人鼻咽癌CD干细胞的生物学特性及意义图文精.doc

中国组织工程研究 第 16卷 第 6期 2021– 02– 05出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research February 5, 2021 Vol.16, No.6 ISSN 1673-8225 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
1007 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery, Affiliated Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou
510282, Guangdong Province, China
Wang Hai-li★ , Studying for master’s degree, Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery, Affiliated Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou
510282, Guangdong Province, China wanghaili.12345@ 163 Correspondence to: Wen Zhong, Doctor, Professor, Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery, Affiliated Zhujiang Hospital of Southern Medical University, Guangzhou
510282, Guangdong Province, China wenzhong60
@163 Supported by: the Natural Science Foundation of Guangdong Province, No. S27*; Science and Technology Program Project of Guangdong Province, No. 2021B030301344* Received: 2021-11-10 Accepted: 2021-12-22
人鼻咽癌 CD133+干细胞的生物学特性及意义 **★
王海丽,文 忠,申聪香,钟品能,王军旗
Biological characteristics and significance of CD133+ cancer stem cells in human nasopharyngeal carcinoma
Wang Hai-li, Wen Zhong, Sheng Cong-xiang, Zhong Pin-neng, Wang Jun-qi
Abstract
BACKGROUND: Recent studies shows that cancer stem cells exist in cancer cell lines, and may be responsible for recurrence and metastasis of tumor. There are few reports on the biological characteristics of CD133+ cancer stem cells in human nasopharyngeal carcinoma.
OBJECTIVE: To explore the biological characteristics and significance of CD133+ cancer stem cells in human nasopharyngeal carcinoma.
METHODS: Expression of the CD133+ cells were detected by flow cytometry, and purified by magnetic cell sorting from human nasopharyngeal carcinoma cell line CNE-2. In vitro proliferation and in vivo tumorigenic capacity of the CD133+ stem cells were detected by serum-free culture, CCK-8, plate colony formation test and tumorigenicity experiment in nude mice, and which statistically compared with CD133- and control CNE-2 cells to understand the biological characteristics of the CD133+ stem cells.
