吉林大学学报(医学版)  2018, Vol. 44 Issue (04): 753-758

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王淼, 母润红, 李明成, 李洪杰
WANG Miao, MU Runhong, LI Mingcheng, LI Hong Jie
RNAi沉默survivin和HIF-1α基因对胃癌BGC-823细胞体外增殖和凋亡的影响
Effects of silencing survivin and HIF-1α genes with RNAi on proliferation and apoptosis of human gastric cancer BGC-823 cells
吉林大学学报(医学版), 2018, 44(04): 753-758
Journal of Jilin University (Medicine Edition), 2018, 44(04): 753-758
10.13481/j.1671-587x.20180411

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收稿日期: 2017-11-19
RNAi沉默survivin和HIF-1α基因对胃癌BGC-823细胞体外增殖和凋亡的影响
王淼1 , 母润红2 , 李明成1 , 李洪杰2     
1. 北华大学医学检验学院免疫教研室, 吉林 吉林 132013;
2. 北华大学基础医学院免疫教研室, 吉林 吉林 132013
[摘要]: 目的: 应用RNA干扰(RNAi)技术抑制胃癌BGC-823细胞中survivin和HIF-1α基因的表达,探讨其对胃癌BGC-823细胞增殖和凋亡的影响。方法: 分别设计并合成经过化学修饰的靶向survivin和HIF1α mRNA的小干扰RNA(siRNAs),同时合成错义RNA(SCR),采用HifectinⅡ真核体外转染胃癌BGC-823细胞,将转染siRNA-survivin、siRNA-HIF-1α和SCR的各组细胞分别命名为sis组、siH组和SCR组,同时设空白对照组(无血清培养基),RT-PCR法检测各组细胞中survivin和HIF-1αmRNA表达水平。将胃癌BGC-823细胞分为单干扰组(survivin-siRNA,sis组)、联合干扰组(survivin-siRNA+HIF1α-siRNA,sis+siH组)、非靶向特异性组(SCR组)和空白对照组(无血清培养基),MTT法检测各组细胞增殖活性,Western blotting法检测各组细胞中survivin和HIF-1α蛋白表达水平,流式细胞术检测各组细胞凋亡率。结果: 与空白对照组比较,sis组细胞中survivin mRNA表达水平和siH组细胞中HIF-1αmRNA表达水平明显降低(P < 0.05或P < 0.01)。与空白对照组比较,SCR组细胞增殖活性无明显变化(P > 0.05),sis组和sis+siH组细胞增殖活性明显降低(P < 0.05);与sis组比较,sis+siH组细胞增殖活性明显降低(P < 0.05)。与空白对照组比较,sis+siH组细胞中surviving和HIF-1α蛋白表达水平明显降低(P < 0.05或P < 0.01),细胞凋亡率明显升高(P < 0.01)。结论: 联合靶向沉默survivin和HIF-1α基因可下调靶基因的表达,抑制胃癌BGC-823细胞增殖,促进细胞凋亡,RNAi基因沉默技术有望成为治疗胃癌的新方法。
关键词: 人胃癌BGC-823细胞    小干扰RNA    survivin    缺氧诱导因子1α    细胞增殖    细胞凋亡    
Effects of silencing survivin and HIF-1α genes with RNAi on proliferation and apoptosis of human gastric cancer BGC-823 cells
WANG Miao1, MU Runhong2, LI Mingcheng1, LI Hong Jie2     
1. Department of Immunology, School of Laboratory Medicine, Beihua University Jilin 132013, China;
2. Department of Immunology, School of Basic Medical Sciences, Beihua University, Jilin 132013, China
[Abstract]: Objective: To inhibit the expressions of survivin and HIF-1α using RNA interference(RNAi) technique, and to explore their effects on the proliferation and apoptosis of gastric cancer BGC-823 cells. Methods: Two pairs of siRNA were designed against the human survivin and HIF-1α separately.The human gastric cancer BGC-823 cells were transfected with siRNA-survivin, siRNA-HIF-1α and SCR and used as sis group, siH group, and scrambled siRNA (SCR) group; at the same time, blank control group(serum-free medium) was set up.RT-PCR was used to detect the expression levels of survivin and HIF-1α mRNA in the BGC-823 cells in various groups.The BGC-823 cells were transfected with siRNAs using HifectinⅡ.The BGC-823 cells were divided into sis group, sis+siH group, SCR group and blank control group.MTT assay was performed to detect the proliferation activity of cells.The expression levels of survivin and HIF-1α protein in the cells in various groups were detected by Western blotting method.Flow cytometry was used to detect the apoptotic rates of BGC-823 cells in various groups. Results: Compared with blank control group, the expression level of survivin mRNA in sis group was significantly desreased (P < 0.05), and the expression level of HIF-1α mRNA in siH group was significantly desreased (P < 0.05).Compared with blank control group, the proliferation ability of cells in SCR group had no significant change (P>0.05), and the proliferation abilities of cells in sis group and sis+siH group were significantly decreased(P < 0.05);compared with sis group, the proliferation ability of cells in sis+siH group was significantly decreased(P < 0.05).Compared with blank control group, the expression levels of survivin and HIF-1α in sis+siH group were significantly decreased (P < 0.05 or P < 0.01), and the apoptotic rates of BGC-823 cells were significantly increased(P < 0.01). Conclusion: The combined targeting silencing surviving and HIF-1α genes can down-regulate the expressions of targeted genes, inhibit the proliferation of gastric cancer BGC-823 cells, and promote the apopotosis, indicating RNAi gene silencing may be a new method to treat gastric cancer.
Key words: human gastric cancer BGC-823 cells     siRNA     survivin     hypoxia inducible factor 1α     cell proliferation     apoptosis    

