引用本文: 王健, 王晓东, 唐冠杰, 赵佳. pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体的构建和鉴定. 中国普外基础与临床杂志, 2014, 21(3): 300-304. doi: 10.7507/1007-9424.20140072 复制
组织因子途径抑制物-2(tissue factor pathway inhibitor-2,TFPI-2)又称为胎盘蛋白-5(placental pro-tein-5,PP-5)或视网膜色素上皮细胞-1(retinal pig-ment epithelium-1,RPE-1),属于丝氨酸蛋白酶抑制物的一种[1-2]。研究[3-5]表明,TFPI-2蛋白在维持细胞外基质(ECM)结构的完整性、调控恶性肿瘤的内外扩张和迁移中均起着重要的作用。TFPI-2基因在人体正常组织中高表达,而在肿瘤组织中则表现为低表达,甚至不表达[6-8]。将外源性TFPI-2基因克隆于肿瘤细胞的DNA中可上调其表达,但随着肿瘤细胞的复制,常出现TFPI-2基因缺失。真核细胞表达载体如pEGFP-N3质粒强大复制能力的发现,为克服上述方法的不足提供了可能。本实验将外源性TFPI-2基因克隆于pEGFP-N3载体中,成功构建了pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体,旨在为恶性肿瘤的基因治疗提供实验基础。
1 材料与方法
1.1 主要材料和设备
主要材料:人胎盘组织,胎牛血清(中国杭州四季青生物工程材料有限公司),pEGFP-N3质粒(中国北京斯百汇生物科技有限公司),Top10化学感受态细胞(大肠杆菌Top10菌株)转染试剂盒和质粒小抽试剂盒(日本TaKaRa公司),1%琼脂糖凝胶回收试剂盒(中国百奥迈科生物技术公司),DNA聚合酶和T4连接酶缓冲液(中国上海生工生物工程有限公司),24%聚乙二醇6000(PEG6000,加拿大Fermentas公司),限制性内切酶XhoⅠ和KpnⅠ(美国NEB公司),1 kb plus DNA ladder(北京天根公司)),逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)试剂盒和Trizol试剂(美国Roche公司),DNA凝胶回收试剂盒(西安华舜公司)。设备:Western blot用电泳仪、电泳槽及转膜仪(美国Bio-Rad公司),酶标仪(上海安泰分析仪器有限公司),紫外分析仪和分光光度计(韩国Mecasys公司)。
1.2 引物的设计与合成
设计扩增TFPI-2基因cDNA的引物时,上、下游引物分别选用XhoⅠ(CTCGAG序列)和KpnⅠ(GGTACC序列)两个酶切位点。引物序列由沈阳宝信生物科技有限公司合成。TFPI-2基因:上游引物序列为5′-CCAATCTCGAGATGGACCCCGCTCGC-CCCCTGGGGCTG-3′,下游引物序列为5′-CCAAT-GGTACCGTAAATTGCTTCTTCCGAATTTTCCG-3′(扩增产物长度为368 bp);β-actin:上游引物序列为5′-CTCCTTAAGCTCGGGACCTTCCCAGAATT-CGGCTAAAC-3′,下游引物序列为5′-GACCTAGC-ACCCTTAGGAATTTCCGACGGGTACGACG-3′(扩增产物长度为520 bp)。
1.3 TFPI-2基因cDNA的获取
取新鲜人胎盘组织40 mg,于液氮中研磨成粉;加入500μL Trizol试剂反复吹打,使细胞完全裂解,室温静置5 min;加入200μL氯仿,剧烈震荡12 s,室温静置2 min;4℃离心(1 200 r/min,r=13.5 cm,15 min);去上清液,加入1 mL 75%乙醇溶液洗涤沉淀,4℃离心(7 500 r/min,r=13.5 cm,5 min);吸去乙醇,室温沉淀10 min,加入焦炭酸二乙酯水(DEPC-H2O)溶解RNA。以紫外分析仪检测总RNA的纯度,判断符合RT-PCR的反应要求后,经逆转录合成cDNA的第1链(操作按试剂盒说明书进行),然后采用PCR技术扩增cDNA(在试管中加入模板DNA 1μL,PCR引物(oligo 6)1μL,4种核苷酸共1μL及Mgcl2溶液4μL)。PCR的反应条件:95℃、5 min条件下激活和热启动Taq DNA聚合酶,95℃30 s(变性),56℃30 s(退火),72℃1 min(延伸),共25个循环。以扩增后的cDNA为模板,以引物T重复寡核苷酸(oligo dT)引导进行PCR扩增(操作按试剂盒说明书进行),从而获取TFPI-2基因的全长cDNA。
