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5-氮杂-2’-脱氧胞苷对HepG2中SLIT2甲基化和细胞恶性表型影响的实验研究

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302 肝胆外科杂志2011年8月第19卷第4期Journal ofHepatobiliary Surgery,Vol,19,No.4,Aug.2011 5-氮杂-2 -脱氧胞苷对HepG2中SLIT2甲基化和 细胞恶性表型影响的实验研究 戴欣 ,耿小平 ,李晓明 ,朱立新 ,赵红川 ,刘付宝 ,王国斌 ,赵义军 ,黄帆 【摘要】 目的评估5一氮杂一2 一脱氧胞苷(5-aza一2dc)对人肝癌细胞系HepG2中抑癌基因SLIT2甲基化状态和细胞增殖、 迁移、侵袭和凋亡的影响,探讨SLIT2基因在肝癌中的作用及5-aza一2dc的体外抑制肝癌的效应。方法殖、迁移、侵袭、凋亡的变化。结果实验分为对照组和加 药组,分别应用MSP、MTr、划痕实验、侵袭实验、Annexin V—FITC/PI双染实验检测细胞中SLIT2基因的甲基化状态和细胞的增 5-aza一2de处理后,HepG2细胞株中SLIT2基因甲基化程度得到一定程度逆转,并呈现出剂 量依赖性;划痕实验48 h后,对照组肝癌细胞明显向划痕的迁移,而药物处理组肝癌细胞迁移受到抑制;侵袭实验24 h 后,加药组细胞的侵袭能力较对照组降低(P<0.05);Annexin V.FITC/PI双染实验显示加药组细胞凋亡率显著增加(P<0. 01)。结论5-aza一2dc对HepG2细胞有抑制细胞增殖、促进凋亡及抑制细胞迁移和侵袭能力等作用,其中对抑制细胞迁移和 侵袭的作用可能是通过逆转SILT2基因甲基化、恢复其表达来实现的。 【关键词】癌,肝细胞;5一氮杂-2 一脱氧胞苷;SLIT2基因;甲基化;侵袭;凋亡 【中图分类号】R 735.7 【文献标识码】A 【文章编号】1006-4761(2011)04-0302-04 EFFECTS OF 5-AZA-2DC ON SLIT2 GENE ME I’HYLA’I’l0 Srl’A I’US AND MALIGNANT PHENOTYPE ON HEPA IlU- MA HEPG2 CELLS(DAI Xin ,GENG Xiao-ping ,LI Xiao—ming ,et a1. J.Department fGeoneral surgery,The First Aflifliated Hospital,Anhui Medical University,Hefei 230022;2.Department of Anatomical and Cellular Pathology,The Chinese University of Hong ,Hong 凡g 999077) 【Abstract】Objactive To evaluate 5-aza-2dc s effect on SLIT2 gene methylation status and cell growth,migration,invasion and apoptosis on hepatoma cell line HepG2,explore the possible effect of SLIT2 gene in hepatocarcinoma and the depression effect of 5-aza-2dc on hepatocarcinoma in vitro.Methods Two groups were designed in this experiment:control and drug treatment group. The changes of 5-aza一2dc on SLIT2 gene methylation status and the proliferation,miratgion,invasion and apoptosis of HepG2 cells was detected by MSP,MqT,wound healing assay,cell miratgion assay and Annexin V—FITC/PI assay,respectively.Results After trea- ted with 5-aza-2dc.the methylation status of SLIT2 gene had been reversed to some extent and showed