分离肝癌细胞及其转移性细胞株的建立

【摘要】 【目的】 建立新的肝细胞癌细胞系,为肝癌实验研究提供更多纯化癌细胞。【方法】 从肝细胞癌患者原发灶和门脉癌栓中获取癌组织,采用Percoll浓度梯度分离癌细胞进行培养,用微环境消化法获取癌细胞克隆并建立细胞系,对培养成功的细胞系进行生长曲线测定、染色体G带核型分析、对比基因组杂交和裸鼠接种成瘤实验。【结果】 对20例肝癌组织进行癌细胞分离培养和克隆,成功建立2例细胞系H2M和H4M,这2株细胞均来自门脉癌栓,它们的染色体数目测定均为超3倍体(71~78条)。CGH检测显示H2M主要的细胞遗传学改变为染色体4q、13q、16q、17p和19p缺失和1q、3q、5p、6p、7q和8q扩增,其中有一条标记染色体含有1q和6p[t(1;6)染色体];而H4M染色体8p, 9, 13q, 16q 缺失和6p, 7p, 11p, 11q13扩增,其中有一条标记染色体含有一长的均染区(hsr)。H2M细胞接种裸鼠1个月,产生典型的人肝细胞癌,但H4M接种尚未能成瘤。【结论】Percoll浓度梯度分离癌细胞和微环境消化法取得癌细胞克隆是建立原代细胞系的有效方法。2例肝癌细胞系的建立为以后肝癌研究提供了实验材料,所测出的肝癌细胞系的细胞遗传学改变及在裸鼠接种成瘤,为肝癌细胞癌基因和抑癌基因筛选提供了研究线索和实验模型。

【关键词】 肝癌; 细胞株; 核型; 比较基因组杂交

Abstract:【Objective】To establish hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines and provide more pure liver carcinoma cells for HCC studies.【Methods】The carcinoma tissues were obtained from the primary lesion and metastatic lesion in portal vein of HCC. The carcinoma cells were isolated by Percoll density gradient centrifuge and cultivated. The cell clones were then obtained by micro-environmental digestion and cell lines were established. The growth curves, G band chromosome karyotype, comparative genomic hybridization (CGH) of the established cells were characterized. The cells were implanted in nude mice for tumorigenesis.【Results】 20 cases of HCC cells were isolated and cultivated. Two cell lines (designated as H2M and H4M) were successfully established from 2 cases of emboli of portal vein. The karyotype showed that both cell lines are a hypertriploid (71~ 78 chromosomes). A marker chromosome containing 1q and 6p [t(1;6)] was found in H2M cells and a huge marker chromosome containing a long homogeneously staining region (hsr) in H4M cells. The main genetic alterations analyzed by CGH were a high copy number amplification of 1q, 3q, 5p, 6p, 7q and 8q and loss of 4q, 13q, 16q, 17p 19p in H2M cells, whereas, amplification of 6p, 7p, 11p, 11q13 and loss of 8p, 9, 13q, 16q in H4M cells. Implantation of H2M cells in nude mice for a month produces typical human hepatocellular carcinoma, but no tumor for H4M cells.【Conclusions】 Percoll density gradient centrifuge and micro-environmental digestion is an effective method for cloning of primary carcinoma cell and cell line establishment. Two established HCC cell lines will provide culture cells for HCC studies. The genetic alterations detected in both cell lines also provide clues and cell models for further screening of oncogenes and tumor suppressor genes in HCC.

Key words:hepatocellular carcinoma; HCC cell lines; karyotype; comparative genomic hybridization

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是常见癌症之一。尽管已有多个肝癌细胞系供实验室研究用,但这些细胞多由国外研究人员建立,而且极少从门脉转移灶建立[1]。此外,已建立的细胞系缺乏细胞遗传学改变的资料,不能为肝癌癌基因、抑癌基因的筛选及肝癌转移机制研究提供线索。本文描述2例门脉转移性肝癌细胞系的建立过程并检测其分子遗传学改变,旨在为HCC的深入研究提供实验工具。

1 材料和方法

1.1 标本来源

20例肝癌组织取自中山大学附属第一医院肝胆外科手术标本,每份癌组织均取原发灶和门脉癌栓,经病理检查证实和进行细胞培养。

1.2 细胞培养

原发瘤及门脉癌栓组织用含5倍浓双抗(500 u/mL青霉素和500 ?滋g/mL链霉素)PBS冲洗后剪成约1 mm3大小,用0.1%的胶原酶(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO)在 37 ℃下消化30 min,用120目不锈钢网过滤。将细胞悬液铺入装有等渗梯度密度PercollTM(Amersham Pharmacia Biotech AB, Uppsala, Sweden)的50 mL塑料离心管的上层,Percoll浓度梯度从底层至最高层依次为70%、50%、40%,每层5 mL。4 ℃下3 500 × g离心30 min,离心后在40%层内吸取含细胞的Percoll液,用F12培养液稀释5倍,275 × g离心10 min。沉淀细胞洗涤3次。最后用含20%胎牛血清、10 ng/mL表皮生长因子(EGF)、10 ?滋g/L转铁蛋白、10mmol/L谷氨酰胺、100 mg/L丙酮酸钠、100 U/mL青霉素和100 ?滋g/mL链霉素的 F12培养液悬浮。将5 mL含1×106细胞的培养液接种在25 cm2塑料培养瓶(Corning

