牛耳楓生物堿2-hydroxyyunnandaphnine D體外抗腫瘤活性及作用機(jī)制

王蓓，戎瑞雪，鄭聰毅，曹志然，羅都強(qiáng)

(1.河北大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071002)

牛耳楓生物堿2-hydroxyyunnandaphnine D體外抗腫瘤活性及作用機(jī)制

王蓓1，戎瑞雪1，鄭聰毅1，曹志然1，羅都強(qiáng)2

(1.河北大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071002)

為了研究牛耳楓生物堿2-hydroxyyunnandaphnine D體外抗腫瘤活性及作用機(jī)制，用MTT法檢測(cè) 6.25～100 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D分別作用于人肝癌細(xì)胞(HepG-2)、人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)及人宮頸癌細(xì)胞(HeLa)后不同時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞存活并計(jì)算細(xì)胞增殖抑制率和IC50；FDA/PI雙染色熒光顯微鏡觀察細(xì)胞死亡情況；分光光度法檢測(cè)Caspase-3酶活性變化；MTT法檢測(cè)凋亡抑制劑Z-VAD-FMK對(duì)2-hydroxyyunnandaphnine D抑瘤活性的影響.結(jié)果顯示:2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)3種瘤株均有明顯的抑制作用，且具有明顯的時(shí)效量效關(guān)系，其48 h的IC50值分別為(1.30±0.09)，(7.32±0.10)和(8.41±0.11)mg/L.FDA/PI雙染色熒光顯微鏡觀察顯示2-hydroxyyunnandaphnine D組中死亡細(xì)胞數(shù)較正常對(duì)照組細(xì)胞死亡數(shù)量增加，且隨著劑量的加大細(xì)胞死亡數(shù)量增加.MTT法顯示凋亡抑制劑Z-VAD-FMK不能阻斷2個(gè)濃度的2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)HepG-2細(xì)胞的增殖抑制作用.Caspase-3酶活性測(cè)定顯示l0,30 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D作用后腫瘤細(xì)胞的Caspase-3酶活力單位與正常對(duì)照組比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.結(jié)果表明：牛耳楓生物堿2-hydroxyyunnandaphnine D 在體外具有明顯的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用, 其作用機(jī)制并非通過(guò)激活Caspase-3途徑.

牛耳楓；2-hydroxyyunnandaphnine D; MTT； Z-VAD-FMK；Caspase-3

牛耳楓(DaphniphyllumcalycinumBenth)為虎皮楠科(Daphniphyllaceae)虎皮楠屬(Daphniphyllum)植物, 原產(chǎn)于我國(guó)華南地區(qū),以根、葉入藥，清熱解毒，活血舒筋.該科植物的主要特征是含有次生代謝物質(zhì)生物堿類，其多變的骨架和復(fù)雜的多環(huán)結(jié)構(gòu)吸引了許多學(xué)者對(duì)其深入的研究[1-2].生物堿大多數(shù)存在于植物當(dāng)中，又稱植物堿.大量研究表明，天然植物中的生物堿具有明顯的抗腫瘤功效，如長(zhǎng)春堿是從夾竹桃科植物長(zhǎng)春花中提取出的生物堿，具有抑制微管蛋白組裝的活性，并且毒性低，目前已成為一類作用于M期的特異性腫瘤化療藥物[3]；瑞香狼毒總生物堿對(duì)肝癌BEL-7402細(xì)胞和胃癌SGC-7901細(xì)胞表現(xiàn)出較強(qiáng)的殺傷作用[4].前期研究發(fā)現(xiàn)虎皮楠生物堿對(duì)某些腫瘤細(xì)胞有抑制作用[5].本課題組采用色譜方法從牛耳楓莖葉中提取分離到了10種生物堿[6]，其中2-hydroxyyunnandaphnine D是從該植物中首次分離到的一種新的生物堿[7]，有關(guān)其抗腫瘤活性的研究還未見(jiàn)報(bào)道.本文采用MTT法觀察了2-hydroxyyunnandaphnine D 在體外對(duì)人肝癌細(xì)胞株(HepG-2)、人宮頸癌細(xì)胞(Hela)、人乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7) 的抑制增殖作用，并選擇最敏感的HepG-2作為研究對(duì)象，通過(guò)FDA/PI雙染色熒光顯微鏡觀察法、凋亡抑制劑阻斷實(shí)驗(yàn)、Caspase-3酶活性檢測(cè)等手段初步探討了2-hydroxyyunnandaphnine D抗腫瘤作用機(jī)制，從而為該化合物的合理開(kāi)發(fā)及利用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1細(xì)胞系、主要試劑及儀器

