dalbinol通過(guò)ROS/Dvl/GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制研究

李飛龍，巫 鑫，廖紅波，仇雙利，朱曉輝，崔 燎，吳 華

(1. 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤中心，2. 廣東天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524023)

dalbinol通過(guò)ROS/Dvl/GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制研究

李飛龍1，巫 鑫2，廖紅波2，仇雙利1，朱曉輝2，崔 燎2，吳 華1

(1. 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤中心，2. 廣東天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524023)

目的 探討天然產(chǎn)物dalbinol對(duì)人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞增殖和凋亡的影響及其作用機(jī)制。方法 采用MTT法檢測(cè)dalbinol對(duì)人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞的增殖抑制作用；利用Hoechst 33342熒光染色法觀察細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)變化；應(yīng)用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡率和ROS水平；通過(guò)Western blot法檢測(cè)Wnt/β-catenin信號(hào)通路及凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)情況。結(jié)果 dalbinol可抑制人結(jié)腸癌HCT116 細(xì)胞的增殖，且呈劑量和時(shí)間依賴性，24、48和72 h的IC50分別為(4.8±0.53)、(2.5±0.43)和(0.6±0.22) μmol·L-1；Hoechst 33342染色觀察到細(xì)胞皺縮、核固縮和染色質(zhì)凝集等典型凋亡的形態(tài)學(xué)變化，同時(shí)dalbinol可劑量依賴性地提高細(xì)胞凋亡率，且能增加細(xì)胞內(nèi)ROS水平；Western blot結(jié)果發(fā)現(xiàn)dalbinol通過(guò)下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2和Mcl-1的表達(dá)水平，上調(diào)促凋亡蛋白Bax和Bim的表達(dá)，從而促進(jìn)cleaved caspase-3--------------------

dalbinol；結(jié)腸癌；HCT116；增殖；凋亡；Wnt/β-catenin

結(jié)腸癌是常見的惡性消化道腫瘤之一，發(fā)病率和死亡率均位居惡性腫瘤前列，使人類健康面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)[1]。盡管結(jié)腸癌診療的技術(shù)和水平都有所提高，但患者的5年生存率仍不理想[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1940～2014年間，超過(guò)75%的抗腫瘤藥物直接來(lái)源于天然物質(zhì)[3]。因此，從天然藥物中尋找新型抗癌藥物，對(duì)改善結(jié)腸癌患者預(yù)后具有重要意義。研究表明[4]，結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展與Wnt/β-catenin、EGFR、p53、MAPK、Notch、RhoA/ROCK 等多種信號(hào)通路有關(guān)，其中Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的異常激活被認(rèn)為是結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵事件。Tan等[5]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)抑制Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的激活，結(jié)腸癌細(xì)胞可發(fā)生增殖抑制和凋亡現(xiàn)象。紫穗槐(AmorphaFruticosa)，落葉灌木，系豆科紫穗槐屬，其花和葉均可入藥，具有清熱、涼血、止血和祛濕消腫等藥理作用，中醫(yī)主要用于濕疹、癰腫和燒燙傷等病癥[6]。dalbinol是從紫穗槐中分離純化的一種魚藤酮類化合物(結(jié)構(gòu)見Fig 1A)，本課題組的前期研究發(fā)現(xiàn)，該化合物在體外對(duì)HCT116細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的細(xì)胞毒性，但其作用機(jī)制尚不明確。因此，本研究進(jìn)一步觀察dalbinol對(duì)人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞周期及凋亡的影響，并分析dalbinol對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的影響，探討dalbinol調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)通路的可能機(jī)制，為其后續(xù)開發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細(xì)胞株 人結(jié)腸癌 HCT116 細(xì)胞由本實(shí)驗(yàn)室保存。

