谢的影响,构建Cag A诱导的胃癌细胞能量代谢网络,从能量代谢角度探讨Cag A促进胃癌发展的分子机制。方法:(1)建立过表达cag A的胃癌细胞模型。构建过表达cag A重组腺病毒载体p Adeno-cag A并鉴定,用腺病毒感染原代胃癌细胞WZK、YHD胃癌细胞,观察细胞的形态变化;用蛋白质免疫印迹(Western blot,WB)和免疫荧光(Immunofluorescence,IF)检测Cag A蛋白的表达及细胞定位。(2)过表达Cag A对细胞糖酵解代谢酶和GLUT1的影响。(1)利用腺病毒感染WZK、YHD原代胃癌细胞,WB检测已糖激酶2(Hexokinase 2,HK2)、烯醇化酶-α(Enolase 1,ENO1)、丙酮酸激酶1/2(Pyruvate kinase 1/2,PKM1/2)、乳酸脱氢酶A(Lactate dehydrogenase A,LDHA)糖酵解代谢酶和葡萄糖转运蛋白1(Glucose transporter 1,GLUT1)的蛋白表达。(2)用Lipofectamine 2000分别将过表达glut1质粒p CDH-glut1和空载质粒转染胃癌细胞,嘌呤霉素筛选,WB、IF验证BGC823/glut1和AGS/glut1稳转细胞株。IF检测GLUT1与Cag A的细胞共定位。(3)过表达Cag A对细胞能量代谢相关指标的影响。腺病毒感染AGS、YHD、BGC-823/glut1和AGS/glut1胃癌细胞,实验分为空白组(Mock)、空载腺病毒组(NC)和Cag A腺病毒组(Cag A)。(1)多功能酶标仪检测细胞ATP、葡萄糖摄取和葡萄糖消耗能力。(2)Seahorse能量代谢仪检测AGS、YHD的ATP速率和线粒体功能。(4)代谢组学研究。(1)相对定量能量代谢组:收集腺病毒感染YHD 72 h的细胞样本,分为NC组和Cag A组,每组5个生物学重复,利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析方法,靶向29个能量代谢物进行相对定量分析。(2)基于13C标记的葡萄糖代谢流分析:用腺病毒感染AGS 30 h后替换成含13C标记的葡萄糖的DMEM高糖培养基,分为NC组和Cag A组,每组5个生物学重复,用LC-MS/MS方法分析含同位素的能量代谢产物。(3)氨基酸绝对定量代谢组学:收集腺病毒感染AGS 48 h的细胞样本,进行细胞计数,分为NC组和Cag A组,每组5个生物学重复,利用气相色谱法–质谱法联用(GC-MS)技术进行靶向20种氨基酸的绝对定量代谢组学分析。(5)过表达Cag A对胃癌细胞DNA损伤的影响。IF检测磷酸化组蛋白(Histone H2AX phosphorylation,γH2AX)表达,流式细胞术检测过表达Cag A的胃癌细胞SGC-7901、AGS、WZK、YHD的细胞周期分布、细胞凋亡。结果:(1)成功构建了cag A重组腺病毒载体,包装的p Adeno-cag A腺病毒感染原代胃癌细胞后,细胞形态发生明显的“蜂鸟状”改变。(2)(1)WB结果显示,与NC组比较,过表达Cag A的WZK、YHD细胞中糖酵解代谢酶HK2、ENO1和GLUT1的表达下调;在YHD细胞中PKM1/2表达上调、LDHA表达下调。差异均有统计学意义(P<0.05)。(2)成功建立过表达glut1的稳转细胞株AGS/glut1和BGC-823/glut1,免疫荧光结果显示Cag A在细胞膜和胞质中均有表达,与Glut1在细胞膜上共定位,引起Glut1的表达降低并形成碎片。(3)(1)p Adeno-cag A腺病毒感染48 h的AGS、YHD细胞中ATP水平、葡萄糖消耗水平、葡萄糖摄取水平均显著增加(P<0.05),BGC-823/glut1和AGS/glut1细胞中ATP水平也显著增加(P<0.05)。(2)ATP速率结果显示,与NC组比较,过表达Cag A组细胞中糖酵解ATP生成速率增加、原代细胞YHD中线粒体ATP生成速率降低(P<0.05)。线粒体功能检测显示,过表达Cag A的YHD细胞中线粒体基础呼吸(Basal respiration)、呼吸储备能力(Spare respiratory capacity)及ATP生成均显著下降(P<0.0001),AGS细胞中线粒体ATP生成降低(P<0.05)。(4)靶向能量代谢组及代谢流分析结果均显示大多数三羧酸循环代谢产物显著降低,糖酵解中部分代谢物水平上调或不变;氨基酸绝对定量代谢组学中,20种氨基酸显著上调。(5)IF显示p Adeno-cag A腺病毒感染的AGS、YHD细胞γH2AX的表达增强。与NC组比较,SGC-7901、AGS、YHD、WZK细胞G2/M期细胞百分比及凋亡细胞百分数显著增加(P<0.05)。结论:(1)过表达Cag A下调胃癌细胞中糖酵解代谢酶HK2、ENO1和GLUT1的表达。(2)H.pylori-Cag A主要靶向线粒体,引起线粒体的能量代谢障碍,降低线粒体的储备能力,使有氧氧化的产能降低,糖酵解代谢和氨基酸代谢增加,诱导细胞代谢重塑。(3)Cag A具有基因毒性,能诱导细胞DNA双链断裂,促进细胞凋亡,可能与胃癌组织中基因不稳定有关。
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