胃癌是全球最常见的恶性肿瘤之一,严重威胁人类健康。中国是胃癌高发国家,胃癌发病率和死亡率均高于全球平均水平,在全球居第4位。目前,胃癌可通过放化疗等多种方式治疗,但缺少对早期胃癌的筛查及诊断,大多数胃癌患者确诊时己进入进展期,导致术后出现复发或丧失了手术的最佳机会[1-2]。随着分子生物学技术的发展,从分子水平研究胃癌的发病原因,寻找胃癌进展的基因将对胃癌的综合治疗有重要的意义[3-4]。肿瘤的发生发展并非单基因和单因素过程,而是多基因和多因素的复杂过程,抑制其基因的表达,可控制肿瘤的发生[4]。RNA干扰(RNAinterference, RNAi)是进行靶基因表达抑制的核酸操作技术,现已成为研究肿瘤基因治疗的有效工具[5-6]。survivin基因是凋亡抑制蛋白(inhibitors of apoptosisprotein, IAP)家族新成员之一,由于其仅在肿瘤和胚胎细胞中特异表达,因而成为肿瘤基因治疗的特异性靶点。国内外研究[7-8]表明:靶向沉默survivin基因的表达能抑制多种肿瘤细胞增殖并促进其凋亡。缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor1α, HIF-1α)是普遍存在于实体瘤组织中, 抑制其表达对抑制肿瘤的发生发展也可能有重要的临床指导意义[9]。本研究采用RNAi技术沉默胃癌BGC-823细胞中survivin和HIF-1α双基因的表达,观察其对胃癌细胞增殖和凋亡的影响,为胃癌早期诊断和治疗提供新思路。

1 材料与方法 1.1 细胞、试剂和主要仪器

人胃癌BGC-823细胞(北华大学药学院药理实验室保存),DMEM培养液和胎牛血清(杭州四季青生物工程材料有限公司),真核转染试剂HifectinⅡ(北京普利莱基因技术有限公司),TRIzol试剂和AnnexinⅤ/PI双染试剂盒(美国Invitrogen公司),逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)试剂盒(日本TaKaRa公司),RIPA裂解液、兔抗人survivin和HIF-1α多克隆抗体及BCA蛋白浓度测定试剂盒(武汉博士德公司),台盼蓝(美国Sigma公司),辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG抗体(北京中杉金桥生物技术有限公司)。

1.2 小干扰RNA(siRNA)设计策略

根据siRNA设计原则,从GenBank数据库选择survivin和HIF-1α的mRNA序列(NM_001168.2;NM_001012270.1;NM_001012271.1;XR_243654.2)基因信息,确定符合siRNA特征的靶序列,分别命名为siRNA-survivin和siRNA-HIF-1α,同时合成错义RNA(scramble RNA, SCR)作为阴性对照(表 1)。此外,设计荧光标记的无靶向siRNA(FAM-siRNA)用于测定siRNA的细胞转染效率。siRNA合成和构建由上海吉玛生物技术制药公司完成。

