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    四種重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞的體外毒性作用比較

    2016-05-12 06:59:04龐曉輝王朝杰史祖宣崔瑤崔永霞高天慧河南省人民醫(yī)院鄭州450000
    山東醫(yī)藥 2016年13期
    關(guān)鍵詞:細(xì)胞凋亡結(jié)腸癌

    龐曉輝,王朝杰,史祖宣,崔瑤,崔永霞,高天慧(河南省人民醫(yī)院,鄭州450000)

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    四種重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞的體外毒性作用比較

    龐曉輝,王朝杰,史祖宣,崔瑤,崔永霞,高天慧(河南省人民醫(yī)院,鄭州450000)

    摘要:目的探討重樓皂苷Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H對結(jié)腸癌細(xì)胞的體外毒性,為尋求有效的結(jié)腸癌化療藥物提供依據(jù)。方法 選取復(fù)蘇結(jié)腸癌細(xì)胞系SW620、SW480、Colo320、Lovo,將其與重樓皂苷Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H、奧沙利鉑等藥物共培養(yǎng)48 h,加CCK-8孵育2 h,酶標(biāo)儀檢測450 nm處吸光度值。采用SPSS23.0統(tǒng)計軟件分析重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性。Annexin V/PI染色,流式細(xì)胞儀檢測凋亡細(xì)胞。Western blotting法檢測Bax、Caspase-3蛋白表達。結(jié)果重樓皂苷Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H對結(jié)腸癌細(xì)胞系SW620、SW480、Colo320、Lovo抗腫瘤活性均良好。四種重樓皂苷單體對結(jié)腸癌細(xì)胞IC(50)值波動于0.4~8 mg/L。重樓皂苷I和重樓皂苷V對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性強于另外兩種重樓皂苷單體(P<0.05)。重樓皂苷I(IC(50)值波動在0.4~0.6 mg/L)與奧沙利鉑(IC(50)值0.1~2.1 mg/L)體外抗腫瘤作用相當(dāng)。流式細(xì)胞儀顯示重樓皂苷I處理的細(xì)胞Annexin V/PI陽性細(xì)胞比例升高52.3%,Western blotting結(jié)果顯示重樓皂苷I處理的細(xì)胞Bax和Caspase-3蛋白表達分別是對照組的3倍和1.13倍。結(jié)論 重樓皂苷Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H對結(jié)腸癌細(xì)胞均有良好的抗腫瘤活性,其中以重樓皂苷I作用最強,其能介導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。

    關(guān)鍵詞:結(jié)腸癌;重樓皂苷;細(xì)胞凋亡

    結(jié)直腸癌是發(fā)病率較高的惡性腫瘤,占胃腸道惡性腫瘤的第1位。GLOBOCAN發(fā)布2012年全世界結(jié)直腸癌發(fā)病率報告顯示,2012年全世界有136.1萬例新發(fā)結(jié)腸癌患者,69.4萬例患者因此而病逝。而中國2012年有25.3萬例新發(fā)病例,13.9萬例患者因此而病逝[1]?;煘橥砥诮Y(jié)腸癌的主要治療手段。目前,結(jié)直腸癌患者主要的化療藥物有氟尿嘧啶、奧沙利鉑[2]、伊立替康[3,4]等藥物,然而,研究證實這兩大系列化療方案的一線有效率均在50%左右。首次化療的結(jié)腸癌患者中近一半患者對目前標(biāo)準(zhǔn)化療方案耐藥[2~4]。當(dāng)患者病情出現(xiàn)進展而更換化療方案時,二線化療方案的有效率在10%左右甚至更低。藥理實驗表明,重樓皂苷具有抗癌[6~9]、抗微生物、調(diào)節(jié)免疫止血、抑菌及鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜等多種生理活性。研究認(rèn)為,重樓皂苷抗腫瘤的作用機理在于其能介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞變性壞死[7]和凋亡[10, 11],亦有研究認(rèn)為其能通過抑制細(xì)胞DNA和蛋白質(zhì)的生物合成來達到抗腫瘤作用[6]。這個作用在肝癌[12]、宮頸癌[13]、肺癌[14]、乳腺癌[15]等細(xì)胞中均得到證實。雖然目前對重樓研究較多,但尚無比較不同重樓皂苷單體對結(jié)腸癌細(xì)胞毒性作用的報道。2013年11月~2015年2月,我們選用四個研究較多的重樓皂苷,采用CCK-8實驗檢測其對四種結(jié)腸癌細(xì)胞株的毒性作用,從而探討重樓提取物對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性及抗腫瘤活性較強的重樓提取物。

