SCD-1減弱高剪切力對(duì)人MG63骨肉瘤細(xì)胞的損傷作用

癌癥的機(jī)械調(diào)控已被證明在惡性腫瘤進(jìn)展中具有重要作用。血液、淋巴液和間質(zhì)液中的流體流動(dòng)在控制生理和病理發(fā)展方面起著重要的機(jī)械作用。研究發(fā)現(xiàn)，由這些血液和間質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的不同強(qiáng)度的剪切力與不同類型癌細(xì)胞的生長、存活和轉(zhuǎn)移相關(guān)，包括乳腺癌、口腔癌和腎癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤以及骨肉瘤、軟骨肉瘤。此外，進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，Smad1/5、基質(zhì)金屬蛋白酶、轉(zhuǎn)化生長因子-β 和趨化因子信號(hào)通路可能受剪切力的調(diào)控，從而影響癌細(xì)胞的命運(yùn)。

Stearoyl-CoA Desaturase-1 （SCD-1，硬脂酰輔酶A去飽和酶1）是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)酶，它的酶活性可以誘導(dǎo)飽和脂肪酸（SFAs）轉(zhuǎn)化為單不飽和脂肪酸（MUFAs）�；�礎(chǔ)和臨床研究發(fā)現(xiàn)，與健康個(gè)體相比，乳腺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌、肝癌和胰腺癌患者的血清 SFA/MUFA 比率較低。因此，血清 SFA/MUFA 比率被認(rèn)為是這些癌癥患者的潛在診斷工具。因此，SCD-1 抑制也被認(rèn)為是抗癌藥物開發(fā)的重要藥物靶點(diǎn)。癌細(xì)胞中 SCD-1 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是復(fù)雜的，是一個(gè)微環(huán)境依賴的事件。盡管越來越多的研究人員開始探索 SCD-1 在癌癥治療中的藥物學(xué)作用，但仍需要更多的努力來闡明其在不同刺激下在癌細(xì)胞中表達(dá)水平的精確調(diào)控機(jī)制。

臺(tái)灣嘉義長庚紀(jì)念醫(yī)院骨科、臺(tái)灣長庚大學(xué)醫(yī)學(xué)院、國立嘉義大學(xué)食品科學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)在之前的研究表明，高剪切力可通過 Smad1/5 信號(hào)傳導(dǎo)導(dǎo)致多種癌細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞死亡。在近來的一項(xiàng)研究中，進(jìn)一步探索了 SCD-1 在對(duì)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞的剪切力效應(yīng)中的可能作用。
 

20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 SCD-1 蛋白和 mRNA 表達(dá)

以2 dyne/cm²（LSS）或 20 dyne/cm²（HSS）的剪切力分別刺激細(xì)胞 1、4、8 和 24 h，靜態(tài)細(xì)胞作為對(duì)照，分析其 SCD-1 蛋白和 mRNA 表達(dá)。結(jié)果表明，在處理 8 h 和 24 h 后，20 dyne/cm² 剪切力顯著誘導(dǎo)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 SCD-1 蛋白和 mRNA表達(dá)，約是對(duì)照組的 3~4 倍。2 dyne/cm² 剪切力對(duì) SCD-1 蛋白和 mRNA 表達(dá)沒有影響。

Smad1/5 信號(hào)通路調(diào)節(jié)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 SCD-1 表達(dá)

研究表明，Smad1/5 信號(hào)通路是剪切力刺激的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)之一。因此，實(shí)驗(yàn)檢查了 Smad1/5 信號(hào)是否也影響人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 SCD-1 表達(dá)。將細(xì)胞作為對(duì)照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 1、4、8 和 24 h，并分析其 Smad1/5 磷酸化水平。

結(jié)果表明，20 dynes/cm² 剪切力在 1 h 內(nèi)顯著誘導(dǎo)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 Smad1/5 磷酸化，并在 4 h 后恢復(fù)到基礎(chǔ)水平。用 Smad1- 或 Smad5- 特異性小干擾 RNA（siRNA）轉(zhuǎn)染細(xì)胞以敲低相應(yīng)的基因表達(dá)，然后作為對(duì)照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。Smad1 和 Smad5 基因敲低顯著抑制 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 SCD-1 蛋白表達(dá)。Smad1 和 Smad5 特異性 siRNA 誘導(dǎo)相應(yīng)基因表達(dá)量減少約 50-80%。

Smad1/5 增加 PPARδ 表達(dá)和轉(zhuǎn)錄激活以調(diào)節(jié)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dyne/cm² 剪切力刺激的 SCD-1 上調(diào)

