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circ_UBE2C通过调控miR-107/HK2分子轴促进肺癌细胞增殖和糖酵解
聂霁1, 刘晨1, 普丹丹1, 查梅2, 张云辉1     
1. 650032 昆明,云南省第一人民医院,昆明理工大学附属医院呼吸与危重症医学科;
2. 650093 昆明,昆明理工大学医学院
[摘要] 目的 探讨circ_UBE2C对肺癌细胞增殖和糖酵解的影响及其作用机制。方法 基于TCGA数据库分析circ_UBE2C、miR-107和己糖激酶2(hexokinase 2,HK2)在肺癌组织和正常肺组织中的表达情况。采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,分析circ_UBE2C/miR-107/HK2表达量和肺癌患者生存期的相关性。常规培养人正常肺上皮细胞(BEAS-2B)和人肺癌细胞株(A549、NCI-H460和NCI-H1299),采用qRT-PCR检测circ_UBE2C和miR-107的表达量,Western blot检测HK2和PCNA蛋白的表达量。将A549和NCI-H1299细胞分为空白组(NC)、circ_UBE2C敲减组(si-circ)、HK2敲减组(si-HK2)、同时敲减miR-107+HK2组(miR-inhibitor+si-HK2)和同时敲减circ_UBE2C+miR-107组(si-circ+miR-inhibitor)。CCK-8和克隆形成实验分析细胞增殖活力。葡萄糖摄取比色测定试剂盒、乳酸检测试剂盒和ATP含量测定试剂盒分析A549和NCI-H1299细胞葡萄糖摄取量、乳酸生成量和ATP产生量。Seahorse XF糖酵解应激测试试剂盒和Seahorse XF细胞线粒体应激测试试剂盒检测细胞外酸化率(extracellular acidification ratio,ECAR)和细胞耗氧率(oxygen consumption ratio,OCR)。双荧光素酶报告基因实验评估circ_UBE2C和miR-107、miR-107和HK2的靶向关系。结果 与正常组织相比,肺癌组织中circ_UBE2C和HK2表达上调,miR-107表达下调(P < 0.05)。与BEAS-2B细胞相比,A549和NCI-H1299细胞中circ_UBE2C和HK2表达量升高,miR-107表达下调(P < 0.05)。生存分析显示,circ_UBE2C和HK2高表达或miR-107低表达肺癌患者的生存期较短(P < 0.05)。相比于NC组,si-circ或si-HK2组A549和NCI-H1299细胞增殖活力、葡萄糖摄取量、乳酸生成量、ATP产生量、ECAR和OCR均显著减少(P < 0.05)。双荧光素酶报告基因证实,circ_UBE2C靶向负调控miR-107,且HK2是miR-107的靶基因。与si-HK2组相比,miR-inhibitor+si-HK2组和si-circ+miR-inhibitor组中A549和NCI-H1299细胞增殖活力和糖酵解水平显著增加。结论 敲减circ_UBE2C可显著抑制肺癌细胞增殖和糖酵解水平,其机制是通过靶向上调miR-107抑制HK2表达。
[关键词] 肺癌    circ_UBE2C/miR-107/HK2分子轴    Warburg效应    增殖    
Circ_UBE2C promotes proliferation and glycolysis of lung cancer cells by regulating miR-107/HK2 axis
NIE Ji1, LIU Chen1, PU Dandan1, CHA Mei2, ZHANG Yunhui1     
1. Department of Pulmonary and Critical Care Medicine, Yunnan Provincial First People's Hospital·Affiliated Hospital of Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan Province, 650032;
2. School of Medicine, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan Province, 650093, China
[Abstract] Objective To investigate the effects of circ_UBE2C on the proliferation and glycolysis of lung cancer cells and its mechanism of action. Methods The expression of circ_UBE2C, miR-107, and hexokinase 2 (HK2) in lung cancer tissues and normal lung tissues were analyzed based on the The Cancer Genome Atlas (TCGA) database. Kaplan-Meier survival curve was plotted to analyze the correlation between circ_UBE2C/miR-107/HK2 expression and survival of the lung cancer patients. qRT-PCR was used to detect the expression of circ_UBE2C and miR-107, and Western blotting was employed to measure the expression of HK2 and PCNA in human normal lung epithelial cells (BEAS-2B) and human lung cancer cell lines (A549, NCI-H460, and NCI-H1299). Then A549 and NCI-H1299 cells were divided into the blank group (NC), circ_UBE2C knockdown group (si-circ), HK2 knockdown group (si-HK2), simultaneous knockdown of miR-107+HK2 group (miR-inhibitor+si-HK2), and simultaneous knockdown of circ_UBE2C+miR-107 group (si-circ+miR-inhibitor). CCK-8 assay and colony formation assay were employed to measure the proliferation of above cell groups. The glucose uptake, lactate generation, and ATP production in the cells were measured by glucose uptake colorimetric assay kit, lactic acid detection kit, and ATP content determination kit, respectively. Seahorse XF glycolytic stress test and Seahorse XF cellular mitochondrial stress test were respectively performed to detect the extracellular acidification ratio (ECAR) and cellular oxygen consumption ratio (OCR). The targeting relationship between the circ_UBE2C and miR-107, and miR-107 and HK2 was validated by dual-luciferase reporter gene assay. Results Compared with normal lung tissues, the expression of circ_UBE2C and HK2 was up-regulated, while that of miR-107 was down-regulated in lung cancer tissues (P < 0.05). The expression of circ_UBE2C and HK2 was elevated, and that of miR-107 was reduced in A549 and NCI-H1299 cells when compared with BEAS-2B cells (P < 0.05). Survival analysis showed that the patients with high expression of circ_UBE2C and HK2 or low expression of miR-107 had shorter survival (P < 0.05). Compared with the NC group, both si-circ and si-HK2 resulted in significantly reduced proliferation, glucose uptake, lactate generation, ATP production, and ECAR and OCR values in A549 and NCI-H1299 cells (P < 0.05). Dual luciferase reporter gene assay confirmed that circ_UBE2C could directly bind to and negatively regulate miR-107 expression. HK2 was then identified as a downstream target of miR-107. Compared with the si-HK2 group, the proliferative ability and glycolysis level of A549 and NCI-H1299 cells were significantly increased in the miR-inhibitor+si-HK2 group and the si-circ+miR-inhibitor group. Conclusion Knockdown of circ_UBE2C significantly suppresses the proliferation and glycolysis of lung cancer cells via targeting up-regulation of miR-107 and then exerting inhibitory effect on HK2 expression.
[Key words] lung cancer    circ_UBE2C/miR-107/HK2 axis    Warburg effect    proliferation    

