席志超 姚 睦 李 洋 蔡雙璠 吳 蓉 勞遠至 董其瀚,4 徐宏喜
(1 上海中醫(yī)藥大學中藥學院,上海,201203; 2 中藥創(chuàng)新藥物研發(fā)上海高校工程研究中心,上海,201203;3 悉尼大學,悉尼,2006; 4 西悉尼大學,悉尼,2753)
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Guttiferone K抑制靜止期前列腺癌細胞重新激活的作用研究
席志超1,2姚睦3李洋1,2蔡雙璠1,2吳蓉1,2勞遠至1,2董其瀚3,4徐宏喜1,2
(1 上海中醫(yī)藥大學中藥學院,上海,201203; 2 中藥創(chuàng)新藥物研發(fā)上海高校工程研究中心,上海,201203;3 悉尼大學,悉尼,2006; 4 西悉尼大學,悉尼,2753)
目的:觀察從云南藤黃(Garciniayunnanensis)中提取分離得到的PPAPs(Polycyclic Polyprenylated Acylphloroglucinol)類化合物Guttiferone K(GUTK)對人靜止期前列腺癌LNCaP細胞重新激活的影響。方法:處于對數(shù)生長期的人前列腺癌LNCaP細胞去除血清培養(yǎng)7d誘導其進入靜止期,通過再次加入血清培養(yǎng)使其重新激活進入細胞周期,同時給予GUTK進行干預。用免疫細胞化學的方法檢測Ki-67蛋白表達的變化;利用PI染色的流式分析法和EdU Incorporation法檢測GUTK對細胞周期分布的影響;利用Western Blotting法檢測Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白表達水平的變化。結果:GUTK呈劑量依賴性地抑制靜止期LNCaP細胞的再次增殖并阻止靜止期LNCaP細胞重新進入S期;GUTK在靜止期LNCaP細胞激活的早期明顯下調了Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白的表達水平。結論:從云南藤黃中提取分離得到的化合物GUTK能夠抑制人靜止期前列腺癌LNCaP細胞的重新激活,具有潛在的延緩前列腺癌病情發(fā)展和預防復發(fā)的作用。
云南藤黃;Guttiferone K;靜止期癌細胞;前列腺癌
ofSydney,Sydney2006,Australia; 4TheUniversityofWesternSydney,Sydney2753,Australia)
前列腺癌已成為發(fā)病率最高的男性癌癥[1-2],嚴重威脅著男性的身體健康。前列腺癌在癥狀表現(xiàn)上差異很大,有些患者甚至沒有明顯的癥狀。因其發(fā)病的隱匿性,早期的前列腺癌篩查主要是通過檢測血清前列腺特異抗原值(Prostate-Specific Antigen,PSA)。但PSA水平的波動不僅僅與前列腺癌有關,良性前列腺增生、前列腺炎也會影響其水平。這種非特異性的前列腺癌生物標記就導致了前列腺癌的假陽性診斷率大幅升高,進而在一定程度上導致了前列腺癌的發(fā)病率高于死亡率6倍[1]。所以,經(jīng)過篩查發(fā)現(xiàn)的早期低風險前列腺癌患者,一般不會立即采取放化療等具有一定傷害性的治療手段,而是采用動態(tài)監(jiān)測的方法來觀察疾病的發(fā)展。然而相關研究表明,在進行動態(tài)監(jiān)測的患者中,依然有35%的患者會在47個月左右出現(xiàn)癌癥惡化的現(xiàn)象[3],而目前臨床上幾乎沒有可以延緩癌癥發(fā)展進程的治療手段。
在成年人的正常組織中,絕大部分細胞都處于靜止期(G0期)[4]。同樣,在多種腫瘤中也已經(jīng)證實了靜止期腫瘤細胞的存在[5-6]。在促有絲分裂的信號刺激下,靜止期細胞重新進入G1期并啟動細胞周期進程,這個過程被稱為靜止期細胞重新進入細胞周期。在前列腺癌發(fā)展的過程中,核增殖蛋白Ki-67呈陰性的腫瘤細胞會隨著癌癥的惡化而逐漸減少[7],這意味著靜止期腫瘤細胞被激活轉變?yōu)樵鲋称诘哪[瘤細胞,對腫瘤的臨床預后將產(chǎn)生不良影響。
