中国医科大学学报  2019, Vol. 48 Issue (6): 489-494

文章信息

商家炜, 徐振华, 黄克强, 王月, 王志静, 苏荣健
SHANG Jiawei, XU Zhenhua, HUANG Keqiang, WANG Yue, WANG Zhijing, SU Rongjian
抗体封闭细胞表面GRP78抑制厄洛替尼耐药性口腔舌鳞状细胞癌细胞的生长和转移
Blockade of Cell Surface GRP78 Inhibits the Growth and Metastasis of Erlotinib-Resistant Tongue Squamous Cell Carcinoma Cells
中国医科大学学报, 2019, 48(6): 489-494
Journal of China Medical University, 2019, 48(6): 489-494

文章历史

收稿日期:2018-09-11
网络出版时间:2019-05-27 10:25
抗体封闭细胞表面GRP78抑制厄洛替尼耐药性口腔舌鳞状细胞癌细胞的生长和转移
商家炜1 , 徐振华1 , 黄克强2 , 王月1,3 , 王志静3 , 苏荣健1,4     
1. 锦州医科大学基础医学院细胞生物学教研室, 辽宁 锦州 121001;
2. 锦州医科大学附属第二临床学院口腔科, 辽宁 锦州 121001;
3. 锦州医科大学附属第一临床学院病理科, 辽宁 锦州 121001;
4. 锦州医科大学生命科学研究院, 辽宁 锦州 121001
摘要目的 观察应用特异性抗体封闭细胞表面葡萄糖调节蛋白78(GRP78)对厄洛替尼耐药的口腔舌鳞状细胞癌(简称鳞癌)细胞生长的抑制作用。方法 应用GRP78特异性抗体处理厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞(TCA-8113-ER),采用MTT方法和克隆形成实验检测抗体封闭对TCA-8113-ER细胞增殖情况及其对厄洛替尼反应性的影响,in-cell western技术检测GRP78在TCA-8113-ER细胞表面的表达,流式细胞术检测TCA-8113-ER细胞凋亡情况,划痕法和Transwell法检测TCA-8113-ER细胞侵袭和转移情况,Western blotting检测c-MET、AKT和STAT3表达及磷酸化水平。结果 GRP78特异性抗体可以抑制TCA-8113-ER细胞的生长,促进其凋亡,增强其对厄洛替尼的反应性,抑制其侵袭和转移,抑制c-MET、AKT和STAT3的磷酸化。结论 抗体封闭细胞表面GRP78能够抑制厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞的生长、侵袭和转移,增加其对厄洛替尼的敏感性。
Blockade of Cell Surface GRP78 Inhibits the Growth and Metastasis of Erlotinib-Resistant Tongue Squamous Cell Carcinoma Cells
1. Department of Cell Biology, Basic Medical College, Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China;
2. Department of Stomatology, The Second Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China;
3. Department of Pathology, The First Affiliated Hospital of Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China;
4. Institution of Life Science, Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China
Abstract: Objective To explore the inhibitory effect of a blocking antibody specific to cell surface glucose-regulated protein 78 (GRP78) on growth and metastasis of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells. Methods GRP78-specific antibody was used to treat an erlotinib-resistant cell line established from a tongue squamous cell carcinoma (TCA-8113-ER). MTT and clone formation assays were used to assess the effect of the antibody blocking on the proliferation of TCA-8113-ER cells and their response to erlotinib. Cell surface expression of GRP78 in these cells was analyzed by in-cell western assay. Apoptosis of TCA-8113-ER cells was evaluated by flow cytometry. Invasive and metastatic potential of TCA-8113-ER cells was analyzed by scratch wound healing and transwell migration assays. Expression levels and phosphorylation states of c-MET, AKT, and STAT3 were analyzed by western blotting. Results GRP78-specific antibody inhibited the growth and migration of TCA-8113-ER cells while inducing their apoptosis and enhancing their sensitivity to erlotinib. At the molecular level, the treatment inhibited phosphorylation of c-met, AKT, and STAT3. Conclusion Antibody-mediated blockade of cell surface GRP78 inhibits the growth, invasiveness, and metastatic potential of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells while increasing their sensitivity to erlotinib.