肺癌是全世界发病率第二和死亡率第一的恶性肿瘤[1],给人类健康和社会经济带来严重的威胁。同时,临床上对肺癌缺乏特异性的治疗手段,常规治疗策略存在的局限性、副作用导致预期疗效不佳和预后差,且5年总生存率约为20%[2]。为此,明确肺癌发病机理和揭示相关的分子调控机制是临床上肿瘤医学亟待解决的关键问题。研究表明,癌细胞有氧糖酵解为其异常增殖和转移提供了充足的能量供应[3],进而导致恶性肿瘤的快速进展。这提示阻断癌细胞糖酵解可能是肺癌防治的有效策略,但其调控机制尚不明确。近年来,环状RNA(circRNA)被证实在多种恶性肿瘤发生发展进程中异常表达,且对癌细胞的糖酵解具有调控作用[4]。TCGA数据库分析表明,has_circ_0060551(circ_UBE2C)在肺癌组织中异常高表达,且与患者生存期较短密切相关,然而其在肺癌发生发展中的调控作用尚不清楚。circ_UBE2C潜在的靶基因miR-107作为抑癌基因[5],被报道参与调控肿瘤细胞的糖酵解过程[6],但miR-107调控肺癌细胞糖酵解尚不清楚。此外,己糖激酶2(hexokinase 2,HK2)作为miR-107的潜在靶基因,其可促进肺癌细胞糖酵解[7-8],并被作为多种恶性肿瘤治疗的有效靶点[9]。然而,目前circ_UBE2C/miR-107/HK2信号轴调控肺癌细胞增殖和糖酵解的作用机制尚未有研究报道。基于此,本研究将探讨circ_UBE2C通过miR-107/HK2分子轴对肺癌细胞增殖和糖酵解的调控机制,旨在为揭示肺癌发病机理和临床治疗提供参考和实验依据。

