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    蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2增殖及凋亡的影響

    2010-10-19 05:25:50吳正雙張紅城高文宏
    食品科學(xué) 2010年21期
    關(guān)鍵詞:提物蜂膠細(xì)胞膜

    吳正雙,董 捷,張紅城,高文宏*

    (1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東 廣州 510641;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所,北京 100093)

    蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2增殖及凋亡的影響

    吳正雙1,2,董 捷2,張紅城2,高文宏1,*

    (1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東 廣州 510641;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所,北京 100093)

    為探討蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2增殖和凋亡的影響,采用MTT法檢測蜂膠醇提物對Hep G2細(xì)胞增殖的抑制作用,用熒光倒置顯微鏡和流式細(xì)胞儀分析蜂膠醇提物對Hep G2細(xì)胞凋亡的影響。結(jié)果表明:12.5~200μg/mL質(zhì)量濃度的蜂膠醇提物作用24、48h后,均能不同程度地抑制Hep G2細(xì)胞的增殖,呈明顯的時(shí)間、劑量依賴關(guān)系,半數(shù)抑制質(zhì)量濃度(IC50)分別是115、78μg/mL。作用8h后,Hep G2細(xì)胞出現(xiàn)不同程度的凋亡,凋亡率由6.36%上升到21.9%,呈現(xiàn)出劑量依賴關(guān)系。故蜂膠醇提物可顯著抑制人肝癌細(xì)胞Hep G2的生長,誘導(dǎo)其凋亡。

    蜂膠;Hep G2細(xì)胞;增殖;凋亡

    Abstract:In order to investigate the effect of propolis on cell proliferation and apoptosis, the ethanol extract of propolis was used to treat human liver carcinoma Hep G2 cells. The inhibitory rate of ethanol extract from propolis on the proliferation of human liver carcinoma Hep G2 cells was determined by MTT assay and the apoptosis of human liver carcinoma Hep G2 cells was examined by using inverted fluorescence microscope and flow cytometry analysis. Results indicated that 12.5-200 μg/mL ethanol extract of propolis exhibited an obvious inhibition effect on the proliferation of Hep G2 cells after 24 h and 48 h treatment in a time- and dose-dependent manner. The apoptosis of Hep G2 cells was obviously observed after treatment and apoptosis rate was in the range of 6.36% to 21.9% in a dose-dependent manner. These results confirm that propolis can significantly inhibit the proliferation and induce apoptosis of Hep G2 cells.

    Key words:propolis;Hep G2 cell;proliferation;apoptosis

    蜂膠是蜜蜂從楊樹、樺樹、柳樹以及針葉樹等膠原植物的皮或者嫩芽中采集的樹脂和汁液,與蜜蜂本身的喉腺分泌物(主要是酶)混合而成。蜂膠富含黃酮類、萜烯類等生物活性物質(zhì),具有多重醫(yī)療及保健功效,如抗菌消炎、抗腫瘤、抑制病毒、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等[1-2]。Najafi等[3]發(fā)現(xiàn)蜂膠水提物能夠抑制McCoy、HeLa、SP2/0、Hep-2、BHK21細(xì)胞的生長。Temiz等[4]發(fā)現(xiàn)蜂膠能夠促進(jìn)小鼠結(jié)腸的愈合。高寅飛等[5]用蜂膠超臨界CO2萃取物做了體外抗腫瘤實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對腫瘤細(xì)胞U937、95D、SGC-7901和TE-1都具有較強(qiáng)的抑制作用,IC50分別為117. 42、138. 92、37. 76μg/mL和67. 89μg/mL。Syamsudin等[6]研究發(fā)現(xiàn)蜂膠的乙酸乙酯提取物孵育人乳腺癌MCF-7細(xì)胞24h后,細(xì)胞凋亡率達(dá)到13.21%。