a dose—dependent:After 48 h in wound healing assay,the control group of HCC cells moved to the center of the scratch,and drug treatment group was inhibited;After 24 h in cell migration assay,drug treatment group of HCC cells invasive ability was inhibited comparing with control group(P< 0.05);In Annexin V—FITC/PI assay,the cell apoptosis rates of the drug treatment group showed a significant increase comparing with control roup(P<0.01).Conclgusion 5-aza一2dc can inhibit the proliferation,promote the apoptosis and inhibit the mirgation and invasion of HepG2 cells in vitro,moreover,the inhibition of cell migration and invasion may be accomplished by reversed the methyla— tion and restored the expression of SLIT2 gene. 【key words】carcinoma,hepatocellular;5-aza-2'-deoxycytidine;SLIT2 gene;Methylation;invasion;apoptosis 肝细胞癌(HCC)是我国最常见的恶性肿瘤之一,其发生 发展是一个多步骤、多阶段相互作用的级联结果,涉及到多 在肝癌发生中起重要作用 J。以5一氮杂-2 一脱氧胞苷(5一 aza.2dc)为代表的DNA甲基转移酶抑制剂能通过去甲基化 作用使异常甲基化失活的抑癌基因重新表达并恢复抑癌功 能。本研究拟检测DNA甲基转移酶抑制剂5-aza一2de对人 肝癌细胞株HepG2中SLIT2甲基化状态的影响和对肝癌细 胞株体外增殖、迁移、侵袭和凋亡的变化,探讨SLIT2基因在 肝癌中的作用,并为临床探索肝癌药物治疗新途径提供理论 基础。 种基因的异常改变,其中抑癌基因的异常甲基化失活被视为 HCC发生的原因之一 。神经迁移蛋白SLIT是SLIT-ROBO 信号通路的组成部分,是神经系统发育过程中神经元轴 突定向生长的关键基因,其亚型SLIT2在非神经组织中也有 表达 J。本课题组前期研究发现SLIT2在肝癌细胞系 HepG2中呈完全甲基化状态,提示该基因异常高甲基化失活 【基金项目】安徽省卫生厅医学科研重点课题(编号2010A009) 【作者单位】1.安徽医科大学第一附属医院普外科,合肥230022 2.中文大学医学院病理解剖及细胞学系 1材料与方法 1.1 实验试剂和仪器 5-aza一2dc(sigma公司),DNA提取试剂盒(Qiagen公 司),DNA修饰试剂盒(Gepigentek公司),Transwell小室 肝胆外科杂志2011年8月第19卷第4期Journal ofHepatobiliary Surgery,Vol,19,No.4,Aug.2011 303 (Coming公司),Metrigel基质胶(BD公司),Annexin V-FITC 细胞凋亡检测试剂盒(Beyotmie公司),SLIT2基因甲基化及 镜下拍照。 1.6 Transwell侵袭小室实验检测HepG2细胞的体外侵袭 力 非甲基化引物(上海生工),C02培养箱(Heras 150,Germa— ny),倒置相差显微镜(0 lympus公司),Eppendorf 5417R台 式高速冷冻离心机(Eppendorf,Germany),PCR仪(Biometra Transwell小室基底膜包被Matrigel基质胶,37 ̄C过夜。 实验组HepG2细胞予10txmol/L的5-aza-2dc作用24h,分别 以1.0×105个/孔将实验组和对照组细胞接种于Transwell 小室上室内,并加入含0.1%BSA的无血清培养液至2001A, 下室内加入7501xL含10%胎牛血清培养液,37℃培养箱孵 Tgrandient,Germany),凝胶成像系统(Tanon GIS-2010,Chi— lqa),酶标仪(ELX一800,BioTek公司),流式细胞仪(Epics XL—MCL,Couher公司)。 