研究表明,靜止期腫瘤細胞的再次增殖是導致癌癥病程進展及癌癥復發(fā)的重要原因之一。所以,發(fā)現(xiàn)和研究針對抑制靜止期前列腺癌細胞激活的藥物,將為延緩前列腺癌的病情發(fā)展和預防復發(fā)提供新的治療策略。天然產(chǎn)物是活性化合物和新藥研發(fā)的重要來源,藤黃屬(GarciniaL.)植物多為喬木或灌木,在我國共有22種,分布于云南、廣東、廣西、海南、臺灣和西藏及沿海部分地區(qū)。近年來,本課題組對多種藤黃屬植物進行了系統(tǒng)的抗腫瘤活性成分研究,建立了藤黃屬植物來源的化合物庫,并發(fā)現(xiàn)了多個具有顯著抗腫瘤活性的化合物[8-14]。在前期的篩選中,我們以藤黃屬化合物庫中的小分子化合物,針對靜止期前列腺癌LNCaP細胞進行篩選,發(fā)現(xiàn)GUTK對靜止期前列腺癌LNCaP細胞的重新激活具有明顯的抑制作用。本研究將進一步探索GUTK對靜止期前列腺癌LNCaP細胞重新激活的影響并初步探究其作用機制。
1.1材料
1.1.1細胞株人前列腺癌LNCaP細胞購自美國ATCC細胞庫。用含10%胎牛血清,100 U/mL青霉素和100 μg/mL鏈霉素的RPMI1640培養(yǎng)基(美國GIBCO公司),于37 ℃、5% CO2及飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng),用0.25%胰蛋白酶消化傳代,取對數(shù)生長期細胞用于實驗。
1.1.2藥品與試劑Guttiferone K(GUTK)為本課題組從云南藤黃中提取分離得到的化合物,其純度為98%;碘化丙啶(PI),二甲基亞砜(DMSO)和RNase A購自美國Sigma-Aldrich公司;石蠟液和瓊脂糖購自美國Thermo公司;Click-ItTMEdU Flow Cytometry Assay Kit(C35002)購自美國Invitrogen公司;蘇木素染料,甘油明膠封片液,免疫染色封閉液和DAB顯色液購自江蘇碧云天生物公司;Ki-67(ab92353),Cyclin D1(ab40754),Cyclin D3(ab52598),Cdk4(ab108357),Cdk6(ab124821)和E2F1(ab137415)抗體購自美國Abcam公司;RIPA裂解液、蛋白酶抑制劑三聯(lián)試劑盒、BCA蛋白濃度試劑盒和ECL發(fā)光液購自上海威奧生物科技有限公司。
1.2儀器全波長酶標儀(美國Bio-Tek公司),光學倒置顯微鏡(日本OLYMPUS公司),細胞培養(yǎng)箱(美國Themo公司),F(xiàn)ACSCalibur流式細胞儀(美國BD公司),離心機(美國Beckman公司)。
1.3方法
1.3.1靜止期LNCaP細胞的培養(yǎng)方法采用去血清培養(yǎng)LNCaP細胞的方法,在體外建立穩(wěn)定的靜止期前列腺癌細胞模型。具體操作如下:當用含有10% FBS的RPMI1640培養(yǎng)的LNCaP細胞密度達到70%~80%時,將培養(yǎng)基換成無FBS的RPMI1640繼續(xù)培養(yǎng)7d,得到靜止期的LNCaP細胞。通過再次加入含有10% FBS的RPMI1640培養(yǎng)使其重新激活進入細胞周期,同時給予GUTK進行干預。
1.3.2免疫細胞化學法檢測Ki-67蛋白的表達水平在LNCaP細胞從靜止期釋放的同時,分別給予5 μM/10 μM GUTK和DMSO處理細胞72 h。用1 mL 10%中性福爾馬林吹打細胞,置于4 ℃過夜固定;離心,棄上清液,用1%瓊脂糖包裹細胞沉淀,進行常規(guī)的石蠟包埋并切片(厚度為5 μm)。表面抗原修復后孵育一抗Ki-67(1∶500)并在4 ℃過夜;室溫放置10 min,孵育二抗30 min后,與HRP生物標志鏈反應;蘇木素染色5~20 min,蒸餾水沖洗2 min,鹽酸乙醇分化15 s后蒸餾水沖洗泛藍5 min;脫水后以中性樹脂封片,晾干,置于顯微鏡下拍照觀察。
1.3.3應用PI染色的流式分析法檢測GUTK對細胞周期分布的影響將靜止期人前列腺癌細胞LNCaP(2.5×105個細胞/孔)接種于6孔板中使其重新進入細胞周期,同時分別給予5 μM/10 μM GUTK和DMSO處理細胞72 h;收集細胞到15 mL的管中,1 000 r/min,離心5 min,棄上清液;用300 μL的PBS重懸細胞,逐滴加入700 μL預冷的無水乙醇,且邊加邊渦旋,4 ℃固定過夜;離心棄上清,并用PBS洗滌細胞;用含有100 μg/mL RNase A和20 μg/mL PI的PBS 500 μL重懸細胞,37 ℃避光孵育60 min;離心,棄上清,用500 μL PBS重懸細胞,應用流式細胞儀測定細胞周期,并用FlowJo軟件(8.1.1版本)進行數(shù)據(jù)分析。