HepG-2， MCF-7，Hela細(xì)胞系(中國(guó)科學(xué)院藥物研究所)；二甲基亞砜DMSO(Sigma公司)；RPMI1640培養(yǎng)基(GIBCO公司)；2-hydroxyyunnandaphnine D(河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)；凋亡抑制劑Z-VAD-FMK 、PKC抑制劑Staurosporine、 Caspase-3活性檢測(cè)試劑盒、 Bradford蛋白濃度測(cè)定試劑盒(碧云天生物技術(shù)研究所).

熒光顯微鏡(OlymPus公司)；CO2培養(yǎng)箱HF90(上海力申科學(xué)儀器有限公司)；潔凈工作臺(tái)SW-CJ-2FD(蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司)； ELX-800全自動(dòng)酶標(biāo)儀(ELISA Reader 美國(guó)寶特有限公司).

1.2細(xì)胞培養(yǎng)

常規(guī)復(fù)蘇細(xì)胞，用RPMI1640完全培養(yǎng)液(含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清、100萬(wàn)U/mL青霉素、100 μg/mL鏈霉素)培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞，置于含體積分?jǐn)?shù)5%的CO2培養(yǎng)箱中37 ℃培養(yǎng)，胰酶消化傳代，取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞調(diào)整所需密度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

1.3樣品的配制

用DMSO溶解2-hydroxyyunnandaphnine D，使其質(zhì)量濃度為10 mg/mL，然后用無(wú)血清的培養(yǎng)液進(jìn)行稀釋,使其成為1 mg/mL 的儲(chǔ)備液，過(guò)濾除菌，分裝后在-80 ℃儲(chǔ)存，使用時(shí)再稀釋成所需質(zhì)量濃度.

1.4MTT法檢測(cè)2-hydroxyyunnandaphnineD對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的影響

分別取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的HepG-2細(xì)胞、Hela細(xì)胞和MCF-7細(xì)胞，調(diào)整細(xì)胞密度為2×107L-1， 接種于96孔板中，90 μL/孔，培養(yǎng)24 h貼壁后，每孔加入不同質(zhì)量濃度的2-hydroxyyunnandaphnine D 10 μL，使其終質(zhì)量濃度分別為100，50，25，12.5和6.25 mg/L，陽(yáng)性對(duì)照組每孔加10 μL的順鉑(DDP)，終質(zhì)量濃度分別為100，50，25，12.5和6.25 mg/L，陰性對(duì)照組每孔加10 μL含相應(yīng)濃度DMSO(體積分?jǐn)?shù)分別為1%，0.5%，0.25%，0.125%和0.062 5%)的培養(yǎng)液；每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔，空白對(duì)照孔只加培養(yǎng)液不加細(xì)胞.于37 ℃、含體積分?jǐn)?shù)5% CO2培養(yǎng)箱分別繼續(xù)培養(yǎng)20，44，68 h后取出，每孔加MTT(10 g/L)10 μL，4 h后棄去上清液，加入100 μL DMSO振蕩器振蕩5 min，在490 nm波長(zhǎng)下檢測(cè)其吸光度值(A)，并計(jì)算腫瘤細(xì)胞增殖抑制率(IR)，IR=(1-藥物A/陰性對(duì)照A)×100%.并根據(jù)改良寇氏法計(jì)算半數(shù)抑制濃度[8]lgIC50=Xm-I×(P-(3-Pm-Pn)/4)[Xm:1g最大劑量；I:1g(最大劑量/相臨劑量)；P:陽(yáng)性反應(yīng)率之和；Pm:最大抑制率；Pn:最小抑制率].