口腔舌鳞状细胞癌(以下简称鳞癌)是口腔颌面部一种常见的恶性肿瘤[1]。由于表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor,EGFR)在口腔肿瘤的发生和进展中起重要作用,以EGFR为靶点的靶向药物如厄洛替尼和吉非替尼用于口腔癌的治疗[2]。虽然取得了一定疗效,但治疗效果并不明显[3]。获得性耐药是厄洛替尼治疗口腔癌效果不佳的重要原因,限制了其临床应用。因此,对厄洛替尼的耐药机制展开研究,探寻新的治疗方法,对于改善口腔癌患者的临床疗效具有重要意义[4]

近年来随着对葡萄糖调节蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)研究的不断深入,人们发现肿瘤细胞表面也存在GRP78的表达[5]。细胞表面GRP78作为一种多功能蛋白质,对肿瘤细胞的生长、侵袭和转移等多种生物学特性具有调节作用[6]。有文献[7]报道,细胞表面GRP78通过激活MEK/ERK信号通路促进肿瘤细胞增殖,应用GRP78特异性抗体处理肿瘤细胞,可以有效抑制肿瘤细胞的增殖。本课题组前期研究[8]结果显示,GRP78在肝癌细胞表面过表达,促进肝癌细胞的侵袭。

本研究以厄洛替尼耐药性细胞TCA-8113-ER细胞为实验对象,检测GRP78在耐药性细胞表面的表达。并应用GRP78特异性抗体处理TCA-8113-ER细胞,观察抗体封闭对TCA-8113-ER细胞生长、侵袭和转移的影响,并探讨其是否可以增加TCA-8113-ER细胞对厄洛替尼的反应性,为提高厄洛替尼在口腔癌中的疗效提供新的线索。

1 材料与方法 1.1 材料

厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞TCA-8113-ER细胞由锦州医科大学附属第二医院口腔科黄克强教授惠赠,GRP78特异性抗体购于美国Santa Cruz公司。厄洛替尼购于美国Shelleck公司。c-MET、Akt、STAT3和磷酸化c-MET、Akt、STAT3抗体购于美国Cell Signaling公司。AV/PI试剂盒购于中国Biotools公司。Transwell培养板购于美国Corning公司。Matrigel胶购于美国BD公司。HRP标记二抗购自中山公司。Odyssey IRDye800二抗购自北京西美杰科技有限公司。ECL发光试剂购自碧云天公司。

1.2 方法

1.2.1

细胞培养:TCA-8113细胞和TCA-8113-ER细胞培养在含10%胎牛血清、1%青霉素和链霉素的DMEM培养基中,37 ℃、5%CO2环境下培养。2~3 d更换1次培养液。

1.2.2

MTT实验:将TCA-81130-ER细胞接种于96孔板中(5 000/孔),继续培养12 h使细胞完全贴壁。12 h后,分别加入终浓度为1、2、4、8 µg/mL的GRP78特异性抗体处理细胞48 h。48 h后取出培养板,每孔加入20 µL MTT溶液(5 mg/mL),继续培养3~4 h。终止培养,弃去培养液,每孔加入150 µL DMSO溶解沉淀,于580 nm测定吸光度值,细胞活力值以处理组细胞吸光度值/对照组细胞吸光度值的百分数表示。为了检测GRP78特异性抗体对TCA-8113-ER细胞对厄洛替尼反应性的影响,GRP78特异性抗体(2 µg/mL)处理细胞24 h后,加入厄洛替尼(10 µmol/L)继续处理48 h,检测联合应用GRP78特异性抗体和厄洛替尼对TCA-8113-ER细胞活力的影响。实验分组:对照组(DMSO处理),厄洛替尼处理组,抗体处理组(GRP78特异性抗体处理),联合处理组(GRP78特异性抗体和厄洛替尼联合处理)。

1.2.3

克隆形成实验:将TCA-81130-ER细胞接种于6孔板中(5 000/孔),继续培养24 h,使细胞完全贴壁、伸展。每孔加入GRP78特异性抗体(2 µg/mL)处理细胞,每3 d更换1次培养液,重新加入GRP78特异性抗体(2 µg/mL)继续处理细胞。2周后终止培养,用0.1%的结晶紫对细胞进行染色,倒置显微镜观察细胞生长情况并拍照,并应用DMSO溶解结晶紫,于490 nm测定吸光度值。

