修回日期: 2008-09-05
接受日期: 2008-09-08
在线出版日期: 2008-09-18
目的: 研究幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, H pylori)刺激人胃癌细胞SGC-7901后, 对细胞内SHP-2表达及细胞骨架的影响.
方法: 将临床分离的胃癌H pylori菌体裂解, 以超声提取物刺激SGC-7901细胞1 h, 逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)半定量法测定刺激前后SHP-2表达量的变化; 并将PCR产物进行克隆和测序. 将不同疾病(胃炎, 胃溃疡, 胃癌)的菌株H pylori超声提取物刺激SGC-7901细胞10 min, 采用phalloidin对细胞内骨架进行荧光染色, 研究其对细胞骨架的影响. 将野生型和突变型RhoA质粒转入细胞后, 再以胃癌H pylori超声提取物刺激, 进一步观察细胞内骨架的变化.
结果: 胃癌H pylori菌体超声提取物刺激SGC-7901细胞1 h后, 细胞内SHP-2表达量没有明显变化. 胃炎, 胃溃疡, 胃癌H pylori菌体超声提取物刺激人胃癌细胞SGC-7901后, 与对照组相比, 细胞内骨架增多(65.4±0.510, 63.37±0.475, 64.53±0.522 vs 20.34±1.376, 均P<0.05), 但这三种菌株间相比无统计学意义. 转染入野生型RhoA质粒的细胞经胃癌H pylori菌体超声提取物刺激后, 细胞内骨架较未转染者增多(72.99±1.818 vs 61.78±1.288, P<0.05), 而转染入无活性突变型RhoA质粒的细胞经刺激后, 细胞内骨架与未转染者无明显差别.
结论: 胃癌H pylori超声提取物未能引起细胞内SHP-2 mRNA表达量的改变; 胃炎, 胃溃疡, 胃癌H pylori菌体超声提取物能够增加细胞内骨架的形成, 其作用与H pylori菌种无关, RhoA活性的增强是其中的一个重要中间环节.
引文著录: 张尤历, 陆芬英, 王文兵, 张宇川, 刘勇攀, 吴莺. 幽门螺杆菌对人胃癌细胞SGC-7901中SHP-2及细胞骨架的影响. 世界华人消化杂志 2008; 16(26): 2916-2921
Revised: September 5, 2008
Accepted: September 8, 2008
Published online: September 18, 2008
AIM: To investigate the changes of SHP-2 expression and cytoskeleton in human gastric cancer SGC-7901 cells stimulated by Helicobacter pylori (H pylori).
METHODS: H pylori was isolated from human gastric mucosa and cultured on solid culture plate. The SGC-7901 cells were incubated with the sonicating extract from gastric cancer for 1 h, and the mRNA expression of SHP-2 was measured using semi-quantitative PCR. The PCR products were then cloned and sequenced. After stimulating the SGC-7901 cells with the sonicating extract from gastritis, gastric ulceration and gastric cancer for 10 min, we observed the cytoskeleton using F-actin phalloidin fluorescent staining. After the wild type and mutant pcDNA RhoA was transfected into the cells and stimulated with the sonicating extract from gastric cancer H pylori, the cytoskeleton was further observed.
RESULTS: There was no remarkable change in mRNA expression of SHP-2 following stimulation of SGC-7901 cells with gastric cancer H pylori sonicating extract. After being compared with the sequences in GenBank, the PCR products proved to be SHP-2. However, after stimulation with either gastritis, gastric ulcer and gastric cancer H pylori sonicating extract, the cytoskeleton in SGC-7901 cells significantly increased compared with the control group (65.4 ± 0.510, 63.37 ± 0.475, 64.53 ± 0.522 vs 20.34 ± 1.376, all P < 0.05), but there were no significant difference among the three groups. After stimulation with gastric cancer H pylori sonicating extract, the cytoskeleton in cells transfected with wild type pcDNA RhoA were increased compared with the untransfected cells (72.99 ± 1.818 vs 61.78 ± 1.288, P < 0.05); while mutant pcDNA RhoA had no effect on the cytoskeleton.
