Effect of EZH2 knockout on podocyte injury and JAK2/STAT3 signaling pathway in mice with focal segmental glomerulosclerosis
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摘要:目的
探讨EZH2基因敲除对局灶节段性肾小球硬化（FSGS）模型小鼠肾脏足细胞损伤和JAK2/STAT3信号通路的影响。
方法将60只Cas9小鼠随机分为EZH2敲除组和EZH2未敲除组，每组30只。EZH2敲除组小鼠肾静脉注射重组腺病毒（AAV9-sgRNA-EZH2），EZH2未敲除组小鼠肾静脉注射磷酸盐缓冲液（PBS），且2组小鼠均单次尾静脉注射阿霉素，分别建立EZH2敲除FSGS模型和EZH2未敲除FSGS模型。采用苏木素-伊红（HE）染色法观察2组小鼠肾组织病理变化；采用双重免疫荧光染色法观察2组小鼠足细胞nephrin、podocin表达情况；采用TUNEL法检测2组小鼠足细胞凋亡指数；采用免疫印迹（Western blot）法检测2组小鼠肾组织JAK2、STAT3蛋白表达水平。
结果与EZH2未敲除组FSGS小鼠相比，EZH2敲除组FSGS小鼠肾小球病变更严重，足突广泛融合，肾小球基底膜明显增厚，系膜基质增多，毛细血管闭塞。与EZH2未敲除组FSGS小鼠相比，EZH2敲除组FSGS小鼠足细胞nephrin、podocin表达减少，差异有统计学意义（P < 0.01）。EZH2敲除组足细胞凋亡指数为（40.94±2.13）%，高于EZH2未敲除组的（21.23±3.30）%，差异有统计学意义（P < 0.01）。EZH2敲除组FSGS小鼠JAK2、STAT3蛋白表达水平依次为（2.67±0.41）、（2.37±0.53），分别高于EZH2未敲除组的（1.72±0.31）、（1.70±0.48），差异有统计学意义（P < 0.01）。
结论EZH2基因敲除可能参与JAK2/STAT3信号通路的激活，并加重FSGS小鼠肾脏足细胞损伤。
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关键词:
- EZH2基因 /
- 局灶节段性肾小球硬化 /
- JAK2/STAT3信号通路 /
- 足细胞 /
- 基因敲除
Abstract:ObjectiveTo explore effect of EZH2 knockout on podocyte injury and JAK2/STAT3 signaling pathway in mice model with focal segmental glomerulosclerosis(FSGS).
MethodsSixty Cas9 mice were randomly divided into EZH2 knockout group(n=30) and the EZH2 non-knockout group (n=30). Mice in EZH2 knockout group were intravenously injected with recombinant adenovirus (AAV9-sgRNA-EZH2), those in the EZH2 non-knockout group were intravenously injected with phosphate buffered solution (PBS). Mice in the two groups were injected with doxorubicin once through tail vein to establish EZH2 knockout FSGS model and EZH2 non-knockout FSGS model, respectively. The renal tissue pathological changes were observed by hematoxylin and eosin (HE) staining. The nephrin and podocin expressions were observed by double immunofluorescence. Podocyte apoptosis index was detected by TUNEL. The JAK2 and STAT3 protein expressions were detected by western blot method.
ResultsCompared with mice in the EZH2 non-knockout group, the mice had more serious glomerular pathological changes, widely fused foot processes, significantly thickened glomerular basement membrane, increased mesangial matrix and blocked capillaries. Compared with FSGS mice in the EZH2 non-knockout group, the expressions of nephrin and podocin in podocytes of FSGS mice in the EZH2 knockout group were decreased (P < 0.01). The apoptosis index of podocytic cells in the EZH2 knockout group was (40.94±2.13)%, which was higher than (21.23±3.30)% in the EZH2 non-knockout group (P < 0.01). The protein expression levels of JAK2 and STAT3 in the EZH2 knockout group were (2.67±0.41) and (2.37±0.53) respectively, which were higher than (1.72±0.31) and (1.70±0.48) in the EZH2 non-knockout group (P < 0.01).
ConclusionEZH2 gene knockout may be involved in the activation of JAK2/STAT3 signaling pathway and aggravate renal podocyte injury in FSGS mice.