表 1 人survivin和HIF-1α基因特异性干扰序列 Table 1 Specific interfering sequences of human survivin and HIF-1α genes
Name Strand Sequence(5′-3′)
siRNA-survivin Sense strand GGCUGGCUUCAUCCACUGC-dTdT
Antisense strand GCAGUGGAUGAAGCCAGCC-dTdT
siRNA-HIF-1α Sense strand GCAAGACGUUGUUUGAAAU-dTdT
Antisense strand AUUUCAAACAACGUCUUGC-dTdT
SCR Sense strand UUCUCCGAACGUGUCACGUTT
Antisense strand ACGUGACACGUUCGGAGAATT
1.3 人胃癌BGC-823细胞培养和转染

人胃癌BGC-823细胞用含10%胎牛血清的高糖DMEM培养基,置于37℃、5% CO2、饱和湿度的恒温培养箱中培养。每48h传代1次,取生长状态良好的BGC-823细胞,以每孔1.2×105个细胞接种于6孔培养板中,24h后待细胞铺满每孔约80%,将培养液换为无血清培养基,细胞转染整个步骤完全按照HifectinⅡ真核转染试剂提供的说明书操作。转染siRNA-survivin、siRNA-HIF-1α和SCR的各组细胞分别命名为sis组、siH组和非靶向特异性组(SCR组),同时设空白对照组(无血清培养基)。转染效率=荧光阳性细胞数/筛选细胞总数×100%。

1.4 RT-PCR法检测细胞中survivin和HIF-1α mRNA表达水平

用TRIzol试剂提取sis组、siH组、SCR组和空白对照组BGC-823细胞的总RNA, 经紫外分光仪测定RNA的浓度及纯度。凝胶电泳观察RNA的完整性。应用RT-PCR试剂盒逆转录为cDNA,以cDNA为模版,进行RCR扩增,检测各组细胞中survivin和HIF-1α mRNA表达情况。PCR产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳后,在紫外成像仪中应用Tanon2500 Gel Imaging system软件获取图像,以GADPH作为内参,根据2-△△Ct法计算mRNA表达水平,每组实验重复3次,取平均值。

1.5 MTT法检测细胞增殖活性

取对数生长期BGC-823细胞接种于96孔板中,接种细胞数每孔3×103个,体积100 μL,每组设6复孔,终浓度均为100nmol·L-1。实验分为单干扰组(survivin-siRNA, sis组)、联合干扰组(survivin-siRNA+HIF1α-siRNA, sis+siH组)、非靶向特异性组(SCR组)和空白对照组(无血清培养基)。转染24、48和72 h,终止培养,各孔加入5 g·L-1 MTT 20 μL,继续孵育4 h,弃去上清,各孔加入DMSO 100 μL,继续振摇10 min,充分溶解结晶,于酶标仪上490 nm处测定吸光度[A(490)]值,以A(490)值代表细胞增殖活性。

1.6 Western blotting法检测细胞中survivin和HIF-1α蛋白表达水平

分组方法同1.5。转染后48h,用试剂盒提取各组BGC-823细胞总蛋白。采用BCA法检测总蛋白浓度。采用SDS-PAGE电泳分离。一抗为兔抗人survivin单克隆抗体(稀释浓度1:200)、HIF-1α单克隆抗体(稀释浓度1:300)和GADPH单克隆抗体(稀释浓度1:500),4℃过夜。再次用PBST洗膜,加入已稀释的山羊抗兔二抗-HPR(稀释浓度1:2000),置于室温摇床孵育1h。ECL显影。以各实验组灰度值与对照组灰度值之比表示蛋白相对表达水平。

1.7 流式细胞术检测细胞凋亡率

分组方法同1.5。转染24h后细胞用胰酶消化,PBS洗涤2次,制备成细胞悬液,加入5 μLAnnexin Ⅴ-FITC和5 μLPI染液,避光室温孵育10 min,采用流式细胞术检测细胞凋亡情况,结果应用WinMDI 2.9分析软件进行分析。细胞凋亡率=凋亡细胞数/(凋亡细胞数+正常细胞数)×100%。

