HSP90抑制劑IPI-504影響胃癌細(xì)胞及其干細(xì)胞樣細(xì)胞功能的研究

黃 磊，黃 俠，蔡一亭，陳大偉，費(fèi)哲為

(1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海 200092；2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院崇明分院，上海 202150)

HSP90抑制劑IPI-504影響胃癌細(xì)胞及其干細(xì)胞樣細(xì)胞功能的研究

黃 磊1，黃 俠2，蔡一亭2，陳大偉2，費(fèi)哲為1

(1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海 200092；2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院崇明分院，上海 202150)

目的探討特異性熱休克蛋白90(HSP90)抑制劑鹽酸瑞他霉素(IPI-504)對(duì)人胃癌細(xì)胞SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲及凋亡的影響。方法應(yīng)用流式細(xì)胞儀檢測(cè)及分選SGC-7901、NCI-N87中干細(xì)胞樣細(xì)胞；應(yīng)用MTT比色法檢測(cè)不同濃度IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制率；應(yīng)用平板克隆形成實(shí)驗(yàn)檢測(cè)不同濃度IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞的克隆形成能力；應(yīng)用劃痕實(shí)驗(yàn)及Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)檢測(cè)IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞遷移及侵襲力；應(yīng)用流式細(xì)胞儀檢測(cè)IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞凋亡率的影響。結(jié)果從SGC-7901、NCI-N87分選出8%和6%的CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞，純度>95%；IPI-504能顯著抑制SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞增殖、克隆形成、遷移及侵襲能力，增加以上細(xì)胞的凋亡率，且呈劑量依賴(lài)性。結(jié)論HSP90抑制劑IPI-504能夠顯著抑制胃癌細(xì)胞SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞的功能，并促使其凋亡。

鹽酸瑞他霉素；熱休克蛋白90；胃癌；CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞

胃癌是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，盡管目前在胃癌臨床治療上采取了手術(shù)、放化療以及基因治療在內(nèi)的各種新策略，但生存率仍不超過(guò)40%。腫瘤干細(xì)胞(Cancer Stem Cells，CSC)的提出為充分認(rèn)識(shí)胃癌的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路[1]。該理論認(rèn)為,腫瘤是由極少數(shù)具有自我更新和分化增殖特征的腫瘤細(xì)胞形成，能進(jìn)一步分化產(chǎn)生大量非致瘤性腫瘤細(xì)胞，通過(guò)對(duì)特定的免疫表型分離鑒定腫瘤干細(xì)胞是最常用的方法。熱休克蛋白(Heat Shock Proteins，HSP)是一種廣泛存在于細(xì)胞中的分子伴侶，能夠調(diào)控包括腫瘤在內(nèi)的各種細(xì)胞中的多種信號(hào)通路[2]。而HSP90抑制劑能夠同時(shí)削弱多條原癌基因信號(hào)通路，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)并誘導(dǎo)其凋亡，已經(jīng)成為非常有前景的胃癌治療策略。本課題通過(guò)免疫標(biāo)記物特異性分選出胃癌細(xì)胞SGC-7901、NCI-N87中干細(xì)胞樣細(xì)胞，研究HSP90抑制劑鹽酸瑞他霉素(Retaspimycin Hydrochloride，IPI-504)對(duì)胃癌細(xì)胞及其干細(xì)胞樣細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移以及凋亡的影響，旨在為今后的臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)資料

1.1材料 胃癌低分化細(xì)胞株SGC-7901及胃癌高分化轉(zhuǎn)移細(xì)胞株NCI-N87購(gòu)買(mǎi)于中國(guó)科學(xué)研究院細(xì)胞庫(kù)。IPI-504及5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil，5-Fu)購(gòu)自Med Chem express公司。四甲基偶氮唑鹽(MTT)、碘化丙啶(PI)購(gòu)自Sigma公司。PE-CD24抗體、FITC-CD44抗體、PE-CD133抗體、細(xì)胞侵襲小室及Annexin V-FITC試劑盒購(gòu)自BD公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1細(xì)胞培養(yǎng) 常規(guī)于37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱內(nèi)，于RPMI-1640完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)SGC-7901及NCI-N87。