CONCLUSION: The sonicating extract from gastric cancer H pylori has no effect on mRNA expression of SHP-2 in human gastric cancer SGC-7901 cells; however sonicating extract from gastritis, gastric ulcer and gastric cancer can increase the cytoskeleton in SGC-7901 cells, and this function is independent of the category of strains. The active form of RhoA plays an important role during this process.
- Citation: Zhang YL, Lu FY, Wang WB, Zhang YC, Liu YP, Wu Y. Influences of Helicobacter pylori on SHP-2 expression and cytoskeleton in human gastric cancer cells SGC-7901. Shijie Huaren Xiaohua Zazhi 2008; 16(26): 2916-2921
- URL: https://www.wjgnet.com/1009-3079/full/v16/i26/2916.htm
- DOI: https://dx.doi.org/10.11569/wcjd.v16.i26.2916
胃自1982年Warren和Marshall et al首次从胃炎和消化性溃疡患者胃窦分离出幽门螺杆菌以来, 因其感染与消化道疾病密切相关, 其致病机制一向是研究的焦点[1]. 蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2[Src homology-2(SH2) domain-containing phosphatase-2, SHP-2]是一种由蛋白酪氨酸磷酸酶N11(PTPN11)基因编码的蛋白酪氨酸磷酸酶, 其分子结构中两个Src同源区(N-SH2和C-SH2)是其发挥作用的基础[2]. 在慢性单核细胞性白血病, 骨髓增生异常综合征以及乳腺癌, 肺癌等疾病中, 均存在PTPN11的异常[3]. SHP-2激活可影响各种信号传导通路, 如激活Rho家族GTP酶, JNK, NF-κB, MAPK和Ras等通道[4]. 小G蛋白RhoA是Rho家族的重要成员之一, 在细胞信号转导通路中也起着重要作用, 他具有与GTP和GDP结合的特性, 在GDP结合状态下无活性, 在GTP结合状态下有活性. RhoA参与了一系列的生物学进程, 包括促进细胞迁移, 调节细胞骨架, 增强肿瘤侵润性等[5-6]. 本研究将H pylori菌体裂解, 以超声提取物刺激SGC-7901细胞, 用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)半定量法测定刺激前后SHP-2表达量的变化; 用phalloidin对细胞内骨架进行荧光染色, 以探讨SHP-2和RhoA在H pylori致病机制中的作用.
临床H pylori菌株从本院内镜室活检标本分离培养获得. 小牛血清为兰州民海生物工程有限公司产品. DMEM为Gibco公司产品. 大肠杆菌E.coli DH5α为江苏大学生命科学研究院实验室保存. PMD18-T质粒购自上海生工公司. 限制性内切酶、T4 DNA ligase为MBI公司产品. RNase A、Taq酶、dNTPs、λ-DNA/HindⅢ标准分子质量核酸、质粒抽提试剂盒为TaKaRa公司产品. TRIzol购自Invitrogen公司. 野生型和突变型RhoA质粒由江苏大学医学院陈永昌教授惠赠, 梭华阳离子转染试剂购自厦门太阳马生物工程有限公司.
1.2.1 H pylori培养及提取物制备: 取江苏大学附属医院行消化道内窥镜检查患者的胃窦黏膜(距幽门5 cm内)活检组织标本, 经快速尿素酶试验证实H pylori阳性, 病理分别证实为胃炎, 胃溃疡, 胃癌. 将活检新鲜组织用接种环均匀涂于固体琼脂培养基, 在微需氧环境, 37 ℃下培养, 约72 h后收集细菌. 将生长良好的H pylori刮下后用PBS漂洗2遍, 再将之悬于不含血清的DMEM培养液中, 菌体悬液经超声裂解(100 W, 30 s, 10次, 间隔20 s, 冰浴冷却), 低温离心(12000 r/min, 4 ℃, 10 min), 在蛋白浓度测定仪上测定其浓度, 取上清置-20 ℃保存使用.
