去甲斑蝥素及其五種衍生物抗白血病細胞 K562作用的實驗研究

王劍青，婁方方，汪 冶，王國川，沙啟明，張亞莉

（貴陽醫(yī)學院：1附屬醫(yī)院，2醫(yī)學檢驗學院，貴州 貴陽 550001；3麗水學院，浙江麗水 323000）

·基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學·

去甲斑蝥素及其五種衍生物抗白血病細胞 K562作用的實驗研究

王劍青1，婁方方2，汪 冶3，王國川2，沙啟明2，張亞莉2

（貴陽醫(yī)學院：1附屬醫(yī)院，2醫(yī)學檢驗學院，貴州 貴陽 550001；3麗水學院，浙江麗水 323000）

目的：探討去甲斑蝥素（NCTD）及其五種衍生物抗白血病細胞 K562的作用.方法：常規(guī)方法復蘇、傳代培養(yǎng)人慢性粒細胞性白血病K562細胞，待細胞進入對數(shù)生長期后用于實驗.空白對照組行常規(guī)培養(yǎng)，藥物處理包括去甲斑蝥素（NCTD）處理組和NCTD衍生物（QJ-2、QJ-3、QJ-13、BH052及BH091）處理組，分別設(shè)置各組藥物終濃度 0.001 mmol／L、0.005 mmol／L、0.05 mmol／L、0.1 mmol／L、0.5 mmol／L、1 mmol／L、5 mmol／L、10 mmol／L處理，各組于處理 24 h、48 h （NCTD）、72 h（NCTD）后收集細胞檢測：①倒置相差顯微鏡觀察細胞生長狀況；②常規(guī)瑞氏染色后光學顯微鏡下觀察細胞形態(tài)；③MTT比色法檢測不同處理組細胞的活力和增殖能力.結(jié)果：①與空白對照組比較，NCTD及其衍生物處理后活細胞減少，并出現(xiàn)抱團生長、胞膜出泡、胞體破碎等現(xiàn)象，且變化程度隨濃度升高更加明顯；瑞氏染色觀察 NCTD作用后K562細胞，藥物處理組細胞胞核染色質(zhì)出現(xiàn)聚集、溶解、碎裂現(xiàn)象，胞漿出現(xiàn)空泡，空泡量且隨 NCTD濃度升高而增多；②MTT實驗測定各藥物對 K562細胞的 IC50值由大到小分別為QJ-3（1.88 mmol／L）、BH091（1.787 mmol／L）、QJ-13（0.621 mmol／L）、BH052（0.406 mmol／L）、QJ-2（0.129 mmol／L）、NCTD（0.083 mmol／L），NCTD對 K562細胞的增殖抑制作用最強，且該抑制作用隨藥物劑量增加和作用時間延長而增強；在NCTD的五種衍生物中QJ-2的抑制作用最強.結(jié)論：①NCTD對 K562細胞生長有較強的抑制作用，且呈劑量-時間依賴性；②五種衍生物中 QJ-2對 K562細胞的作用最強.

去甲斑蝥素；去甲斑蝥素衍生物；K562細胞；白血病

0 引言

斑蝥為芫青科昆 蟲 南 方 大 斑 蝥 （Mylabris phalerata Dallas）或黃黑小斑蝥（Mylabris cichorii Linnaeus）的干燥全蟲，是傳統(tǒng)中醫(yī)藥學中的一種重要的昆蟲類藥物，其味辛、熱，有大毒，在我國應用已兩千多年，現(xiàn)代藥學研究證實斑蝥的主要藥用成分是斑蝥素（cantharidin，CA）.CA能明顯抑制多種動物移植性腫瘤，對宮頸癌、鼻咽癌、皮膚癌、骨髓瘤、卵巢癌及肝癌細胞等有抑制作用.去甲斑蝥素（norcantharidin，NCTD）是在CA基礎(chǔ)上去掉了1，2位甲基的斑蝥素衍生物，是我國首先合成的具有較強抗腫瘤活性的藥物［1］，去甲化一方面明顯增強了抗癌效果，另一方面也顯著降低了斑蝥素對人體的毒副作用.目前，CA和 NCTD進行結(jié)構(gòu)改造及新藥的合成方面已取得較大進展.