1.2细胞培养及传代 育24h,棉签擦净小室底部微孔滤膜上层的细胞,结晶紫染 色20min,10×20倍倒置显微镜下随机计数5个视野的细胞 人肝癌细胞株HepG2由中文大学医学院病理解剖 及细胞学系惠赠,细胞在含10%胎牛血清的完全型高糖 DMEM培养液中,于37 ̄C、5%CO 的恒温培养箱内培养,4— 5 13消化传代1次。实验细胞处于对数生长期,活细胞数达 95%一100%。 1.3甲基化特异性PCR检测SLIT2甲基化 按基因组DNA提试剂盒的操作步骤提取5-aza-2dc处 理前及浓度5 i ̄mol/L、10 ̄mol/L的5-aza.2dc处理72 h后 HepG2细胞中的DNA,按DNA修饰试剂盒步骤修饰DNA后 进行PCR扩增,扩增条件为95 ̄(2 10 min,95 ̄C 1 min,68 ̄C 1 min,72 ̄C1 min,共45个循环,72 ̄C10 min,4 ̄C停止。用等量 灭菌双蒸水代替模板DNA作阴性对照,以提取的人正常肝 脏组织(肝移植供肝组织)DNA为模板作阳性对照。SLIT2 引物序列为:甲基化上游引物为:5 -cGG 兀TAGGrI'I’GcG- GCGGAGTCGAGGGC-3 ,甲基化下游引物为:5 一 CGCGAAAACCCAACGAACCCGTAACAAAACGCG--3,扩增产 物长度160 bp;非甲基化上游引物为:5 一TGGTITAGGTI'GT— GGTGGAGTrGAGGGT一3,非甲基化下游引物为:5 CA— CAAAAACCCAACAAACCCATAACAAAACACA一3 ,扩增产物 长度160 bp。PCR产物经3%琼脂糖凝胶电泳后在凝胶成 像系统下拍照分析。 1.4 M1Tr法检测HepG2细胞的增殖率 取对数生长期的HepG2细胞,以5×103个/孔接种于 96孔培养板,实验设空白对照组、细胞对照组、溶剂对照组 和实验组,每组设4个复孔。细胞贴壁后,实验组中加入不 同浓度5-aza-2dc,使其终浓度分别为1 ̄mol/L、2.5txmol/L、 5 ̄tmol/L、7.5IxmolfL、101 ̄molfL、15 ̄mol/L、201 ̄mol/L,分别 培养24h、48h、72h,各孔加入5mg/ml M1Tr 201xL,继续培养 4h,在酶标仪630nm波长下检测各孔的吸光度值(A630 值)。各组实验重复3次,按下列公式计算细胞增殖抑制率: 增殖抑制率=(细胞对照组A630值一实验组A630值)/对 照组A630值×100%。 1.5划痕损伤实验检测HepG2细胞的体外迁移力 取对数生长期的HepG2细胞,以1×105个/孔接种于6 孔培养板培养,待细胞生长面积达90%时,用2001 ̄L头于 培养板底细胞生长面作划痕,形成宽度约为5001xm的无细 胞划痕区,PBS洗除游离细胞,无血清培养液继续培养,细胞 对照孔不加药物,实验孔加入5-aza-2dc使其终浓度为 101 ̄mol/L。按Oh、12h、24h时间间隔于10×10倍倒置显微 个数,实验重复4次,SPSS17.0统计分析两组细胞个数间的 差异。 1.7 Annexin V.F1TC/PI双染法检测HepG2细胞凋亡 实验组加入5-aza一2dc使其终浓度为lOtzmol/L作用72h 后,收集1—5×10 个5-aza一2de细胞,加入500 trl结合缓冲 液悬浮细胞,加入51xl Annexin V—FITC混匀后室温避光反应 15min,再加入51xL PI混匀,1 h内进行流式细胞仪检测,重 复4次。检测结果的判定:荧光染色中正常细胞Annexin V— FITC(一)、PI(一);早期凋亡细胞Annexin V—FITC(+)、PI (一);晚期凋亡细胞Annexin V—FITC(+)、PI(+);死亡细 胞Annexin V—FITC(一)、PI(+)。 1.8统计学分析 所有数据采用SPSS17.0进行统计学分析,组问均数比 较采用t检验,样本问率比较采用x 检验,结果中定量数据 用 ±s表示,P<0.05为差异有显著性。 2结果 2.1 5-aza-2dc对HepG2细胞SLIT2甲基化状态的影响 MSP检测结果如图1所示:5-aza一2de处理组细胞呈完全 甲基化状态,经过5Ixmol/L、lO ̄mol/L的5-aza一2dc作用,未 甲基化的条带明显增强。说明HepG2细胞SLIT2基因启动 子存在异常甲基化,而在经过5-aza-2dc去甲基化处理后,该 基因甲基化得到了一定程度的逆转,并且去甲基化的程度与 用药的剂量呈正相关。 