    1材料與方法

    1.1材料狹葉重樓藥材于2004年6月采自四川省天全縣兩路鄉(xiāng),經(jīng)作者做原植物定為狹葉重樓P.polyphylla. Smith v ar stenophylla Franch。由四川大學(xué)藥學(xué)院生藥學(xué)教研室提供。提取物經(jīng)HPLC鑒定,純度均為95%。人結(jié)腸癌SW620、SW480、Colo320、Lovo細(xì)胞由河南省人民醫(yī)院中心實驗室所保存。Hyclone澳大利亞新生胎牛血清購自鄭州四季生物技術(shù)有限公司;RPMI1640、DMEM干粉培養(yǎng)基購自GIBCO公司;胰蛋白酶、二甲基亞砜( DMSO) 購于美國Sigma 公司;CCK-8購自日本同仁化學(xué)研究所,Annexin V/PI 購自Takara公司,Bax、Caspasse-3、β-actin購自Epitomics公司 。實驗所用酶標(biāo)儀購自Bio-rad公司。

    1.2細(xì)胞復(fù)蘇與培養(yǎng)將凍存管取出,立即放入37~40 ℃溫水中不斷搖晃,使冰凍的細(xì)胞液在30 s內(nèi)解凍,移入無菌離心管,SW620、SW480、Colo320、Lovo細(xì)胞中加入含10%胎牛血清的RPMI1640(SW620、Colo320、Lovo)或DMEM(SW480)高糖培養(yǎng)液10 mL輕輕吹打成懸液,1 000 r/min離心5 min,吸棄上清液,加入含10%胎牛血清RPMI1640或DMEM高糖培養(yǎng)液4 mL,輕輕吹打成懸液,種入75 mL培養(yǎng)瓶,置于37 ℃ 含5%CO2飽和濕度孵箱培養(yǎng),次日可見細(xì)胞貼壁生長,換液。3~5 d長滿瓶底80%,用0.25%胰蛋白酶消化傳代。傳代后每2~3 d換液1次,取對數(shù)生長期細(xì)胞為實驗對象。

    1.3細(xì)胞存活率測算采用CCK-8法。本實驗設(shè)陰性對照組、奧沙利鉑組及重樓組。實驗傳代時,按5×103細(xì)胞/孔密度分至96孔板,待其貼壁進入對數(shù)生長期后,更換培養(yǎng)基,分別加入不同濃度的藥物(奧沙利鉑組、重樓組、DMSO)。陰性對照組加與奧沙利鉑組及重樓組相應(yīng)濃度的DMSO;奧沙利鉑組加入含奧沙利鉑的培養(yǎng)基,使其終濃度達到0.1、0.5、1、2、4、8、16 mg /L;重樓組分別加含重樓皂苷(Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H)的培養(yǎng)基,使其終濃度達到0.1、0.5、1、2、4、8、16 mg/L。每個濃度設(shè)置4個復(fù)孔。以上細(xì)胞加藥培養(yǎng)48 h后加入10 μL的CCK-8,孵箱孵育2 h后放入酶標(biāo)儀進行測定。檢測450 nm處的吸光度值。該實驗重復(fù)3 次。細(xì)胞存活率(%)=[化合物組A450]/ [未加藥組A450-空白對照組A450]×100%。其中化合物組A450為具有細(xì)胞、CCK-8溶液和藥物溶液的吸光度值;空白對照組A450為具有CCK-8溶液和培養(yǎng)基沒有藥物和細(xì)胞孔的吸光度值;未加藥組A450為具有細(xì)胞、CCK-8溶液的吸光度值。