目前，國內(nèi)外有關(guān)斑蝥素及其衍生物研究及其應用研究主要集中在其抗腫瘤和提升機體免疫力方面，但對于其在血液惡性腫瘤方面的研究報道尚不多.本研究觀察了 NCTD及其五種衍生物對人白血病細胞株K562細胞生長的影響，以分析比較不同衍生物抗白血病細胞的作用，為篩選具有較好抗腫瘤效應的斑蝥素及其衍生物提供實驗參考.

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 細胞株 K562細胞（人慢性粒細胞性白血病細胞株）為貴陽醫(yī)學院組織工程與干細胞實驗中心保存.

1.1.2 主要藥物 NCTD及其五種衍生物 QJ-2、QJ-3、QJ-13、BH052、BH091由貴州省中國科學院天然產(chǎn)物化學重點實驗室合成，其化學結(jié)構(gòu)式如下：

1.1.3 儀器設(shè)備 CMIS-2011骨髓細胞圖像分析系統(tǒng)（重慶天海醫(yī)療設(shè)備有限公司）、MCO-175型 CO2細胞恒溫培養(yǎng)箱（日本 SANYO公司）、TE2000-U型相差倒置顯微鏡（日本Nikon公司）、ELX 800酶標儀（美國 Bio-tec公司）、超凈工作臺（美國 Labconco公司）.

1.1.4 試劑 RPMI-1640培養(yǎng)基小牛血清（杭州四季青公司）；L-谷氨酰胺（美國Amresco公司）；雙抗（北京索萊寶科技有限公司）；二甲亞砜（DMSO，美國sigma公司）；噻唑藍（MTT，美國Amresco公司）.

1.2 方法

1.2.1 試劑配制方法

1.2.1.1 200 mmol／L L-谷氨酰胺 稱取2.922 g L-谷氨酰胺溶于70 mL三蒸水，定容至 100 mL，0.22 μm濾器過濾，1 mL／EP管分裝，－20℃保存?zhèn)溆?

1.2.1.2 小牛血清 56℃滅活30 min后分裝于－20℃保存.

1.2.1.3 PBS緩沖液 稱取 NaCl 7.9 g，KCl 0.2 g，KH2PO40.24 g，Na2HPO41.44 g溶于 800 mL蒸餾水中，用鹽酸調(diào) pH至 7.4，最后加蒸餾水定容至 1 L，4℃保存?zhèn)溆?

1.2.1.4 5 g／L MTT 稱取 MTT 250 mg放入燒杯中，加50 mL 0.01 mol／L PBS（pH7.4）溶液，攪拌30 min，0.22 μm濾器過濾，分裝，－20℃避光保存.

1.2.2 實驗方法和步驟

1.2.2.1 細胞培養(yǎng) 從液氮罐中取出細胞凍存管，迅速放入40℃水浴中，使其盡快融化，緩慢注入已含有10 mL培養(yǎng)液的離心管，1000 r／min低速離心5 min，棄上清，加入5 mL培養(yǎng)液接種于培養(yǎng)瓶，次日換液.待細胞生長密度達到 75%以上，再進行傳代.K562細胞用含 10%小牛血清、2 mmol／L L-谷氨酰胺、雙抗（青霉素 100 U／mL，鏈霉素 100 U／mL）的RPMI-1640完全培養(yǎng)液，置含5%CO2、37℃恒溫條件下培養(yǎng).

1.2.2.2 實驗分組及處理 取對數(shù)期細胞配制成細胞懸液，并調(diào)整細胞終濃度為5×105mmol／L，接種于六孔板，每孔100 μL細胞懸液.空白對照組以 RPMI-1640培養(yǎng)液行常規(guī)培養(yǎng)；藥物處理組包括 NCTD處理組和NCTD衍生物（QJ-2、QJ-3、QJ-13、BH-052及BH-091）處理組，按濃度（0.001 mmol／L、0.005 mmol／L、0.05 mmol／L、0.1 mmol／L、0.5 mmol／L、1 mmol／L、5 mmol／L、10 mmol／L）設(shè)置8個作用水平.

1.2.2.3 細胞形態(tài)學觀察 普通倒置顯微鏡下觀察各實驗組細胞生長，并攝片記錄生長狀況.瑞氏染色：制備細胞涂片，自然干燥，滴加瑞氏染液染1 min，固定標本；加等量磷酸鹽緩沖液輕輕混勻，均勻靜置3～6min；流水沖洗、晾干，于光鏡下觀察細胞形態(tài).