1.5FDA/PI雙染色熒光顯微鏡觀察

取對(duì)數(shù)期的HepG-2細(xì)胞，使細(xì)胞密度為1×107L-1，置于37 ℃恒溫恒濕、含體積分?jǐn)?shù)為5% CO2的培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h；按照分組分別加入含2-hydroxyyunnandaphnine D的RPMI 1640培養(yǎng)液(終質(zhì)量濃度分別為10和30 mg/L)，對(duì)照組只加入RPMI 1640培養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)24 h后收集細(xì)胞、并用PBS緩沖液洗滌，各組分別加入2 μL FDA染液(200 mg/L)及70 μL PI染液(100 mg/L)，室溫閉光10 min，于熒光顯微鏡觀察并拍照.

1.6凋亡抑制劑Z-VAD-FMK對(duì)2-hydroxyyunnandaphnineD抑瘤活性的影響

將HepG-2細(xì)胞按每孔8×103個(gè)接種于96孔板，37 ℃、含體積分?jǐn)?shù)5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h,細(xì)胞貼壁后進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)設(shè)正常對(duì)照組、Staurosporine(STS)50 mol/L組、STS 50 mol/L+Z-VAD-FMK 20 μmol/L組、2-hydroxyyunnandaphnine D 10 mg/L組、2-hydroxyyunnandaphnine D 10 mg/L + Z-VAD-FMK 20 μmol/L組、2-hydroxyyunnandaphnine D 30 mg/L組及2-hydroxyyunnandaphnine D 30 mg/L + Z-VAD-FMK 20 μmol/L組，每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔，分別作用12 h后，采用MTT法測(cè)定細(xì)胞存活,同時(shí)計(jì)算各組細(xì)胞的增殖抑制率，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次.

1.72-hydroxyyunnandaphnineD對(duì)HepG-2細(xì)胞Caspase-3酶活性的影響

取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的HepG-2細(xì)胞，接種于4個(gè)100 mL培養(yǎng)瓶(每瓶1×106個(gè)細(xì)胞 )，37 ℃恒溫恒濕、含體積分?jǐn)?shù)為5% 的CO2條件孵育24 h；實(shí)驗(yàn)設(shè)10和30 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D組、正常對(duì)照組及STS組；收集細(xì)胞后分別按試劑盒進(jìn)行蛋白的提取并按試劑盒進(jìn)行Caspase-3酶活性的檢測(cè).

1.8統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用單因素方差分析和t檢驗(yàn)，所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)均在計(jì)算機(jī)SPSS16.0軟件包內(nèi)進(jìn)行.檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，P<0.05表示有顯著性差異.

2 結(jié)果

2.12-hydroxyyunnandaphnineD對(duì)幾種腫瘤細(xì)胞增殖的影響

MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)人肝癌細(xì)胞株(HepG-2)、人宮頸癌細(xì)胞(Hela)、人乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7)3種瘤株均有明顯的抑制作用，其48 h的IC50值分別為(1.30±0.09)，(7.32±0.10)和(8.41±0.11)mg/L，且其抑制作用具有較好的時(shí)效和量效關(guān)系，順鉑對(duì)照組48 h的IC50值分別為(3.23±0.12)，(1.28±0.11)，(0.38±0.08)mg/L(圖1～3).

圖1 2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)HepG-2細(xì)胞增殖的影響

圖2 2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)Hela細(xì)胞增殖的影響

圖3 2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)MCF-7細(xì)胞增殖的影響

2.2熒光顯微鏡觀察2-hydroxyyunnandaphnineD作用后細(xì)胞死亡情況

結(jié)果表明：正常對(duì)照組中細(xì)胞絕大部分發(fā)綠色熒光，細(xì)胞為活細(xì)胞，個(gè)別細(xì)胞發(fā)紅色熒光，可能為自然死亡細(xì)胞；10 mg/L組中發(fā)紅色熒光的細(xì)胞稍增加，細(xì)胞死亡數(shù)量增加；30 mg/L組紅色熒光數(shù)量較小劑量組增多，表明細(xì)胞死亡增多(圖4).

a.正常對(duì)照組；b.2-hydroxyyunnandaphnine D組(10 mg/L)；c.2-hydroxyyunnandaphnine D組(30 mg/L).

