PM2.5染毒HBE细胞前后差异表达的microRNAs及其生物信息学分析

目的：采用microRNA（miRNA）测序和生物信息学方法,分析大气细颗粒物（PM_2.5）染毒人支气管上皮HBE细胞前后差异表达的miRNAs,预测差异miRNAs的生物学功能和信号转导途径。方法：用50 μg/mL的PM_2.5混悬液染毒HBE细胞,以未染毒组作为对照组,处理24 h后提取总RNA样品,Small RNA样品预处理试剂盒构建文库,并利用illumina HiSeq^TM 2500/MiSeq测序平台进行高通量测序。以调整后P < 0.05的筛选标准得到差异miRNAs,使用miRanda和RNAhybrid两个软件共同预测差异miRNAs的靶基因并进行GO和KEGG功能富集分析,利用STRING数据库和Cytoscape软件对miRNAs和靶基因及靶基因之间的相互作用关系进行可视化分析。结果：高通量测序方法共检测到PM_2.5染毒前后的包含1 137个miRNAs的表达谱,27个为差异表达的miRNAs,其中7个上调,20个下调。GO和KEGG富集分析发现,这些差异miRNAs主要参与细胞代谢、酶活性调节等生物学过程,聚集于胞内如细胞质、细胞器等,涉及代谢途径、PI3K-Akt信号通路、Ras信号通路、MAPK信号通路等与细胞增殖、分化、凋亡及癌症发生等相关的重要信号通路。此外,通过构建相互作用网络图,鉴定了miR-371b-3p、miR-371a-5p、miR-27a-3p、miR-7-5p、miR-372-3p等相互作用数量前11位的核心miRNAs,以及3个核心靶基因（VEGFA、MAPK3、CCR5）。结论：PM_2.5染毒HBE细胞后引起了27个miRNAs的差异表达,涉及PI3K-Akt信号通路、Ras信号通路及MAPK信号通路等与癌症发生发展相关的重要信号通路,其中筛选了11个核心miRNAs和3个核心基因,为深入研究PM_2.5致癌毒理作用机制提供了实验依据。     

PM2.5对支气管上皮细胞DNA损伤作用研究

目的：探讨大气细颗粒物（PM_2.5）染毒对人支气管上皮细胞（HBE） DNA损伤的作用。方法：分别用8、20、50 μg/mL的PM_2.5水溶液染毒HBE细胞24 h后,单细胞凝胶电泳实验（SCGE）检测DNA损伤情况。10和50 μg/L的PM_2.5水溶液染毒HBE细胞,以未染毒细胞作为阴性对照组,10 μmol/L的Cr⁶⁺水溶液为阳性对照组,实时荧光定量PCR （qPCR）检测DNA损伤修复基因hOGG1、hMTH1的mRNA表达水平的变化,Western blot检测hOGG1、hMTH1蛋白表达变化。结果：单细胞凝胶电泳检测8、20和50 μg/mL PM_2.5水溶液染毒组HBE细胞的尾部DNA含量、尾长、尾距较阴性对照组明显增加（P < 0.05或P < 0.01）。qPCR结果显示,与阴性对照组比较,HBE细胞hOGG1 mRNA表达水平在10和50 μg/mL PM_2.5水溶液染毒以及阳性对照Cr⁶⁺水溶液染毒后分别升高75.0%、132.0%、214.0%;hMTH1 mRNA分别升高61.0%、144.0%、75.0%。Western blot结果显示,与阴性对照组比较,HBE细胞hOGG1蛋白表达水平在10和50 μg/mL PM_2.5水溶液染毒以及Cr⁶⁺水溶液染毒后分别升高47.6%、64.0%、47.0%;hMTH1蛋白分别升高20.5%、49.8%、20.9%。结论：PM_2.5水溶液染毒对HBE细胞DNA具有明显的损伤作用,并引起HBE细胞DNA损伤修复基因hOGG1、hMTH1表达水平升高。     