1.2.2流式細(xì)胞分選 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞用胰酶消化，PBS重懸并計(jì)數(shù)，分別加入PE-CD24抗體、FITC-CD44抗體、PE-CD133抗體混合(終濃度5 μg/mL)，置于37 ℃避光環(huán)境孵育30 min，PBS洗滌后上機(jī)分選，分選出的細(xì)胞置于完全培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。

1.2.3MTT法檢測(cè)細(xì)胞活性 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞接種于96孔板中(1×104/100 μL)并待其貼壁，分別加入不同濃度梯度的IPI-504或5-Fu處理，48 h后加入MTT工作液，4 h后再加入DMSO并檢測(cè)OD值。細(xì)胞存活率=(試驗(yàn)組OD平均值-背景組OD平均值)/(空白對(duì)照組OD平均值-背景組OD平均值)×100 %。

1.2.4平板克隆形成試驗(yàn) 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞消化、計(jì)數(shù)，稀釋成150個(gè)/孔種于24孔板中，24 h后分別換成含有6 μg/mL或9 μg/mL IPI-504的完全培養(yǎng)基培養(yǎng)14 d，冰凍甲醇固定，0.1%的結(jié)晶紫染色，拍照計(jì)數(shù)20個(gè)細(xì)胞數(shù)以上的細(xì)胞集落個(gè)數(shù)。

1.2.5劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞遷移能力 細(xì)胞以8×105/孔接種到24孔板，24 h后使用無(wú)菌加樣器槍頭將細(xì)胞培養(yǎng)層劃出數(shù)道劃痕，洗去漂浮細(xì)胞，用IPI-504以0 μg/mL、6 μg/mL、9 μg/mL 3個(gè)濃度培養(yǎng)，在即刻、24 h、48 h分別拍照，計(jì)數(shù)3個(gè)不同區(qū)域距離。細(xì)胞遷移率=(處理組細(xì)胞遷移距離/對(duì)照組細(xì)胞遷移距離)×100%。

1.2.6Transwell侵襲小室檢測(cè)細(xì)胞侵襲能力 細(xì)胞消化計(jì)數(shù)，用無(wú)血清的培養(yǎng)基調(diào)整為5×105/孔種于Transwell侵襲小室，37 ℃下培養(yǎng)48 h后取出。冰凍甲醇固定，0.1%的結(jié)晶紫染色后擦除上室細(xì)胞，置于倒置顯微鏡下并取5個(gè)視野拍照計(jì)數(shù)。

1.2.7流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況 按照Annexin V-FITC試劑盒說(shuō)明書(shū)方法，將IPI-504處理后的細(xì)胞消化，加入400 μL Annexin V-FITC結(jié)合液完全懸浮，加入5 μL Annexin V-FITC，4 ℃下避光孵育10 min，后加入10 μL PI 4 ℃下避光孵育5 min，上機(jī)檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況。

2 結(jié) 果

2.1SGC-7901、NCI-N87細(xì)胞中CD44+細(xì)胞的分離 用CD24和CD133標(biāo)記這兩株細(xì)胞的陽(yáng)性率幾乎為0，而對(duì)CD44標(biāo)記，SGC-7901陽(yáng)性率為8%，NCI-N87陽(yáng)性率為6%。因此采用CD44來(lái)標(biāo)記胃癌細(xì)胞株，并用流式細(xì)胞儀分選出CD44+的細(xì)胞，其中分選出的細(xì)胞純度> 95%。

2.2IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞活率的影響 以PBS為陰性對(duì)照，以5-Fu為陽(yáng)性對(duì)照，結(jié)果顯示IPI-504相對(duì)于SGC-7901、SGC-7901CD44+、NCI-N87、NCI-N87CD44+的IC50值分別為24.4μmol/L、33.7μmol/L、2.67μmol/L、41.18μmol/L。而5-Fu相對(duì)于SGC-7901、SGC-7901CD44+、NCI-N87、NCI-N87CD44+的IC50值分別為35.3μmol/L、72.7μmol/L、121μmol/L、154μmol/L。