1 材料与方法 1.1 细胞和主要试剂

人源肺癌细胞株(A549、NCI-H1299和NCI-H460)和人正常肺上皮细胞(BEAS-2B)购自美国模式培养物保藏中心。DMEM培养基购自美国Gibco公司;胎牛血清购自美国Thermo Fisher Scientific公司;胰蛋白酶购自美国BD公司;CCK-8试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司;RNA提取试剂盒、反转录试剂盒和qRT-PCR试剂盒购自美国Invitrogen公司;荧光素酶报告基因活性检测试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司;葡萄糖摄取比色检测试剂盒购自广州伟伯科技有限公司;乳酸检测试剂盒和ATP含量测定试剂盒南京建成生物工程研究所;circ_UBE2C敲减(si-circ)载体、过表达miR-107(miR-107)、miR-107敲减(miR-inhibitor)载体、HK2敲减(si-HK2)载体及其阴性对照购自上海吉玛制药技术有限公司;BCA蛋白质分析试剂盒购自美国Thermo Fisher Scientific公司;SDS-PAGE分离胶、PVDF膜、电泳缓冲液购自北京索莱宝生物科技有限公司;HK2抗体、PCNA抗体、β-actin抗体和山羊抗兔IgG-HRP均购自美国Abcam公司。

1.2 细胞培养、转染和分组

将人肺癌细胞株和BEAS-2B细胞置于含10%胎牛血清、100 μg/mL链霉素和100 U/mL青霉素的DMEM培养基中培养,培养条件为37 ℃,5%CO2。待A549和NCI-H1299细胞生长达到80%时,采用胰酶消化细胞,并将收集到的细胞按2×105个/孔接种到6孔板中。随后,根据不同实验目的采用随机数字表法将A549或NCI-H1299细胞分为以下不同组别:(1)si-NC组、circ_UBE2C敲减(si-circ)组;(2)NC mimic组、过表达miR-107(miR-107)组;(3)NC组、HK2敲减(si-HK2)组、同时敲减HK2+miR-107(si-HK2+miR-inhibitor)组、同时敲减miR-107+circ_UBE2C(miR-inhibitor+si-circ)组。转染时严格参照LipofectamineTM 3000试剂说明书进行操作,并将上述载体转染于细胞中培养6 h,更换正常培养基DMEM继续培养24 h后用于后续实验。

1.3 CCK-8检测肺癌细胞增殖活力

将对数生长期的A549和NCI-H1299细胞接种至96孔板(3×103个/150 μL)中进行培养,并按照1.2转染方法对细胞进行处理,转染结束后于37 ℃培养箱(5%CO2)中继续培养0、24、48、72 h后,每孔加入10 μL CCK-8工作液,置于培养箱继续孵育1.5 h后,酶标仪检测450 nm处各孔光密度值[D(450)]。

1.4 克隆形成实验评估肺癌细胞克隆形成数

将消化后的A549和NCI-H1299细胞悬液以1×103个/孔接种于6孔板内,并按照1.2转染方法对细胞进行处理,转染结束后于37 ℃培养箱(5%CO2)中继续培养2周,培养结束后用PBS清洗2次。然后,采用4%多聚甲醛固定细胞20 min后用PBS清洗2次,再将500 μL结晶紫(0.2%)加入6孔板中,置于培养箱继续孵育10 min后用PBS清洗,使用照相机拍照。

1.5 qRT-PCR检测circ_UBE2C和miR-107的表达

采用TRIzol提取细胞中总RNA,反转录成cDNA。随后,采用qRT-PCR检测circ_UBE2C和miR-107的表达量。其中,qRT-PCR的热循环条件为:94 ℃初始变性5 min;随后94 ℃ 10 s,60 ℃ 20 s和72 ℃ 30 s循环40次;最后延伸72 ℃ 150 s。circ_UBE2C和miR-107以及内参引物如表 1所示。最后,通过2-△△Ct法计算circ_UBE2C和miR-107的相对表达量。