1.3.4應用EdU Incorporation法檢測GUTK對靜止期LNCaP細胞重新進入S期的影響將靜止期人前列腺癌細胞LNCaP(2.5×105個細胞/孔)接種于6孔板中使其重新進入細胞周期,同時分別給予5 μM/10 μM GUTK和DMSO處理細胞72 h;在收集細胞前8 h加入10 μM 5-ethynyl-2′-deoxyuridine(EdU)進行孵育,收集細胞后按照試劑盒的要求進行染色,應用流式細胞儀檢測,并用FlowJo軟件(8.1.1版本)進行數(shù)據(jù)分析。
1.3.5Western Blotting檢測Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白的表達水平在LNCaP細胞從靜止期釋放的同時,分別給予5 μM/10 μM GUTK和DMSO處理細胞1~48 h。同時取處于對數(shù)生長期的LNCaP細胞作為增殖期的細胞對照;收集細胞到1.5 mL的管中,離心,棄上清液;將RIPA細胞裂解液和去磷酸酶抑制劑、蛋白酶抑制劑和PMSF按照100∶1∶1∶1混合均勻;加入不同的細胞樣品中,反復吹打并渦旋,置冰上裂解20 min;離心20 min,棄沉淀;采用BCA法測定蛋白濃度,取20 μg蛋白樣品與蛋白上樣緩沖液混合,置于99 ℃金屬浴煮蛋白8 min;對樣品進行電泳,轉膜和封閉并孵育一抗,4 ℃搖床上孵育過夜;TBST洗膜3次,每次15 min,室溫搖床上孵育二抗60 min;TBST洗膜3次,每次15 min;將ECL的A液和B液混合,滴加在膜上,放入成像儀進行曝光。
1.3.6統(tǒng)計學分析實驗數(shù)據(jù)均用平均值±標準差表示,采用Excel 2013軟件及SPSS 11.5統(tǒng)計軟件進行分析。以Students′ t-test方法進行2組間的比較,用one-way ANOVA進行多組間的方差分析,P<0.05或P<0.01為具有統(tǒng)計學意義的標準。
2.1GUTK抑制靜止期LNCaP細胞的再次增殖Ki-67為核增殖標志蛋白,細胞處于增殖期(G0/1、S和G2/M期)時其表達呈陽性,處于靜止期(G0期)時呈陰性。結果如圖1所示,在去血清培養(yǎng)7d的靜止期LNCaP細胞中,Ki-67蛋白表達呈陽性的細胞很少(圖1A)。當靜止期LNCaP細胞重新進入細胞周期的過程中,以5 μM/10 μM的GUTK或DMSO分別作用72 h后,可見DMSO組的大部分細胞都已經(jīng)重新處于增殖期,Ki-67蛋白表達呈陽性的細胞明顯增多(圖1B)。而GUTK可以呈劑量依賴性的減少Ki-67蛋白表達呈陽性的細胞,說明GUTK可以抑制靜止期LNCaP細胞重新增殖(圖1C,圖1D)。
2.2GUTK阻礙靜止期LNCaP細胞重新啟動細胞周期進程2.1的結果證明GUTK抑制靜止期LNCaP細胞的再次增殖,表明GUTK有可能影響了靜止期前列腺癌LNCaP細胞重新啟動細胞周期的進程。我們通過PI染色的流式分析法檢測GUTK在靜止期LNCaP細胞激活的過程中對周期分布的影響。結果如表1所示,在去血清培養(yǎng)7 d的靜止期LNCaP細胞中,G0/1、S和G2/M期的細胞比例分別為90.7%、2.2%和5.1%。在靜止期LNCaP細胞重新進入細胞周期的過程中,以5 μM/10 μM的GUTK或DMSO分別作用72 h后,可見DMSO組的G0/1期細胞減少至69.0%,S和G2/M期的細胞比例增加至13.4%和17.3%,與靜止期LNCaP細胞的周期分布差異具有統(tǒng)計學意義(*P<0.05),說明G0/1期細胞已經(jīng)重新進入細胞周期。而5 μM和10 μM GUTK組的G0/1期細胞明顯高于DMSO組,分別為81.5%和84.4%(△P<0.05),S和G2/M期的細胞比例也較DMSO組有明顯的降低(△P<0.05)。以上結果說明,GUTK可以呈劑量依賴性地阻止G0/1期細胞的減少,以及S和G2/M期細胞的增多,說明GUTK可以阻礙靜止期LNCaP細胞重新啟動細胞周期的進程。
圖1 免疫細胞化學法檢測Ki-67蛋白的表達水平
注:標尺=100 μm。
表1 PI染色的流式分析法檢測細胞周期分布
注:3次獨立實驗的數(shù)據(jù)以“平均值±標準差”表示,與靜止期LNCaP細胞組比較*P<0.05;與DMSO組比較△P<0.05。
