PTEN缺失对抗氧化防御蛋白的影响效应及机制研究

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目的:本文旨在研究抑癌基因PTEN缺失的小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)中抗氧化防御蛋白——过氧化物还原酶(Prx1,2,5,6)及铜锌-超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)表达下调对细胞抗氧化防御能力、细胞内活性氧(ROS)、脂质过氧化和DNA氧化损伤水平的影响,并探讨PTEN调控Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD mRNA和蛋白表达的机制,以进一步完善PTEN的抑癌作用机理,对肿瘤的预防和治疗有一定的指导意义。方法:(1)用超氧化物歧化酶(SOD)检测试剂盒比较对照(PTEN+╱+ MEFs)及PTEN缺失MEFs细胞(PTEN-/- MEFs)内SOD活力水平;不同浓度过氧化氢(H2O2)作用后,中性彗星电泳检测PTEN+╱+ MEFs及PTEN-/- MEFs细胞中DNA双链断裂(DSBs)水平;Western blot检测不同浓度H2O2预处理后PTEN+/+ MEFs及PTEN-/- MEFs细胞内DNADSBs产物磷酸化组蛋白H2AX(γH2AX)表达水平。(2) 2’7’-二氯荧光素双乙酸盐(DCFH-DA)和二氢乙啶(DHE)荧光探针分别标记细胞内H2O2和超氧阴离子(O2·-)结合荧光显微镜及流式细胞学检测PTEN+╱+ MEFs及PTEN-/- MEFs细胞中基础ROS(H2O2和O2·-)水平。(3)用丙二醛(MDA)检测试剂盒比较PTEN+/+MEFs及PTEN-/-MEFs细胞中脂质过氧化产物MDA水平;免疫细胞化学检测PTEN+/+MEFs及PTEN-/-MEFs细胞内DNA氧化损伤产物8-羟基脱氧鸟苷(8-OH-dG)水平;Western blot及免疫荧光染色检测PTEN+/+MEFs及PTEN-/-MEFs细胞中DNA DSBs产物γH2AX蛋白表达水平;中性彗星电泳进一步检测PTEN+/+MEFs及PTEN-/-MEFs细胞内DNADSBs水平。(4)磷脂酰肌醇激酶(PI3K)抑制剂LY294002作用PTEN-/-MEFs细胞后,Western blot检测丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶AKT(或称PKB)磷酸化水平;Western blot和Northern blot分别检测LY294002作用后PTEN-/-MEFs细胞中Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD蛋白和mRNA表达水平;Western blot进一步检测PTEN+/+MEFs及PTEN-/-MEFs细胞中转录因子FOXO3a磷酸化水平及LY294002作用PTEN-/-MEFs细胞后FOXO3a磷酸化水平。结果:(1)PTEN缺失MEFs细胞抗氧化防御能力降低:PTEN+/+MEFs细胞的SOD活力是PTEN-/-MEFs细胞的2.09倍(p<0.01),说明PTEN-/-MEFs细胞中SOD清除O2·-能力降低。中性彗星电泳结合Western blot检测显示PTEN-/-MEFs细胞在0.01mmol/LH2O2作用后就出现具有统计学意义的DNA DSBs水平升高(p<0.01),而PTEN+/+MEFs细胞则要在H2O2作用浓度达到0.1mmol/L时,才出现具统计学意义的DNA DSBs损伤增强(p<0.01),说明PTEN-/-MEFs细胞清除H2O2、防御其诱发的DNA氧化损伤的能力降低。(2)PTEN-/-MEFs细胞内基础ROS水平升高:流式细胞学显示荧光探针孵育的不同时间点,PTEN-/-MEFs细胞内2’7’-二氯荧光素(DCF)和氧化乙啶(Eth)荧光水平均明显高于PTEN+/+MEFs细胞(p<0.05和p<0.01),荧光显微图像显示PTEN-/-MEFs细胞内DCF和Eth荧光强度均明显高于PTEN+/+MEFs,均表明PTEN-/-MEFs细胞内H2O2和O2-水平升高。(3)PTEN缺失MEFs细胞脂质过氧化和DNA氧化损伤增强:PTEN+/+MEFs细胞内MDA水平明显低于PTEN-/-MEFs细胞(p<0.01),分别为1.3±0.1 nmol/mgprot和1.75±0.05 nmol/mgprot,说明PTEN-/-MEFs细胞脂质过氧化水平升高,氧化损伤增强。免疫细胞化学显示PTEN-/-MEFs细胞内8-OH-dG水平是PTEN+/+MEFs细胞的3.1倍(p<0.01),说明PTEN-/-MEFs细胞DNA氧化损伤水平升高。Western blot和免疫荧光染色显示PTEN-/-MEFs细胞中DNA DSBs产物γH2AX蛋白表达水平明显高于PTEN+/+MEFs(p<0.01),中性彗星电泳显示PTEN+/+MEFs细胞平均尾力矩(15.48)明显低于PTEN-/-MEFs细胞(22.03)(p<0.01),均表明PTEN-/-MEFs细胞DNA DSBs损伤增强。(4)PTEN可通过拮抗PI3K/AKT通路促进Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SODmRNA和蛋白表达并抑制FOXO3a磷酸化:Western blot和Northern blot显示PI3K抑制剂LY294002作用后,PTEN-/-MEFs细胞中AKT激酶活化明显抑制,而Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD蛋白和mRNA均表达增强,说明PTEN可通过拮抗PI3K/AKT通路促进Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD基因转录和蛋白表达。此外,Western blot显示PTEN-/- MEFs细胞中转录因子FOXO3a磷酸化水平升高,LY294002作用PTEN-/-MEFs细胞后FOXO3a磷酸化水平降低,说明PTEN可通过拮抗PI3K/AKT通路抑制下游转录因子FOXO3a磷酸化。结论:(1)PTEN作为一个重要的抑癌基因,其缺失可引起抗氧化防御蛋白Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD表达下调,由此导致细胞抗氧化防御能力降低,细胞内基础ROS水平升高,氧化压力诱发的脂质过氧化和DNA氧化损伤增强。表明PTEN在维持细胞内氧化还原环境、保护细胞免于氧化损伤和维持基因组稳定性方面起着重要作用。(2)PTEN可通过拮抗PI3K/AKT通路促进抗氧化防御蛋白Prx1,2,5,6及Cu/Zn-SOD基因转录和蛋白表达,并且可能通过该通路下游的FOXO3a等FOXO家族(FOXOs)转录因子对其转录进行调控。
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