表 1 引物序列
名称 引物序列
circ_UBE2C 上游:5′-GATGACCCTCATGGCAGTGG-3′
下游:5′- TGGGTTCTGGCATTTGGAGA-3′
miR-107 上游:5′-ATGATGAGCAGCATTGTACAGG-3′
下游:5′-GCAGGGTCCGAGGTATTC-3′
β-actin 上游:5′-GTGGACATCCGCAAAGAC-3′
下游:5′-AAAGGGTGTAACGCAACTA-3′
U6 上游:5′-CTCGCTTCGGCAGCACA-3′
下游:5′-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3′

1.6 肺癌细胞葡萄糖摄取、乳酸生成和ATP含量检测

严格按照葡萄糖摄取比色测定试剂盒、乳酸检测试剂盒和ATP含量测定试剂盒说明书检测A549和NCI-H1299细胞葡萄糖摄取、乳酸产生量和ATP生成量。

1.7 肺癌细胞外酸化率和细胞耗氧率检测

将A549或NCI-H1299细胞以1×104个/mL接种于Seahorse Xfe-24专用培养板内,根据试剂盒说明书依次加入葡萄糖(Glucose,10 mmol/L)、寡霉素(Oligomycin,1 μmol/L)、2-脱氧-D-葡萄糖(2-DG,100 mmol/L),置于培养箱继续孵育0.5 h后检测细胞外酸化率(extracellular acidification ratio,ECAR)。根据试剂盒说明书依次加入Oligomycin(1.5 μmol/L)、线粒体氧化磷酸化解偶联剂(FCCP,1 μmol/L)、鱼藤酮/抗霉素A(Rote/AA,0.5 μmol/L),置于培养箱继续孵育0.5 h后检查细胞耗氧率(oxygen consumption ratio,OCR)。

1.8 Western

blot检测HK2和PCNA蛋白的表达

收集处于对数期的A549和NCI-H1299细胞,采用RAPI裂解液提取细胞中的总蛋白。随后,根据BCA试剂盒说明书检测提取到的蛋白质浓度。然后,进行10% SDS-PAGE分离蛋白,电转膜法将目的条带转移至PVDF膜上,以5%脱脂奶粉室温封闭1 h。其次,分别加入兔抗人HK2(1∶1 000)、PCNA(1∶1 000)和β-actin单克隆抗体(1∶1 000),4 ℃孵育过夜。之后,加入HRP标记的山羊抗鼠IgG(1∶2 000)室温孵育2 h。最后,进行ECL染色,凝胶成像仪采集图像;通过Image J分析灰度值。实验重复3次。

1.9 双荧光素酶报告基因验证靶向关系

通过在线生物信息学软件Starbase预测显示circ_UBE2C和miR-107或miR-107和HK2的3′UTR存在互补的碱基序列。然后将miR-107结合位点的circ_UBE2C 3′UTR或HK2 3′UTR的野生型(WT)和突变型(MUT)克隆至pGL3载体中,生成质粒circ_UBE2C WT(WT-UBE2C)、circ_UBE2C MUT(MUT-UBE2C)、HK2 WT(WT-HK2)、HK2 MUT(MUT-HK2)。按照LipofectamineTM 3000转染试剂盒说明书与NC mimic或miR-107 mimic(miR-107)共转染至A549细胞内。48 h后按照双荧光素酶检测试剂盒说明书检测细胞的荧光素酶活性。

1.10 circ_UBE2C、miR-107和HK2的差异表达及其与肺癌患者生存分析

使用TCGA数据库,通过GEPIA(http://gepia.cancer-pku.cn/)网站分析circ_UBE2C或HK2在肺癌组织中和正常组织中的表达情况,以及circ_UBE2C与肺癌患者生存的相关性。通过Starbase(https://rnasysu.com/encori/panCancer.php)网站分析miR-107在肺癌组织中和正常组织中的表达情况。通过Kaplan-Meier plotter(http://kmplot.com/analysis/)网站分析miR-107和HK2与肺癌患者生存的相关性。