PM2.5对HBE细胞致癌致突变相关基因表达的影响

目的：采用基因芯片技术与生物信息学分析方法,筛选PM_2.5染毒后的人支气管上皮细胞（HBE）与未染毒细胞比较的差异表达基因和通路,为进一步研究PM_2.5对HBE细胞致癌致突变作用的相关机制提供科学依据。方法：用50 μg/mL的PM_2.5水溶液处理HBE细胞,染毒24 h,用未染毒的细胞作为空白对照组,设立3组平行样品。提取RNA,荧光标记与纯化后进行芯片杂交,用Rosetta Resolver-System（Rosetta Biosoftware）进行数据前处理与统计分析,得到差异表达基因。将数据经过Cluster Profiler软件进行主成分和聚类分析、Pathway及GO（Gene Ontolog）分析,初步探讨PM_2.5染毒前后HBE细胞中基因的差异表达;通过String蛋白互作数据库分析差异表达基因的蛋白互作关系,筛选出节点数最多的核心蛋白。结果：根据预设的筛选条件,筛选出245个PM_2.5染毒前后HBE细胞中的差异表达基因,其中上调基因27个,下调基因218个,经过进一步分析,筛选出PHACTR2、SFRP1、WFDC1等排名前10的上调和下调的核心基因。排名前10的核心差异基因通过GO功能注释富集分析显示,差异表达基因主要富集在跨膜受体活性、受体活性、细胞信号传导、细胞分子传导等分子功能。同时富集于离子跨膜转运、细胞对脂多糖无机离子跨膜转运、细胞营养转运等生物过程;排名前10的差异表达基因通过KEGG富集分析显示,差异表达基因主要富集在涉及肿瘤细胞迁移、胆汁代谢相关、神经活性、遗传毒性等方面的7个核心通路;蛋白互作用网络图筛选出SST、BDNF、NCAM1、SSTR1和Bcl2L11等5个核心蛋白。结论：PM_2.5可引起HBE细胞致癌致突变相关基因的差异表达,可为进一步研究PM_2.5的致癌致突变作用机制提供科学依据。     

沉默c-fos基因对PM2.5染毒人支气管上皮细胞癌基因和凋亡相关基因表达的影响

目的： 探讨沉默c-fos基因对PM_2.5染毒人支气管上皮细胞（HBE细胞）癌基因和凋亡相关基因表达的影响。方法： 采用RNA干扰技术，根据GenBank提供的c-fos mRNA序列，设计合成shRNA干扰序列，将重组慢病毒载体转染HBE细胞，构建c-fos基因沉默细胞株。采用实时荧光定量PCR（qPCR）和Western blot对c-fos基因沉默效果进行鉴定。以HBE细胞、c-fos基因沉默细胞为实验对象，用浓度为50 μg/mL的PM_2.5混悬液染毒24 h，同时设立阴性对照组，qPCR和Western blot分别检测部分癌基因c-myc、k-ras、c-fos、p53和凋亡相关基因Caspase-3、Caspase-8在mRNA及蛋白质表达水平的变化。结果： 转染c-fos-shRNA慢病毒的HBE细胞中，经qPCR和Western blot检测发现，与对照组HBE细胞相比，c-fos mRNA表达水平下降70.1%，c-fos蛋白表达水平下降53.7%。PM_2.5染毒HBE细胞后，与未染毒的对照组比较，c-myc和k-ras mRNA表达水平分别升高30.46%、27.17%，差异均有统计学意义（P < 0.05），c-fos、Caspase-3、Caspase-8 mRNA表达水平分别升高50.78%、71.91%、74.16%，p53 mRNA表达水平下降12.27%，差异均有统计学意义（P < 0.01）。PM_2.5染毒c-fos基因沉默细胞后，与未染毒组比较，c-myc、k-ras mRNA表达水平分别下降13.08%、5.39%，Caspase-3、Caspase-8 mRNA表达水平分别下降25.03%、21.37%（P < 0.05），p53 mRNA下降53.39%（P < 0.01）。此外，c-fos基因沉默细胞染毒后，与HBE正常细胞染毒后比较，c-myc、k-ras、p53、c-fos、Caspase-3和Caspase-8的mRNA表达水平均有所下降（P < 0.05）；仅c-myc蛋白表达下降（P < 0.01）。结论： 成功构建c-fos基因沉默细胞株；PM_2.5可引起HBE细胞癌基因和凋亡相关基因表达水平明显升高，c-fos基因沉默在一定程度上能抑制PM_2.5对癌基因和凋亡相关基因的激活作用。     