1.2.4

Transwell实验:实验前应用Matrigel胶包裹上层小室聚碳酸酯膜(8 µmol/L)。将TCA-8113-ER细胞用无血清培养液悬浮接种于24孔Transwell培养板的上层小室内(10 000/孔),同时加入GRP78特异性抗体(2 µg/mL),下层小室内加入完全培养液。培养24 h后,取出上层小室,用酒精棉球擦拭上层小室内表面,上层小室外表面为迁移细胞。0.1%结晶紫染色,倒置显微镜下随机选取5个视野,计数每高倍视野上层小室外表面细胞数,以穿过细胞数代表细胞的侵袭能力。对照组用同型IgG处理。

1.2.5

创口愈合实验:将6孔板的底面应用10%纤黏连蛋白包被。待细胞融合成单层后,用灭菌的100 µL移液器头划痕,PBS漂洗3次,洗去悬浮细胞。加入1 mL含有2 µg/mL GRP78特异性抗体的无血清培养液,继续培养。24 h后取出培养板,倒置显微镜下观察创口愈合情况。对照组用同型IgG处理。

1.2.6

流式细胞术分析:将TCA-8113-ER细胞接种于6孔板中,待细胞密度达到90%时,对细胞进行处理。分为对照组(溶剂处理)、厄洛替尼处理组(采用厄洛替尼处理,终浓度10 µg/mL)、抗体处理组(GRP78特异性抗体,终浓度2 µg/mL)、联合处理组(GRP78特异性抗体处理24 h后,用厄洛替尼继续处理48 h,浓度同前)4组。AV/PI染色,流式细胞术分析细胞凋亡情况。

1.2.7

Western blotting:将GRP78特异性抗体处理的TCA-8113-ER细胞用RIPA缓冲液(1% NP-40、0.5%脱氧胆酸钠、1% SDS、0.1% PMSF)裂解,BCA法定量,SDS-PAGE电泳,转膜,1%胎牛血清蛋白封闭,一抗(1:1 000稀释)4 ℃杂交过夜,PBST洗膜后加入HRP标记的二抗室温温育1 h,ECL显色。

1.2.8

in-cell western实验:将TCA-8113-ER细胞接种于96孔板,待细胞生长至90%左右用4%甲醛固定,5% BSA封闭1.5 h,一抗(1:200稀释)4 ℃杂交过夜,PBST清洗后加入Odyssey IRDye800二抗室温避光温育1 h,Odyssey近红外双荧光系统扫描。

1.3 统计学分析

采用SPPS 17.0软件进行统计分析,多组样品间的比较采用单因素方差分析,2组样品间的比较采用t检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 GRP78特异性抗体抑制TCA-8113-ER细胞的生长

in-cell western实验结果(图 1A)显示,GRP78在厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞TCA-8113-ER细胞表面高水平表达。MTT实验结果显示,各浓度的GRP78特异性抗体均对TCA-8113-ER细胞的生长具有抑制作用,当抗体浓度达到2 µg/mL时明显抑制细胞生长(P < 0.05),继续增加抗体浓度,抑制作用增加不明显(资料未显示)。克隆形成实验结果(图 1B)显示,应用GRP78特异性抗体(2 µg/mL)处理细胞,可以明显抑制细胞生长,差异有统计学意义(P < 0.05)。

A, cell surface GRP78 expression in TCA-8113-ER cells analyzed by in-cell western assay; B, long term effect of GRP78-specific antibody on TCA-8113-ER cell growth assessed by colony formation assay. 图 1 GRP78特异性抗体抑制厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞的生长 Fig.1 GRP78-specific antibody inhibits the growth of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells

2.2 GRP78特异性抗体抑制TCA-8113-ER细胞的侵袭和转移

Transwell实验结果(图 2A)表明,对照组每低倍视野中细胞数约为20个,抗体处理组为73个,GRP78特异性抗体可以明显抑制TCA-8113-ER细胞的侵袭(P < 0.05)。创口愈合实验结果(图 2B)显示,对照组创口愈合率为34%,抗体处理组为63%,GRP78特异性抗体对TCA-8113-ER细胞的迁移具有抑制作用(P < 0.05)。

A, effect of GRP78-specific antibody on the invasiveness of TCA-8113-ER cells evaluated by transwell analysis; B, effect of GRP78-specific antibody on the migration of TCA-8113-ER cells evaluated by scratch wound healing assay. 图 2 GRP78特异性抗体抑制厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞的侵袭和迁移×100 Fig.2 GRP78-specific antibody inhibits the invasiveness and migration of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells ×100

