SCD-1减弱高剪切力对人MG63骨肉瘤细胞的损伤作用

癌症的机械调控已被证明在恶性肿瘤进展中具有重要作用。血液、淋巴液和间质液中的流体流动在控制生理和病理发展方面起着重要的机械作用。研究发现，由这些血液和间质流动产生的不同强度的剪切力与不同类型癌细胞的生长、存活和转移相关，包括乳腺癌、口腔癌和肾癌、神经胶质瘤以及骨肉瘤、软骨肉瘤。此外，进一步的机制研究表明，Smad1/5、基质金属蛋白酶、转化生长因子-β 和趋化因子信号通路可能受剪切力的调控，从而影响癌细胞的命运。

Stearoyl-CoA Desaturase-1 （SCD-1，硬脂酰辅酶A去饱和酶1）是一种内质网相关酶，它的酶活性可以诱导饱和脂肪酸（SFAs）转化为单不饱和脂肪酸（MUFAs）。基础和临床研究发现，与健康个体相比，乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌、肝癌和胰腺癌患者的血清 SFA/MUFA 比率较低。因此，血清 SFA/MUFA 比率被认为是这些癌症患者的潜在诊断工具。因此，SCD-1 抑制也被认为是抗癌药物开发的重要药物靶点。癌细胞中 SCD-1 的转录调控是复杂的，是一个微环境依赖的事件。尽管越来越多的研究人员开始探索 SCD-1 在癌症治疗中的药物学作用，但仍需要更多的努力来阐明其在不同刺激下在癌细胞中表达水平的精确调控机制。

台湾嘉义长庚纪念医院骨科、台湾长庚大学医学院、国立嘉义大学食品科学系的研究团队在之前的研究表明，高剪切力可通过 Smad1/5 信号传导导致多种癌细胞的细胞周期停滞和细胞死亡。在近来的一项研究中，进一步探索了 SCD-1 在对人 MG63 骨肉瘤细胞的剪切力效应中的可能作用。
 

20 dynes/cm² 剪切力诱导人 MG63 骨肉瘤细胞中的 SCD-1 蛋白和 mRNA 表达

以2 dyne/cm²（LSS）或 20 dyne/cm²（HSS）的剪切力分别刺激细胞 1、4、8 和 24 h，静态细胞作为对照，分析其 SCD-1 蛋白和 mRNA 表达。结果表明，在处理 8 h 和 24 h 后，20 dyne/cm² 剪切力显著诱导人 MG63 骨肉瘤细胞中的 SCD-1 蛋白和 mRNA表达，约是对照组的 3~4 倍。2 dyne/cm² 剪切力对 SCD-1 蛋白和 mRNA 表达没有影响。

Smad1/5 信号通路调节人 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力诱导的 SCD-1 表达

研究表明，Smad1/5 信号通路是剪切力刺激的机械转导之一。因此，实验检查了 Smad1/5 信号是否也影响人 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力诱导的 SCD-1 表达。将细胞作为对照或用 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。

结果表明，20 dynes/cm² 剪切力在 1 h 内显著诱导人 MG63 骨肉瘤细胞中的 Smad1/5 磷酸化，并在 4 h 后恢复到基础水平。用 Smad1- 或 Smad5- 特异性小干扰 RNA（siRNA）转染细胞以敲低相应的基因表达，然后作为对照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。Smad1 和 Smad5 基因敲低显著抑制 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力诱导的 SCD-1 蛋白表达。Smad1 和 Smad5 特异性 siRNA 诱导相应基因表达量减少约 50-80%。

Smad1/5 增加 PPARδ 表达和转录激活以调节人 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dyne/cm² 剪切力刺激的 SCD-1 上调

过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）与调控 SCD-1 基因表达有关，其存在 3 种亚型，即 PPARα、PPARδ、PPARγ。因此，将细胞作为对照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 1、4、8 和 24 h，分析其 PPARs 表达。结果表明，与未处理的对照组相比，在人 MG63 骨肉瘤细胞中刺激 4、8 和 24 h后，20 dynes/cm² 剪切力显著诱导 PPARδ 和 PPARγ 蛋白表达。20 dynes/cm² 剪切力没有改变 PPARα 的表达。