塑些翌墨 !! ! 竺!! 里丝翌璺 生翌璺 Mark M U M U M U M U M U 200bp 150bp 100bp 50 bp 图1 5-aza-2dc对HepG2细胞SLIT2甲基化状态的影响 U;非甲基化产物;M;甲基化产物 2.2 5-aza-2dc对HepG2细胞增殖的影响 MTT比色法的结果见表1,经方差分析同一时间的不同 5-aza-2dc药物浓度组之间的细胞增殖抑制率差异有显著性 (尸<0.05);同一5-aza-2dc药物浓度的不同作用时间组之 间的细胞增殖抑制率差异亦有显著性(P<0.05),说明在 一定范围内随着剂量的增高和作用时间的延长,对HepG2 细胞增殖的抑制作用均增强。但观察各项抑制率均未达到 5O% 304 肝胆外科杂志2011年8月第19卷第4期Journal ofHepatobiliary Surgery,Vol,19,No.4,Aug.2011 2.3 5-aza一2dc对HepG2细胞迁移的影响 划痕实验后连续观察了48 h,两组细胞均出现向划痕中 】 央迁移的趋势,但实验组细胞迁移的效率明显弱于对照组细 胞,如图2所示,说明5-aza一2dc处理后,HepG2细胞的迁移能 ∥ ’  。力受到一定程度抑制。 0h 一一 48 h 一一 对照组 药物组 图2 5-aza-2dc对HepG2细胞迁移的影响(10×10倍) 2.4 5-aza一2dc对HepG2细胞侵袭的影响 肝癌细胞侵袭24h后,对照组和实验组HepG2细胞均向 基底膜下侵袭。在10×20倍光镜下,可见聚碳酸酯膜上实 验组HepG2细胞较对照组显著减少,如图3所示。HepG2细 胞从56.0个/200倍视野降到32.0/ ̄/200倍视野,差异具有 统计学意义(P<0.05)。说明5-aza-2de处理后,肝癌细胞的 侵袭、浸润能力受到明显的抑制。 一一 对照组 药物组 图3 5-aza-2dc对HepG2细胞侵袭的影响(10×20倍) 2.5 5-aza一2dc对HepG2细胞凋亡的影响 lOl ̄mol/L 5-aza一2dc处理肝癌细胞株HepG2 3天后,与 对照组细胞相比,药物处理组肝癌细胞的凋亡百分比显著增 加(图4),差异具有统计学意义(P<0.01)。 3讨论 SLIT-ROBO是神经系统发育过程中导向轴突生长和神 瀚 对照组 药物组 图4 5-aza-2dc对HepG2细胞凋亡的影响 1:机械损伤细胞;2:晚期凋亡和坏死细胞;3:正常细胞;4:早期 凋亡细胞 经元迁移的关键信号,SLIT2是SLIT家族的一个亚型,定位 于染色体4p15.2,SLIT2在多种非神经组织中也有表达 J。 研究发现SLIT2在包括肝癌在内的多种人类肿瘤组织中呈 现高甲基化失活状态 ,Zheng等 对9种肝癌细胞株研究 发现SLIT2基因启动子区均发生甲基化修饰,同时SLIT2基 因的表达程度随着细胞株转移潜能的增加呈下降趋势,推测 SLIT2的异常高甲基化可能参与了肝癌的发生过程,并且与 肝癌细胞的侵袭和转移能力存在因果关系。Prasad 等在乳 腺癌中首先发现了SLIT2一ROBO1信号抑制肿瘤细胞侵袭和 转移的效应,提示SLIT2在抑制肿瘤活性方面扮演重要角 色,而肝癌中SLIT2的作用的研究尚未见报道。 5-aza一2dc是一种脱甲基化试剂,主要通过抑制DNA甲 基转移酶I(DNMT I)的甲基转移活性,实现去甲基化功 能 。目前,去甲基化治疗已成为一种新的抑制细胞增殖和 诱导细胞分化的肿瘤治疗方法,在恶性肿瘤治疗中具有良好 的应用前景。国外已有大量应用甲基转移酶抑制剂来治疗 急性髓系白血病、骨髓增生异常综合征和慢性粒细胞白病的 报道 ,并取得了较好疗效,已被美国FDA批准用于骨髓增 生异常综合症的治疗。然而,5-aza一2dc等甲基转移酶抑制剂 在实体瘤中的作用机制尚不完全明了。因此研究药物逆转 肝癌SLIT2甲基化,恢复SLIT2表达活性,探索SLIT2抑癌效 应成为本研究的主要目的。 结果显示,经过5-aza一2dc处理后,SLIT2基因甲基化得 到了一定程度的逆转,并且去甲基化的程度与用药的剂量呈 现一定正相关关系。在划痕实验和侵袭实验中,经5-aza-2dc 处理后,HepG2细胞的迁移和侵袭能力均明显受到抑制,提 示HepG2细胞的恶性表型减低,其原因可能与SLIT2恢复表 达,通过SLIT2-ROBO1信号发挥抑制肿瘤细胞运动和迁移活 性有关。MTI"实验提示5-aza一2dc对HepG2细胞的增殖抑制 效应具有一定的浓度依赖和时间依赖性,但各组抑制率均< 50%。