1.11 统计学分析

采用SPSS 22.0统计软件进行数据分析,用GraphPad Prism 8.0对实验数据进行绘图。计量资料以x±s表示,两组间比较采用两独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析,进一步两两比较采用SNK-q检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 circ-UBE2C在肺癌中高表达及与患者不良预后相关

TCGA数据库分析结果显示,circ_UBE2C在肺癌组织(n=483)中的表达量明显高于正常组织(n=347)(P < 0.05,图 1A)。同时,circ_UBE2C高表达组(高UBE2C)肺癌患者生存期明显短于circ_UBE2C低表达组(低UBE2C)(P < 0.05,图 1B)。qRT-PCR检测结果证实,与BEAS-2B细胞相比,circ_UBE2C在人肺癌细胞系(A549、NCI-H1299和NCI-H460)中显著上调(P < 0.05,图 1C),在A549细胞中表达量最高。

a: P < 0.05,与正常组织比较;b: P < 0.05,与BEAS-2B细胞比较
A:TCGA数据库分析circ_UBE2C在肺癌和正常组织中的表达;B:TCGA数据库分析circ_UBE2C高低表达肺癌患者的生存情况;C:qRT-PCR检测circ_UBE2C在人BEAS-2B和肺癌细胞系中的表达
图 1 circ_UBE2C在肺癌组织和细胞中的表达

2.2 敲减circ_UBE2C抑制肺癌A549和NCI-H1299细胞增殖和糖酵解

与si-NC组相比,si-circ组circ_UBE2C表达量明显减少(P < 0.05,图 2A)。CCK-8和克隆形成实验均证实,敲减circ_UBE2C可明显抑制A549和NCI-H1299细胞增殖活力(P < 0.05,图 2B~E)。同时,敲减circ_UBE2C显著减少了A549和NCI-H1299细胞的葡萄糖摄取(P < 0.05,图 2F)、乳酸生成量(P < 0.05,图 2G)和ATP产生量(P < 0.05,图 2H)。此外,敲减circ_UBE2C明显降低了A549和NCI-H1299细胞ECAR(P < 0.05,图 2IJ)和OCR(P < 0.05,图 2KL)。表明敲减circ_UBE2C可明显抑制A549和NCI-H1299细胞增殖活力和糖酵解水平。

a: P < 0.05,与si-NC组比较
A:qRT-PCR检测circ_UBE2C在A549和NCI-H1299细胞中的转染效率;B~D:CCK-8和克隆形成实验评估A549和NCI-H1299细胞增殖活力;E: Western blot检测HK2蛋白在A549和NCI-H1299细胞中的表达量;F:葡萄糖摄取比色测定试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞的葡萄糖摄取能力;G:乳酸检测试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞乳酸生成量;H:ATP比色测定试剂盒评估A549和NCI-H1299细胞ATP产生量;I~L:Seahorse XF糖酵解应激测试试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞的ECAR和OCR
图 2 敲减circ_UBE2C对肺癌细胞增殖和糖酵解水平的影响

2.3 circ_UBE2C靶向调控miR-107

Starbase预测结果表明,circ_UBE2C与miR-107具有靶向关系,在3′UTR区存在结合位点(图 3A)。TCGA数据库分析结果证实,miR-107在肺癌组织中的表达量明显低于正常肺组织(P < 0.05,图 3B)。qRT-PCR检测结果显示,miR-107在A549和NCI-H1299细胞中的表达量明显低于BEAS-2B细胞(P < 0.05,图 3C)。Kaplan-Meier生存分析显示,miR-107低表达的肺癌患者生存期明显短于miR-107高表达患者(P < 0.05,图 3D)。双荧光素酶报告基因证实,过表达miR-107明显下调与WT-UBE2C共转染的A549细胞荧光素酶活性(P < 0.05,图 3E),但对于MUT-UBE2C共转染的A549细胞荧光素酶活性没有影响。qRT-PCR检测结果证实,敲减circ_UBE2C可明显上调A549和NCI-H1299细胞中miR-107的表达量(P < 0.05,图 3F)。提示circ_UBE2C靶向负调控miR-107。

