癌癥的機械調(diào)控已被證明在惡性腫瘤進展中具有重要作用。血液、淋巴液和間質(zhì)液中的流體流動在控制生理和病理發(fā)展方面起著重要的機械作用。研究發(fā)現(xiàn)，由這些血液和間質(zhì)流動產(chǎn)生的不同強度的剪切力與不同類型癌細胞的生長、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，進一步的機制研究表明，Smad1/5、基質(zhì)金屬蛋白酶、轉(zhuǎn)化生長因子-β 和趨化因子信號通路可能受剪切力的調(diào)控，從而影響癌細胞的命運。

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）。基礎(chǔ)和臨床研究發(fā)現(xiàn)，與健康個體相比，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。癌細胞中 SCD-1 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是復(fù)雜的，是一個微環(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胞中表達水平的精確調(diào)控機制。

臺灣嘉義長庚紀(jì)念醫(yī)院骨科、臺灣長庚大學(xué)醫(yī)學(xué)院、國立嘉義大學(xué)食品科學(xué)系的研究團隊在之前的研究表明，高剪切力可通過 Smad1/5 信號傳導(dǎo)導(dǎo)致多種癌細胞的細胞周期停滯和細胞死亡。在近來的一項研究中，進一步探索了 SCD-1 在對人 MG63 骨肉瘤細胞的剪切力效應(yīng)中的可能作用。
 

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

以2 dyne/cm²（LSS）或 20 dyne/cm²（HSS）的剪切力分別刺激細胞 1、4、8 和 24 h，靜態(tài)細胞作為對照，分析其 SCD-1 蛋白和 mRNA 表達。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 骨肉瘤細胞中的 SCD-1 蛋白和 mRNA表達，約是對照組的 3~4 倍。2 dyne/cm² 剪切力對 SCD-1 蛋白和 mRNA 表達沒有影響。

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

研究表明，Smad1/5 信號通路是剪切力刺激的機械轉(zhuǎn)導(dǎo)之一。因此，實驗檢查了 Smad1/5 信號是否也影響人 MG63 骨肉瘤細胞中 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 SCD-1 表達。將細胞作為對照或用 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)染細胞以敲低相應(yīng)的基因表達，然后作為對照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。Smad1 和 Smad5 基因敲低顯著抑制 MG63 骨肉瘤細胞中 20 dynes/cm² 剪切力誘導(dǎo)的 SCD-1 蛋白表達。Smad1 和 Smad5 特異性 siRNA 誘導(dǎo)相應(yīng)基因表達量減少約 50-80%。

Smad1/5 增加 PPARδ 表達和轉(zhuǎn)錄激活以調(diào)節(jié)人 MG63 骨肉瘤細胞中 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 基因表達有關(guān)，其存在 3 種亞型，即 PPARα、PPARδ、PPARγ。因此，將細胞作為對照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 1、4、8 和 24 h，分析其 PPARs 表達。結(jié)果表明，與未處理的對照組相比，在人 MG63 骨肉瘤細胞中刺激 4、8 和 24 h后，20 dynes/cm² 剪切力顯著誘導(dǎo) PPARδ 和 PPARγ 蛋白表達。20 dynes/cm² 剪切力沒有改變 PPARα 的表達。

用 PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特異性 siRNA 轉(zhuǎn)染細胞，敲低相應(yīng)基因表達，然后作為對照或用 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 骨肉瘤細胞中的 SCD-1 蛋白表達。PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特異性 siRNA 誘導(dǎo)相應(yīng)基因表達量減少約 60-70%。

用 Smad1- 或 Smad5- 特異性 siRNA 進一步轉(zhuǎn)染細胞，敲低相應(yīng)基因表達，然后作為對照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。MG63 骨肉瘤細胞中的 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。

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

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

為了進一步探討 SCD-1 上調(diào)在 20 dynes/cm² 剪切力刺激下 MG63 骨肉瘤細胞中的作用，將細胞保留為對照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 1、4、8、24 h，并對其分化標(biāo)志物 Runx2 和骨鈣素（OCN）進行分析。

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

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

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

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

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

總之，該研究進一步發(fā)現(xiàn)了脂質(zhì)代謝與癌細胞剪切力調(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 信號通路誘導(dǎo)人骨肉瘤細胞中的 SCD-1 水平，從而影響骨肉瘤的存活（分化和細胞死亡）（圖6）。結(jié)果闡明了骨肉瘤細胞中 SCD-1 上調(diào)響應(yīng)高剪切力損傷的自身保護可能性。

參考文獻：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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