1.2.2 细胞培养和转染: 人胃癌上皮细胞株SGC- 7901由江苏大学生理教研室提供, 采用含100 mL/L新生牛血清的DMEM培养基于37 ℃、50 mL/L CO2温箱培养, 2-3 d更换培养基1次, 待细胞铺满底后, 用0.25%胰酶消化成单个细胞, 继续培养, 取对数生长期细胞进行实验. 将细胞饥饿12 h后, 加入200 mL浓度为25 g/L的H pylori菌株(胃炎, 胃溃疡, 胃癌)超声提取物, 继续放入培养箱中培养1 h. 转染时, 将细胞消化后, 待长到50%左右时, 将野生型或突变型RhoA质粒与绿色荧光蛋白(GFP)质粒共同转染细胞, 方法按说明书上的进行.
1.2.3 引物设计与合成: 根据GenBank上已公开的SHP-2基因组全序列(GenBank登陆号: NM_002834)中SHP-2基因及其启动子的序列, 合成P1: 5'-CAACACCTTTCTCTCTGATGATGTC-3'; P2:5'-GTGGAGAGAGGAAAGAGTAAATGTG-3', β-actin引物为: P1: 5'-GAGACCTTCAACACCCCAGCC-3', P2: 5'-GGACTACAGGTCTTTGCGGATG-3'. 引物由上海生工生物工程有限公司合成.
1.2.4 SHP-2目的片段的获得: 用TRIzol试剂提取细胞总RNA, 取2 μg RNA溶液经DNAase消化后逆转录成cDNA, 取1.0 μL cDNA进行PCR. 采用20 μL体系: cDNA 1.0 μL, 10×PCR缓冲液2.0 μL, P1及P2各0.3 μL, 2.5 mmol/L dNTP 1.6 μL, Taq酶0.2 μL, ddH2O 14.6 μL. 扩增条件为94 ℃预变性5 min; 变性94 ℃ 50 s, 58 ℃退火45 s, 72 ℃延伸50 s, 35个循环后, 72 ℃延伸10 min. 扩增产物长度为376 bp, β-actin扩增产物为512 bp. 结果采用SHP-2产物与β-actin比值进行分析. 应用凝胶成像分析系统(美国BIO2RAD公司Multi2Flours分析系统)对条带进行半定量分析, SHP-2基因的表达量通过同时扩增的actin基因的表达进行校正, 即以SHP-2/actin比值作为SHP-2基因表达量.
1.2.5 PCR产物的连接及转化: 连接反应体系为PMD18-T vector DNA 0.5 µL, SolutionⅠ5 µL, PCR产物4.5 µL, ddH2O补至终体积10 µL, 置于 4 ℃下过夜. 取5 µL连接反应液至感受态细胞中, 加入700 µL液体LB培养基, 37 ℃ 150-200 r/min 振荡培养1 h左右; 加100 µL LB培养好的菌液辅至LB/Amp的平板上; 置平板于37 ℃中培养12-16 h, 即可见单个菌落出现.
1.2.6 重组质粒的鉴定及克隆分析: 挑取阳性菌落加入LB培养液中, 37 ℃振摇过夜, 用质粒小抽方法抽取重组质粒. 按下列体系进行酶切鉴定: HindⅢ 0.8 μL, XbaⅠ 0.4 μL, Buffer 2.0 μL, 重组质粒2.0 μL, ddH2O 14.8 μL. 置于37 ℃恒温水浴, 酶切3-4 h. 10 g/L琼脂糖凝胶电泳检测, 如果酶切出的外源片段与目的片段大小一致, 即可用来测序, 重组质粒测序由上海生工完成.
1.2.7 细胞骨架的荧光染色: 将细胞接种到放有爬片的24孔板中, 细胞密度为30%-40%, 细胞贴壁后, 将培养液换成无血清的DMEM培养基,每孔定容到250 μL, 12 h后, 分别加入25 μL浓度为25 g/L的胃炎, 胃溃疡, 胃癌H pylori超声提取物, 刺激10 min. 吸去培养液, 用新鲜配置的20 g/L多聚甲醛在室温下固定15 min, 再用0.3% Triton-X100室温下作用8 min. 细胞用50 mg/L罗丹明标志的鬼笔环肽(phalloidin)直接染色, 室温下孵育30 min. 从固定细胞开始每一部操作以后用PBS洗3次, 每次3 min. 最后用清水漂洗, 300 mL/L甘油(V/V)封片. 在荧光共聚焦显微镜下观察细胞的骨架并进行定量. 转染了RhoA质粒的细胞培养1 d以后, 也按上述方法进行染色.