    細(xì)胞凋亡(apoptosis)又稱程序性死亡,指在一定的生理、病理情況下,機(jī)體為維護(hù)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,通過基因調(diào)控,在一系列酶參與下,使生物體內(nèi)一些無用的、老化的細(xì)胞高度有序的、自動死亡的過程。細(xì)胞凋亡是生物體內(nèi)一種普遍存在的現(xiàn)象,它貫穿于機(jī)體的整個(gè)生命過程。在凋亡過程中,細(xì)胞的自身形態(tài)學(xué)特點(diǎn)和生化特性發(fā)生改變:形態(tài)上細(xì)胞膜發(fā)生皺縮,細(xì)胞核固縮,特異性的細(xì)胞漿大泡,染色質(zhì)濃集,核破裂后被細(xì)胞膜包裹形成凋亡小體等。對于腫瘤癌細(xì)胞,由于細(xì)胞凋亡相關(guān)的信號通路產(chǎn)生障礙,使得癌細(xì)胞具有不死性,因此通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡能夠抑制腫瘤的生長。近來人們對細(xì)胞凋亡研究的興趣越來越大,使用各種藥物以及天然產(chǎn)物作用于腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)其凋亡并研究其凋亡機(jī)制[7-10]。細(xì)胞凋亡檢測主要是利用細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)特點(diǎn)和生化特征來進(jìn)行的。本實(shí)驗(yàn)以人肝癌細(xì)胞Hep G2為研究對象,采用四甲基偶氮唑(MTT)法檢測蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2增殖的影響,并用熒光倒置顯微鏡和流式細(xì)胞儀檢測蜂膠對Hep G2細(xì)胞凋亡的影響,進(jìn)一步探討其抗癌的作用機(jī)制。

    1 材料與方法

    1.1 材料與試劑

    人肝癌細(xì)胞株Hep G2 中國科學(xué)院細(xì)胞庫;蜂膠醇提物 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所;胰蛋白酶-EDTA消化液(含0.25%的胰蛋白酶和0.53mmol/L的EDTA)、含青霉素和鏈霉素的RPMI-1640培養(yǎng)液 Solarbio公司;胰酶、胎牛血清 Gibco公司;二甲基亞砜(DMSO;細(xì)胞培養(yǎng)級) Sigma公司;培養(yǎng)皿 Corning公司;Annexin V-FITC/PI細(xì)胞凋亡試劑盒 南京凱基生物科技發(fā)展有限公司。

    1.2 儀器與設(shè)備

    AL204型精密天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司;HERA-cell150 CO2培養(yǎng)箱 美國Thermo公司;EPPENDORF 5417R型冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf 公司;SynergyTM HT型多功能酶標(biāo)儀 美國Bio-tek公司;IX71型熒光倒置顯微鏡 日本Olympus公司;Cell Lab QuantaTM SC型流式細(xì)胞儀 美國Beckman公司。

    1.3 方法

    1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng)

    將人肝癌細(xì)胞Hep G2用含10%胎牛血清的RPMI-1640 培養(yǎng)基在5% CO2、37℃、飽和濕度下的CO2培養(yǎng)箱中傳代培養(yǎng)[11]。

    1.3.2 蜂膠醇提物工作液的制備

    稱取0.2g蜂膠醇提物溶于10mL DMSO中,配成質(zhì)量濃度為20mg/mL的溶液,實(shí)驗(yàn)前用RPMI-1640培養(yǎng)液稀釋成不同質(zhì)量濃度,備用。

    1.3.3 MTT法檢測蜂膠醇提物對Hep G2細(xì)胞的增殖活性[12]

    取對數(shù)生長期的Hep G2細(xì)胞,配制成2×104個(gè)/mL的單細(xì)胞懸液,接種于96孔培養(yǎng)板,每孔190μL,每組設(shè)5個(gè)復(fù)孔,做兩板,于5% CO2、37℃條件下的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h,除去培養(yǎng)液;之后每個(gè)96孔板均加入新的培養(yǎng)液190μL與不同質(zhì)量濃度的蜂膠醇提物工作液10μL分別培養(yǎng)24、28h,蜂膠醇提物的終質(zhì)量濃度分別為12.5、25、50、100、200μg/mL,空白組加10μL新培養(yǎng)液,實(shí)驗(yàn)結(jié)束前4h,每孔加100μL質(zhì)量濃度為5mg/mL的MTT染色液,37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)4h。結(jié)束后離心,去除上清,然后每孔加入150μL DMSO,充分振蕩后,在酶標(biāo)儀上570nm波長處測定吸光度。