a: P < 0.05,与正常肺组织比较;b: P < 0.05,与BEAS-2B细胞比较;c: P < 0.05,与NC mimic组比较;d: P < 0.05,与si-NC组比较
A:circ_UBE2C与miR-107的结合位点;B:TCGA数据库分析miR-107在肺癌组织和正常组织中的表达;C:qRT-PCR检测miR-107在BEAS-2B、A549和NCI-H1299细胞中的表达;D:TCGA数据库分析miR-107高低表达肺癌患者的生存情况;E:双荧光素酶报告基因验证circ_UBE2C与miR-107的靶向关系;F:qRT-PCR检测circ_UBE2C敲减后A549和NCI-H1299细胞中miR-107的表达
图 3 miR-107是circ_UBE2C的靶基因

2.4 miR-107靶向负调控HK2

TCGA数据库分析结果表明,HK2在肺癌组织中的表达量明显高于正常组织(P < 0.05,图 4A)。Western blot检测结果证实,HK2蛋白在肺癌A549和NCI-H1299细胞中的表达量高于BEAS-2B细胞(P < 0.05,图 4B)。同时,Kaplan-Meier生存分析结果显示,肺癌患者HK2高表达的生存期短于HK2低表达(P < 0.05,图 4C)。通过Starbase软件预测显示,miR-107和HK2在3′UTR区存在结合位点(图 4D)。与NC mimic组相比,miR-107组中的miR-107表达量明显增加(3.88±0.11 vs 1.01±0.06,P < 0.05)。双荧光素酶报告基因证实,与MUT-HK2组相比,过表达miR-107显著减少WT-HK2组的荧光素酶活性(P < 0.05,图 4E)。Western blot检测结果证实,过表达miR-107可显著降低A549和NCI-H1299细胞中HK2蛋白的表达水平(P < 0.05,图 4F)。提示HK2是miR-107的靶基因。

a: P < 0.05,与正常肺组织比较;b: P < 0.05,与BEAS-2B细胞比较;c: P < 0.05,与NC mimic组比较
A:TCGA数据库分析HK2在肺癌组织和正常肺组织中的表达;B:Western blot检测HK2蛋白在BEAS-2B、A549和NCI-H1299细胞中的表达;C:TCGA数据库分析HK2高低表达肺癌患者的生存情况;D:miR-107和HK2在3′UTR存在结合位点;E:双荧光素酶报告基因验证miR-107和HK2的靶向关系;F:Western blot检测HK2在转染miR-107过表达载体或空载体的A549和NCI-H1299细胞中的表达
图 4 HK2是miR-107的靶基因

2.5 敲减circ_UBE2C通过miR-107/HK2分子轴抑制肺癌细胞增殖和糖酵解

与NC组比较,si-HK2组中HK2蛋白的表达量显著下调(P < 0.05,图 5AB),但si-HK2+miR-inhibitor组和miR-inhibitor+si-circ组中HK2蛋白的表达量均高于si-HK2组(P < 0.05)。与NC组比较,敲减HK2可显著抑制A549(P < 0.05,图 5C)和NCI-H1299(P < 0.05,图 5D)细胞增殖活力,减少细胞葡萄糖摄取能力(P < 0.05,图 5EF)、乳酸生成量(P < 0.05,图 5GH)、ATP产生量(P < 0.05,图 5IJ)、ECAR(P < 0.05,图 5KL)和OCR(P < 0.05,图 5MN),但同时敲减miR-107可逆转单独敲减HK2对上述指标的影响(图 5C~N),且同时敲减circ_UBE2C和miR-107也能有效恢复A549和NCI-H1299细胞增殖活力(图 5CD)和糖酵解水平(图 5E~N)。表明敲减circ_UBE2C可通过靶向上调miR-107对HK2的抑制作用,进而阻滞A549和NCI-H1299细胞增殖和糖酵解水平。