1.4 pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体的构建和扩增
将pEGFP-N3质粒和TFPI-2 cDNA分别行XhoⅠ和KpnⅠ酶切后,用琼脂糖凝胶回收试剂盒回收目的条带,再予以连接:加入T4连接酶缓冲液2μL、酶切后回收的pEGFR-N3质粒片段4μL,酶切后回收的TFPI-2 cDNA片段1μL,加灭菌水至10μL,16℃条件下反应4 h。从-80℃冰箱中取出Top10化学感受态细胞50μL,加入10μL连接产物,冰上孵育35 min;在42℃水浴锅中热击90 s,将热击后的感受态细胞迅速转移至冰上静置3 min;加入600μL LB卡那霉素抗性液体培养基(0.03μg/L),37℃摇床培养1 h(220 r/min,振幅32 mm,后同);将培养基加入EP管中,离心(3 000 r/min,r=13.5 cm,5 min);在超净工作台中倒掉上清,用加样移液器吹吸使菌体重悬;吸取适量菌液(200μL)涂布LB卡那霉素培养基平板,37℃倒置过夜培养(12~16 h)。等待长出单克隆菌落后,挑取菌斑加于48孔深孔板中(含有LB卡那霉素抗性液体培养基),37℃摇床扩大培养16 h。按照质粒小抽试剂盒的操作说明书提取pEGFR-N3-TFPI-2重组质粒。将pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒行XhoⅠ和KpnⅠ双酶切,再行1%琼脂糖凝胶电泳,观察扩增条带的长度是否与理论值一致。同时将含阳性重组质粒的细菌送宝生物工程(大连)有限公司行DNA序列测定,测序结果与GenBank的检测结果完全一致。经测序验证构建正确后,将载体命名为pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒。
1.5 pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的转染
在24孔培养板上,以无血清无双抗的1640培养基培养Top10感受态细胞4 h后,采用Lipofecta-mineTM 2000转染,转染步骤按试剂盒说明书进行。Top10感受态细胞的铺板密度为2×104个/孔,pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒用量为0.5μg,脂质体用量为4μL;逐一优化转染条件后转染(转染组),转染4 h后更换为完全培养基。空白对照组仅转染pEGFP-N3质粒,转染步骤同转染组,未转染组不做转染处理。转染24 h后检测3组细胞中TFPI-2蛋白的表达情况。
1.6 Western blot法检测TFPI-2蛋白的表达
蛋白样品的制备:转染组、未转染组和空白对照组分别收集细胞1×107个,再用PBS冲洗3遍;加入裂解液400μL,置于冰上裂解30 min。将细胞碎片和裂解液移至EP管中,4℃离心(12 000 r/min,r=13.5 cm,5 min),取上清(即为总蛋白)。蛋白含量的测定:配制适量的二喹啉甲酸(BCA)工作液,与蛋白标准品充分混匀,使其完全溶解;将标准品按0、1、2、4、8、12、16及20μL加到96孔细胞培养板的标准品孔中,加无菌生理盐水补足到20μL。加5μL蛋白样品到样品孔中,加生理盐水补足到20μL;各孔加入BCA工作液200μL,37℃放置30 min。以酶标仪测定光密度值(A值),绘制标准曲线,计算蛋白浓度,浓度符合要求后进行后续操作。电泳:灌胶,用微量移液器加样20μL,加入电泳缓冲液,接好电极,观察Marker的移动情况,适时终止电泳。将电泳后的凝胶取出浸入buffer中,置于摇床上30 min;截取聚偏二氯乙烯膜(PVDF膜)浸入buffer中10 min;将1张厚滤纸浸湿铺于半干转印仪底层电极板上,将PVDF膜铺在厚滤纸上,再用另一张浸湿的厚滤纸放于PVDF膜上,盖上顶层电极板,转印1 h。取出PVDF膜,浸入含5%脱脂牛奶的TBST封闭液中,摇床摇1 h,倒掉封闭液,加入TFPI-2一抗(兔抗人TFPI-2单克隆抗体,1∶1 000),过夜孵育,再加抗兔二抗(1∶2 000),按显色试剂盒说明书进行显色分析。