    細(xì)胞抑制率/%=(1-A實(shí)驗(yàn)組/A對照組)×100

    1.3.4 熒光倒置顯微鏡觀察蜂膠誘導(dǎo)的Hep G2細(xì)胞凋亡

    取對數(shù)生長期的Hep G2細(xì)胞,經(jīng)不含EDTA的0.25%胰酶消化后,用RPMI-1640培養(yǎng)液調(diào)整細(xì)胞密度為1×105個(gè)/mL單細(xì)胞懸液,接種于事先置于6孔培養(yǎng)板里的蓋玻片上培養(yǎng),每個(gè)蓋玻片上95μL,培養(yǎng)24h貼壁后;加入5μL不同質(zhì)量濃度的蜂膠醇提物工作液,使蜂膠醇提物終質(zhì)量濃度分別為12.5、25、50、100、200μg/mL繼續(xù)培養(yǎng)8h,空白組加5μL的培養(yǎng)基,相差顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)。PBS洗滌細(xì)胞兩次,在500μL的Binding Buffer中加入5μL Annexin V-FITC、5μL 碘化丙啶(PI),混勻后加入到蓋玻片表面,使蓋玻片表面均勻覆蓋;避光、室溫反應(yīng)10min。將蓋玻片倒置于載玻片上于熒光倒置顯微鏡下,藍(lán)色光激發(fā)、雙色濾光片觀察,Annexin V-FITC熒光信號呈綠色,PI熒光信號呈紅色。

    1.3.5 流式細(xì)胞儀檢測蜂膠誘導(dǎo)的Hep G2細(xì)胞凋亡[7]

    取對數(shù)生長期的Hep G2細(xì)胞,經(jīng)不含EDTA的0.25%胰酶消化后,用RPMI-1640培養(yǎng)液調(diào)整細(xì)胞密度為1×105個(gè)/mL單細(xì)胞懸液,接種于6孔培養(yǎng)板,每孔950μL,培養(yǎng)24h;然后加入50μL不同質(zhì)量濃度的蜂膠醇提物工作液,混勻使蜂膠醇提物終質(zhì)量濃度分別為12.5、25、50、100、200μg/mL,空白對照組加50μL培養(yǎng)基,每個(gè)稀釋度設(shè)4個(gè)平行孔,繼續(xù)培養(yǎng)8h。收集上述藥物處理的Hep G2細(xì)胞,用PBS洗滌細(xì)胞2次(1000r/min離心5min),加入500μL的Binding Buffer懸浮細(xì)胞,加入5μL Annexin V-FITC混勻后,再加入5μL PI,混勻,室溫避光反應(yīng)10min,1h內(nèi)用流式細(xì)胞儀分析。

    1.4 數(shù)據(jù)處理

    2 結(jié)果與分析

    2.1 蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2細(xì)胞增殖的影響

    圖1 蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2增殖的抑制作用Fig.1 Inhibitory effect of ethanol extract of proplis on proliferation of Hep G2 cells

    由圖1可看出,蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2的生長有明顯的抑制作用,且抑制作用隨著蜂膠醇提物質(zhì)量濃度的增大、作用時(shí)間的延長而增強(qiáng),并呈良好的劑量-效應(yīng)關(guān)系。當(dāng)蜂膠質(zhì)量濃度為200μg/mL時(shí),對Hep G2細(xì)胞的抑制作用達(dá)到最高,作用24、48h的抑制率分別是70.9%、91.30%,半數(shù)抑制質(zhì)量濃度(IC50)分別是115、78μg/mL。

    2.2 蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2凋亡的影響

    2.2.1 相差顯微鏡下觀察蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2形態(tài)的影響

    從空白對照樣品中可以看出,未經(jīng)蜂膠醇提物處理的Hep G2細(xì)胞生長正常,沒有出現(xiàn)凋亡特征,并且進(jìn)行正常的分裂生長(圖2 a)。而經(jīng)不同質(zhì)量濃度的蜂膠醇提物處理8h后,與空白對照組相比,圖2b中的Hep G2細(xì)胞核分裂相對減少,細(xì)胞貼壁能力下降,部分細(xì)胞脫落。并且隨著質(zhì)量濃度的增加,圖2c中懸浮細(xì)胞逐漸增多,部分細(xì)胞變形,從上清液中可以看見少許細(xì)胞碎片,出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象但細(xì)胞膜仍保持完整;貼壁細(xì)胞收縮變小變圓,與周圍細(xì)胞脫離(圖2d);圖2e中的Hep G2細(xì)胞的細(xì)胞膜和核膜上出現(xiàn)空洞,膜內(nèi)外在進(jìn)行物質(zhì)交換;當(dāng)質(zhì)量濃度為200μg/mL時(shí),出現(xiàn)了許多被膜包裹的凋亡小體(圖2f)。故從形態(tài)學(xué)上可以直觀地觀察到Hep G2細(xì)胞的凋亡程度隨蜂膠醇提物質(zhì)量濃度的增大而升高。