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乳腺癌为女性常见恶性肿瘤，其发病率和病死率呈不断升高趋势[1]。乳腺癌的治疗包括手术、放化疗及内分泌治疗等，但晚期转移性患者生存预后仍较差[2]。因此，阐明乳腺癌肿瘤发生发展机制，有助于乳腺癌的临床诊治。环状RNA(circRNAs)能够通过与微小RNA、RNA结合蛋白等相互作用，调控下游基因表达，参与个体生长发育及恶性肿瘤增殖、转移生物学过程的调控[3]。CircRNA ANKS1B(CircANKS1B)是近年来发现的新型CircRNA, 又称为hsa_circ0007294, 由ANKS1B基因外显子5~8编码产生。CircANKS1B的表达上调能够促进乳腺癌肿瘤细胞的侵袭和转移[4]。上游转录因子1(USF1)基因编码蛋白属可以通过与富含嘧啶的起始元件和E-盒基序结合激活转录[5]。研究[6]发现, USF1的表达失调能够促进抑癌因子p53的降解，进而促进肿瘤的发生。本研究探讨乳腺癌中CircANKS1B、USF1的表达，并探讨两者的临床预后意义。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
选取2016年1月—2017年1月诊治的90例乳腺癌患者为研究对象，年龄30~78岁，平均(61.47±5.46)岁; 肿瘤大小＜2 cm 53例, ≥2 cm 37例; 组织学分级Ⅰ~Ⅱ级60例, Ⅲ级30例; 组织学分型为黏液腺癌21例，浸润性小叶癌22例，浸润性导管癌47例，肿瘤分期为Ⅰ~Ⅱ期62例, Ⅲ期28例; 有淋巴结转移57例; 三阴性乳腺癌18例。
纳入标准: 经病理学检查确诊为乳腺癌患者; 年龄大于18岁的女性患者; 首次诊治，无放疗、化疗等肿瘤治疗病史患者; 患者和家属对本研究知情同意并签字。排除标准: 合并其他恶性肿瘤者; 一般健康状况较差，预计生存时间短于3个月者; 合并乳腺急性感染性疾病者; 伴有系统性红斑狼疮等自身免疫系统疾病者。本研究经医院伦理委员会批准。
1.2 免疫组化法检测组织USF1蛋白表达
取癌及癌旁组织，常规石蜡包埋切片，二甲苯脱蜡，梯度酒精水化，柠檬酸抗原热修复: 阻断内源性过氧化物酶; 3%羊血清封闭; USF1兔单克隆抗体4 ℃孵育过夜(USF1一抗稀释比1∶ 200, 购自Abcam公司, ab180717); 二抗孵育30 min后DAB显色，梯度脱水后封片镜检。染色强度(0为无染色, 1为浅黄色, 2为棕褐色)乘以染色面积(0为≤25%, 1为>25%~50%, 2为>50%~75%, 3为>75%)作为免疫组化评分。评分＜2分为阴性, ≥2分为阳性。
1.3 实时荧光定量聚合酶链反应检测组织CircANKS1B、USF1 mRNA表达
用Trizol法提取组织中总RNA, 反转录为cDNA(PrimeScript RT反转录试剂盒购自日本TAKARA)。引物序列由上海华大公司合成。CircANKS1B正向引物序列为5′-TCCCAGACTGCTCTATGGAGA-3′, 反向为5′-CGGTGGTTACTCTGCCGAAG-3′; USF1 mRNA正向为5′-CTGCTGTTGTTACTACCCAGG-3′, 反向为5′-TCTGACTTCGGGGAATAAGGG-3′; GAPDH正向为5′-CGGACGACTCGGGATGAGA-3′, 反向为5′-GAGAGCTGCACGATCCAGTTG-3′。定量聚合酶链反应(qPCR)程序为: 94 ℃ 4 min, 94 ℃ 30 s, 62 ℃ 30 s, 72 ℃ 30 s, 共40个循环。SYBR Premix Ex TaqTM试剂盒购自日本TAKARA公司。总体系: SYBR Premix 10 μL, 上游、下游引物各1 μL, cDNA 2 μL和双蒸水7 μL。以GAPDH为内参, CircANKS1B、USF1 mRNA的表达采用2-△△Ct法表示。以CircANKS1B、USF1 mRNA表达量的平均值4.12、6.35作为阈值，分为CircANKS1B高表达组(n=47)和CircANKS1B低表达组(n=43), USF1 mRNA高表达组(n=44)和USF1 mRNA低表达组(n=46)。
1.4 随访
所有研究对象出院后开始进行随访，每3个月电话随访1次，主要询问患者生存情况，随访截至2022年2月1日。
1.5 统计学分析