RESULTS AND CONCLUSION: CD133+ cells maintained a sphere-like growth status in serum-free medium in vitro, and could form tumor spheres. Compared with the CD133- cells, the CD133+ cells had higher colony-formation ability (P < 0.01. In vivo tumorigenesis ability of the CD133+ cells in the nude mice was higher than that of the CD133- cells (P = 0.05. The results confirmed that CD133+ cells can successfully separate and culture in vitro, and can generate tumor spheres and have high tumorigenesis ability in the nude mice.
Wang HL, Wen Z, Sheng CX, Zhong PN, Wang JQ.Biological characteristics and significance of CD133+ cancer stem cells in human nasopharyngeal carcinoma.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2021;16(6: 1007-1010.
摘要
背景:有研究说明肿瘤细胞株中存在肿瘤干细胞,是肿瘤复发、转移的根源,但人鼻咽癌细胞株 CNE-2中肿瘤干细胞的表 达及生物学特性至今少有报道。
目的:观察人鼻咽癌 CD133+干细胞生物学特性及意义。
方法:采用流式细胞仪检测人鼻咽癌细胞株 CNE-2中 CD133的表达情况。 免疫磁珠分选技术获得人鼻咽癌 CD133+干细胞, 分别采用无血清培养法、 CCK-8法、 平板克隆形成试验及裸鼠体内成瘤实验检测 CD133+干细胞的体外增殖及体内成瘤能 力,并将其与 CD133-及未分选鼻咽癌细胞进展比拟,以了解 CD133+干细胞的生物学特性。
结果与结论:免疫磁珠富集的 CD133+细胞在无血清培养基中呈悬浮生长, 并可以形成肿瘤干细胞球。 CD133+细胞与 CD133-细胞比拟具有较高的克隆形成能力 (P < 0.01; CD133+细胞在裸鼠体内的成瘤率高于 CD133-细胞 (P < 0.05。结果证实, 鼻咽癌 CD133+干细胞能在体外别离培养,形成干细胞球,增殖能力强,在裸鼠体内具有极强的成瘤能力。
关键词:鼻咽癌;肿瘤干细胞;增殖;生物学特性;干细胞培养
doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2021.06.013
王海丽,文忠,申聪香,钟品能,王军旗 . 人鼻咽癌 CD133+干细胞的生物学特性及意义 [J].中国组织工程研究, 2021, 16(6:1007-1010. [ ]
0 引言
肿瘤干细胞理论认为,肿瘤中存在肿瘤干 细胞, 他们具有自我更新与无限增殖潜能 [1]。 到 目前,已经在白血病、神经胶质瘤与结肠癌等 细胞中发现了肿瘤干细胞 [2-4]。 王静等 [5]采用流 式细胞术从鼻咽癌细胞株中分选出侧群细胞, 具有较强的增殖活性。
实 验 采 用 了 免 疫 磁 珠 分 选 术 分 选 出 CD133+肿瘤干细胞。 进一步研究肿瘤干细胞的 生物学特性。 1 材料与方法
设计:细胞学体外实验。
时间及地点:于 2021-08/2021-05在南方 医科大学珠江医院中心实验室完成。
材料:
实验动物:BALB/c-nu裸鼠 8只, 4~6周龄, 体质量 16~23 g, 购自南方医科大学实验动物中 心。动物许可证号 :SKXY(粤 2006-0074。实 验中对动物的处理方法符合中华人民共与国科 学技术部颁发的 ?关于善待实验动物的指导性
王海丽,等 . 人鼻咽癌 CD133+
干细胞的生物学特性及意义
P .O. Box 1200, Shenyang 110004 cn.zglckf
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南方 医科大学附 属珠 江医院耳鼻 咽喉头颈外科, 广 东省广州市 510282
王海 丽★,女, 1985年生, 汉族, 河北省邯郸市人, 南方 医科大学在 读硕士, 主要从事 鼻咽 癌根底与临 床研究。
wanghaili.12345@163
通讯作者 : 文忠, 博士, 教授, 南方 医科 大学附属珠 江医 院耳鼻咽喉 头颈外科, 广东省 广州市 510282 wenzhong60@ 163
中图分类号 :R394.2 文献标识码 :B
文章编号 :1673-8225 (202106-01007-04
收稿日期:2021-11-10
修回日期:2021-12-22 (20211110002/WJ·G
意见? [6]。
细胞株:人鼻咽癌细胞株 CNE-2由南方医科
大学病理科提供。
试剂及仪器:
方法:
流式细胞技术检测及免疫磁珠技术分选 CNE-2中鼻咽癌 CD133+
干细胞:取对数生长的 CNE-2细