, USA),置37 ℃、饱和湿度的5% CO2孵箱培养。

1.3 癌细胞克隆

培养数天后,通过微环境消化法获取癌细胞克隆。具体方法如下:先将细胞稀释传代,待细胞生长2~3 d,然后在倒置显微镜下对单个分散存在的癌细胞克隆位置在平皿底部用油性笔定位标记。将培养液吸去,加入2 mL的0.25%胰酶与0.02íTA的消化液预消化。用一弯头管口平整的玻璃吸管吸取约10 ?滋L的消化液,让消化液保持在吸管口处,将吸管口置于所标记的细胞克隆上面,吹出微量的培养液,随即将培养液重新吸回吸管。将含细胞的消化液置入24孔培养板内,加入约1 mL的培养液继续培养。待细胞增多时再进行扩大培养。

采用这种方法,成功培养2例男性肝癌患者的肝癌细胞系,2例均取自门脉癌栓,分别命名为H2M和 H4M。

1.4 生长曲线

将培养第12代的H4M细胞5.4×104接种在直径5 cm的塑料平皿,于接种后第2天开始将细胞消化计数,每天消化3个平皿的细胞数并计算平均值,连续7 d,最后绘制细胞生长曲线和倍增时间。H2M 采用第16代细胞,接种密度为7×104每平皿,计算方法同上。

1.5 细胞核型分析

于培养的H2M和H4M细胞中加入0.3 ?滋g/ml的秋水仙素,继续培养3h,胰酶消化收获细胞,经0.07 mmol/L氯化钾低渗处理30 min,于1:3冰醋酸甲醇液固定2 h后滴片,所获的中期分裂相染色体用标准胰酶-基姆萨(G带)分带染色法染色。

1.6 比较基因组杂交

用蛋白酶K和十二烷基硫酸钠(SDS)消化培养的H2M和H4M细胞,抽提肿瘤细胞基因组DNA。取健康人周围血淋巴细胞制备基因组DNA作正常参照。从健康男性淋巴细胞培养中获取中期分裂相染色体。比较基因组杂交(CGH)采用以前所描述的方法[2]。用缺口平移法分别将1 ?滋g H4M基因组DNA和性别相同的正常参照基因组DNA标记绿色-dUTP和红色-dUTP。将500 ng标记的癌细胞DNA和正常DNA探针变性后与正常中期相染色体在37 ℃湿盒中杂交48 h。用0.4×SSC/0.3% NP-40在75 ℃洗涤玻片2 min、室温下用2×SSC/0.1% NP-40洗涤2 min,然后用1 ?滋g/mL DAPI复染和用抗褪色溶液封片。

1.7 图像分析

经CGH杂交后的染色体用Zeiss Axiophot显微镜分析,每个中期分裂相用轮转式单色激发碱性蕊香红(rhodamine)、FITC和DAP I,并通过滤镜捕获这三种颜色的图像。用CGH 程序(Vysis, Downers Grove, IL)分别分析三色合成图像。每组样本共分析5个中期分裂相,从10条相同染色体所得的荧光数据计算平均比率。根据程序指引分析红色和绿色的荧光比率,DNA序列拷贝数的增加和丢失(gain and loss) 分别以肿瘤细胞DNA(绿色荧光)与参照 DNA(红色荧光)的比率>1.25或< 0.75来界定,当比率>1.50时定为高拷贝数扩增(amplification)。

1.8 裸鼠接种成瘤实验

将培养的H2M和H4M细胞各注射于12只balb/c裸小鼠腹腔和肝脏内,每只9×106细胞。接种后观察1个月,看是否成瘤。

2 结 果

2.1 细胞培养

从20例肝癌患者的原发灶和门脉癌栓中获取癌组织进行体外培养,只有2例(H2M和H4M)克隆培养成功。H2M和H4M肝癌细胞在第4代开始加速生长,已传至50多代,部分细胞液氮保存已逾2年。形态学上,两系癌细胞均呈多角形,胞浆丰富,核大,圆形,核仁多个而明显,可见核分裂和瘤巨细胞。癌细胞排列成索状生长,与肝小叶排列相似(图1)。从细胞生长曲线可以看出,H2M和H4M细胞在第2天开始呈对数生长,到第5天进入生长平台期。细胞的倍增时间分别为47 h和38 h。

2.2 细胞遗传学

染色体G带显示2株细胞均为超3倍体,其中H2M有一条标记染色体含有1q和6p[t(1;6)染色体],而H4M有一条染色体含有一长均染区(homogeneously staining region, hsr,图2)。H4M细胞核型为71~78,XX;而H2M细胞为56~78,XY。