1.8 统计学分析

采用SPSS17.0统计软件进行统计学分析。各组细胞中细胞增殖活性、survivin和HIF-1α mRNA及蛋白表达水平均以x±s表示,2组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析。以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果 2.1 siRNA转染胃癌BGC-823细胞效率的鉴定

siRNA成功转染BGC-823细胞6h后,PBS洗涤3~4次,在激光共聚焦显微镜下观察各组细胞siRNA转染效率。siRNA主要集中在细胞质中,转染成功的细胞有清晰的细胞轮廓,与背景形成明显的反差(图 1,见插页三)。荧光标记siRNA转染细胞效率大于70%, 可以完成后续实验。

A: Sis group; B: SiH group; C: SCR group D: Blank control group. 图 1 荧光标记siRNA转染BGC-823细胞6 h后荧光表达(×200) Figure 1 Expressions of fluorescence in BGC-823 cells 6 h after transfection with siRNA (× 200)
2.2 各组细胞中survivin和HIF-1α mRNA表达水平

转染48 h后各组细胞均有亮度相似的GADPH基因条带表达,各组survivin/GADPH比值代表survivin基因的mRNA表达水平(图 2),HIF-1α/GADPH比值代表HIF-1α基因的mRNA表达水平(图 3)。与SCR组和空白对照组比较,sis组细胞中survivin mRNA表达水平和siH组细胞中HIF-1αmRNA表达水平明显降低(P<0.05或P<0.01);SCR组与空白对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表 23

Lane 1: Blank control group; Lane 2:SCR group; Lane 3:Sis group. 图 2 转染48 h后各组细胞中survivin mRNA表达电泳图 Figure 2 Electropheregram of expressions of survivin mRNA in cells in various groups 48 h after transfection
Lane 1:Blank control group; Lane 2: SCR group; Lane 3:SiH group. 图 3 转染48 h后各组细胞中HIF-1α mRNA表达电泳图 Figure 3 Expression levels of HIF-1α mRNA in cells in various groups 48 h after transfection
表 2 转染48 h后各组细胞中survivin mRNA表达水平 Table 2 Expression levels of survivin mRNA in cells in various groups 48 h after transfection
(n=3, x±s)
Group Survivin mRNA
Blank control 0.927 0±0.021 7
SCR 0.947 5±0.032 6
Sis 0.457 3±0.021 4*△
*P < 0.01 compared with blank control group;P < 0.01 compared with SCR group.
表 3 转染48 h后各组细胞中HIF-1α mRNA表达水平 Table 3 Expression levels of HIF-1α mRNA in cells in various groups 48 h after transfection
(n=3, x±s)
Group HIF-1α mRNA
Blank control 0.826 3±0.032 6
SCR 0.832 4±0.012 7
SiH 0.351 6±0.011 6*△
*P < 0.05 compared with blank control group;P < 0.05 compared with SCR group.
2.3 各组细胞增殖活性

与空白对照组比较, SCR组细胞增殖活性无明显变化(P>0.05), sis组和sis+siH组细胞增殖活性明显降低(P<0.05),生长曲线低平,且sis+siH组细胞增殖活性明显低于sis组(P<0.05)。见图 4表 4

图 4 转染不同时间各组BGC-823细胞增殖活性 Figure 4 Proliferation activities of BGC-823 cells in various groups at different time after transfection
表 4 各组BGC-823细胞增殖活性 Table 4 Proliferation activities of BGC-823 cells in various groups
(n=4, x±s)
Group A(490)
(t/h) 24 48 72
Blank control 0.867 6±0.041 4 1.241 0±0.084 1 1.928 0±0.077 9
SCR 0.934 1±0.052 5 1.278 0±0.069 0 2.004 0±0.095 0
Sis 0.418 2±0.044 3* 0.579 0±0.034 0* 1.349 0±0.156 5*
Sis+siH 0.313 7±0.032 2*△ 0.467 5±0.055 1*△ 0.941 0±0.096 1*△
*P < 0.05 compared with blank control group;P < 0.05 compared with sis group.
2.4 各组细胞中surviving和HIF-1α蛋白表达水平

与空白对照组比较,sis组surviving蛋白表达水平、sis+siH组surviving和HIF-1α蛋白表达水平明显降低(P<0.05);SCR组与空白对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见图 5表 5