1.2.2.4 MTT測定藥物對K562細胞的增殖抑制作用 取對數(shù)期細胞以 1×105／孔接種于無菌96孔板中，分別加入不同濃度 NCTD、QJ-2、QJ-3、QJ-13、BH052、BH091，空白對照孔只加細胞與培養(yǎng)液，調(diào)零孔只加培養(yǎng)液，各藥物每一濃度水平均設(shè) 6個復孔，將細胞置37℃、5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h、48 h、72 h（五種衍生物處理組培養(yǎng)24 h）后，于每孔中加入 5 g／L MTT溶液20 μL，繼續(xù)孵育4 h后，以1 000 r／min離心5 min，小心吸棄上清，每孔加入100 μL DMSO，振蕩10 min，使結(jié)晶物充分溶解.以調(diào)零孔調(diào)零，在酶標儀上490 nm波長處檢測各孔A值，記錄結(jié)果，計算細胞增殖抑制率：

細胞增殖抑制率 ＝（1－A測定／A對照）×100%

1.2.2.5 半數(shù)抑制濃度（IC50）計算 利用 SPSS 17.0進入SPSS數(shù)據(jù)編輯器后，激活變量表（Variable view）定義變量，在變量名（name）下，輸入“劑量”、“抑制率”、“總值”，然后進入數(shù)據(jù)表（Data view），根據(jù)表頭提示，依次輸入各組數(shù)據(jù).選擇參數(shù) Analysisregression-probit.調(diào)出“Probit analysis”對話框，將“劑量”選入“Covariates”欄中，“抑制率”選入“Response frequency”欄中，“總值”選人“TotM observed”欄中，“總值”多設(shè)為100%，在“Transform”欄中，選擇“Log base 10”，在“Model”欄中選擇“Probit”概率單位模型，在“Options”欄中選擇“calculate fromdata”即依據(jù)現(xiàn)有數(shù)量所得的在缺少刺激條件下的響應率來估計自然響應率，其他保持默認選項，然后單擊“OK”即可計算出藥物對細胞作用的半數(shù)抑制濃度（IC50）.

2 結(jié)果

2.1 NCTD處理 K562細胞生長的變化 倒置相差顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，不同濃度 NCTD處理K562細胞后細胞數(shù)量和形態(tài)出現(xiàn)了不同程度的變化，如細胞數(shù)量減少、細胞抱團生長、胞膜出泡、胞體破碎等現(xiàn)象，視野中出現(xiàn)一定比例的死亡細胞及細胞分裂出的胞質(zhì)小體，隨NCTD濃度升高和作用時間增加，上述變化程度更加明顯；相比之下，對照組細胞生長狀況良好，大部分細胞胞體完整，隨著時間的延長，細胞數(shù)量增多（圖1）.

2.2 不同濃度 NCTD作用 K562細胞涂片染色形態(tài)觀察 不同濃度NCTD作用K562細胞24 h、48 h、72 h后進行涂片及瑞氏染色后可見，對照組 K562細胞呈典型原始紅系細胞形態(tài)，細胞的形態(tài)規(guī)則，呈圓形或橢圓形、邊緣整齊，胞漿呈不透明油畫藍色，無顆粒，圍繞核周有淡染區(qū)，核染色質(zhì)呈顆粒狀；NCTD處理組細胞胞體腫脹，核染色質(zhì)發(fā)生聚集、溶解、碎裂，胞漿空泡數(shù)量增多，直至胞漿充滿空泡（圖2）.

2.3 NCTD對 K562細胞增殖抑制作用 通過MTT檢測NCTD對細胞的增殖抑制作用（圖3），結(jié)果顯示，NCTD對 K562細胞的增殖抑制作用在作用早期（24～48 h）呈劑量-時間依賴性.培養(yǎng)后期，正常對照組由于前期細胞生長旺盛，后期營養(yǎng)物質(zhì)消耗快，環(huán)境中代謝產(chǎn)物累積，造成此階段細胞活力下降、增殖相對受抑，因而作用 72 h時，NCTD處理組的細胞增殖抑制率相對降低.

圖1 不同濃度 NCTD作用24 h、48 h、72 h后 K562細胞形態(tài)觀察（×200）

2.4 NCTD及其衍生物對 K562細胞增殖抑制率的比較 作用 24 h時，不同濃度 NCTD及其衍生物對K562細胞的增殖抑制率如表1，進一步計算獲得各藥物的 IC50值，由大到小依次為 QJ-3（1.88 mmol／L）、BH-091（1.787 mmol／L）、QJ-13（0.621 mmol／L）、BH-052（0.406 mmol／L）、QJ-2（0.129 mmol／L）、NCTD（0.083 mmol／L），可見NCTD對K562細胞的IC50最低，表明 NCTD對 K562細胞的增殖抑制作用較強.