2.3IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞克隆形成能力的影響 用0μg/mL(control)、6μg/mL與9μg/mL濃度IPI-504處理SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞，結(jié)果顯示與未用藥的control組相比，IPI-504處理后各組克隆形成能力顯著降低，且與劑量呈顯著相關(guān)性，9μg/mL處理組只見(jiàn)少量克隆生長(zhǎng)。見(jiàn)圖1。

圖1 平板克隆形成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證IPI-504對(duì)胃癌細(xì)胞克隆形成的影響

2.4IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞遷移能力的影響 用0μg/mL(control)、6μg/mL與9μg/mL濃度IPI-504處理SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞24h和48h。結(jié)果顯示，與control組相比，IPI-504 6μg/mL與9μg/mL濃度能顯著抑制SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞的遷移能力(P均<0.05)；隨IPI-504濃度增加，細(xì)胞遷移能力減弱(P均<0.05)。見(jiàn)圖2～5。

2.5IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞侵襲能力的影響 用6μg/mL濃度IPI-504處理SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞，結(jié)果顯示與control組相比，IPI-504能顯著抑制SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞的侵襲能力(P均<0.05)。見(jiàn)圖6及圖7。

圖2 不同濃度IPI-504對(duì)SGC-7901細(xì)胞遷移能力的影響

圖3 不同濃度IPI-504對(duì)SGC-7901 CD44+細(xì)胞遷移能力的影響

圖4 不同濃度IPI-504對(duì)NCI-N87細(xì)胞遷移能力的影響

圖5 不同濃度IPI-504對(duì)NCI-N87 CD44+細(xì)胞遷移能力的影響

2.6IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞凋亡的影響 用0μg/mL(control組)、6μg/mL、9μg/mL、18μg/mL4個(gè)濃度IPI-504分別處理SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞48h后，結(jié)果顯示與control組相比，IPI-504能顯著促進(jìn)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞的凋亡；隨著IPI-504濃度的增加，細(xì)胞凋亡率增加。見(jiàn)圖8。

圖6 IPI-504對(duì)SGC-7901及其CD44+細(xì)胞侵襲能力的影響

圖7 IPI-504對(duì)NCI-N87及其CD44+細(xì)胞遷移能力的影響

圖8 不同濃度IPI-504對(duì)SGC-7901、NCI-N87及其CD44+細(xì)胞凋亡影響

3 討 論

目前胃癌的治療主要是根治性手術(shù)切除及輔助放化療，但效果不甚理想，仍有約50%的患者會(huì)因腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及耐藥而導(dǎo)致死亡。近年發(fā)展起來(lái)的腫瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)認(rèn)為CSC是腫瘤中一小部分具有自我更新及多項(xiàng)分化潛能的細(xì)胞，與腫瘤的多種重要的生物學(xué)行為如耐藥、免疫抑制及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化等相關(guān)，這些性質(zhì)促使CSC能夠抵抗放化療的攻擊，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[3]。多種類(lèi)型的CSC已經(jīng)驗(yàn)證存在與成體干細(xì)胞相同或相似的表面標(biāo)志物，如CD44、CD24、CD133[5]等。因此，本研究應(yīng)用上述標(biāo)志物分別對(duì)2種有代表性的胃癌細(xì)胞即低分化細(xì)胞株SGC-7901及胃癌高分化轉(zhuǎn)移細(xì)胞株NCI-N87進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅有CD44在2種細(xì)胞中均有陽(yáng)性表達(dá)，這與Takaishi等[4]研究結(jié)果相符，即CD44可用于識(shí)別及篩選出胃癌干細(xì)胞。此外，Yoon等[5]研究發(fā)現(xiàn)胃癌干細(xì)胞高表達(dá)CD44，且與腫瘤的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移能力以及耐5-Fu和卡鉑相關(guān)。因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)進(jìn)一步分選CD44+細(xì)胞，用以證實(shí)胃癌干細(xì)胞樣細(xì)胞。