2.3 比较基因组杂交

CGH分析显示,H2M的细胞遗传学改变为4q、13q、16q、17p和19p缺失和1q、3q、5p、6p、7q和8q扩增。H4M的细胞遗传学改变为8p, 9, 13q, 16q 缺失和6p, 7p, 11p扩增,而11q13为高拷贝数扩增(amplification)。

2.4 裸鼠接种成瘤实验

H2M细胞接种balb/c裸小鼠后4周,腹腔内及肝脏边缘见多发性肿瘤形成,肿瘤直径2~10 mm。石蜡切片HE染色显示肿瘤为典型的肝细胞癌(图3)。H4M细胞接种后未见肿瘤形成。

3 讨 论

本实验采用胶原酶消化肿瘤组织,用Percoll浓度梯度分离得到较纯的癌细胞,但仍不能完全把癌细胞与成纤维细胞或血窦内皮细胞分开。因此在随后癌细胞的纯化培养中,我们采用微环境消化克隆法来纯化癌细胞。尽管已有多种方法进行癌细胞克隆[3],但我们的实践证明,微环境消化克隆法特别适用于原代癌细胞的纯化,该方法可一次取得较多的癌细胞,成功率较高。该方法可重复进行,直至取得纯化的细胞株。本实验培养成功2个肝癌细胞系,为进一步进行实验研究提供了纯化的肝癌细胞材料。

此外,我们采用染色体分带和CGH法初步分析了所获得的肝癌细胞系的细胞遗传学特征,发现H2M的细胞遗传学改变主要为1q和8q扩增,而4q丢失。H4M则主要表现为8p丢失和11q13高拷贝数扩增等各种染色体畸变。这些细胞遗传学改变与肝细胞癌的发生发展、转移和有效治疗方法的选择有密切关系[4, 5],Cheng等[6]人根据肝脏门脉解剖特点和肝细胞癌癌栓发展范围将静脉内癌栓分成4种类型,发现不同癌栓类型的患者术后的预后有很大的差别。由于这H2M和H4M均从门静脉癌栓建立(门静脉癌栓虽不等于肝细胞癌肝外转移,但被认为是肝内转移[7,8]),故我们成功建立的这两株细胞可为肝癌转移的研究提供非常有用的工具。

特别值得注意的是H4M细胞系中发现有11q13的高度扩增,这一部位正是周期素cyclin D1基因CCND1所在位点, Cyclin D已被认为是肝细胞癌治疗靶点[9],该基因的高表达能促进细胞增殖,减少细胞凋亡。我们的实验已经证明了H4M的cyclin D1 mRNA和蛋白的过表达[10]。

目前从肝癌组织中建立细胞系,特别是建立转移性癌细胞系仍很困难,本实验所获得的2例细胞株其中的1例能在裸鼠接种后成瘤,加上对这2株细胞的遗传学改变检测结果,为阐明肝癌浸润转移机制、寻找新的癌基因和抑癌基因,以及抗肝癌药物筛选等实验研究提供了实验癌细胞材料。

【参考文献】

CHEN Y B, YAN M L, GONG J P, et al. Establishment of hepatocellular carcinoma multidrug resistant monoclone cell line HepG2/mdr1 [J]. Chin Med J (Engl), 2007, 20(8):703-707.

GUAN X Y, FANG Y, SHAM J S T, et al. Recurrent chromosome alterations in hepatocellular carcinoma detected by comparative genomic hybridization [J]. Gene Chromosome Cancer, 2000, 29(2):110-116.

文剑明. 肿瘤细胞培养 [A]. 薛庆善. 《体外培养的原理与技术. 北京:科学出版社,2001:705-749.

TEUFEL A, STAIB F, KANZLER S, et al. Genetics of hepatocellular carcinoma [J]. World J Gastroenterol, 2007, 28(16):2271-2 282.

MIDORIKAWA Y, MAKUUCHI M, TANG W, et al. Microarray-based analysis for hepatocellular carcinoma: from gene expression profiling to new challenges [J]. World J Gastroenterol, 2007, 14 (10):1487-1492.

CHENG S Q, WU M C, CHEN H, et al. Tumor thrombus types influence the prognosis of hepatocellular carcinoma with the tumor thrombi in the portal vein [J]. Hepatogastroenterology, 2007, 54(74):499-502.

MATSUDA M, SUZUKI T, KONO H, et al. Predictors of hepatic venous trunk invasion and prognostic factors in patients with hepatocellular carcinomas that had come into contact with the trunk of major hepatic veins [J]. J Hepatobiliary Pancreat Surg, 2007, 14(3):289-296.

夏金堂,陈胜利,温敏杰,等. 原发性肝癌合并静脉流出道瘤栓的诊治 [J]. 中山大学学报:医学科学版,2004,25(3S):123-125.

ROUGIER P, MITRY E, BARBARE J C, et al. Hepatocellular carcinoma (HCC): an update [J]. Semin Oncol, 2007, 34(2 Suppl 1):S12-20.

胥健敏,文剑明,张 萌,等. 肝细胞癌周期素D1基因扩增和表达研究[J]. 中华病理学杂志, 2004, 33(1):26-30.