1.7 统计学方法
采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。计量数据以均数±标准差(
2 结果
总RNA经分光光度法测定:A260 /A280=1.926,表明所获得的总RNA的纯度符合RT-PCR的要求。
2.1 pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的鉴定结果
将pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒分别行XhoⅠ和KpnⅠ双酶切后,行1%琼脂糖凝胶电泳,结果显示,分别在708 bp和4 700 bp处有特异扩增条带(图 1),长度与理论值一致;pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒对应的条带长度与其理论值一致,表明目的基因已成功转入pEGFP-N3载体中。同时,pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的DNA测序结果表明载体构建正确。

2.2 3组细胞中TFPI-2蛋白的表达情况
Western blot法检测结果(图 2)显示,TFPI-2蛋白的表达量转染组为0.657 3±0.032 5,空白对照组为0.301 7±0.028 7,未转染组为0.314 3±0.026 6,转染组TFPI-2蛋白的表达量高于空白对照组和未转染组(P<0.01),而对照组和未转染组TFPI-2蛋白表达水平的差异无统计学意义(P>0.05)。表明真核表达载体已整合入Top10化学感受态细胞中,促使抑癌因子TFPI-2蛋白的表达明显上调。

3 讨论
恶性肿瘤是一类侵袭能力强、早期易发生转移,且目前缺乏有效治疗方法的一类疾病,其发病率呈逐年上升趋势。现认为,恶性肿瘤侵袭和转移的基础为ECM降解,因而维持ECM的完整性是减少恶性肿瘤侵袭和转移的关键[9-12]。TFPI-2基因定位于人类7号染色体长臂2区2带(7q22),全长约7 kb。TFPI-2基因广泛分布于人类肝脏、胰腺、胃、前列腺、骨骼肌等正常组织中,其编码产物为丝氨酸蛋白酶抑制物——TFPI-2蛋白。TFPI-2蛋白在ECM的重塑与动态平衡中起到关键作用。ECM为上皮细胞提供了一个支架,参与细胞凋亡、增殖、黏附、迁移及分化,是肿瘤发展过程中必不可少的一部分。ECM的降解和重塑是血管生成、肿瘤细胞侵袭和转移等生理、病理过程的基本步骤[13]。在正常人体组织中,TFPI-2蛋白抑制纤溶酶和多种基质金属蛋白酶(MMPs)的活性,进而维持了ECM结构的完整性,抑制了血管的重塑[14],这是抑制肿瘤侵袭和转移的重要机理[2, 15]。在乳腺癌[2, 16]、胃癌[6, 17-18]、非小细胞肺癌[19-20]、胰腺癌[21-22]、肝细胞癌[23]、宫颈癌[24]等多种恶性肿瘤组织中,TFPI-2蛋白的表达下调。研究[2]表明,表达失调的TFPI-2蛋白可能与肿瘤的进展相关。通过对喉鳞状细胞癌的研究[25]表明,TFPI-2蛋白通过抑制ECM的降解,可以使其癌细胞的侵袭和转移能力下降。
本实验从人胎盘组织中提取了TFPI-2基因,将其克隆在pEGFP-N3载体上,并通过双酶切法和DNA序列测定验证了所构建的pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体的正确性。Western blot法检测结果显示,稳定转染的细胞中TFPI-2蛋白的表达量明显高于空白对照组和未转染组,表明真核表达载体已成功整合入转染细胞。所选用的pEGFP-N3载体具有便于目的基因插入的多克隆位点,因而操作简便易行。本实验为进一步研究TFPI-2基因对肿瘤细胞的抑制作用提供了实验基础。