HSP是一類(lèi)結(jié)構(gòu)上高度保守的蛋白質(zhì)，按照其分子量的大小主要分為HSP90、HSP70、HSP60以及小分子HSP等，其廣泛存在于各類(lèi)生物細(xì)胞中，具有穩(wěn)定蛋白、提高細(xì)胞生存等功能[6]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)HSP90在胃癌組織中較正常組織表達(dá)高2～10倍[7]。目前已經(jīng)有超過(guò)100種蛋白如突變型P53、BCR-ABL、AKT、HER2被確定為HSP90的客戶蛋白，能夠促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移、耐藥以及抑凋亡的作用[7-9]。因此使用HSP90抑制劑阻斷多種腫瘤信號(hào)通路，從而消除腫瘤成為一種重要的抗癌治療策略。格爾德霉素屬于苯醌安莎霉素類(lèi)抗生素，是一種天然存在的HSP90功能抑制劑，其安莎環(huán)可通過(guò)與HSP90-N端ATP/ADP結(jié)構(gòu)域特異性地抑制HSP90與多種腫瘤相關(guān)蛋白的相互作用[10]。然而其水溶性差，體內(nèi)分布特異性差及肝毒性強(qiáng)，其衍生物如17-AAG、17-DMAG等水溶性提高，親和力提高100倍。

17-AAG的鹽酸衍生物IPI-504由InfinityPharmaceuticals公司研發(fā)[11]。Floris等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，IPI-504能夠通過(guò)HSP90阻礙KIT的功能，抑制胃腸腫瘤的增長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，IPI-504能夠顯著抑制SGC-7901、NCI-N87及其CD44+干細(xì)胞樣細(xì)胞的增殖、遷移以及侵襲能力，顯著促進(jìn)胃癌細(xì)胞的凋亡，并且存在劑量依賴(lài)性。

綜上所述，HSP90抑制劑IPI-504能夠顯著抑制胃癌細(xì)胞及其干細(xì)胞樣細(xì)胞增殖、遷移、侵襲能力，促進(jìn)胃癌細(xì)胞及其干細(xì)胞樣細(xì)胞的凋亡。但其通過(guò)抑制HSP90作用于細(xì)胞信號(hào)通路的機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

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Study on the effect of HSP90 inhibitor IPI-504 on gastric cancer cells and its stem cell like cells

HUANG Lei1, HUANG Xia2, CAI Yiting2, CHEN Dawei2, FEI Zhewei1

Objective It is to investigate the influence of the heat shock protein 90 (HSP90) inhibitor Retaspimycin Hydrochloride (IPI-504) on the ability of proliferation, migration, invasion and apoptosis in gastric cancer cells of SGC-7901, NCI-N87 and their CD44+stem cell like gastric cancer cells. Methods Flow cytometry was used to detect and sort the stem cell like cells in SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer cells. MTT colorimetric assay was utilized to compare the effort of IPI-504 on the inhibition ratio in SGC-7901, NCI-N87 and their CD44+stem cell like gastric cancer cells. Colony formation assay was executed to test the effort of IPI-504 on colony formation ability in SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer and their CD44+stem cell like cells. Scratch test and Transwell invasion assay was applied to detect the effort of IPI-504 on migration and invasion ability in SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer and their CD44+stem cell like cells. Flow cytometry was also used to detect the effect of IPI-504 on the apoptosis in SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer and their CD44+stem cell like cells. Results 8% and 6% CD44+stem cell like cells was sorted from SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer cells with purity >95%. IPI-504 could dramatically inhibit the abilities of proliferation, migration, invasion and colony formation in SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer and their CD44+stem cell like cells and significantly raise the apoptosis in these cells as dose dependent. Conclusion HSP90 inhibitor IPI-504 can suppress the cells function of SGC-7901, NCI-N87 gastric cancer and their CD44+stem cell like cells, and promote their apoptosis.

Retaspimycin Hydrochloride; heat shock protein 90; gastric cancer; CD44+stem cell like cells

黃磊，主治醫(yī)師，研究方向?yàn)槲改c疾病的外科診療。

費(fèi)哲為，E-mail：zheweifei@xinhuamed.com.cn

上海市衛(wèi)生局課題(ZK2012B15)

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.30.004

R735.2

A

1008-8849(2015)30-3317-04

2014-10-10

(1. Xin Hua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200092, China; 2. Xin Hua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine Chongming Branch, Shanghai 202150, China)