過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）與調(diào)控 SCD-1 基因表達(dá)有關(guān)，其存在 3 種亞型，即 PPARα、PPARδ、PPARγ。因此，將細(xì)胞作為對(duì)照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 1、4、8 和 24 h，分析其 PPARs 表達(dá)。結(jié)果表明，與未處理的對(duì)照組相比，在人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中刺激 4、8 和 24 h后，20 dynes/cm² 剪切力顯著誘導(dǎo) PPARδ 和 PPARγ 蛋白表達(dá)。20 dynes/cm² 剪切力沒有改變 PPARα 的表達(dá)。

用 PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特異性 siRNA 轉(zhuǎn)染細(xì)胞，敲低相應(yīng)基因表達(dá)，然后作為對(duì)照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。結(jié)果表明，只有 PPARδ 基因敲低抑制了 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 SCD-1 蛋白表達(dá)。PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特異性 siRNA 誘導(dǎo)相應(yīng)基因表達(dá)量減少約 60-70%。

用 Smad1- 或 Smad5- 特異性 siRNA 進(jìn)一步轉(zhuǎn)染細(xì)胞，敲低相應(yīng)基因表達(dá)，然后作為對(duì)照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 Smad1 或 Smad5 基因敲低阻斷了 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 PPARδ 蛋白表達(dá)。

使用 PPARδ 轉(zhuǎn)錄因子酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA），與未處理的對(duì)照相比，20 dynes/cm² 剪切力以時(shí)間依賴性方式顯著增加人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 PPARδ 轉(zhuǎn)錄活性。人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 Smad1 或 Smad5 基因敲低也阻斷了 PPARδ 轉(zhuǎn)錄激活。

SCD-1 調(diào)節(jié) MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力抑制的分化標(biāo)志物表達(dá)

為了進(jìn)一步探討 SCD-1 上調(diào)在 20 dynes/cm² 剪切力刺激下 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的作用，將細(xì)胞保留為對(duì)照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 1、4、8、24 h，并對(duì)其分化標(biāo)志物 Runx2 和骨鈣素（OCN）進(jìn)行分析。

結(jié)果表明，20 dynes/cm² 剪切力在刺激 8 h 和 24 h 后抑制人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 Runx2 和 OCN 的 mRNA 表達(dá)。此外，用 PPARδ- 或 SCD-1- 特異性 siRNA 轉(zhuǎn)染細(xì)胞敲低相應(yīng)基因表達(dá)后，顯著恢復(fù)了 20 dynes/cm² 剪切力對(duì)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 Runx2 和 OCN mRNA 表達(dá)的抑制作用。有趣的是， PPARδ 或 SCD-1 的基因敲低似乎部分增加了 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的內(nèi)源性 Runx2 和 OCN mRNA 表達(dá)。

SCD-1 調(diào)節(jié)人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力刺激的細(xì)胞死亡

接下來，實(shí)驗(yàn)確定了在 20 dynes/cm² 剪切力刺激下，MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的 SCD-1 上調(diào)是否也控制細(xì)胞死亡。將細(xì)胞作為對(duì)照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 12 和 24 h，分析其細(xì)胞凋亡/壞死情況。

結(jié)果表明，與對(duì)照細(xì)胞相比，20 dynes/cm² 剪切力顯著導(dǎo)致人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞的活細(xì)胞減少和晚期凋亡和壞死細(xì)胞增加，且呈時(shí)間依賴性。此外，用 PPARδ- 或 SCD-1- 特異性 siRNA 轉(zhuǎn)染細(xì)胞以敲低相應(yīng)基因表達(dá)更能增強(qiáng) 20 dynes/cm² 剪切力刺激在人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中的細(xì)胞死亡效應(yīng)。
 

圖1 影響人 MG63 骨肉瘤細(xì)胞中 20 dynes/cm² 剪切力刺激的 SCD-1 表達(dá)以及隨后的分化和細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)的可能機(jī)制的示意圖。

總之，該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了脂質(zhì)代謝與癌細(xì)胞剪切力調(diào)節(jié)之間的相關(guān)性，證明了在高剪切力（20 dynes/cm²）刺激下，通過 Smad1/5-PPARδ 信號(hào)通路誘導(dǎo)人骨肉瘤細(xì)胞中的 SCD-1 水平，從而影響骨肉瘤的存活（分化和細(xì)胞死亡）（圖6）。結(jié)果闡明了骨肉瘤細(xì)胞中 SCD-1 上調(diào)響應(yīng)高剪切力損傷的自身保護(hù)可能性。

參考文獻(xiàn)：Huang KC, Chuang PY, Hsieh RZ, Chen CN, Chang SF, Su YP. Stearoyl-CoA Desaturase-1 Attenuates the High Shear Force Damage Effect on Human MG63 Osteosarcoma Cells. Int J Mol Sci. 2020 Jul 2;21(13):4720. doi: 10.3390/ijms21134720. PMID: 32630668; PMCID: PMC7369751.
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