2.3GUTK阻礙靜止期LNCaP細胞重新進入S期EdU可以在DNA合成時插入染色體,并通過熒光檢測進行定量分析。為了進一步探索GUTK是如何阻礙靜止期LNCaP細胞重新啟動細胞周期的進程,我們采用EdU Incorporation的方法檢測GUTK是否可以阻礙靜止期LNCaP細胞重新進入S期。結果如圖2所示,在去血清培養(yǎng)7 d的靜止期LNCaP細胞中處于S期的細胞比例很低。當靜止期LNCaP細胞重新進入細胞周期的過程中,以5 μM/10 μM的GUTK或DMSO分別作用72 h后,可見DMSO組的S期細胞有了明顯增加,與靜止期LNCaP細胞組相比具有統(tǒng)計學意義(*P<0.05),說明細胞重新進入S期。而GUTK可以呈劑量依賴性地抑制S期細胞的增多,與DMSO組比較具有統(tǒng)計學意義(△P<0.05),且GUTK高劑量組的作用明顯優(yōu)于低劑量組(△P<0.05),說明GUTK可以阻礙靜止期LNCaP細胞重新進入S期,并且具有較好的劑量依賴性。
圖2 EdU Incorporation法檢測處于S期的細胞比例
注:3次獨立實驗的數(shù)據(jù)以“平均值±標準差”表示,與靜止期LNCaP細胞組比較*P<0.05;與DMSO組比較△P<0.05;與GUTK 5 μM組比較△P<0.05。
2.4GUTK在靜止期LNCaP細胞激活的早期下調Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白的表達水平Cyclin(周期蛋白)/CDK(cyclin-dependent kinases,周期蛋白依賴性蛋白激酶)-E2F1通路在靜止期細胞重新激活的過程中起到了關鍵的調節(jié)作用[4]。為了進一步探討GUTK抑制靜止期前列腺癌LNCaP細胞激活的作用機制,我們對這一通路的主要蛋白進行了檢測。結果如圖3所示,增殖期LNCaP細胞(Cont)中Cyclin D1/3,Cyclin E1和CDK4/6/2的表達水平均高于靜止期LNCaP細胞(Qsct)。在細胞重新進入細胞周期的過程中,這些蛋白的表達量分別在6 h到12 h開始增加,Cyclin-CDK復合物被激活,增加了E2F1蛋白的表達,促使靜止期細胞重新進入細胞周期。而以5 μM/10 μM GUTK處理的LNCaP細胞,有效抑制了Cyclin D1/3,Cyclin E1和CDK4/2蛋白表達的增加,從而抑制了E2F1的增加。但對CDK6的作用不明顯。以上結果可以表明,GUTK在靜止期LNCaP細胞重新啟動細胞周期進程的早期,通過調控Cyclin/CDK-E2F1通路的主要蛋白,從而抑制靜止期人前列腺癌細胞LNCaP重新激活。
圖3 Western Blotting檢測Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白的表達水平
注:α-Tubulin為上樣內參,Cont為增殖期的LNCaP細胞,Qsct代表靜止期的LNCaP細胞。
靜止期(G0/1)細胞可以重新啟動細胞周期進程,分裂出新的子代細胞用以替代受損的細胞或已經(jīng)發(fā)生功能轉化的細胞[15]。類似地,靜止期腫瘤細胞重新進入細胞周期也是癌細胞實現(xiàn)自我更新的重要機制,這就導致了癌癥病程的進展以及癌癥的復發(fā),此外還可以降低癌細胞對放化療的敏感性。但是,目前臨床上還沒有針對于靜止期腫瘤細胞的治療藥物。為了發(fā)現(xiàn)和研究針對抑制靜止期前列腺癌細胞激活的藥物,我們建立了體外靜止期前列腺癌細胞模型,并對藤黃屬化合物進行了活性篩選,希望可以發(fā)現(xiàn)活性化合物,為延緩前列腺癌的病情發(fā)展和預防復發(fā)提供新的治療策略。
在靜止期細胞重新激活回到細胞周期的過程中,有很多蛋白參與調控了細胞周期的進程。促有絲分裂信號會激活Cyclin/CDK復合物,Cyclin/CDK復合物將調控細胞依次通過G0/1、S、G2和M期,完成整個細胞周期進程。Cyclin只有和CDKs形成復合物時才具有活性。形成的Cyclin-CDK復合物通過激活或抑制目的蛋白的活性,從而推動細胞周期進程有序進行。此外,Cyclin-CDK復合物還可通過泛素化降解可以抑制細胞周期進程的蛋白活性。G0期的細胞在促有絲分裂信號的刺激下,Cyclin-CDK復合物被激活并磷酸化視網(wǎng)膜細胞瘤蛋白Rb,導致真核生物轉錄因子2(E2F)的釋放[16]。E2F會進一步激活其下游的靶基因[17],包括促進DNA復制的基因,從而促進細胞進入S期并啟動細胞周期進程。GUTK可以在靜止期LNCaP細胞激活的早期就明顯下調Cyclin D1/3、CDK4/6和E2F1蛋白的表達水平,從而抑制靜止期LNCaP細胞激活。但是,GUTK是如何調控這一通路的作用機制,還需要進一步的研究。