2.3Z-VAD-MFK對(duì)2-hydroxyyunnandaphnineD抑瘤活性的影響

表1結(jié)果顯示，經(jīng)STS作用12 h后，與正常對(duì)照組比較A值顯著降低(P<0.05)，細(xì)胞增殖抑制率為(60.13±0.01)%，表明STS成功誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡； STS+Z-VAD-MFK組與STS組比較，A值增大明顯(P<0.05)，其抑制率為(4.05±0.01)%，而與正常對(duì)照組比較，A值則無(wú)明顯變化，表明Z-VAD-FMK成功抑制了STS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；10,30 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D組的增殖抑制率分別為(16.20±0.09)%和(40.02±0.01)%，而10,30 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D+Z-VAD-FMK組的細(xì)胞增殖抑制率分別為(18.07±0.00)%和(41.12±0.01)%, 2-hydroxyyunnandaphnine D組與2-hydroxyyunnandaphnine D+Z-VAD-FMK組之間均無(wú)顯著差異(P>0.05).這表明2-hydroxyyunnandaphnine D殺傷腫瘤細(xì)胞的作用沒(méi)有被Z-VAD-FMK抑制，即其殺傷腫瘤細(xì)胞的機(jī)制與胱天蛋白酶Caspase-3激活通路無(wú)關(guān).

表1 凋亡抑制劑Z-VAD-FMK對(duì)2-hydroxyyunnandaphnine D抑瘤活性的影響

2.4Caspase-3酶活性的測(cè)定

由表2可知，10,30 mg/L 2-hydroxyyunnandaphnine D組Caspase-3酶活力單位分別與正常對(duì)照組比較均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，表明2-hydroxyyunnandaphnine D未激活Caspase-3酶，即未通過(guò)激活Caspase-3途徑引起腫瘤細(xì)胞凋亡；而凋亡陽(yáng)性對(duì)照組(STS組)中催化的酶活力單位量與正常對(duì)照組比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，表明STS組成功激活Caspase-3酶發(fā)生細(xì)胞凋亡(表2).

表2 2-hydroxyyunnandaphnine D對(duì)HepG-2細(xì)胞Caspase-3酶活性的影響

3 討論

自第1個(gè)植物來(lái)源生物堿類的抗腫瘤藥物長(zhǎng)春新堿應(yīng)用于臨床以來(lái), 生物堿類抗腫瘤藥物發(fā)展得十分迅速.其中天然生物堿成分是很有前途的一類活性物質(zhì)，并已成功開(kāi)發(fā)了幾種藥物，如紫杉醇、喜樹(shù)堿等，成為具有劃時(shí)代意義的抗腫瘤藥.2-hydroxyyunnandaphnine D是本課題組采用現(xiàn)代的分離鑒定技術(shù)從牛耳楓中獲得的新生物堿，本研究結(jié)果表明，2-hydroxyyunnandaphnine D在體外對(duì)HepG-2細(xì)胞、MCF-7細(xì)胞和Hela細(xì)胞3種腫瘤細(xì)胞株均具有抑制細(xì)胞增殖的作用，尤其是對(duì)其中的HepG-2細(xì)胞抑制作用最強(qiáng)，且抑制作用具有較好的時(shí)效和量效關(guān)系.