统计学处理 所得数据用SPSS13.0统计软件进行检验, 细胞骨架的多个均数间比较用单因素方差分析(One-way ANOVA), 两两比较采用SNK检验, 两样本均数比较采用t检验, P<0.05有统计学意义.
扩增产物经10 g/L琼脂糖凝胶电泳, EB染色, 产物大小为376 bp左右(图1). 以Multi2Flours分析系统对条带进行半定量分析, 未见明显差异, 表明胃癌H pylori超声提取物刺激前后SHP-2在mRNA水平无明显变化.
将所得PCR产物与T载体连接, 转化到DH5α菌中, 筛选阳性克隆, 经XbaⅠ、HindⅢ酶切鉴定, 获得与目的片段相一致的阳性克隆(图2).
阳性重组质粒送上海生工进行序列测定, 结果显示插入片段大小为376 bp, 与GenBank中序列进行比对, 证实产物为SHP-2.
细胞固定后用phalloidin对F-actin染色, 发现对照组细胞仅有少量应激纤形成, 而用不同H pylori刺激10 min后, 应激纤维增加利用共聚焦激光扫描显微镜对图像进行F-actin量化, 发现三组刺激组F-actin平均荧强度与对照组相比具有统计学意义, 细胞内骨架增多(65.4±0.510, 63.37±0.475, 64.53±0.522 vs 20.34±1.376, P<0.05), 而三类不同的菌株间无明显差异(P>0.05). 转染入野生型RhoA质粒的细胞中, 与周围的细胞相比, 胃癌H pylori超声提取物刺激可增加应激纤维的形成细胞内骨架较未转染者增多(72.99±1.818 vs 61.78±1.288, P<0.05); 在转染突变型RhoA质粒的细胞中, 应激纤维与未转染的细胞相比无明显变化(图3, P>0.05).
H pylori是一种革兰染色阴性的微需氧的菌, 世界范围内约有50%的人群感染有H pylori, 其感染是消化性溃疡的主要病因之一, 也是胃癌的主要危险因素[7-8]. 本研究采用半定量PCR方法分析胃癌H pylori菌体超声提取物刺激SGC-7901细胞前后, 细胞内SHP-2 mRNA表达量的变化, 结果发现刺激前后SHP-2 mRNA表达量没有明显变化. Higashi et al[9]将CagA重组质粒转染入AGS细胞, 17 h后, 细胞呈现出典型的蜂鸟表型改变; 而将CagA重组质粒与磷酸酶活性缺陷的SHP-2重组质粒转染入细胞后共培养, 出现蜂鸟表型的细胞数明显下降. 这个结果与Higuchi et al[10]的研究成果一致, 他们以SiRNA技术干扰SHP-2表达后, 蜂鸟表型的细胞大大减少, 这些都提示我们在CagA诱导的细胞发生形态学改变的过程中, SHP-2的作用是必不可少的, 而其磷酸酶活性则是其发挥作用的关键. 根据以上结果, 推测胃癌H pylori超声提取物刺激SGC-7901细胞后, 可能是SHP-2的磷酸酶活性发生了变化, 而其在转录水平并没有发生量的增加或减少, 对其磷酸酶活性以及蛋白水平的变化还有待于进一步研究.
本实验中发现H pylori超声提取物刺激后, 细胞骨架较对照组明显增多, 为了进一步证实RhoA在这个过程中的作用, 我们将不同结构的RhoA转染入细胞后, 以胃癌菌株的超声提取物刺激, 发现转染野生型RhoA的细胞受H pylori超声提取物刺激后细胞骨架较未转染者多, 而转染了无活性突变型RhoA的细胞受刺激后与未转染者相比无明显变化, 因活性RhoA在调节细胞骨架以及促进细胞迁移, 增强肿瘤的浸润中起着重要作用[5-6]; 而且已有实验证实H pylori超声提取物能够增加细胞内活性RhoA表达, 促进细胞迁移, 使细胞发生蜂鸟表型改变[11-12]. 因此, H pylori超声提取物刺激细胞以后, 是通过增强RhoA活性这个中间步骤来引起细胞发生一系列行为学变化的.