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(2016-07-05收稿責任編輯:洪志強)
Effect of Guttiferone K on Inhibiting Reactivation of Quiescent Prostate Cancer Cells
Xi Zhichao1,2,Yao Mu3,Li Yang1,2,Cai Shuangfan1,2,Wu Rong1,2,Lao Yuanzhi1,2,Dong Qihan3,4,Xu Hongxi1,2
(1SchoolofPharmacy,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China; 2EngineeringResearchCenterofShanghaiCollegesforTCMNewDrugDiscovery,Shanghai201203,China; 3TheUniversity
Objective:To investigate the effect of Guttiferone K(GUTK),a polycyclic polyprenylated acylphloroglucinol(PPAPs)compound isolated from Garcinia yunnanensis,on inhibiting reactivation of quiescent prostate cancer LNCaP cells.Methods:LNCaP cells were induced into a quiescent stage by seven days of serum withdrawal and stimulated cell cycle re-entry with or without GUTK by serum restoration.Ki-67 protein expression level was detected by Immunocytochemistry.Flow cytometry of Propidium iodide(PI)staining and EdU Incorporation assay were used to analyze cell cycle phase distribution.Protein levels of Cyclin D1/3、CDK4/6 and E2F1 were detected by Western blotting.Results:GUTK dose-dependently blocked the re-proliferation and S phase re-entry of quiescent LNCaP cells.GUTK decreased the Cyclin D1/3、CDK4/6 and E2F1 protein levels during quiescent LNCaP cell cycle re-entry.Conclusion:GUTK,a compound isolated from Garcinia yunnanensis,has the potential to inhibit cancer progression and prevent cancer recurrence by suppressing cell cycle re-entry of quiescent prostate cancer LNCaP cells.
Garcinia yunnanensis; Guttiferone K; Quiescent cancer cell; Prostate cancer
國家自然科學基金重點項目(編號:81130069);國家自然科學基金面上項目(編號:81173485)
席志超(1987.11—),女,博士研究生,研究方向:中藥抗腫瘤機制研究,E-mail:xizhichaohaerbin@163.com
徐宏喜(1961.07—),男,博士,教授,院長,研究方向:中藥活性成分及藥理作用機制研究,E-mail:xuhongxi88@gmail.com
R285
A doi:10.3969/j.issn.1673-7202.2016.07.005