采用SPSS 20.0软件处理数据。计量资料以(x±s)表示，组间均数比较采用t检验。计数资料以[n(%)]表示，组间比较采用卡方检验。Pearson相关分析法分析乳腺癌组织CircANKS1B与USF1 mRNA表达相关性。采用Kaplan-Meier(Log-rank) 生存分析法分析CircANKS1B、USF1 mRNA对乳腺癌患者预后的影响。采用单因素及多因素COX比例风险模型分析影响预后的因素。P＜0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 组织中USF1蛋白表达
乳腺癌组织中USF1棕黄色阳性表达主要位于细胞核。乳腺癌组织中USF1蛋白表达阳性率为86.67%(78/90), 高于癌旁组织中的15.56%(14/90), 差异有统计学意义(χ2=91.067, P＜0.001), 见图 1。
2.2 组织中CircANKS1B、USF1 mRNA表达及相关性
乳腺癌组织中CircANKS1B与USF1 mRNA的相对表达量分别为(4.12±0.68)、(6.35±1.21), 高于癌旁组织的(1.23±0.46)、(1.57±0.59), 差异有统计学意义(t=33.396、33.686, P＜0.001)。乳腺癌组织中CircANKS1B与USF1 mRNA表达呈显著正相关(r=0.604, P＜0.001)。
2.3 CircANKS1B、USF1 mRNA表达与乳腺癌临床病理特征的关系
CircANKS1B与USF1 mRNA表达在不同肿瘤分期、淋巴结转移及是否三阴性乳腺癌方面比较，差异有统计学意义(P＜0.05); 不同年龄、肿瘤直径、组织学分型、组织学分级之间比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 1。
表 1 CircANKS1B、USF1 mRNA表达与乳腺癌临床病理特征的关系(x±s)临床参数 分类 n CircANKS1B χ2 P USF1 mRNA χ2 P 年龄 ＜60岁 38 3.99±0.73 1.587 0.116 6.14±1.42 1.328 0.188 ≥60岁 52 4.22±0.64 6.50±1.15 肿瘤直径 ≥2 cm 37 4.25±0.75 1.543 0.126 6.46±1.24 0.740 0.462 ＜2 cm 53 4.03±0.60 6.27±1.17 组织学分型 黏液腺癌 21 4.15±0.69 0.031 0.969 6.31±1.23 0.011 0.989 浸润性小叶癌 22 4.10±0.67 6.36±1.22 浸润性导管癌 47 4.12±0.64 6.35±1.18 组织学分级 Ⅰ~Ⅱ级 60 4.10±0.61 0.409 0.483 6.19±1.14 1.812 0.073 Ⅲ级 30 4.16±0.74 6.67±1.27 肿瘤分期 Ⅰ~Ⅱ期 62 3.63±0.60 10.478 ＜0.001 5.55±1.03 9.700 ＜0.001 Ⅲ期 28 5.18±0.75 8.12±1.42 淋巴结转移 有 57 3.72±0.64 7.263 ＜0.001 7.69±1.15 13.210 ＜0.001 无 33 4.81±0.76 4.04±1.44 三阴性乳腺癌 是 18 4.56±0.70 3.162 ＜0.001 7.67±1.26 5.201 ＜0.001 否 72 4.01±0.65 6.02±1.19 2.4 CircANKS1B、USF1 mRNA表达与乳腺癌患者预后的关系
CircANKS1B高表达组中位生存时间为52.62个月(95%CI: 49.44~56.35), 短于CircANKS1B低表达组的56.78个月(95%CI: 52.46~57.05), 差异有统计学意义(P=0.045)。USF1 mRNA高表达组中位生存时间为52.53个月(95%CI: 48.83~56.23), 短于USF1 mRNA低表达组的56.75个月(95%CI: 54.07~59.43), 差异有统计学意义(P=0.014), 见图 2。
2.5 乳腺癌患者临床预后的影响因素
采用单因素及多因素COX回归分析法分析乳腺癌患者临床预后的影响因素。以乳腺癌患者生存状态为因变量，纳入年龄、肿瘤大小、组织学分级、病理类型、三阴性乳腺癌、肿瘤分期、淋巴结转移、CircANKS1B、USF1 mRNA为自变量。结果显示, CircANKS1B高表达、USF1 mRNA高表达、肿瘤分期Ⅲ期及淋巴结转移是预后的独立危险因素。见表 2、表 3。