沉默c-fos基因对PM2.5染毒人支气管上皮细胞癌基因和凋亡相关基因表达的影响

目的： 探讨沉默c-fos基因对PM_2.5染毒人支气管上皮细胞（HBE细胞）癌基因和凋亡相关基因表达的影响。方法： 采用RNA干扰技术,根据GenBank提供的c-fos mRNA序列,设计合成shRNA干扰序列,将重组慢病毒载体转染HBE细胞,构建c-fos基因沉默细胞株。采用实时荧光定量PCR（qPCR）和Western blot对c-fos基因沉默效果进行鉴定。以HBE细胞、c-fos基因沉默细胞为实验对象,用浓度为50 μg/mL的PM_2.5混悬液染毒24 h,同时设立阴性对照组,qPCR和Western blot分别检测部分癌基因c-myc、k-ras、c-fos、p53和凋亡相关基因Caspase-3、Caspase-8在mRNA及蛋白质表达水平的变化。结果： 转染c-fos-shRNA慢病毒的HBE细胞中,经qPCR和Western blot检测发现,与对照组HBE细胞相比,c-fos mRNA表达水平下降70.1%,c-fos蛋白表达水平下降53.7%。PM_2.5染毒HBE细胞后,与未染毒的对照组比较,c-myc和k-ras mRNA表达水平分别升高30.46%、27.17%,差异均有统计学意义（P < 0.05）,c-fos、Caspase-3、Caspase-8 mRNA表达水平分别升高50.78%、71.91%、74.16%,p53 mRNA表达水平下降12.27%,差异均有统计学意义（P < 0.01）。PM_2.5染毒c-fos基因沉默细胞后,与未染毒组比较,c-myc、k-ras mRNA表达水平分别下降13.08%、5.39%,Caspase-3、Caspase-8 mRNA表达水平分别下降25.03%、21.37%（P < 0.05）,p53 mRNA下降53.39%（P < 0.01）。此外,c-fos基因沉默细胞染毒后,与HBE正常细胞染毒后比较,c-myc、k-ras、p53、c-fos、Caspase-3和Caspase-8的mRNA表达水平均有所下降（P < 0.05）;仅c-myc蛋白表达下降（P < 0.01）。结论： 成功构建c-fos基因沉默细胞株;PM_2.5可引起HBE细胞癌基因和凋亡相关基因表达水平明显升高,c-fos基因沉默在一定程度上能抑制PM_2.5对癌基因和凋亡相关基因的激活作用。     

p38MAPK基因对PM2.5染毒HK-2细胞部分癌基因和凋亡相关基因表达的影响

目的：探讨p38MAPK基因对PM_2.5染毒人肾上皮细胞（HK-2）部分癌基因和凋亡相关基因表达的影响。方法：根据GenBank提供的p38MAPK mRNA序列,设计合成干扰序列,将重组慢病毒载体转染HK-2细胞,构建p38MAPK基因沉默细胞株。分别采用实时荧光定量PCR （qPCR）和Western blot法检测p38MAPK mRNA和蛋白的表达水平鉴定沉默效果。用50 μg/mL的PM_2.5混悬液分别染毒正常HK-2细胞和p38MAPK基因沉默细胞24 h,利用荧光定量PCR和Western blot检测癌基因c-myc,c-fos、p53和凋亡相关基因Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2的mRNA和蛋白的相对表达水平。结果：qPCR和Western blot检测结果显示,与正常HK-2细胞比较,p38MAPK基因沉默细胞中p38MAPK mRNA的表达下降了58.50%,p38MAPK蛋白表达水平下降了51.33%（P<0.01）。PM_2.5混悬液对HK-2细胞和p38MAPK基因沉默HK-2细胞染毒后,qPCR检测结果显示,与正常HK-2细胞未染毒组比较,正常HK-2细胞PM_2.5染毒组中c-myc、c-fos、Caspase-8和Casepase-9基因表达分别升高39.89%、15.12%、19.47%和15.45%,p53和Bcl-2基因表达分别下降21.54%和31.77%,差异均具有统计学意义（P<0.05）;与正常HK-2细胞PM_2.5染毒组比较,p38MAPK基因沉默HK-2细胞PM_2.5染毒组中c-myc、c-fos、p53、Caspase-8和Caspase-9 mRNA表达分别下降了84.55%、63.55%、34.49%、37.19%和54.97%,差异均具有统计学意义（P<0.05）。Western blot检测结果显示,与正常HK-2细胞未染毒组比较,正常HK-2细胞PM_2.5染毒组中的c-myc和Caspase-8蛋白表达增加,Bcl-2蛋白表达减少;与正常HK-2细胞PM_2.5染毒组比较,p38MAPK基因沉默HK-2细胞PM_2.5染毒组中的c-myc、Caspase-8和Bcl-2蛋白表达减少（均为P<0.05）。结论：成功构建了p38MAPK基因沉默细胞株,PM_2.5可引起HK-2细胞癌基因和凋亡相关基因表达水平升高,p38MAPK基因可能参与PM_2.5对HK-2细胞的毒性作用过程。     

