EphB2促进结肠癌侵袭转移的作用及其机制

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目的:  结肠癌是常见的恶性消化道肿瘤之一,其发病率呈逐年上升趋势。结肠癌的侵袭转移是影响结肠癌治疗的疗效、预后和复发的主要因素。因此,亟待阐明结肠癌侵袭(invasion)转移(migration)新的分子机制,发现新的预测结肠癌侵袭转移和预后的分子标志,并探索有效的靶向干预手段。  Eph家族是目前最大的酪氨酸激酶受体家族,1987年,EphA1首次被克隆成功,其命名来自于获取该基因的细胞来源,亦即促红细胞生成素的肝细胞(erythropoietin-producing hepatocyte,Eph)。Eph家族作为酪氨酸激酶受体,与其细胞表面的配体Ephrin结合,可调节细胞的生长和分化,介导细胞-细胞间接触,以及细胞迁移和聚集。  EphB2可参与肿瘤细胞的迁移和侵袭,神经轴突导向、骨骼重塑、血管发生、胚胎组织的发育等。EphB2在很多肿瘤组织中表达异常,且在人结直肠癌、胃癌、前列腺癌和黑色素瘤中,都具有EphB2基因突变。在人正常结直肠组织中,EphB2和其配体EphrinB2共表达,而在人结直肠癌中,EphB2和EphrinB2的表达明显高于相邻正常黏膜组织。与之相反,也有报道提示EphB2却在人结直肠癌中表达下调。EphB2对结直肠癌肿瘤侵袭转移的生物学效应也存在着分歧:有研究表明,EphB2可通过加速细胞缺氧,或者通过wnt通路调控细胞粘附和迁移,进而抑制结直肠癌的侵袭转移。而也有研究表明,EphB2下调后,会通过E-cadherin抑制结直肠癌肿瘤细胞的迁移和侵袭。  原癌基因Rac1是小GTP酶Rho家族的成员,在细胞黏附、细胞运动及细胞转化中发挥重要功能,Rac1在多种肿瘤中高表达或异常激活,同肿瘤的恶性转化、侵袭转移等过程密切相关。成为GTP活化形式的Rac1,进而激活下游靶蛋白p21活化激酶(p21-activated kinase1,PAK1),活化后的PAK1能够进一步激活下游MAPK(mitogen-activated protein kinase)信号通路(如p38、JNK、ERK这三条通路),进而调节肿瘤细胞的黏附、运动、侵袭和转移。  在乳腺癌细胞中,由EphrinB2激活的EphB4可导致Abl依赖的CrkII磷酸化,抑制Rac1,通过抑制上皮-间质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT),从而抑制细胞迁移和侵袭。但是EphB2能否通过Rac1介导,激活其下游PAK1-MAPK信号轴,以影响结直肠癌侵袭转移的作用则未见报道。  基于上述研究背景,提出以下科学假说:EphB2可与其配体EhprinB2结合,通过Rac1的介导激活PAK1-MAPK(p38、JNK、ERK)的磷酸化,从而促进结肠癌的侵袭转移。  方法:  本课题利用高表达EphB2的LoVo以及SW48细胞系,成功筛选出四株稳定低表达EphB2的LoVo-shEphB2#1、LoVo-shEphB2#2和SW48-shEphB2#1、SW48-shEphB2#2细胞系,利用上述筛选成功的低表达EphB2稳转细胞系,通过细胞划痕实验、Transwell细胞迁移实验以及Transwell细胞侵袭实验,初步观察低表达EphB2对结肠癌肿瘤细胞迁移和侵袭能力的影响。并在体内实验中,观察低表达EphB2对裸鼠结肠癌肺转移的影响。进一步,将成功构建的pENTER-EphB2重组质粒瞬时转染LoVo和SW48结肠癌细胞系,以高表达EphB2,观察高表达EphB2对结肠癌肿瘤细胞迁移能力和侵袭能力的影响。  