表 2 影响乳腺癌预后的单因素Cox回归分析因素 赋值 β SE Wald χ2 P HR 95%CI 年龄 1=≥60岁, 0=＜60岁 0.141 0.130 1.176 0.642 1.151 0.892~1.486 肿瘤大小 1=≥2 cm, 0=＜2 cm 0.174 0.149 1.364 0.514 1.191 0.889~1.594 病理类型 1=浸润性小叶癌及导管癌, 0=黏液腺癌 0.259 0.190 1.858 0.319 1.296 0.892~1.880 三阴性 1=是, 0=否 0.224 0.187 1.435 0.441 1.251 0.867~1.805 组织学分级 1=Ⅲ级, 0=Ⅰ~Ⅱ级 0.249 0.212 1.283 0.309 1.380 0.847~1.944 淋巴结转移 1=有, 0=无 0.471 0.151 8.249 ＜0.001 1.352 0.913~1.882 肿瘤分期 1=Ⅲ期, 0=Ⅰ~Ⅱ期 0.566 0.196 9.276 ＜0.001 1.730 1.434~2.099 CircANKS1B 1=高表达, 0=低表达 0.641 0.181 11.667 ＜0.001 2.041 1.813~2.463 USF1 mRNA 1=高表达, 0=低表达 0.717 0.214 12.696 ＜0.001 2.060 1.921~2.279 表 3 影响乳腺癌患者预后的多因素Cox回归分析因素 β SE Wald χ2 P HR 95%CI 淋巴结转移 0.970 0.420 5.339 0.006 2.637 1.158~6.008 肿瘤分期 0.680 0.235 8.373 ＜0.001 1.973 1.245~3.129 CircANKS1B 0.910 0.280 10.563 ＜0.001 2.484 1.435~4.301 USF1 mRNA 0.565 0.231 8.287 ＜0.001 1.660 1.236~3.058 3. 讨论
乳腺癌患者预后差异较大，部分患者经手术等治疗后仍可能发生肿瘤复发、进展和转移，患者死亡风险增高[7]。虽然近年来基于基因芯片技术的乳腺癌分子分型为患者的个体化治疗提供了依据，但存在成本高以及对操作人员经验要求较高等问题，限制了其在临床的广泛应用[8]。深入研究乳腺癌机制，探索其早期诊断及预后判断的肿瘤标志物，对于乳腺癌的临床诊断、治疗和随访具有重要价值。
CircRNAs是一类保守的内源性RNA, 在哺乳动物细胞中具有较高的细胞和组织特异性。CircRNA可参与复杂的RNA-RNA相互作用网络，并在转录后基因表达调控中发挥作用[9]。CircANKS1B是近年来发现的具有肿瘤促进功能的环状RNA。研究[10]发现, CircANKS1B能够与微小RNA-149结合，通过RNA介导的相互作用促进下游转录因子Slug的表达，进而促进肿瘤细胞的侵袭转移和细胞凋亡。本研究中，乳腺癌组织中CircANKS1B表达显著升高，提示CircANKS1B可能参与乳腺癌的发生。ZENG K X等[4]利用二代测序对乳腺癌组织中差异性表达基因进行分析，分析结果证实乳腺癌中CircANKS1B表达显著上调，并具有较高的保守性。本研究中, CircANKS1B表达与肿瘤分期及淋巴结转移有关，提示CircANKS1B参与促进乳腺癌的进展，其机制与CircANKS1B促进肿瘤细胞上皮间质转化有关。研究[4, 11]表明, CircANKS1B的表达升高作为分子海绵结合微小RNA-152-3p, 促进转化生长因子-α的表达，诱导间质性表型如N-钙黏素的表达，增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力。CircANKS1B在血清中具有较高的稳定性，因此可能是一种理想的评估乳腺癌预后的血清标志物。生存分析结果表明, CircANKS1B高表达患者生存预后较差，且其是患者不良预后的独立危险因素，提示检测乳腺癌组织中CircANKS1B的表达有助于评估患者生存预后。研究[12]表明, CircANKS1B能够充当竞争性内源性RNA, 结合并抑制miR-515-5p, 不仅促进肿瘤细胞的转移潜能，还能增强肿瘤细胞对顺铂等化疗药物的耐药性，导致患者不良生存预后。