胞 , 消 化 离 心 后 PBS 重 悬 , 进 行 CD133/2 (293C3-PE 标记 (按照说明书操作 ,流式细胞 仪检测细胞 CD133比例 [7]。
取 CNE-2单 细 胞悬液 , 参加 FcR 阻 断 剂 100 μL ,参加磁珠 100 μL , 4 ℃ ,孵育 30 min。 用 500 μL Buffer湿柱。参加细胞悬液,过磁珠 分选柱收集未标记细胞。 用 Buffer 洗柱, 收集流 出液,与上述液体混合。将 MS 柱从磁珠别离器 上移开,往柱中参加 1 mL Buffer,用针芯快速将 缓冲液推出,收集液体中含有 CD133+细胞。所 得的 CD133+细胞离心 5 min, 1 000 r/min,去上 清, 收集 CD133+与 CD133-细胞, 参加无血清培 养基 37 ℃ 、 体积分数 5%CO2饱与温度的培养箱 中培养 [8]。
CCK-8法检测 CD133+
干细胞体外增殖能力:将
分选的 CD133+细胞, CD133-细胞以及未分选 的细胞种植于 96孔板内,每孔参加 0.2 mL无血 清培养液,无血清培养液含 DMEM/F12(11 ∶ 、 20 μg/L 碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF、 20 μg/L表皮生长因子 (EGF、 5 mg/L 胰岛素的 无血清培养液, 2 000细胞 /孔 (设空白组用于调 零 。置于 37 ℃ 、体积分数 5%CO2饱与温度的 培养箱中培养,每隔 3 d半量换液 1次,在培养 第 1, 3, 5, 7天测定细胞的增殖状态, 以 490 nm吸光度 (A 值量化活细胞数,每组所得数据取均 值,以时间为横轴, A 值为纵轴,绘制细胞生长 曲线、比拟 3组细胞的增殖速度 [9]。
体外成球试验检测 CD133+
干细胞体外成球能 力:配制无血清培养基,取分选后的 CD133+
细
胞与 CD133-细胞在上述无血清培养液中,置于 37 ℃ 、 体积分数 5%CO2饱与温度的培养箱中培 养,每天参加 0.25 mL上述无血清培养液,观察
肿瘤细胞克隆球形成过程,倒置显微镜观察并 摄片
[10]
体外平板克隆形成实验检测 CD133+
干细胞克 隆形成能力:将分选的 CD133+
细胞, CD133-
细
胞进展细胞计数,以每 200个细胞接种于含 10 mL上述无血清培养液的 6孔板中,每种细胞 3个复孔,置于 37 ℃ 、体积分数 5%CO2饱与温 度的培养箱中培养两三周。 当 6孔板中出现肉眼 可见的克隆时终止培养,弃去培养液,用 PBS 小心浸洗 2次, 加纯甲醇固定 15 min。 弃甲醇后 空气枯燥,加适量结晶紫室温固定 15 min。洗 去染料后再显微镜下计数大于 50个细胞的克隆 数,然后计算克隆形成率。 实验重复 3次。
裸鼠体内成瘤试验检测 CD133+
干细胞体内成 瘤能力:将 8只裸鼠分为 CD133+
组与 CD133-
组,
每只裸鼠注入细胞量为 1×105。 固定裸鼠, 碘伏 消 毒 左、 右侧 背部 皮肤 , 分 别 向 皮下 注 射 CD133+与 CD133-细胞 (悬浮于 0.2 mL生理盐 水 [12]。用碘伏消毒皮肤。移植后饲养于高度洁 净无特殊病原体 (speeific pathogen free, SPF 无菌净化室内。 每周观察 1次, 肉眼观察与 触诊 , 观察 4周后 采 用断 颈法处死 。 测量肿瘤大小, 照 相 。 处死 后 立即 取出肿瘤,用体积分数 10%甲 醛溶 液固定, 脱 水, 石蜡包埋 , 切 片,过 夜 , 苏木精伊红 染 色确 定病理 类型 [12]。在 普通 光学 显微镜下观察裸鼠移植瘤组 织 形态。
主要观察指标:流式细胞仪检测人鼻咽癌 细胞株 CNE-2中 CD133的表 达情况; 无血清培 养 法 检测人鼻咽癌 CD133+干细胞成球 情况; CCK-8法 检测 CD133+干细胞体 外 增殖 情况; 平 板克隆形成 试 验检测 CD133+干细胞克隆形成 能力 及裸鼠体内成瘤实验检测 CD133+干细胞 的体内成瘤 能力 。
统计学分析:计量 资 料以 x _
±s 表 示 , 采 用 SPSS 13.0统 计学 软件 进展数据分 析 , 多 组间 比拟 采 用单因素重复测量数据的方 差 分 析 ,组 间均数 差异 的两两比拟 采 用 LSD-t 法 ,两 样本 数据 采 用两 独立样本 t 检验, 四格 表 资 料 采 用 卡 方检验, P < 0.05为 差异 有显 著 性意 义 。
2 结果 2.1 实验动物数量分析 纳 入大鼠 8只,均进 入结 果 分 析 ,无 死亡或感 染,无 脱落 。 2.2 鼻咽癌 CD133+干细胞别离鉴定结果 采
试剂及仪器
来源
DMEM/F12培养基,重组人碱性 成纤维生长因 (bFGF
表皮生长因子 (EGF
胰岛素
(Insulin,人 CD133 细胞 分选试剂盒, MACS 磁珠分选柱 CD133/2 (293C3-PE, Cell
Counting Kit-8(CCK-8试剂盒
美国 PeproTech 公司
美国 sigma 公司 德国 Miltenyi Biotec 公司 中国碧云天公司