组织因子途径抑制物-2(tissue factor pathway inhibitor-2,TFPI-2)又称为胎盘蛋白-5(placental pro-tein-5,PP-5)或视网膜色素上皮细胞-1(retinal pig-ment epithelium-1,RPE-1),属于丝氨酸蛋白酶抑制物的一种[1-2]。研究[3-5]表明,TFPI-2蛋白在维持细胞外基质(ECM)结构的完整性、调控恶性肿瘤的内外扩张和迁移中均起着重要的作用。TFPI-2基因在人体正常组织中高表达,而在肿瘤组织中则表现为低表达,甚至不表达[6-8]。将外源性TFPI-2基因克隆于肿瘤细胞的DNA中可上调其表达,但随着肿瘤细胞的复制,常出现TFPI-2基因缺失。真核细胞表达载体如pEGFP-N3质粒强大复制能力的发现,为克服上述方法的不足提供了可能。本实验将外源性TFPI-2基因克隆于pEGFP-N3载体中,成功构建了pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体,旨在为恶性肿瘤的基因治疗提供实验基础。
1 材料与方法
1.1 主要材料和设备
主要材料:人胎盘组织,胎牛血清(中国杭州四季青生物工程材料有限公司),pEGFP-N3质粒(中国北京斯百汇生物科技有限公司),Top10化学感受态细胞(大肠杆菌Top10菌株)转染试剂盒和质粒小抽试剂盒(日本TaKaRa公司),1%琼脂糖凝胶回收试剂盒(中国百奥迈科生物技术公司),DNA聚合酶和T4连接酶缓冲液(中国上海生工生物工程有限公司),24%聚乙二醇6000(PEG6000,加拿大Fermentas公司),限制性内切酶XhoⅠ和KpnⅠ(美国NEB公司),1 kb plus DNA ladder(北京天根公司)),逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)试剂盒和Trizol试剂(美国Roche公司),DNA凝胶回收试剂盒(西安华舜公司)。设备:Western blot用电泳仪、电泳槽及转膜仪(美国Bio-Rad公司),酶标仪(上海安泰分析仪器有限公司),紫外分析仪和分光光度计(韩国Mecasys公司)。
1.2 引物的设计与合成
设计扩增TFPI-2基因cDNA的引物时,上、下游引物分别选用XhoⅠ(CTCGAG序列)和KpnⅠ(GGTACC序列)两个酶切位点。引物序列由沈阳宝信生物科技有限公司合成。TFPI-2基因:上游引物序列为5′-CCAATCTCGAGATGGACCCCGCTCGC-CCCCTGGGGCTG-3′,下游引物序列为5′-CCAAT-GGTACCGTAAATTGCTTCTTCCGAATTTTCCG-3′(扩增产物长度为368 bp);β-actin:上游引物序列为5′-CTCCTTAAGCTCGGGACCTTCCCAGAATT-CGGCTAAAC-3′,下游引物序列为5′-GACCTAGC-ACCCTTAGGAATTTCCGACGGGTACGACG-3′(扩增产物长度为520 bp)。
1.3 TFPI-2基因cDNA的获取
取新鲜人胎盘组织40 mg,于液氮中研磨成粉;加入500μL Trizol试剂反复吹打,使细胞完全裂解,室温静置5 min;加入200μL氯仿,剧烈震荡12 s,室温静置2 min;4℃离心(1 200 r/min,r=13.5 cm,15 min);去上清液,加入1 mL 75%乙醇溶液洗涤沉淀,4℃离心(7 500 r/min,r=13.5 cm,5 min);吸去乙醇,室温沉淀10 min,加入焦炭酸二乙酯水(DEPC-H2O)溶解RNA。以紫外分析仪检测总RNA的纯度,判断符合RT-PCR的反应要求后,经逆转录合成cDNA的第1链(操作按试剂盒说明书进行),然后采用PCR技术扩增cDNA(在试管中加入模板DNA 1μL,PCR引物(oligo 6)1μL,4种核苷酸共1μL及Mgcl2溶液4μL)。PCR的反应条件:95℃、5 min条件下激活和热启动Taq DNA聚合酶,95℃30 s(变性),56℃30 s(退火),72℃1 min(延伸),共25个循环。以扩增后的cDNA为模板,以引物T重复寡核苷酸(oligo dT)引导进行PCR扩增(操作按试剂盒说明书进行),从而获取TFPI-2基因的全长cDNA。