PM2.5对HK-2细胞氧化损伤和凋亡的影响

目的：探讨深圳和太原市PM_2.5对人肾上皮细胞（HK-2）氧化损伤和凋亡的影响。方法：用中流量采样器分别采集太原某大学校园和深圳市疾病预防控制中心楼顶空气,将吸附有PM_2.5的滤膜洗脱后制备PM_2.5混悬液。设置阴性对照组、50 μg/mL深圳PM_2.5样品组、50 μg/mL太原PM_2.5样品组和10 μmol/L Cr⁶⁺阳性对照组,分别处理HK-2细胞24 h,测定4组细胞氧化损伤指标丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、还原型谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）的变化,并应用流式细胞术检测细胞凋亡水平。结果：与阴性对照组相比,深圳PM_2.5样品组、太原PM_2.5样品组和阳性对照组中MDA含量分别升高8.16%、34.51%和72.23%;SOD活性分别降低7.49%、19.67%和29.55%;GSH含量分别降低10.43%、16.39%和37.43%。太原PM_2.5样品组与阴性对照组的差异均有统计学意义（P < 0.05或P < 0.01）。GSH-PX活性分别降低42.70%、61.62%和60.98%,细胞凋亡率分别升高197.25%、301.22%和399.08%,上述3组与阴性对照组间的差异均有统计学意义（P < 0.05或P < 0.01）。结论：深圳和太原市PM_2.5均可引起HK-2细胞发生氧化损伤和细胞凋亡率增加,且太原市PM_2.5的作用更为明显。     

氯化镉恶性转化16HBE细胞中ERCC1基因表达和序列的变化

目的 探讨氯化镉(CdCl2)诱发人支气管上皮16HBE细胞恶性转化过程中,ERCC1基因mRNA和蛋白动态变化的规律及其序列变化情况.方法 用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和免疫组织化学SP法,检测16HBE细胞及其CdCl2恶性转化细胞不同阶段(第5、15、35代细胞及成瘤细胞)ERCC1基因mRNA和蛋白的表达情况.用直接测序法,分析ERCC1基因第3、4外显子的序列情况.结果 随着转化代数的增加,ERCC1基因mRNA和蛋白的表达逐渐降低,至第35代细胞后表达明显下调,mRNA表达从16HBE的0.7028±0.0170下降到第35代细胞的0.3480±0.0453,蛋白表达强度从16HBE的8.40±1.34下降到第35代细胞的0.20±0.44,差异均有统计学意义(P＜0.01).ERCC1基因第4外显子在第1位点出现腺嘌呤(A)缺失,为移码突变.结论 镉致癌的分子机制可能与ERCC1基因水平的下调和突变有关.     

TGF-β信号通路在甲基丙烯酸环氧丙酯诱导16HBE细胞恶性转化过程中的改变

目的:分析甲基丙烯酸环氧丙酯(glycidyl methacrylate,GMA)诱导人支气管上皮细胞(16HBE)恶性转化过程中不同时点转化生长因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)信号通路的改变,探讨GMA致16HBE细胞恶性转化的分子机制。方法:取经GMA染毒处理转化前期(第10代)、转化后期(第30代)及相应同代龄对照细胞,采用"人类全基因组表达谱芯片"分析不同时点转化细胞与同代龄对照细胞之间TGF-β信号通路的改变。结果:TGF-β信号通路在转化前期细胞与同代龄对照细胞之间的表达差异无统计学意义(P0.05),而转化后期细胞与同代龄对照细胞相比表达差异具有统计学意义(P0.05),且发现了11个差异表达的基因。结论:在GMA诱导16HBE细胞恶性转化过程中TGF-β信号通路可能发挥重要作用。     