通过Annexin V—FITC/PI双染法检测HepG2细胞凋 亡,我们发现5-aza-2dc处理后细胞凋亡比例显著增加,但坏 肝胆外科杂志2011年8月第19卷第4期Journal ofHepatobiliary Surgery,Vol,19,No.4,Aug.2011 6郑305 死细胞数并未明显增加,因此,5-aza-2dc抑制细胞生长并非 丹,刘彬彬,刘银坤,等.人肝癌细胞系Slit/Robo启动子甲 完全通过5-aza一2dc的细胞毒性效应发生作用,而极可能通 过改变细胞周期、促进凋亡的途径来实现其抑制肿瘤细胞生 长的作用。 通过本实验,我们认为SLIT2基因在肝癌细胞中通过抑 制细胞侵袭和迁移发挥抑癌效应,同时5-aza一2de治疗可以 引起肝癌细胞的增殖能力抑制,倍增时间延长,凋亡比例增 基化状态及基因表达的研究.中华肝脏病杂志,2009,17(3):198 —202. 7 Prasad A,Femandis AZ,Rao Y,et 1.Slait protein—mediated inhibi— tion of CXCR4・induced ehemotaetie and ehemoinvasive signaling path-- ways in breast cancer cells.J Biol Chem,2004,279(1O):9115— 24. 加。文献报道5-aza一2dc对正常的成纤维细胞或上皮细胞没 有明显影响” ,长期低剂量地使用5-aza-2dc已被报道可以 8 Ghoshal K,Datta J,Majumder S,et a1.5-Aza—deoxycytidine induces selective degradation of DNA methyhransferase 1 by a proteasomal pathway that requires the KEN box,bromo-adjacent homology do- 有效地降低小鼠模型中结肠息肉的发生及化学物诱导的肺 癌的发生¨ 。因此,以SLIT2为靶点,对肝癌进行5'aza. main,and nuclear localization signa1.Mol Cell Biol,2005,25(11): 4727—41. 2dc去甲基化治疗在肝癌的基础研究和临床治疗方面具有深 远的价值。 9 Plimack ER,Kantarjian HM,Issa JP.Decitabine and its role in the treatment of bematopoietic malignancies.Leuk Lymphoma,2007,48 参考文献: 1 Sceusi EL,Loose DS,Wray CJ.Clinical implications of DNA methyl— (8):1472—81. 10 Schmelz K,Sattler N,Wagner M,et a1.Induction of gene expression ation in hepatoeellular carcinoma.HPB(Oxford),201 1,13(6): 369—76. by 5-Aza-2'-deoxycytidine in acute myeloid leukemia(AML)and my— elodysplastic syndrome(MDS)but not epithelila cells by DNA—methy— lation—dependent and—independent mechanisms.Leukemia,2005,19 2 Seeger M,Tear G,Ferres-Marco D,et a1.Mutations affecting growth cone guidance in Drosophila:genes necessary for guidance toward or (1):103—111. 1l Laird PW,Jackson—Grusby L,Fazeli A,et a1.Suppression of intesti— away from the midline.Neuron,1993,10(3):409—26. 3李培坤,耿小平,朱立新,等.肝癌细胞系中SLIT2、DAPK、RIZ1、 CHFR、EDNRB、3-OST-2基因甲基化状态.安徽医科大学学报, 2011,(05):412—415. 4 Katoh Y,Katoh M.Comparative genomics on SLITI,SLIT2,and nal neoplasia by DNA hypomethylation.Cell,1995,81(2):197— 205. 