1.4 pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体的构建和扩增
将pEGFP-N3质粒和TFPI-2 cDNA分别行XhoⅠ和KpnⅠ酶切后,用琼脂糖凝胶回收试剂盒回收目的条带,再予以连接:加入T4连接酶缓冲液2μL、酶切后回收的pEGFR-N3质粒片段4μL,酶切后回收的TFPI-2 cDNA片段1μL,加灭菌水至10μL,16℃条件下反应4 h。从-80℃冰箱中取出Top10化学感受态细胞50μL,加入10μL连接产物,冰上孵育35 min;在42℃水浴锅中热击90 s,将热击后的感受态细胞迅速转移至冰上静置3 min;加入600μL LB卡那霉素抗性液体培养基(0.03μg/L),37℃摇床培养1 h(220 r/min,振幅32 mm,后同);将培养基加入EP管中,离心(3 000 r/min,r=13.5 cm,5 min);在超净工作台中倒掉上清,用加样移液器吹吸使菌体重悬;吸取适量菌液(200μL)涂布LB卡那霉素培养基平板,37℃倒置过夜培养(12~16 h)。等待长出单克隆菌落后,挑取菌斑加于48孔深孔板中(含有LB卡那霉素抗性液体培养基),37℃摇床扩大培养16 h。按照质粒小抽试剂盒的操作说明书提取pEGFR-N3-TFPI-2重组质粒。将pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒行XhoⅠ和KpnⅠ双酶切,再行1%琼脂糖凝胶电泳,观察扩增条带的长度是否与理论值一致。同时将含阳性重组质粒的细菌送宝生物工程(大连)有限公司行DNA序列测定,测序结果与GenBank的检测结果完全一致。经测序验证构建正确后,将载体命名为pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒。
1.5 pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的转染
在24孔培养板上,以无血清无双抗的1640培养基培养Top10感受态细胞4 h后,采用Lipofecta-mineTM 2000转染,转染步骤按试剂盒说明书进行。Top10感受态细胞的铺板密度为2×104个/孔,pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒用量为0.5μg,脂质体用量为4μL;逐一优化转染条件后转染(转染组),转染4 h后更换为完全培养基。空白对照组仅转染pEGFP-N3质粒,转染步骤同转染组,未转染组不做转染处理。转染24 h后检测3组细胞中TFPI-2蛋白的表达情况。
1.6 Western blot法检测TFPI-2蛋白的表达
蛋白样品的制备:转染组、未转染组和空白对照组分别收集细胞1×107个,再用PBS冲洗3遍;加入裂解液400μL,置于冰上裂解30 min。将细胞碎片和裂解液移至EP管中,4℃离心(12 000 r/min,r=13.5 cm,5 min),取上清(即为总蛋白)。蛋白含量的测定:配制适量的二喹啉甲酸(BCA)工作液,与蛋白标准品充分混匀,使其完全溶解;将标准品按0、1、2、4、8、12、16及20μL加到96孔细胞培养板的标准品孔中,加无菌生理盐水补足到20μL。加5μL蛋白样品到样品孔中,加生理盐水补足到20μL;各孔加入BCA工作液200μL,37℃放置30 min。以酶标仪测定光密度值(A值),绘制标准曲线,计算蛋白浓度,浓度符合要求后进行后续操作。电泳:灌胶,用微量移液器加样20μL,加入电泳缓冲液,接好电极,观察Marker的移动情况,适时终止电泳。将电泳后的凝胶取出浸入buffer中,置于摇床上30 min;截取聚偏二氯乙烯膜(PVDF膜)浸入buffer中10 min;将1张厚滤纸浸湿铺于半干转印仪底层电极板上,将PVDF膜铺在厚滤纸上,再用另一张浸湿的厚滤纸放于PVDF膜上,盖上顶层电极板,转印1 h。取出PVDF膜,浸入含5%脱脂牛奶的TBST封闭液中,摇床摇1 h,倒掉封闭液,加入TFPI-2一抗(兔抗人TFPI-2单克隆抗体,1∶1 000),过夜孵育,再加抗兔二抗(1∶2 000),按显色试剂盒说明书进行显色分析。