圖2 不同處理組瑞氏染色的結(jié)果（×1 000）

圖3 不同濃度 NCTD處理K562細胞24 h、48 h、72 h的細胞增殖抑制率

表1 不同濃度NCTD及其衍生物對K562細胞的生長抑制情況（%）

3 討論

有文獻報道，CA及 NCTD除了能抑制各種實體腫瘤類細胞增殖、誘導凋亡［2－8］，還能誘導血液腫瘤類的白血病細胞發(fā)生凋亡，如K562細胞、HL60細胞、T淋巴細胞白血病細胞株［8－11］.臨床觀察表明，NCTD有明顯的抗癌作用，對乳腺癌、肝癌、膽囊癌、胃癌、肺癌等均有抑制作用.

CA在治療應用中表現(xiàn)出較強的療效的同時，也呈現(xiàn)出較強的毒性作用，為了降低 CA毒副作用、提升療效，研究人員嘗試對斑蝥素進行合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，合成出不同的斑蝥素衍生物.近年來，CA和NCTD進行結(jié)構(gòu)改造及新藥的合成方面已取得較大進展.隨著抗腫瘤中藥的研究和開發(fā)，斑蝥素類藥物在抗腫瘤方面的應用取得較大進展.Laidley等［12］通過高壓下的Diels-Aider反應對NCTD進行改造，合成了5種斑蝥素類似物；Essers等［13］合成了兩種毒性較低含氟的斑蝥素類似物.董環(huán)文等［14］對斑蝥素分子不同位點結(jié)構(gòu)修飾進行了順序總結(jié)分析，對斑蝥素的進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有指導意義；劉紀云等［15］設(shè)計了四類斑蝥亞胺衍生物：①將斑蝥素的酸酐部分改為亞胺；②去掉斑蝥甲基，保留雙鍵，并將酸酐部分改為亞胺；③將亞甲基替換氧橋；④將斑蝥素的酸酐部分改為腙.已應用的如 NCTD、斑蝥酸鈉、甲基斑蝥胺等，毒性都較斑蝥素小.

本研究選擇了 NCTD的五種衍生物與NCTD的作用對比，其中QJ-3、QJ-13、BH-052屬于酰亞胺系列，BH-091屬于半酸系列化合物，QJ-2為斑蝥酸鈉.研究結(jié)果顯示，正常對照組細胞數(shù)量隨著培養(yǎng)時間的增加而增多，且細胞胞體完整、飽滿.NCTD處理組細胞生長緩慢，死細胞及細胞碎片增多，且出現(xiàn)抱團生長、胞膜出泡等現(xiàn)象，隨著藥物濃度的增高、作用時間的延長變化愈加明顯，表明NCTD對細胞的正常生長產(chǎn)生顯著的影響.細胞經(jīng)瑞氏染色后觀察可見，對照組細胞呈典型原始紅系細胞形態(tài)；NCTD處理組細胞核聚集、溶解、碎裂，胞漿空泡數(shù)量增多，且隨 NCTD濃度的增加、處理時間延長而變化明顯，表明其對K562細胞具有較強的毒性作用.MTT結(jié)果表明，NCTD處理組細胞較對照組均出現(xiàn)明顯生長抑制現(xiàn)象，抑制率隨時間及藥物濃度的增加而增大，表現(xiàn)出時間及藥物濃度的依賴性.五種衍生物對 K562細胞生長也具有明顯的抑制作用.相比之下，NCTD對K562細胞的IC50值較其衍生物低，表明 NCTD對K562細胞的增殖抑制作用更強.