    圖2 蜂膠醇提物誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞Hep G2凋亡的形態(tài)學(xué)觀察Fig.2 Morphological change of Hep G2 cells induced by ethanol extract of propolis

    2.2.2 熒光倒置顯微鏡下觀察蜂膠醇提物誘導(dǎo)的人肝癌細(xì)胞Hep G2凋亡

    正常細(xì)胞中,磷脂酰絲氨酸(PS)只分布在細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層的內(nèi)側(cè),而在細(xì)胞凋亡早期,細(xì)胞膜中的PS由脂膜內(nèi)側(cè)翻向外側(cè)。故可與FITC標(biāo)記的Annexin V結(jié)合而發(fā)出綠色熒光。PI是一種核酸染料,它不能透過完整的細(xì)胞膜,但凋亡中晚期和壞死細(xì)胞的細(xì)胞膜完整性被破壞,PI能夠透過細(xì)胞膜而使細(xì)胞核染成紅色。因此將Annexin V-FITC與PI匹配使用,就可以將處于不同凋亡時(shí)期的細(xì)胞區(qū)分開來。

    圖3 熒光倒置顯微鏡下觀察蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2的影響Fig.3 Effect of ethanol extract of propolis on Hep G2 cells observed under inverted fluorescence microscope

    由圖3a可以觀察到,空白對照樣品的人肝癌細(xì)胞Hep G2既沒有被FITC熒光染色也沒有被PI染色,因此未經(jīng)蜂膠醇提物處理的正常生長的Hep G2細(xì)胞,PS不會發(fā)生翻轉(zhuǎn),細(xì)胞膜通透性也沒有改變。但經(jīng)終質(zhì)量濃度為12.5、25、50、100、200μg/mL的蜂膠醇提物處理8h后,結(jié)果表明,Hep G2都被不同程度的染色,蜂膠醇提物質(zhì)量濃度越低,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用越弱,只有較少的細(xì)胞被FITC染色(圖3b),隨著蜂膠醇提物質(zhì)量濃度的增加,被FITC染色的細(xì)胞數(shù)目也不斷增加,同時(shí)能染上微弱的紅色染料PI(圖3c、3d),這表明Hep G2細(xì)胞已進(jìn)入凋亡早期。隨著蜂膠醇提物質(zhì)量濃度增加,在熒光倒置顯微鏡下可以觀察到Hep G2細(xì)胞異染色質(zhì)濃縮,沿核膜內(nèi)側(cè)排列,凝結(jié)成塊,綠色熒光分布在細(xì)胞膜周圍,紅色熒光分布在細(xì)胞核上(圖3 d、3e),這表明Hep G2細(xì)胞已由凋亡早期逐步過渡到凋亡中晚期。當(dāng)蜂膠醇提物質(zhì)量濃度達(dá)到200μg/mL時(shí),被FITC染色的Hep G2細(xì)胞顯著減少,被PI染色的細(xì)胞明顯增多(圖3f),這表明Hep G2細(xì)胞幾乎全部進(jìn)入凋亡中晚期。

    實(shí)驗(yàn)中的Annexin V是一種Ca2+依賴性磷脂結(jié)合蛋白,與PS有高度親和力,故可通過細(xì)胞外側(cè)暴露的PS與凋亡早期細(xì)胞的胞膜結(jié)合。如果使用含EDTA的胰酶消化液,EDTA就會與Annexin V 競爭性結(jié)合Ca2+,使得標(biāo)記FITC熒光素的Annexin V不能與PS結(jié)合,因此,收集Hep G2細(xì)胞進(jìn)行流式細(xì)胞儀檢測時(shí),必須用不含EDTA的胰酶消化液。

    2.2.3 流式細(xì)胞儀檢測蜂膠醇提物誘導(dǎo)的人肝癌細(xì)胞Hep G2的凋亡

    流式細(xì)胞儀以FITC和PI熒光作雙參數(shù)散點(diǎn)圖,細(xì)胞分為4個(gè)區(qū):左上象限Q1(Annexin V-FITC-,PI+)代表細(xì)胞膜幾乎不存在的壞死細(xì)胞;右上象限Q2(Annexin V-FITC+,PI+)代表凋亡晚期和死亡細(xì)胞;左下象限Q3(Annexin V-FITC-,PI-)代表正常細(xì)胞;右下象限Q4(Annexin V-FITC+,PI-)代表凋亡早期細(xì)胞。