为进一步明确EphB2影响癌肿瘤细胞侵袭转移的效应,同时阐明信号传导机制,使用上述体外低表达EphB2稳转细胞系和体内低表达EphB2裸鼠结肠癌肺转移模型,以及高表达EphB2瞬转细胞系;并使用EphB2的配体EphrinB2作为激动剂,以及Rac1抑制剂单独或共同作用,在体内外探究EphB2是否通过Rac1介导,并通过其下游分子PAK1-MAPK(p38、JNK、ERK)信号通路影响结肠癌细胞侵袭转移的作用。本课题旨在阐明EphB2促进结直肠癌侵袭转移的作用及其分子机制,为抗肿瘤治疗提供新的干预靶点及策略。  结果:  一.EphB2促进结肠癌的侵袭转移  1.高表达结肠癌细胞系的选择:  通过Western-Blot选取EphB2表达量比较高的结肠癌细胞系,选择LoVo以及SW48细胞系作为本课题的研究对象。  2.低表达EphB2在体外和体内实验中均可抑制结肠癌的侵袭转移  成功筛选出四株低表达EphB2稳转细胞系LoVo-shEphB2#1、LoVo-shEphB2#2以及SW48-shEphB2#1、SW48-shEphB2#2。细胞划痕结果显示:与相应的对照组(LoVo-NC、SW48-NC)相比,划痕后24h及48h,LoVo-shEphB2#1、LoVo-shEphB2#2以及SW48-shEphB2#1、SW48-shEphB2#2稳转细胞迁移距离明显近于对照组。Transwell细胞迁移结果显示:与对照组相比,低表达EphB2的LoVo-shEphB2#1、LoVo-shEphB2#2稳转细胞系迁移细胞数明显减少,差异具有极显著性意义(p<0.01),低表达EphB2的SW48-shEphB2#1、SW48-shEphB2#2稳转细胞系效应与LoVo稳转细胞系相同,差异具有极显著性(p<0.001)。该结果提示,低表达EphB2可抑制结肠癌肿瘤细胞的迁移能力。  Transwell细胞侵袭实验结果显示:与对照组相比,两株低表达EphB2稳转LoVo细胞系和两株低表达EphB2稳转SW48细胞系均可显著抑制结肠癌肿瘤细胞的侵袭能力,具有极显著性差异(p<0.001)。该结果提示,低表达EphB2可抑制结肠癌肿瘤细胞的侵袭能力。  裸鼠肺转移模型结果显示:与Vector组相比,shEphB2#1及shEphB2#2稳转细胞系可减少裸鼠结肠癌肺转移灶的数目,具有显著性差异(p<0.01)。该结果提示低表达EphB2可在体内抑制小鼠结肠癌的肺转移。  3.高表达EphB2可促进结肠癌肿瘤细胞的迁移和侵袭  成功构建pENTER-EphB2高表达重组质粒,使用pENTER-EphB2重组质粒瞬时转染LoVo细胞系和SW48细胞系。细胞划痕实验和Transwell细胞迁移实验结果显示:与Vector相比,pENTER-EphB2重组质粒可促进结肠癌肿瘤细胞的迁移能力,差异具有统计学意义(p<0.05)。Transwell侵袭实验结果显示:与Vector相比,高表达EphB2可促进人结肠癌肿瘤细胞的侵袭能力,差异具有统计学意义(p<0.05)。该结果表明,高表达EphB2可促进人结肠癌细胞系的迁移和侵袭能力。  二.EphB2促进结肠癌侵袭转移的分子机制  1.EphB2通过Rac1促进人结肠癌肿瘤细胞的侵袭转移  2.EphB2通过Rac1激活PAK1-MAPK通路,进而促进结肠癌的侵袭转移  结论:  使用体外低表达EphB2稳转细胞系和体内低表达EphB2裸鼠结肠癌肺转移模型,以及高表达EphB2瞬转细胞系;并使用EphB2的配体EphrinB2以及Rac1抑制剂单独或共同作用,在体内外探究EphB2是否通过Rac1介导,并通过其下游分子PAK1-MAPK(p38、JNK、ERK)信号通路,影响结肠癌细胞侵袭转移的效应及其分子机制。实验结果表明,EphB2可与其配体EhprinB2结合,通过Rac1的介导,激活PAK1-MAPK(p38、JNK、ERK)通路的磷酸化,从而促进结肠癌的侵袭转移。本课题旨在阐明EphB2促进结肠癌侵袭转移的作用及其分子机制,为抗肿瘤治疗提供新的干预靶点及策略。
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