GMA诱导16HBE细胞恶性转化过程中LINC00472的表达及其意义

目的：探讨在甲基丙烯酸环氧丙酯（GMA）诱导人支气管上皮细胞（16HBE）恶性转化过程中长链非编码RNA LINC00472的表达特征及其生物学意义。方法：以DMSO作为溶剂对照组,实验组采用8 μg/mL的GMA染毒处理72 h,重复染毒3次,传代培养,收获两组细胞的第10、20和30代（分别代表前、中、后期）16HBE细胞,采用Arraystar人类LncRNA芯片（v4.0）分析细胞中LINC00472的表达改变,实时荧光定量PCR （qPCR）检测LINC00472和预测靶基因miR-24-3p的相对表达水平。结果：芯片检测结果显示,与同代龄DMSO对照组相比,GMA诱导16HBE细胞恶性转化过程中LINC00472在转化第10代和第20代分别下调2.30倍和3.57倍,第30代上调2.32倍。qPCR检测结果表明,与同代龄对照组相比,LINC00472在早期的相对表达水平差异无统计学意义,而在中期和后期的相对表达水平的变化情况与芯片结果基本一致,其可能的靶基因miR-24-3p在不同时期相对表达水平的差异均具有统计学意义（P < 0.05）,但差异倍数均 < 2。结论：LINC00472在GMA诱导16HBE细胞恶性转化的前期表达水平未发生明显改变,而在细胞恶性转化的中期低表达、后期高表达,推测LINC00472可能在GMA诱导16HBE细胞恶性转化后期发挥作用,但LINC00472和miR-24-3p在此过程中是否存在相互作用以及其作用机制有待进一步研究。     

Exposure to airborne PM2.5 suppresses microRNA expression and deregulates target oncogenes that cause neoplastic transformation in NIH3T3 cells

Long-term exposure to airborne PM_2.5 is associated with increased lung cancer risk but the underlying mechanism remains unclear. We characterized global microRNA and mRNA expression in human bronchial epithelial cells exposed to PM_2.5 organic extract and integrally analyzed microRNA-mRNA interactions. Foci formation and xenograft tumorigenesis in mice with NIH3T3 cells expressing genes targeted by microRNAs were performed to explore the oncogenic potential of these genes. We also detected plasma levels of candidate microRNAs in subjects exposed to different levels of air PM_2.5 and examined the aberrant expression of genes targeted by these microRNAs in human lung cancer. Under our experimental conditions, treatment of cells with PM_2.5 extract resulted in downregulation of 138 microRNAs and aberrant expression of 13 mRNAs (11 upregulation and 2 downregulation). In silico and biochemical analyses suggested SLC30A1, SERPINB2 and AKR1C1, among the upregulated genes, as target for miR-182 and miR-185, respectively. Ectopic expression of each of these genes significantly enhanced foci formation in NIH3T3 cells. Following subcutaneous injection of these cells into nude mice, fibrosarcoma were formed from SLC30A1- or SERPINB2-expressing cells. Reduced plasma levels of miR-182 were detected in subjects exposed to high level of PM_2.5 than in those exposed to low level of PM_2.5 (P = 0.043). Similar results were seen for miR-185 although the difference was not statistically significant (P = 0.328). Increased expressions of SLC30A1, SERPINB2 and AKR1C1 were detected in human lung cancer. These results suggest that modulation of miR-182 and miR-185 and their target genes may contribute to lung carcinogenesis attributable to PM_2.5 exposure.     

PM2.5对HK-2肾细胞部分癌基因和凋亡基因表达的影响

目的： 探讨PM_2.5对人肾上皮细胞（HK-2）部分癌基因和凋亡基因表达的影响。方法： 利用CCK-8试剂盒测定PM_2.5混悬液对HK-2细胞的半数抑制浓度（IC₅₀）;实验设阴性对照组、PM_2.5混悬液低剂量（10 μg/mL）、高剂量（50 μg/mL）染毒组和阳性对照组（Cr⁶⁺ 10 μmol/L）,分别对HK-2细胞处理24 h后利用实时荧光定量PCR （qPCR）和Western blot检测癌基因（c-myc、c-fos、p53）和凋亡基因（Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2） mRNA和蛋白的表达水平。结果： PM_2.5混悬液对HK-2细胞的IC₅₀为95.98 μg/mL;经PM_2.5混悬液染毒24 h,qPCR结果显示,与阴性对照组比较,PM_2.5混悬液高剂量组和阳性对照组c-myc、c-fos、Caspase-8、Caspase-9 mRNA表达均升高,差异均有统计学意义（P < 0.01）;p53和Bcl-2 mRNA表达降低,差异均有统计学意义（P < 0.01）。Western blot结果显示,与阴性对照组比较,PM_2.5混悬液高剂量组和阳性对照组c-myc、c-fos、Caspase-8、Caspase-9蛋白表达均升高,差异均有统计学意义（P < 0.01）;p53和Bcl-2蛋白表达均降低,差异均具有统计学意义（P < 0.05）。结论： PM_2.5可引起HK-2细胞中部分癌基因表达上升、抑癌基因表达下降、促凋亡基因表达上升和抑凋亡基因表达下降,提示PM_2.5对HK-2肾细胞部分癌基因和凋亡基因具有一定的促进与激活作用。