用 PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特异性 siRNA 转染细胞，敲低相应基因表达，然后作为对照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。结果表明，只有 PPARδ 基因敲低抑制了 20 dynes/cm² 剪切力诱导的人 MG63 骨肉瘤细胞中的 SCD-1 蛋白表达。PPARα-、PPARδ- 或 PPARγ- 特异性 siRNA 诱导相应基因表达量减少约 60-70%。

用 Smad1- 或 Smad5- 特异性 siRNA 进一步转染细胞，敲低相应基因表达，然后作为对照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 8 h。MG63 骨肉瘤细胞中的 Smad1 或 Smad5 基因敲低阻断了 20 dynes/cm² 剪切力诱导的 PPARδ 蛋白表达。

使用 PPARδ 转录因子酶联免疫吸附试验（ELISA），与未处理的对照相比，20 dynes/cm² 剪切力以时间依赖性方式显著增加人 MG63 骨肉瘤细胞中的 PPARδ 转录活性。人 MG63 骨肉瘤细胞中 Smad1 或 Smad5 基因敲低也阻断了 PPARδ 转录激活。

SCD-1 调节 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力抑制的分化标志物表达

为了进一步探讨 SCD-1 上调在 20 dynes/cm² 剪切力刺激下 MG63 骨肉瘤细胞中的作用，将细胞保留为对照或用 20 dynes/cm² 剪切力刺激 1、4、8、24 h，并对其分化标志物 Runx2 和骨钙素（OCN）进行分析。

结果表明，20 dynes/cm² 剪切力在刺激 8 h 和 24 h 后抑制人 MG63 骨肉瘤细胞中 Runx2 和 OCN 的 mRNA 表达。此外，用 PPARδ- 或 SCD-1- 特异性 siRNA 转染细胞敲低相应基因表达后，显著恢复了 20 dynes/cm² 剪切力对人 MG63 骨肉瘤细胞中 Runx2 和 OCN mRNA 表达的抑制作用。有趣的是， PPARδ 或 SCD-1 的基因敲低似乎部分增加了 MG63 骨肉瘤细胞中的内源性 Runx2 和 OCN mRNA 表达。

SCD-1 调节人 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力刺激的细胞死亡

接下来，实验确定了在 20 dynes/cm² 剪切力刺激下，MG63 骨肉瘤细胞中的 SCD-1 上调是否也控制细胞死亡。将细胞作为对照或用 20 dyne/cm² 剪切力刺激 12 和 24 h，分析其细胞凋亡/坏死情况。

结果表明，与对照细胞相比，20 dynes/cm² 剪切力显著导致人 MG63 骨肉瘤细胞的活细胞减少和晚期凋亡和坏死细胞增加，且呈时间依赖性。此外，用 PPARδ- 或 SCD-1- 特异性 siRNA 转染细胞以敲低相应基因表达更能增强 20 dynes/cm² 剪切力刺激在人 MG63 骨肉瘤细胞中的细胞死亡效应。
 

图1 影响人 MG63 骨肉瘤细胞中 20 dynes/cm² 剪切力刺激的 SCD-1 表达以及随后的分化和细胞死亡调节的可能机制的示意图。

总之，该研究进一步发现了脂质代谢与癌细胞剪切力调节之间的相关性，证明了在高剪切力（20 dynes/cm²）刺激下，通过 Smad1/5-PPARδ 信号通路诱导人骨肉瘤细胞中的 SCD-1 水平，从而影响骨肉瘤的存活（分化和细胞死亡）（图6）。结果阐明了骨肉瘤细胞中 SCD-1 上调响应高剪切力损伤的自身保护可能性。

参考文献：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.
原文链接：http://group9-s.ccame.net/32630668/

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