    1.4細(xì)胞凋亡檢測細(xì)胞傳代時,取1×106的SW480細(xì)胞分裝兩瓶分別作為實驗組和對照組,培養(yǎng)24 h,貼壁并進入對數(shù)生長期后,實驗組加1 mg /L的重樓皂苷I,對照組加同樣濃度的DMSO。37 ℃含5%CO2飽和濕度孵箱培養(yǎng)24 h后,收集培養(yǎng)基和細(xì)胞:懸浮細(xì)胞直接收集到離心管中,而貼壁細(xì)胞消化使之脫壁,500~1 000 r/min離心5 min棄去培養(yǎng)液。用孵育緩沖液洗3次,500~1 000 r/min離心5 min。用100 mL Annexin V/PI重懸細(xì)胞,室溫下避光孵育10~15 min。避光并不時振動。上流式細(xì)胞儀檢測。流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞中Annexin V/PI陽性細(xì)胞值。

    1.5細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Bax、Caspase-3表達檢測采用Western blotting法。 細(xì)胞傳代時,取1×106個SW480細(xì)胞分裝兩瓶分別作為實驗組和對照組培養(yǎng)24 h,貼壁并進入對數(shù)生長期后,實驗組加0.8 mg /L的重樓皂苷I,對照組加同樣濃度的DMSO。收集對數(shù)生長期細(xì)胞,用50~100 μL三去污裂解液重懸細(xì)胞,反復(fù)吹打3~5 min?;靹蚝笥? ℃溫育20 min,12 000 g離心20 min,取上清作為細(xì)胞總蛋白質(zhì),紫外分光光度法測定蛋白含量。取蛋白樣品20 μg,進行12%SDS-PAGE,轉(zhuǎn)移至PVDF膜,以5%脫脂奶粉封閉2 h,加入1%脫脂奶粉稀釋的抗Bax、Caspase-3、β-actin的抗體(1∶1 000)4 ℃過夜,TBST洗滌3次,加入二抗(1∶1 000),室溫輕搖2 h,最后用紅外熒光掃描成像系統(tǒng)顯色。為進一步驗證重樓皂苷I是否能介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,我們采用SW480細(xì)胞,加重樓皂苷I培養(yǎng)48 h(對照組加同樣濃度的DMSO),提取細(xì)胞總蛋白,Western blotting法檢測細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Bax、Caspase-3蛋白表達。

    1.6統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS23.0統(tǒng)計軟件。計算IC50值,采用GraphPad Prism軟件制作細(xì)胞存活率曲線。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

    2結(jié)果

    2.1重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性作用重樓提取物Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、H對結(jié)腸癌細(xì)胞Lovo、SW620、SW480、Colo320均有一定毒性。采用SPSS23.0軟件計算出來的IC50值顯示,四種重樓皂苷單體對結(jié)腸癌細(xì)胞顯示出劑量依賴性毒性,表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性。具體如表1所示。不同濃度重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞作用曲線如圖1所示。隨著重樓皂苷濃度的增加,其對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性作用增加。四種重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞IC50值波動在0.4~8 mg/L。重樓皂苷Ⅰ和重樓皂苷Ⅴ對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性強于另外兩種重樓皂苷單體。其中重樓皂苷I對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性作用最強,其IC50值波動在0.4~0.6 mg/L,重樓皂苷V IC50值波動在1~2.5 mg/L;重樓皂苷Ⅵ IC50值波動在1.7~3.5 mg/L;重樓皂苷H的IC50值波動在2.2~8 mg/L。結(jié)腸癌常用的化療藥物奧沙利鉑IC50值波動在0.1~2.1 mg/L。除外SW620細(xì)胞外,重樓皂苷I和V在2 mg/L的濃度下對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性均優(yōu)于奧沙利鉑,表現(xiàn)出良好的抗腫瘤特性。不同重樓皂苷對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性作用不同,重樓皂苷I對結(jié)腸癌的毒性與奧沙利鉑差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),毒性作用較強的重樓皂苷I對結(jié)腸癌細(xì)胞抗腫瘤作用與奧沙利鉑相當(dāng)。重樓皂苷Ⅰ和Ⅴ不僅表現(xiàn)出對結(jié)腸癌細(xì)胞具有較低的抑制濃度,同時在稍大劑量(如1~4 mg/L)時能殺滅大部分腫瘤細(xì)胞,其作用優(yōu)于奧沙利鉑。奧沙利鉑雖對結(jié)腸癌細(xì)胞有較低的IC50值,但在較大濃度的奧沙利鉑下仍有相當(dāng)部分結(jié)腸癌細(xì)胞存活。見圖1。研究過程中對結(jié)腸癌細(xì)胞觀察發(fā)現(xiàn),在結(jié)腸癌細(xì)胞中加入重樓皂苷48 h后,光鏡下腫瘤細(xì)胞皺縮,出芽,崩解破裂等,呈現(xiàn)出凋亡征象。