1:NC组;2:si-HK2组;3:si-HK2+miR-inhibitor组;4:miR-inhibitor+si-circ组;a: P < 0.05,与NC组比较;b: P < 0.05,与si-HK2组比较
A、B:Western blot检测HK2蛋白在A549和NCI-H1299细胞中的表达;C、D:CCK-8检测A549和NCI-H1299细胞增殖活力;E、F:葡萄糖摄取比色测定试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞的葡萄糖摄取能力;G、H:乳酸检测试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞乳酸生成量;I、J:ATP比色测定试剂盒评估A549和NCI-H1299细胞ATP产生量;K~N:Seahorse XF糖酵解应激测试试剂盒检测A549和NCI-H1299细胞ECAR和OCR
图 5 circ _UBE2C/miR-107/HK2信号轴对肺癌细胞增殖和糖酵解水平的调控作用

3 讨论 3.1 circ_UBE2C是肺癌治疗的有效靶点

随着肺癌治疗策略的推陈出新,在一定程度上延长了患者的生存期,但因肺癌发病隐匿及高复发的特点导致患者预后极差。为此,阐明肺癌发病机理和寻找有效治疗靶点并揭示其分子调控机制就显得尤为重要。circRNA可作为肺癌发生发展进程的治疗靶点[10]。例如,ZHANG等[11]研究表明,circ_0023179在非小细胞肺癌组织、血清和细胞系中高表达,且其表达量与患者TNM分期、淋巴结转移和远端转移呈正相关。功能上,异常表达circRNA可通过调控癌细胞恶性生物学行为和糖酵解水平,在肺癌发展进程中扮演重要角色。例如,促癌基因circRNA C190通过激活EGFR/ERK信号通路促进非小细胞肺癌细胞恶性表型和移植瘤生长[12]。另一项研究表明,circ_0023404高表达预示着非小细胞肺癌总体生存期短,敲减circ_0023404可抑制非小细胞肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭[13]。circ_0047921通过促进癌细胞恶性表型和糖酵解水平,加速肺癌的恶性发展[14]。尽管已有研究阐明circRNA在肿瘤发生发展中的调控作用,但目前尚不清楚circ_UBE2C在肺癌病理进展中的表达及其调控机制。本研究通过TCGA数据库分析表明,circ_UBE2C在肺癌组织中的表达量高于正常肺组织,且其高表达的肺癌患者生存期较短。同时,利用qRT-PCR技术检测出circ_UBE2C在肺癌细胞A549、NCI-H1299和NCI-H460中呈高表达。这与本研究生物信息学分析结果一致,且目前尚未见circ_UBE2C在肺癌中的功能注释。SHI等[15]证实,circ_UBE2C在宫颈癌组织中异常高表达,且其过表达可促进宫颈癌细胞侵袭和迁移能力。以上研究提示,circ_UBE2C在肺癌中具有促癌作者,可能是肺癌治疗的有效干预靶点。

3.2 敲减circ_UBE2C抑制肺癌细胞增殖和糖酵解

越来越多的研究表明,肿瘤的快速生长和进展与代谢重编程有关[16],尤为重要的是癌细胞有氧糖酵解,即Warburg效应[17]。这主要可能是癌细胞的有氧糖酵解不仅给自身提供了ATP,而且代谢产生的乳酸会降低抗免疫疗效[18]。FAUBERT等[19]研究表明,肺癌细胞利用葡萄糖并分泌乳酸,加速恶化进程。同时,靶向阻断癌细胞Warburg效应是一种控制肺癌在内的多种恶性肿瘤进展的有效治疗策略[20]。最新研究证实,circRNA对于恶性肿瘤细胞糖酵解具有调控作用[21]。机制上,circRNA可通过miRNA/mRNA分子轴调控癌细胞恶性生物学行为及糖酵解水平[22],从而在肿瘤进展中扮演重要角色。例如,circ_0008037通过靶向下调miR-433-3p对NUCKS1表达的抑制作用,促进肺癌细胞增殖和Warburg效应,进而促进肺癌发展进程[23]。也有研究证实,circP4HB通过促进PKM2介导的有氧糖酵解水平和肿瘤相关巨噬细胞M2极化,进而导致肺癌恶性进展[24]。为了探索circ_UBE2C基因对肺癌糖酵解的调控作用,本研究将si-circ_UBE2C转染至A549和NCI-H1299细胞中干扰circ_UBE2C的表达,结果显示A549和NCI-H1299细胞的增殖能力显著下降,说明干扰circ_UBE2C能够抑制肺癌细胞的增殖。同时,干扰circ_UBE2C能够减少肺癌细胞葡萄糖摄取量、乳酸生成量、ATP产生量、ECAR和OCR。此外,干扰circ_UBE2C可上调miR-107和下调HK2的表达。也有研究证实,circRNA通过加速癌细胞糖酵解水平,增强肿瘤细胞对化疗的耐受性[25-26]。提示糖酵解是肺癌快速进展的重要致病机制,且靶向circ_UBE2C/miR-107/HK2信号轴介导的糖酵解可能是肺癌治疗的有效途径。