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用流式细胞 术 检测 了 CNE-2鼻咽癌细胞株中 CD133的表 达 情 况 , 流 式 分 析 结 果 显 示 细 胞 株 中 恒 定 在 0.2%~2.59%。见 图 1。
2.3 鼻咽癌 CD133+干细胞生物学特性
CD133+
肿瘤干细胞球形成:在无血清 条件 下细胞悬浮
生长,培养 10 d后形成肿瘤细胞球体,球体 折 光性 好 , 大小 不一 ,从 十几 个细胞 到几十 个细胞 不等 ,见 图 2。
CD133+
干细胞体外增殖能力:结 果 说明 CD133+
组的
细胞增长 幅 度 最 大,与 CD133-
组比拟, 各 组细胞培养 72 h后, CD133+细胞增长速度大于 CD133-与未分选细 胞 (P < 0.05。见表 1。
细胞的体外克隆形成能力:通 过计算得出 平 均克隆形
成率分别为 CD133-(7.33±8.50%与 CD133+
细胞 (34.66±
8.50%。 CD133+细胞的克隆形成 能力 明显高于 CD133-细胞 (P < 0.01,见 图 3。
CD133+干细胞裸鼠体内成瘤能力:1×105个 CD133+
细
胞在接种 4周 之 后,可在 7只裸鼠体内形成移植瘤 ;而 1×105个 CD133-细胞在裸鼠体内均未成瘤, CD133+细胞 在裸鼠体内的成瘤率高于 CD133-细胞 (χ2=12.44, P < 0.05 ,见 图 4。
3 讨论
自 2003年 Sighs 等 [1]报道了神经胶质 瘤 CD133标记
a: CD133-
cells
Figure 3 The first generation of CD133+ cells after sorting and in vitro clone formation ability of CD133- cells at 3 wk
after culture
图 3 分选后第一代 CD133+细胞与 CD133-细胞培养 3周后 体外克隆形成能力
b: CD133+
cells
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干细胞的生物学特性及意义
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的肿瘤干细胞的分选,已有多位学者对卵巢癌、胃癌与 前列腺癌等肿瘤
[12-14]
, 课题组前期研究工作也从鼻咽癌
中发现了肿瘤干细胞 [7]
。随着对肿瘤干细胞的进一步研 究发现,肿瘤干细胞与肿瘤的复发、转移、多药耐药有 关。因此,研究肿瘤干细胞的生物学特性为临床上提高 肿瘤治愈率、降低复发率提供了新思路。
CD133被 认 为 是 多 种 肿 瘤 干 细 胞 的 表 面 标 记 物 [1, 15-16],一小局部肿瘤细胞表达 CD133+。本文针对 鼻 咽 癌 CNE-2细 胞 首 先 采 用 了 流 式 细 胞 技 术 检 测 CD133+细胞含量, 证明在鼻咽癌细胞株 CNE-2中确实有 0.2%~2.59%的细胞表达 CD133抗原, 与文献 [17]报道一 致。实验结果发现, 通过免疫磁珠分选方法可高效分选 出 CD133+细胞,同时还发现细胞的活力、细胞量、细胞 混悬液制备及分选时间的长短均可以影响分选效果。
CD133+
细胞具有自身独特的生物学特性,有极强的
自我更新及增殖能力。 在无血清成球实验中, 可形成悬浮 生长的肿瘤干细胞球。 实验在无血清的配制方面, 与文献 [18]报道有所不同,实验未参加 B27因子,可能原因为细 胞株不同对细胞因子的需要不同。 3组亚群细胞的生长曲 线结果、平板克隆形成实验结果说明, CD133+细胞的增 殖能力与克隆形成能力高于 CD133-细胞,此结果与以往 文献报道一致 [5, 7],因此也证明了鼻咽癌细胞群中确实存 在一小局部细胞,特性不同于其他细胞。
在肿瘤干细胞的鉴定实验中, 裸鼠体内成瘤被认为 是一种更加可靠的方法。 在以往的肿瘤干细胞鉴定试验 中,进展了大量体外细胞学实验的验证。而本文的创新 点在于,采用了免疫磁珠分选出 CD133+细胞后,不仅 进展了体外实验,还通过裸鼠体内成瘤实验来鉴定,显 示 CD133+
细胞的成瘤性高于 CD133-
细胞, 证明 CD133+
细胞中含有肿瘤干细胞,与体外实验结果一致,这种方
法系统全面且可信度高。
CD133是当前肿瘤干细胞筛选的主要手段, 实验中 采用了 CD133标记的外表标记物富集肿瘤干细胞。 也有 研究通过细胞外表抗原 CD44[19], ABCG2[20], Oct4等筛 选肿瘤干细胞 [16], 迄今为止仍未发现特异性的肿瘤外表 标记物。目前,对肿瘤干细胞的研究仍在探索阶段,目 前鉴定肿瘤干细胞的根本方法都只是富集了肿瘤干细 胞,并未真正意义上将肿瘤干细胞别离出来,寻找肿瘤 干细胞特异性标记物是进一步研究的方向。
致谢:感谢郝卫、温坤、郭勇辉教师与肖法 嫚 博士 在实验技术方面给予的帮助,感谢南方医科大学珠江医 院中心实验室提供的仪器与设备。
4 参考文献 [1] Singh SK, Clarke I D, Terasaki M, et al. Identification of a cancer
stem cell in human brain tumors. Cancer Res. 2003;63(18:5821- 5828.