2.3 GRP78特异性抗体增强TCA-8113-ER细胞对厄洛替尼的反应性

MTT实验结果(图 3A)表明,与对照组相比,厄洛替尼处理组细胞活力为0.85,抗体处理组为0.68,联合处理组为0.39,与单独应用GRP78特异性抗体(2 µg/mL)或厄洛替尼相比,二者联合应用可以在短期内抑制TCA-8113-ER细胞的生长,差异有统计学意义(P < 0.05)。克隆形成实验结果(图 3B)显示,联合应用GRP78特异性抗体(2 µg/mL)和厄洛替尼(10 µmol/L)处理细胞,可以在一个较长时期内明显抑制TCA-8113-ER细胞生长,差异有统计学意义(P < 0.05)。

A, short term effect of GRP78-specific antibody on the efficacy of erlotinib treatment assessed by MTT assay; B, long term effect of GRP78-specific antibody on the efficacy of erlotinib treatment assessed by colony formation assay. *P < 0.05 vs erlotinib group; #P < 0.05 vs anti-GRP78 Ab group. 图 3 GRP78特异性抗体增强厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞对药物的反应性 Fig.3 GRP78-specific antibody suppresses the drug resistance of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells

2.4 GRP78特异性抗体促进TCA-8113-ER细胞凋亡

流式细胞术分析结果(图 4)显示,与对照组相比,厄洛替尼处理组细胞凋亡率为15.1%,抗体处理组为21.3%,联合处理组为43.2%,与单独应用厄洛替尼和GRP78特异性抗体相比,二者联合应用可以明显促进细胞凋亡。

图 4 GRP78特异性抗体促进厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞细胞凋亡 Fig.4 GRP78 antibody promotes the apoptosis of erlotinib-resistant tongue squamous cell carcinoma cells

2.5 GRP78特异性抗体抑制c-MET、AKT和STAT3

Western blotting结果(图 5)显示,在GRP78特异性抗体处理的TCA-8113-ER细胞中,c-MET、p-c-MET、p-AKT和p-STAT3的表达水平明显低于未处理细胞,AKT和STAT3的表达变化不明显。

1, control group; 2, anti-GRP78 Ab group. 图 5 GRP78特异性抗体抑制c-MET、STAT3和AKT的磷酸化和表达 Fig.5 Inhibition of the phosphorylation states and expression levels of c-MET, STAT3, and AKT by GRP78-specific antibody

3 讨论

舌鳞癌细胞对EGFR抑制物抵抗,极大制约了以EGFR为靶点的治疗方法在临床上的应用。因此,增加舌鳞癌细胞对EGFR为靶点的治疗药物的反应性是一个急需解决的问题。

细胞表面GRP78可以发挥受体样作用,对细胞的增殖、侵袭、转移和耐药性形成等生物学特性发挥关键的调节作用,是肿瘤治疗的一个潜在靶点[9]。研究[10]显示应用抗体封闭细胞表面GRP78对肺癌、前列腺癌等肿瘤细胞增殖具有明显的抑制作用。本研究结果显示,GRP78在厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞表面高水平表达,这一结果提示细胞表面GRP78可能与舌鳞癌对EGFR抑制物的耐药性形成有关。本研究应用GRP78特异性抗体处理TCA-8113-ER细胞,发现抗体封闭可以明显抑制其增殖,增加其对厄洛替尼的反应性,这些结果提示GRP78特异性抗体对厄洛替尼耐药性舌鳞癌可能具有治疗作用。

本研究进一步观察了GRP78特异性抗体对TCA-8113-ER细胞侵袭和转移的影响,结果显示,GRP78特异性抗体处理可以抑制TCA-8113-ER细胞的侵袭和迁移,进一步证实了GRP78特异性抗体对厄洛替尼耐药性舌鳞癌具有治疗作用。

最后,本研究探讨了GRP78特异性抗体抑制厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞增殖、侵袭和转移的分子机制。许多研究[11]证实c-MET在肿瘤的增殖、侵袭和转移过程中发挥关键的调节作用。本研究检测了GRP78特异性抗体是否抑制c-MET信号通路,结果发现GRP78特异性抗体明显抑制c-MET的磷酸化和表达,进一步研究发现GRP78特异性抗体可以抑制c-MET下游分子STAT3的磷酸化,而对其表达没有影响[12]