    表1    四種重樓皂苷單體及奧沙利鉑對結(jié)腸癌細(xì)胞的

    圖1 Lovo、SW620、SW480、Colo320細(xì)胞加重樓皂苷Ⅰ、Ⅵ、H、Ⅴ奧沙利鉑等藥物后的存活率曲線

    2.2結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡情況實驗中通過觀察加藥后細(xì)胞的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)貼壁培養(yǎng)的細(xì)胞形態(tài)變小變圓,甚至部分脫落。遂采用Annexin V/PI雙染色,流式細(xì)胞儀檢測Annexin V與PI陽性細(xì)胞比例來了解細(xì)胞凋亡情況。研究顯示,加重樓皂苷Ⅰ培養(yǎng)后的SW480結(jié)腸癌細(xì)胞Annexin V/PI陽性的細(xì)胞值明顯升高(增高52.3%),而對照組加DMSO細(xì)胞幾乎無凋亡細(xì)胞,見圖2。

    2.3細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白Bax、Caspase-3表達重樓皂苷Ⅰ加藥培養(yǎng)后細(xì)胞中Bax蛋白明顯升高(為對照組的3倍),Caspase-3蛋白略有升高(為對照組的1.13倍)。

    注:A、B分別為SW480細(xì)胞加DMSO和重樓皂苷Ⅰ后。

    圖2加入DMSO和重樓皂苷Ⅰ后SW480細(xì)胞周期

    3討論

    結(jié)腸癌是人類發(fā)病率和病死率均較高的惡性腫瘤之一,目前結(jié)腸癌的主要治療方法有化療、放療、分子靶向治療等?;熓墙Y(jié)腸癌的主要治療手段,但研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌患者一線化療的有效率僅50%左右,二線化療的有效率僅10%左右,尚無有效的三線化療方案。尋找對結(jié)腸癌患者有效的治療藥物成為目前研究發(fā)展趨勢。

    植物類抗腫瘤藥物是目前的研究方向。重樓是其中之一[5],重樓又名七葉一枝花,為延齡草科重樓屬植物華重樓滇重樓的干燥根莖。對其化學(xué)成分分析表明,重樓屬植物所含甾體皂苷為其主要的化學(xué)成分[1]。重樓所含的甾體皂苷類化合物為其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。近來研究發(fā)現(xiàn),重樓抗腫瘤能通過阻斷腫瘤內(nèi)新生血管生成達到抗腫瘤作用。其不僅能抗腫瘤,同時能逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥[16]。重樓殺傷腫瘤細(xì)胞的機制在于誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[10,11]。重樓皂苷是重樓提取物,具有良好的抗癌作用。雖然迄今為止對重樓皂苷的研究較多,且其顯示出對胃、結(jié)腸、卵巢等腫瘤均有良好的抗腫瘤作用,然而并沒有對比不同重樓皂苷單體對結(jié)腸癌的抗腫瘤作用方面的研究。本研究目的在于通過研究4種純化的重樓皂苷單體對結(jié)腸癌細(xì)胞的體外抗腫瘤特性來篩選可能對結(jié)腸癌具有良好抗腫瘤作用的重樓皂苷,為其進一步臨床應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