[2] Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized
as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med. 1997;3(7:730-737.
[3]
Deng YW, Fang JC, Li MC, et al. Zhongguo Xiandaiyixue Zazhi. 2005;15(16:2449-2452.
邓永文 , 方加胜 , 李茗初 , 等 . 胶质瘤中肿瘤干细胞的别离、培养及鉴定 [J].中国现代医学杂志 , 2005,15(16:2449-2452.
[4]
Dallas N A, Xia L, Fan F, et al. Chemoresistant colorectal cancer cells, the cancer stem cell phenotype, and increased sensitivity to insulin-like growth factor-I receptor inhibition. Cancer Res. 2021; 69(5:1951-1957.
[5] Wang J, Guo LP, Chen LZ, et al. Identification of cancer stem cell-like side population cells in human nasopharyngeal carcinoma cell line. Cancer Res. 2007;67(8:3716-3724.
[6] The Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China. Guidance Suggestions for the Care and Use of Laboratory Animals. 2006-09-30.
[7]
Guan XF, Wen Z, Shen CX, et al. Jiefangjun Yixue Zazhi. 2021; 33(12:1461-1464.
关小芳 , 文忠 , 申聪香 , 等 . 人鼻咽癌细胞株中类肿瘤干细胞的别离、培 养及鉴定 [J].解放军医学杂志 ,2021,33(12:1461-1464.
[8]
Cao J X, Cui Y X, Long Z J, et al. Pluripotency-associated genes in human nasopharyngeal carcinoma CNE-2 cells are reactivated by a unique epigenetic sub-microenvironment. BMC Cancer. 2021; 10(2:68.
[9]
Jin F, Li HS, Zhao L, et al. Zhonghua Yixue Zazhi. 2021;88(33: 2312-2316.
靳峰 , 李洪生 , 赵雷 , 等 . 胶质瘤 TJ905细胞及其干细胞抗凋亡与 MRP 基因的关系 [J].中华医学杂志 ,2021,88(33:2312-2316.
[10] Shi CJ, Qin RY, Shi XC, et al. Zhongliu. 2021;30(9:723-727. 石程剑 , 秦仁义 , 石秀春 , 等 . 人胆囊癌 CD133+细胞亚群致瘤性的实验 研究 [J].肿瘤 , 2021,30(9:723-727.
[11] Cheng BL. Zhongshan Daxue Chubanshe. 2006. 程宝鸾 . 动物细胞培养技术 [Z].中山大学出版社 ,2006.
[12] Takaishi S, Okumura T, Tu S, et al. Identification of gastric cancer stem cells using the cell surface marker CD44. Stem Cells. 2021; 27(5:1006-1020.
[13] Gatti L, Beretta GL, Cossa G, et al. ABC transporters as potential targets for modulation of drug resistance. Mini Rev Med Chem. 2021;9(9:1102-1112.
[14] Zhang S, Balch C, Chan M W, et al. Identification and
characterization of ovarian cancer-initiating cells from primary human tumors. Cancer Res. 2021;68(11:4311-4320. [15]
Jin F, Zhao L, Guo YJ, et al. Influence of Etoposide on
anti-apoptotic and multidrug resistance-associated protein genes in CD133 positive U251 glioblastoma stem-like cells. Brain Res. 2021;1336:103-111.
[16] Du Z, Qin R, Wei C, et al. Pancreatic cancer cells resistant to chemoradiotherapy rich in "stem-cell-like" tumor cells. Dig Dis Sci. 2021;56(3:741-750.
[17] Chang JT, Chan SH, Lin CY, et al. Differentially expressed genes in radioresistant nasopharyngeal cancer cells: gp96 and GDF15. Mol Cancer Ther. 2007;6(8:2271-2279.
[18]
Xie SM, Fang WY, Liu Z, et al. Lentivirus-mediated RNAi silencing targeting ABCC2 increasing the sensitivity of a human
nasopharyngeal carcinoma cell line against cisplatin. J Transl Med. 2021;6(10:55.
[19] Su J, Xu X H, Huang Q, et al. Identification of cancer stem-like CD44+ cells in human nasopharyngeal carcinoma cell line. Arch Med Res. 2021;42(1:15-21.
[20]
Huang D, Gao Q, Guo L, et al. Isolation and identification of cancer stem-like cells in esophageal carcinoma cell lines. Stem Cells Dev. 2021;18(3:465-473.
第 17 页