综上所述,抑制细胞表面GRP78可以抑制厄洛替尼耐药性舌鳞癌细胞的增殖、侵袭和转移,增强其对厄洛替尼的敏感性,为提高临床上以EGFR为靶点的治疗方案的疗效提供了新的线索。但本研究的实验结果局限于细胞水平,尚需在实验动物水平进一步进行验证。另外,本研究结果显示c-MET信号通路抑制与细胞对厄洛替尼的敏感性有关,但尚缺乏直接证据。以后的工作中将继续展开深入的研究,以期进一步证实细胞表面GRP78作为对EGFR抑制物耐药的舌鳞癌细胞的治疗价值和潜在的机制。

参考文献
[1]
WARNAKULASURIYA S. Global epidemiology of oral and oropharyngeal cancer[J]. Oral Oncol, 2009, 45(4/5): 309-316. DOI:10.1016/j.oraloncology.2008.06.002
[2]
SANO D, MYERS JN. Metastasis of squamous cell carcinoma of the oral tongue[J]. Cancer Metastasis Rev, 2007, 26(3/4): 645-662. DOI:10.1007/s10555-007-9082-y
[3]
WANGSA D, CHOWDHURY SA, RYOTT M, et al. Phylogenetic analysis of multiple FISH markers in oral tongue squamous cell carcinoma suggests that a diverse distribution of copy number changes is associated with poor prognosis[J]. Int J Cancer, 2016, 138(1): 98-109. DOI:10.1002/ijc.29691.2015.8.28
[4]
HUANG K, LIU D. Targeting non-canonical autophagy overcomes erlotinib resistance in tongue cancer[J]. Tumour, 2016, 37(7): 9625-9633. DOI:10.1007/s13277-015-4689-z.2016.1.21
[5]
VENUGOPAL S, CHEN M, LIAO W, et al. Isthmin is a novel vascular permeability inducer that functions through cell-surface GRP78-mediated Src activation[J]. Cardiovasc Res, 2015, 107(1): 131-142. DOI:10.1093/cvr/cvv142.2015.5.6
[6]
KAMIL M, HAQUE E, IRFAN S, et al. ER chaperone GRP78 regulates autophagy by modulation of p53 localization[J]. Front Biosci (Elite Ed), 2017, 9: 54-66.
[7]
LOUESSARD M, BARDOU I, LEMARCHAND E, et al. Activation of cell surface GRP78 decreases endoplasmic reticulum stress and neuronal death[J]. Cell Death Differ, 2017, 24(9): 1518-1529. DOI:10.1038/cdd.2017.35.2017.6.23
[8]
MACHIHARA K, TANAKA H, HAYASHI Y, et al. Questiomycin A stimulates sorafenib-induced cell death via suppression of glucose-regulated protein 78[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2017, 492(1): 33-40. DOI:10.1016/j.bbrc.2017.08.042.2017.8.12
[9]
YIN Y, CHEN C, CHEN J, et al. Cell surface GRP78 facilitates hepatoma cells proliferation and migration by activating IGF-IR[J]. Cell Signal, 2017, 35: 154-162. DOI:10.1016/j.cellsig.2017.04.003.2017.4.4
[10]
KELBER JA, PANOPOULOS AD, SHANI G, et al. Blockade of Cripto binding to cell surface GRP78 inhibits oncogenic Cripto signaling via MAPK/PI3K and Smad2/3 pathways[J]. Oncogene, 2009, 28(24): 2324-2336. DOI:10.1038/onc.2009.97.2009.5.4
[11]
DING X, JI J, JIANG J, et al. HGF-mediated crosstalk between cancer-associated fibroblasts and MET-unamplified gastric cancer cells activates coordinated tumorigenesis and metastasis[J]. Cell Death Dis, 2018, 9(9): 867. DOI:10.1038/s41419-018-0922-1
[12]
RUI L, GU Y, HE W, et al. Secreted GRP78 activates EGFR-SRC-STAT3 signaling and confers the resistance to sorafeinib in HCC cells[J]. Oncotarget, 2017, 8(12): 19354-19364. DOI:10.18632/oncotarget.15223