    本研究結(jié)果顯示,四種重樓皂苷單體(Ⅰ、Ⅵ、H、Ⅴ)均顯示出對結(jié)腸癌細(xì)胞良好的體外抗腫瘤作用。與目前常用的抗腫瘤藥物奧沙利鉑相比,重樓皂苷Ⅰ和重樓皂苷Ⅴ均對結(jié)腸癌細(xì)胞具有較強的抗腫瘤特性,重樓皂苷Ⅰ抗腫瘤特性可與奧沙利鉑相媲美。其具有較低的IC50值并在2 mg/L左右能抑制80%~90%的腫瘤細(xì)胞。而臨床上常用的奧沙利鉑雖有較低的IC50值對腫瘤細(xì)胞生長有一定抑制作用,但其對誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡方面的作用明顯劣于重樓皂苷Ⅰ。在實驗過程中對腫瘤細(xì)胞觀察發(fā)現(xiàn),藥物處理細(xì)胞48 h后,腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)明顯變小、皺縮、出芽等現(xiàn)象,呈現(xiàn)出凋亡征象。而奧沙利鉑組細(xì)胞則明顯少于重樓皂苷組細(xì)胞。Western blotting和流式細(xì)胞儀檢測凋亡細(xì)胞均進一步證實重樓皂苷Ⅰ能通過介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而發(fā)揮其抗腫瘤作用。這與部分研究認(rèn)為重樓皂苷能介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡相吻合。本研究進一步研究發(fā)現(xiàn)重樓皂苷同樣能逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥。這些研究證據(jù)揭示重樓皂苷具有成為有效抗結(jié)腸癌藥物的潛力。然而本研究僅局限于體外研究,未進行相應(yīng)的動物實驗及人體毒理、藥物代謝動力學(xué)、人體抗腫瘤作用等方面的研究。本研究課題組將繼續(xù)進行其抗腫瘤作用機制、體內(nèi)抗腫瘤作用及其對結(jié)腸癌細(xì)胞奧沙利鉑耐藥方面的研究。參考文獻:

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    In vitro toxicity of four kinds of polyphyllins on colon cancer cells

    PANGXiaohui,WANGChaojie,SHIZuxuan,CUIYao,CUIYongxia,GAOTianhui

    (HenanProvincialPeople'sHospital,Zhengzhou450000,China)

    Abstract:ObjectiveTo investigate the in vitro toxicity of polyphyllins I, V, VI and H on colon cancer cells and to provide guidance for seeking effective chemotherapy drugs of colon cancer.MethodsThe resurgent SW620, SW480, Colo320, Lovo colon adenocarcinoma cell lines were co-cultured with polyphyllin I, polyphyllin VI, polyphyllin H, polyphyllin V and oxaliplatin for 48 h respectively, which were then added with CCK-8 for two-hour incubation. The optical density at 450 nm was detected by microplate reader.The cytotoxicity of polyphyllin on colon cancer cells was analyzed by SPSS23.0. Annexin V/PI staining and flow cytometry was used to detect the apoptotic cells. Western blotting was applied to detect Bax and Caspase-3 protein expression.ResultsThe polyphyllin I, polyphyllin VI, polyphyllin H and polyphyllin V showed remarkable antineoplastic activity on SW620, SW480, Colo320 and Lovo cell lines with IC(50) of 0.4 mg/L to 8 mg/L. The anticancer activity of polyphyllin I and polyphyllin V were stronger than that of polyphyllin VI and polyphyllin H (P<0.05). The in vitro anti-tumor effect of polyphyllin I with IC(50) of 0.4-0.6 mg/L was the same as oxaliplatin with IC(50) of 0.1-2.1 mg/L. Flow cytometry demonstrated that the percentage of Annexin V/PI positive cells treated with polyphyllin I increased 52.3%. Western blotting showing that polyphyllin I mediated expression of Bax and Caspase-3 in colorectal cells was 3 and 1.13 times higher than that of the control group.ConclusionPolyphyllin I, polyphyllin VI, polyphyllin H and polyphyllin V show good anticancer activity against colon adenocarcinoma cell lines in vitro, especially polyphyllin I which can mediate the apoptosis of colon cancer cells.

    Key words:colorectal carcinoma; polyphyllin; apoptosis

    (收稿日期:2016-01-05)

    中圖分類號:R735.35

    文獻標(biāo)志碼:A

    文章編號:1002-266X(2016)13-0013-04

    doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.13.005

    通信作者簡介:高天慧(1970-),女,主任醫(yī)師,博士,主要研究方向為惡性腫瘤腫瘤的臨床診治。E-mail:gaotianhui123456@163.com

    第一作者簡介:龐曉輝(1983-),女,住院醫(yī)師,博士,主要研究方向為惡性腫瘤腫瘤的臨床診治。E-mail:pangxh0321@163.com

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