國(guó)內(nèi)外研究表明生物堿可以通過(guò)多種機(jī)制作用于腫瘤細(xì)胞，例如可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡；誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的分化；抑制腫瘤細(xì)胞增殖；抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ活性；還可作用于腫瘤細(xì)胞的微管，抑制其聚合或解聚等[9].本實(shí)驗(yàn)以最敏感的HepG-2 細(xì)胞作為研究對(duì)象，通過(guò)FDA/PI雙染色熒光顯微鏡觀察，結(jié)果表明2-hydroxyyunnandaphnine D可引起腫瘤細(xì)胞的死亡.目前研究表明細(xì)胞死亡的方式有多種，一般可分為程序性細(xì)胞死亡和非程序性細(xì)胞死亡，程序性細(xì)胞死亡一般是指細(xì)胞凋亡，非程序性細(xì)胞死亡是指細(xì)胞壞死[10]，如果按其發(fā)生機(jī)制的不同還可分為Caspase依賴型和Caspase非依賴型，典型的細(xì)胞凋亡是Caspase依賴型的，然而有些細(xì)胞死亡的形態(tài)用壞死或凋亡并不能解釋.最近有文獻(xiàn)報(bào)道還存在著一種非凋亡性程序性細(xì)胞死亡.它是一種新的細(xì)胞死亡方式, 命名為亞凋亡(Paraptosis)，而亞凋亡屬于Caspase非依賴型的程序性細(xì)胞死亡[11-14].星形孢菌素STS是一種廣譜的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)劑，可以通過(guò)抑制蛋白激酶C，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[15].為了研究2-hydroxyyunnandaphnine D誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的機(jī)制，本文以凋亡誘導(dǎo)劑STS作為陽(yáng)性對(duì)照，觀察了凋亡阻斷劑Z-VAD-FMK對(duì)2-hydroxyyunnandaphnine D抑瘤活性的影響，結(jié)果表明Z-VAD-FMK可成功阻斷STS誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡但不能阻斷2-hydroxyyunnandaphnine D誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡；Caspase-3酶活性檢測(cè)也表明2-hydroxyyunnandaphnine D作用后腫瘤細(xì)胞內(nèi)的Caspase-3酶活性沒(méi)有明顯變化；光學(xué)顯微鏡下觀察死亡細(xì)胞的形態(tài)既不同于壞死又不同于典型的凋亡，上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示2-hydroxyyunnandaphnine D可能通過(guò)類似于Paraptosis的方式作用于HepG-2細(xì)胞來(lái)發(fā)揮抗腫瘤作用[16-18]，其確切作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究.

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Anti-tumoractivityandthemechanismof2-hydroxyyunnandaphnineDfromDaphniphyllumcalycinuminvitro

WANGBei1,RONGRuixue1,ZHENGCongyi1,CAOZhiran1,LUODuqiang2

(1.College of Basic Medical Science, Hebei University, Baoding 071000, China;

2.College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002, China)

To study the anti-tumor activity and the mechanism of 2-hydroxyyunnandaphnine D fromDaphniphyllumcalycinum. The proliferation inhibition rate and IC50of HepG-2, MCF-7 and HeLa cells were measured by MTT assay in vitro treated by 2-hydroxyyunnandaphnine D(6.25--100 mg/L)after 24 , 48 and 72 h. The cell death was observed by fluorescence microscopy . The inhibition pathway of 2-hydroxyunnandaphnine D was analyzed by apoptosis inhibitor Z-VAD-FMK by MTT. The activity of Caspase-3 in tumor cells was detected by spectrophotography. The MTT assay results revealed that 2-hydroxyyunnandaphnine D could inhibit the proliferation of the three kinds of tumor cells obviously and the inhibitory rates significantly increased in a dose-dependent and time-dependent manner. The IC50were(1.30±0.09),(7.32±0.10)and(8.41±0.11)mg/L after 48 h treated with 2-hydroxyyunnandaphnine D respectively. There were more death cells in 2-hydroxyyunnandaphnine D groups than that of normal group. The killing effect on HepG-2 cells of 2-hydroxyyunnandaphnine D was not impacted by Z-VAD-FMK. The Caspase-3 enzyme activity of HepG-2 cells was no obvious change compared with the control group, which indicated that Caspase-3 had not been activated in the course of cell death induced by 2-hydroxyyunnandaphnine D. The results suggested that 2-hydroxyyunnandaphnine D could inhibit the proliferation of tumor cells and the mechanism were not by activating Caspase-3.

Daphniphyllumcalycinum; 2-hydroxyyunnandaphnine D； MTT； Z-VAD-FMK；Caspase-3

10.3969/j.issn.1000-1565.2013.04.012

2012-09-21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30671385)

王蓓(1978-)，女，河北獻(xiàn)縣人，河北大學(xué)講師，碩士，主要從事腫瘤免疫及抗感染免疫研究.

E-mail:wp780203@163.com

曹志然(1963-)，女，河北景縣人，河北大學(xué)教授，主要從事中藥藥理抗腫瘤研究.E-mail:caozhiran@163.com

羅都強(qiáng)(1968-),男，陜西扶風(fēng)人，河北大學(xué)教授，博士，主要從事天然藥物性成分分析.

E-mail:Duqiangluo@163.com

R96

A

1000-1565(2013)04-0401-07

(責(zé)任編輯趙藏賞)