Lane 1: Blank control group; Lane 2:SCR group; Lane 3:Sis group; Lane 4:Sis+siH group. 图 5 各组细胞中survivin和HIF-1α蛋白表达电泳图 Figure 5 Electrophoregram of expressions of survivin and HIF-1α proteins in cells in various groups
表 5 各组细胞中survivin和HIF-1α蛋白表达水平 Table 5 Expression levels of survivin and HIF-1α proteins in cells in various groups
(n=4, x±s)
Group Survivin protein HIF-1α protein
Blank control 0.67±0.03 0.73±0.01
SCR 0.68±0.03 0.73±0.01
Sis 0.20±0.02* 0.70±0.02
Sis+siH 0.58±0.02* 0.31±0.02*
*P < 0.05 compared with blank control group.
2.5 各组细胞凋亡率

转染48 h后,与空白对照组比较,sis组和sis+siH组细胞凋亡率明显升高(F=109, P<0.01);空白对照组与SCR组间比较差异无统计学意义(P>0.05);sis+siH组细胞凋亡率略高于sis组,但组间比较差异也无统计学意义(P>0.05)。见图 6表 6

A: Blank control group; B:SCR group; C:Sis group; D:Sis+siH group. 图 6 流式细胞术检测转染48 h后各组BGC-823细胞凋亡率 Figure 6 Apoptotic rates of BGC-823 cells in various groups 48 h after transfection
表 6 各组细胞凋亡率 Table 6 Apoptotic rates of BGC-823 cells in various groups
(n=4, x±s, η/%)
Group Apoptotic rate
Blank control 11.54±2.67
SCR 13.00±2.32
Sis 16.70±2.03*
Sis+siH 16.74±3.03*
*P < 0.01 compared with blank control group.
3 讨论

研究[10-11]显示:特异性抑制肿瘤细胞中靶向基因的表达,可有效抑制肿瘤细胞的侵袭,发挥肿瘤基因治疗作用。研究[12-14]表明:survivin和HIF-1α在胃癌细胞内均有一定程度的表达,阻断其表达可抑制肿瘤细胞的生长。国内外学者成功地利用了RNAi技术沉默survivin,可明显抑制胃癌SGC-7901和BGC-823细胞生长增殖[15-17],本研究结果也证实了该结论。本研究结果显示:转染48h后,sis组和sis+siH组胃癌BGC-823细胞的生长受到明显抑制,生长曲线低平,且sis+siH组的生长抑制作用明显强于sis组。本研究结果表明:抑制胃癌BGC-823细胞中surviving和HIF-1α基因表达水平可降低胃癌细胞增殖能力。肿瘤细胞生长一方面由细胞周期的细胞数决定,另一方面也取决于细胞增殖与细胞死亡的比例[18-21]。因此,可通过检测surviving和HIF-1α对胃癌BGC-823细胞凋亡的影响,来评价细胞增殖与凋亡之间的关系。本研究结果显示:sis组和sis+siH组胃癌BGC-823细胞凋亡率明显高于空白对照组和SCR组, 空白对照组与SCR组间比较无明显差异;sis+siH组细胞凋亡率略高于sis组,但组间比较差异无统计学意义。有研究[18]通过靶向诱导内皮细胞凋亡抑制肿瘤血管新生,结果显示:促凋亡蛋白Bm和Bax表达及细胞色素C(CytC)的释放明显增加,而HIF-1α是血管内皮生长因子C(VEGF-C)的上游基因。本研究将surviving和HIF-1α基因作为靶向沉默基因,主要是利用该基因由线粒体释放入胞浆,通过内源性凋亡途径诱导细胞凋亡。

本研究利用Hifectin Ⅱ真核转染试剂,将预先合成的HIF-1α和survivin特异性siRNA直接转染胃癌BGC-823细胞,避免了构建表达载体的过程。此外,为便于观察,将荧光标记的无靶向siRNA(FAM-siRNA)一同转染细胞内,用于测定siRNA的细胞转染效率。本研究结果显示:HifectinⅡ作为一种阳离子脂质体转染试剂,与应用最为广泛的Lipo2000比较,具有转化效率高和操作便捷的优点。

综上所述,RNAi沉默survivin和HIF-1α双靶点基因,可抑制胃癌BGC-823细胞增殖,促进其凋亡。本研究结果初步提示:沉默survivin和HIF-1α基因有望成为胃癌基因治疗的新方法,但其具体的分子作用机制仍需进一步研究。

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