12 Lantry LE,Zhang Z,Crist KA,et a1.5-Aza-2'-deoxycytidine is ehe— mopreventive in a 4一(methyl—nitrosamino)一1-(3-pyridy1)-1-butanone— induced primary mouse lung tumor mode1.Carcinogenesis,1999,20 SLIT3 orthologs.Oncol Rep,2005,14(5):1351—1355. 5董桂银,钱叶本,耿小平,等.肝细胞癌中SLIT2基因甲基化状 态研究.肝胆外科杂志,2006,(01):62—65. (2):343—6. (本文编辑钱叶本) (上接第301页) 9 Kim JH,Lee SC,Ro J,et a1.Jnk sinagling pathway—mediated regu— lation of Stat3 activation is linked to the development of doxorubicin 290—3oo. 13 Tya A,Singh RP,Ramasamy K,et a1.Growth inhibition and re— ressigon of lung tumors by silibinin:modulation of angiogenesis by macrophage--associated eytokines and nuclear factor・・kappaB and sinalg resistance in cancer cell lines.Bioehem Pharmaeol,2010,79(3):373 8O. 10 Shareef MM,Brown B,Shajahan S,et a1.Lack of P-glyeoprotein expression by low.dose fraetionated radiation results from lOS8 of nu. clear factor・kappaB and NF—Y activation in oral carcinoma cells.Mol transducers and activators of transcription 3.Cancer Prev Res(Phila Pa),2009,2(1):74—83. 14 Wang F,Kaur S,Cavin LG,et a1.Nuclear—factor—kappaB(NF—kap・ paB)and radical oxygen species play contrary roles in trnsaforming growth factor—beta1(TGF・beta1)一induced apoptosis in hepatocellular carcinoma(HCC)cells.Biochem Biophys Res Commun,2008,377 (4):1107—12. 15 Chou TC.Drug combination studies and their synergy quantification Cancer Res,2008,6(1):89—98. 1 1 Bilyeu JD,Panta GR,Cavin LG,et a1.Circumvention of nuclear fac— tor kappaB induced chemoresistanee bycytoplasmic—targeted authracy— clines.Mol Pharmaeol,2004,5(4):1038—47. 12 Lampiasi N,Azzolina A,D ̄A_lessndrao N,et a1.Antitumor effects of dehydroxymethylepoxyquinomicin,a novel nuclear factor—kappaB in— hibitor,in human liver cancer cells are mediated through a reactive using theChou-Talalay method.Cancer Res,2010,70(2):440—6. (本文编辑朱立新) oxygen species—dependent mechanism.Mol Pharmacol,2009,76(2): 

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