1.7 统计学方法
采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。计量数据以均数±标准差(
2 结果
总RNA经分光光度法测定:A260 /A280=1.926,表明所获得的总RNA的纯度符合RT-PCR的要求。
2.1 pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的鉴定结果
将pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒分别行XhoⅠ和KpnⅠ双酶切后,行1%琼脂糖凝胶电泳,结果显示,分别在708 bp和4 700 bp处有特异扩增条带(图 1),长度与理论值一致;pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒对应的条带长度与其理论值一致,表明目的基因已成功转入pEGFP-N3载体中。同时,pEGFP-N3-TFPI-2重组质粒的DNA测序结果表明载体构建正确。

2.2 3组细胞中TFPI-2蛋白的表达情况
Western blot法检测结果(图 2)显示,TFPI-2蛋白的表达量转染组为0.657 3±0.032 5,空白对照组为0.301 7±0.028 7,未转染组为0.314 3±0.026 6,转染组TFPI-2蛋白的表达量高于空白对照组和未转染组(P<0.01),而对照组和未转染组TFPI-2蛋白表达水平的差异无统计学意义(P>0.05)。表明真核表达载体已整合入Top10化学感受态细胞中,促使抑癌因子TFPI-2蛋白的表达明显上调。

3 讨论
恶性肿瘤是一类侵袭能力强、早期易发生转移,且目前缺乏有效治疗方法的一类疾病,其发病率呈逐年上升趋势。现认为,恶性肿瘤侵袭和转移的基础为ECM降解,因而维持ECM的完整性是减少恶性肿瘤侵袭和转移的关键[9-12]。TFPI-2基因定位于人类7号染色体长臂2区2带(7q22),全长约7 kb。TFPI-2基因广泛分布于人类肝脏、胰腺、胃、前列腺、骨骼肌等正常组织中,其编码产物为丝氨酸蛋白酶抑制物——TFPI-2蛋白。TFPI-2蛋白在ECM的重塑与动态平衡中起到关键作用。ECM为上皮细胞提供了一个支架,参与细胞凋亡、增殖、黏附、迁移及分化,是肿瘤发展过程中必不可少的一部分。ECM的降解和重塑是血管生成、肿瘤细胞侵袭和转移等生理、病理过程的基本步骤[13]。在正常人体组织中,TFPI-2蛋白抑制纤溶酶和多种基质金属蛋白酶(MMPs)的活性,进而维持了ECM结构的完整性,抑制了血管的重塑[14],这是抑制肿瘤侵袭和转移的重要机理[2, 15]。在乳腺癌[2, 16]、胃癌[6, 17-18]、非小细胞肺癌[19-20]、胰腺癌[21-22]、肝细胞癌[23]、宫颈癌[24]等多种恶性肿瘤组织中,TFPI-2蛋白的表达下调。研究[2]表明,表达失调的TFPI-2蛋白可能与肿瘤的进展相关。通过对喉鳞状细胞癌的研究[25]表明,TFPI-2蛋白通过抑制ECM的降解,可以使其癌细胞的侵袭和转移能力下降。
本实验从人胎盘组织中提取了TFPI-2基因,将其克隆在pEGFP-N3载体上,并通过双酶切法和DNA序列测定验证了所构建的pEGFP-N3-TFPI-2真核表达载体的正确性。Western blot法检测结果显示,稳定转染的细胞中TFPI-2蛋白的表达量明显高于空白对照组和未转染组,表明真核表达载体已成功整合入转染细胞。所选用的pEGFP-N3载体具有便于目的基因插入的多克隆位点,因而操作简便易行。本实验为进一步研究TFPI-2基因对肿瘤细胞的抑制作用提供了实验基础。