SHP-2作为RhoA的上游信号, 调节着RhoA的活性, Schoenwaelder et al[13]将SHP-2的特异性抑制剂calpeptin阻断其活性, 发现细胞内活性RhoA水平上升, 细胞内的骨架也明显增多. H pylori刺激宿主细胞后, CagA与SHP-2相互作用, 消耗细胞内的SHP-2, 下调了SHP-2的活性[14], 导致活性RhoA表达增强, 引起细胞发生一系列行为学改变. 以上结果提示, H pylori超声提取物刺激SGC-7901细胞后, SHP-2的磷酸酶活性发生了变化, 导致细胞内无活性RhoA向活性型转变, 从而引起细胞发生一些相关的行为学改变. 有研究报道SHP-2与肿瘤的发生有一定的关联[15-16]; RhoA在多种肿瘤组织中也呈现高表达状态并且和肿瘤恶性程度相关[17], 而H pylori也是胃癌的主要危险因素, 因此, H pylori感染后, CagA, SHP-2与RhoA之间起着协同作用, 最终导致疾病的发生.
流行病学研究发现, 不同的菌株其EPIYA模序的数量和序列是不同的, 因此其结合SHP-2的能力以及诱发"蜂鸟"表型的能力也有所不同[18]. 本研究发现, H pylori超声提取物引起细胞骨架增多的过程中, 三类不同菌株(胃炎, 胃溃疡, 胃癌)相比无明显差异, 而且此实验中所用3个菌株CagA经过测序, 其编码蛋白没有变化. 这就意味着H pylori感染后不仅仅是CagA-SHP-2-RhoA这一通路在发挥作用, 尚有其他信号转导通路参与其中, 加上宿主, 环境等多因素的作用, 最终导致不同的临床结果, 然而, 这些因素之间如何相互作用, H pylori在胃肠道疾病中究竟起多大作用, 其确切的致病机制又是什么, 都还有待于以后的工作中解决.
H pylori是一种革兰染色阴性的微需氧的菌, 世界范围内约有50%的人群感染有H pylori, 其感染是消化性溃疡的主要病因之一, 也是胃癌的主要危险因素. 蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2是一种由蛋白酪氨酸磷酸酶N11(PTPN11)基因编码的蛋白酪氨酸磷酸酶, 其分子结构中两个Src同源区(N-SH2和C-SH2)是其发挥作用的基础. SHP-2激活可影响各种信号传导通路, 如激活Rho家族GTP酶, JNK, NF-κB, MAPK和Ras等通道.
刘海林, 主任医师, 上海交通大学医学院附属第九人民医院消化科
幽门螺杆菌以来, 因其感染与消化道疾病密切相关, 其致病机制一向是研究的焦点. CagA诱导的细胞发生形态学改变的过程中, SHP-2的作用是必不可少的, 而其磷酸酶活性则是其发挥作用的关键. 推测胃癌H pylori超声提取物刺激SGC-7901细胞后, 可能是SHP-2的磷酸酶活性发生了变化, 而其在转录水平并没有发生量的增加或减少, 对其磷酸酶活性以及蛋白水平的变化还有待于进一步研究.
Higashi et al将CagA重组质粒转染入AGS细胞发现细胞呈现出典型的蜂鸟表型改变; 而将CagA重组质粒与磷酸酶活性缺陷的SHP-2重组质粒转染入细胞后共培养, 出现蜂鸟表型的细胞数明显下降. Hatakeyama发现H pylori刺激宿主细胞后, CagA与SHP-2相互作用, 消耗细胞内的SHP-2, 下调了SHP-2的活性.
本研究发现H pylori感染后不仅仅是CagA-SHP-2-RhoA这一通路在发挥作用, 尚有其他信号转导通路参与其中, 加上宿主, 环境等多因素的作用, 最终导致不同的临床结果, 为下一步进行机制研究提供了一定的理论依据.
本文选题新颖, 讨论深入, 结果有一定实用性, 但学术价值一般.
编辑: 李军亮 电编: 何基才
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