NCTD及其衍生物對腫瘤細胞的增殖抑制及殺傷作用的機制尚不清楚.研究顯示，NCTD及其衍生物能夠影響腫瘤細胞中RNA和 DNA的合成及細胞周期的進程，引起細胞周期G2／M期阻滯誘導的凋亡；此外，還能抑制腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，抑制癌細胞脫氧核糖核酸（DNA）復制，增加放、化療的敏感性.惡性腫瘤細胞不斷地分裂生長與細胞癌基因的激活和蛋白失控表達有關(guān)，抑制 DNA復制及增加放、化療的 敏 感 性 對 腫瘤 治療 具有 積 極 意 義［16］.Li等［17］發(fā)現(xiàn)，NCTD能有效抑制人早幼粒細胞性白血病HL60細胞的增殖和 DNA的復制，這種作用是通過促使 DNA復制啟動蛋白 Cdc6的裂解來實現(xiàn)的.Efferth等［18］研究指出，NCTD抑制腫瘤活性與其引起DNA損傷有關(guān).Price等［19］研究發(fā)現(xiàn)，斑蝥素能使處于 S期的人前列腺癌DU145細胞染色質(zhì)濃集，從而增強了癌細胞對放療的敏感性.而 Zhang等［20］發(fā)現(xiàn)，斑蝥素能誘導 HL60細胞多藥耐藥相關(guān)蛋白表達下降，因此可以用作化療的敏感劑.細胞生長中，磷酸蛋白酶參與細胞進程的調(diào)控，包括細胞凋亡，信號傳導通路，細胞周期進程，葡萄糖代謝，以及鈣離子轉(zhuǎn)運等.NCTD是磷酸蛋白酶1和磷酸蛋白酶2A的抑制劑，可抑制生長及引起必要的細胞毒性［21］.

隨著抗腫瘤中藥的研究進展，斑蝥的有效成分及其衍生物的抗腫瘤作用機制在分子生物學水平上得到了進一步的研究，而其抗腫瘤作用的臨床研究和劑型的開發(fā)也取得了一定的成果.隨著對斑蝥研究的深入，其在抗腫瘤方面一定會發(fā)揮更大的作用.

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The study of the effects of norcantharidin and it's five deviations on leukemia cell lines K562 proliferation

WANG Jian-Qing1，LOU Fang-Fang2，WANG Ye3，WANG Guo-Chuan2，SHA Qi-Ming2，ZHANG Ya-Li21Department of Clinical Biochemistry，Affiliated hospital to Guiyang Medical College，Guiyang 550004，China；2Department of Clinical Laboratory Medicine，Guiyang Medical College，Guiyang 550004，China；3Lishui College，Lishui 550002，China

AIM：To analyze and compare activity of anti-human chronic myelogenous leukemia K562 cells of norcantharidin （NCTD）and its five derivatives.METHODS：The leukemic K562 cells were recovered and cultured with conventional methods and were used for studying in logarithmic phase.The control group was treated by conventional culture and drug treatment included NCTD and NCTD derivatives（QJ-2，QJ-3，QJ-13，BH052 and BH091）in a series concentrations from 0.001 mmol／L，0.005 mmol／L，0.05 mmol／L，0.1 mmol／L，0.5 mmol／L，1 mmol／L，5 mmol／L，10 mmol／L.Then the cells were collected at 24 h，48 h（NCTD），72 h（NCTD）post culture for the following tests：①Cell growth status were observed with inverted phase contrast microscope to observe；② Cell morphology was observed under an optical microscope with Wright stain；③Using MTT colorimetry to detect cell activity and proliferation.RESULTS：①Compared with the control group，K562 cells treated by NCTD and its derivatives showed the phenomenon of living cell reducing，dead cells increasing，cells growing close together，vacuolation and cell disruption，which was evident with the increasing of the concentration.It was observed that nuclear chromatin aggregation，dissolution，fragmentation，cytoplasmic vacuoles changes in K562 cells with Wright stain after NCTD and its derivatives treatment.②Based on the experimental results of MTT，the IC50 values of drug on cells were QJ-3（1.88mmol／L），BH091（1.787 mmol／L），QJ-13（0.621 mmol／L），BH052（0.406 mmol／L），QJ-2（0.129 mmol／L），NCTD（0.083 mmol／L）.It showed that the NCTD had the strongest inhibition on K562 cells and was in dose and time dependant manner.QJ-2 showed the strongest inhibition in NCTD five derivatives.CONCLUSION：①NCTD can inhibit strongly growth of K562 cells in a dose-time-dependent way；②QJ-2 showed the strongest inhibition in NCTD five derivatives.

norcantharidin；armorcantharidin deriviative；K562 cell；leukemia

R961.1

A

2095-6894（2014）06-013-05

2014-09-30；接受日期：2014-10-18

貴州省科教青年英才培養(yǎng)工程項目（［黔省專合字2012］164號）

王劍青.本科，主管檢驗師.研究方向：臨床生化檢驗.Tel：0851-6741597 E-mail：363936434＠qq.com

張亞莉.E-mail：zhangyl20011002＠aliyun.com