3.3 敲减circ_UBE2C通过miR-107/HK2分子轴抑制肺癌细胞增殖和糖酵解

进一步探究circ_UBE2C是否通过调控miR-107/HK2分子轴介导的糖酵解,进而影响肺癌形成和发展。以往研究证实,抑癌基因miR-107可通过阻断Warburg效应抑制恶性肿瘤发展进程,包括胰管腺癌[6]和口腔癌[27]。同时,miR-107也被证实可抑制肺癌生长和转移[28-29]。本研究结果证实,miR-107在肺癌组织和细胞中的表达量低于正常对照组,且敲减miR-107可逆转单独敲减circ_UBE2C对A549和NCI-H1299细胞增殖及糖酵解的抑制作用。机制上,HK2作为miR-107的直接靶基因,与恶性肿瘤进展有关[30]。HK2的活化可促进癌细胞Warburg效应,加速癌细胞增殖、侵袭和迁移,并被认为是肿瘤治疗的有效靶点分子[9, 31]。本研究结果表明,HK2在肺癌组织和细胞中表达量升高,敲减HK2可明显抑制A549和NCI-H1299细胞增殖活力及糖酵解水平,但同时敲减miR-107可逆转单独敲减HK2对肺癌细胞的干预作用。众所周知,circRNA可结合其靶向miRNA,从而抑制miRNA的表达和下调miRNA对其靶基因mRNA的抑制作用,参与癌细胞的有氧糖酵解水平。例如,敲减circ_0061140可通过上调miR-654抑制HK2的表达,阻滞肺癌细胞恶性表型和糖酵解[32]。另一项研究表明,circRNF20靶向下调miR-487对HK2的抑制作用,进而促进乳腺癌细胞恶性表型和糖酵解水平[33]。以上研究表明,在circRNA-miRNA-mRNA调控网络上,为阐明circ_UBE2C/miR-107/HK2信号轴调控肺癌细胞糖酵解的分子调控机制提供了新的见解。

综上所述,circ_UBE2C在肺癌进展中扮演促癌作用,敲减circ_UBE2C抑制了肺癌细胞增殖和糖酵解,其作用机制与靶向上调抑癌基因miR-107和下调HK2介导的Warburg效应有关。本研究为肺癌临床靶向治疗提供了有效的分子靶点和实验依据。

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经国家新闻出版署批准,《第三军医大学学报》于2022年第1期更名为《陆军军医大学学报》。国内统一刊号CN50-1223/R,ISSN 2097-0927。主管单位为陆军军医大学,主办单位为陆军军医大学教研保障中心。

文章信息

聂霁, 刘晨, 普丹丹, 查梅, 张云辉
NIE Ji, LIU Chen, PU Dandan, CHA Mei, ZHANG Yunhui
circ_UBE2C通过调控miR-107/HK2分子轴促进肺癌细胞增殖和糖酵解
Circ_UBE2C promotes proliferation and glycolysis of lung cancer cells by regulating miR-107/HK2 axis
陆军军医大学学报, 2024, 46(15): 1729-1739
Journal of Army Medical University, 2024, 46(15): 1729-1739
http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202311127

文章历史

收稿: 2023-11-27
修回: 2024-01-22

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