USF1编码基因位于人类1号染色体q22.3区，含有螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链结构，其能够在多种基因的启动子区域与E-盒结构结合，参与调节与体内脂质和碳水化合物稳态相关基因的表达[13-14]。近年来发现, USF1在人类胶质瘤等恶性肿瘤中异常表达上调，其通过促进转化生长因子-β等细胞因子的表达，增强肿瘤迁移和侵袭能力[15-16]。本研究中，乳腺癌组织中USF1 mRNA及其蛋白表达均显著上调，提示USF1的表达升高可能参与乳腺癌肿瘤的发生过程。USF1的表达受上游微小RNA的表达调节。研究[17]发现，微小RNA-296-5p能够结合并降低USF1 mRNA的稳定性，抑制USF1的表达，肿瘤中微小RNA-296-5p表达降低，导致USF1 mRNA的稳定性增加，促进USF1的蛋白表达，导致肿瘤进展和转移。本研究中, USF1 mRNA的表达与肿瘤分期及淋巴结转移有关，表明USF1参与乳腺癌的进展。其机制与USF1能够激活下游癌基因的表达有关。有研究[18]在乳腺癌肿瘤细胞中发现, USF1的表达升高能够促进血管紧张素Ⅱ型受体相关蛋白基因的表达，激活AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进肿瘤细胞的过度增殖及侵袭转移。亦有研究[19]表明, USF1能够直接结合癫痫发作相关6同源物2基因的启动子区域并促进其表达，导致乳腺癌细胞的增殖及转移。本研究发现, USF1 mRNA高表达患者的生存预后较差，并且是影响患者不良预后的独立因素。研究[20]表明, USF1基因的单核苷酸多态性与紫杉醇的化疗疗效和安全性有关, USF1的异常表达可能通过影响化疗药物治疗的敏感性，进而影响肿瘤患者临床预后。
本研究中，乳腺癌组织中CircANKS1B与USF1 mRNA的表达呈显著正相关，表明两者在乳腺癌中可能相互作用，共同促进乳腺癌进展。分析其机制, CircANKS1B能够作为分子海绵，结合微小RNA-148a-3p和微小RNA-152-3p, 进而促进转录因子USF1的表达, USF1的表达升高能够进一步上调转化生长因子-β的表达，激活下游Smad信号通路，促进肿瘤细胞发生上皮间质转化，导致肿瘤进展[4]。此外，本研究中，三阴性乳腺癌患者癌组织中CircANKS1B与USF1表达上调更为明显，提示两者在三阴性乳腺癌中可能发挥重要的肿瘤促进作用。其原因可能与三阴性乳腺癌中负责CircANKS1B剪切的因子ESRP1表达显著上调有关[21]。研究[4, 21]发现, ESRP1能够与CircANKS1B基因外显子上游富含GGT序列的区域结合，促进CircANKS1B及其下游USF1的表达。
综上所述，乳腺癌组织中CircANKS1B、USF1表达升高, CircANKS1B、USF1 mRNA表达与乳腺癌患者的肿瘤分期、淋巴结转移及三阴性有关，两者共同参与促进乳腺癌的进展，且是患者预后的独立影响因素。但本研究存在不足，如样本量有限，未对不同亚型的乳腺癌患者的预后进行分层分析，有待今后设计多中心的临床试验，以进一步探讨。
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表 1 2组FSGS小鼠生化指标水平比较(x±s)
指标 EZH2未敲除组(n=30) EZH2敲除组(n=30) 24 h尿蛋白定量/mg 241.87±31.21 386.65±42.30** BUN/(mmol/L) 13.08±3.08 19.54±3.22** Cr/(μmol/L) 73.50±8.96 96.48±9.32** ALT/(U/L) 41.10±3.91 42.59±7.07 AST/(U/L) 38.35±7.30 40.84±5.41 BUN: 尿素氮; Cr: 肌酐; ALT: 丙氨酸氨基转移酶; AST: 天门冬氨酸氨基转移酶。与EZH2未敲除组比较, **P < 0.01。 
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表 2 2组FSGS小鼠足细胞JAK2、STAT3蛋白表达水平比较(x±s)
指标 EZH2未敲除组(n=30) EZH2敲除组(n=30) JAK2蛋白 1.72±0.31 2.67±0.41** STAT3蛋白 1.70±0.48 2.37±0.53** 与EZH2未敲除组比较, **P < 0.01。
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