    圖4 流式細(xì)胞儀分析人肝癌細(xì)胞Hep G2凋亡的散點(diǎn)圖Fig.4 Scattering diagram of Hep G2 cell apoptosis detected by flow cytometer

    圖5 蜂膠醇提物對人肝癌細(xì)胞Hep G2凋亡率的影響Fig.5 Effect of ethanol extract of propolis on apoptosis of Hep G2 cells

    由圖4、5及流式細(xì)胞儀生成的數(shù)據(jù)可知,未經(jīng)蜂膠醇提物處理的細(xì)胞,絕大多數(shù)為正常細(xì)胞,占總細(xì)胞數(shù)的96.43%,但也有一定比例的凋亡細(xì)胞和壞死細(xì)胞,可能是因?yàn)橄?xì)胞時(shí),外力導(dǎo)致部分細(xì)胞發(fā)生機(jī)械損傷。蜂膠醇提物處理Hep G2細(xì)胞8h后,Hep G2細(xì)胞凋亡率隨著蜂膠醇提物質(zhì)量濃度的升高逐漸增加,由6.36%上升到21.9%;進(jìn)入凋亡晚期的以及死亡的細(xì)胞比例也明顯增加,由0.92%提高到20.82%;同時(shí),正常細(xì)胞的比例顯著下降,由原來的96.43%下降到56.11%,并呈濃度依賴性。經(jīng)t檢驗(yàn),蜂膠醇提物處理組的細(xì)胞凋亡率與未處理組(1. 87%)相比均有顯著性差異(P<0.01)。這說明蜂膠醇提物在較低的質(zhì)量濃度和較短的時(shí)間內(nèi)就可以誘導(dǎo)Hep G2細(xì)胞的凋亡。本實(shí)驗(yàn)之前還做了DMSO溶劑對照組實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞培養(yǎng)液中細(xì)胞培養(yǎng)級別的DMSO體積分?jǐn)?shù)不超過2%時(shí),對細(xì)胞的增殖和凋亡幾乎無影響,因此實(shí)驗(yàn)中DMSO的最大體積分?jǐn)?shù)選擇1%。

    3 結(jié) 論

    質(zhì)量濃度12.5~200 μ g/mL的蜂膠醇提物作用24、48h后,均能不同程度的抑制Hep G2細(xì)胞的增殖,呈明顯的時(shí)間、劑量依賴關(guān)系,半數(shù)抑制質(zhì)量濃度(IC50)分別是115、78μg/mL。作用8h后,Hep G2細(xì)胞出現(xiàn)不同程度的凋亡,凋亡率由6.36%上升到21.9%,呈現(xiàn)出劑量依賴關(guān)系。因此認(rèn)為,蜂膠醇提物能夠通過誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞Hep G2的凋亡而表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗腫瘤活性,在較低的質(zhì)量濃度和較短的時(shí)間內(nèi)就能夠抑制Hep G2細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)Hep G2細(xì)胞的凋亡。

    本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的流式細(xì)胞技術(shù)具有快速、靈敏、準(zhǔn)確的特點(diǎn),并日益成為檢測細(xì)胞凋亡的主要手段。該方法還可以在完整細(xì)胞的基礎(chǔ)上,直接分析DNA含量的改變;并可同時(shí)對細(xì)胞表型和調(diào)控蛋白進(jìn)行測定。因此流式細(xì)胞技術(shù)為本課題進(jìn)一步研究蜂膠誘導(dǎo)Hep G2細(xì)胞凋亡的作用機(jī)理,包括研究細(xì)胞端粒酶活性、bcl-2蛋白的表達(dá)等,提供了新手段[13-14]。

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    Effect of Ethanol Extract of Propolis on Proliferation and Apoptosis of Human Liver Carinoma Hep G2 Cells

    WU Zheng-shuang1,2,DONG Jie2,ZHANG Hong-cheng2,GAO Wen-hong1,*
    (1. College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China;2. Bee Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100093, China)

    S896.6

    A

    1002-6630(2010)21-0344-05

    2010-05-07

    國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(蜂)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目(NYCYTX-43);國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(nyhyzx07-041)

    吳正雙(1985—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量與安全。E-mail:zhshwu1208@163.com

    *通信作者:高文宏(1970—),女,副教授,博士,研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量與安全。E-mail:zzhc@sohu.com

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