1.1.2 主要試劑 dalbinol由本課題組提取純化并鑒定所得[7]。胰蛋白酶、DMEM培養(yǎng)基(高糖型)、胎牛血清均購(gòu)于美國(guó)Hyclone 公司；青霉素-鏈霉素購(gòu)自廣州威佳科技有限公司；Hoechst 33342染色液、活性氧檢測(cè)試劑盒、全蛋白提取試劑盒、BCA 蛋白濃度測(cè)定試劑盒、ECL化學(xué)發(fā)光液、細(xì)胞周期與細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒、細(xì)胞核蛋白與細(xì)胞質(zhì)蛋白抽提試劑盒均購(gòu)于碧云天生物技術(shù)研究所；β-actin抗體購(gòu)自北京義翹神州生物技術(shù)有限公司；β-catenin 抗體購(gòu)自英國(guó)ABC公司；PARP 抗體購(gòu)自美國(guó)Biolegend公司；caspase-3抗體購(gòu)自美國(guó) Proteintech公司；Dvl-2購(gòu)于美國(guó)Santa Cruz Biotechnology公司。GSK-3β和c-Myc抗體均購(gòu)于美國(guó) BD公司；GSK-3β(pS9)、Survivin、Bcl-2、Bax、Bim、Mcl-1和Histone3抗體均購(gòu)于美國(guó)CST公司；羊抗兔IgG-HRP和羊抗鼠IgG-HRP均購(gòu)于北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。1.2 方法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng) 用含10%胎牛血清和1%(V/V)青-鏈霉素的高糖型DMEM培養(yǎng)基，于 37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)HCT116 細(xì)胞，按 1 ∶4 隔天傳代，取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 MTT法檢測(cè)細(xì)胞增殖抑制作用 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于96 孔板，不同濃度的dalbinol (0、 0.25、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μmol·L-1)分別作用 24、48、72 h 后，每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔，每孔加入5 g·L-1MTT 10 μL，置孵箱繼續(xù)培養(yǎng) 4 h，棄上清，加入200 μL DMSO溶液，使用酶標(biāo)儀在570 nm 波長(zhǎng)處檢測(cè)各孔吸光度值，計(jì)算細(xì)胞存活率。

1.2.3 Hoechst 33342 熒光染色觀察細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)變化 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于6孔板，將dalbinol稀釋成不同終濃度(0.5、1.0、2.0 μmol·L-1)進(jìn)行加藥，每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔，同時(shí)設(shè)置陰性對(duì)照組。孵育24 h 后，PBS 洗 3 遍后每孔各加入 2.5 mg·L-1Hoechst 33342 染色液，在 37 ℃條件下孵育染色 5 min，用 PBS 洗 3 次。倒置熒光顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化。

1.2.4 Annexin V-FITC/PI雙染法測(cè)定細(xì)胞凋亡率 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于6孔板，質(zhì)量濃度、加藥方式同“1.2.3”項(xiàng)，加藥24 h后收集細(xì)胞，PBS洗滌2次，將細(xì)胞重懸于195 μL的Annexin V-FITC結(jié)合液中，室溫避光孵育15 min后加入5 μL Annexin V-FITC和5 μL PI，混勻。流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡率。1.2.5 細(xì)胞內(nèi) ROS 含量的檢測(cè) 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于 6 孔板，質(zhì)量濃度、加藥方式同“1.2.3”項(xiàng)，dalbinol處理12 h后收集細(xì)胞，將DCFH-DA熒光探針按1 ∶1 000用無(wú)血清培養(yǎng)液稀釋，置10 μmol·L-1DCFH-DA于培養(yǎng)箱中孵育30 min，用無(wú)血清培養(yǎng)液洗滌細(xì)胞3次。流式細(xì)胞儀測(cè)定細(xì)胞內(nèi)活性氧含量。

1.2.6 Western blot檢測(cè)相關(guān)蛋白的表達(dá) 將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于6孔板中，質(zhì)量濃度、加藥方式同“1.2.3”項(xiàng)，加藥24 h后收集細(xì)胞，提取各實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞總蛋白、核蛋白。BCA法蛋白定量，用SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白質(zhì)，將分離后的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移至NC膜上，用5% 脫脂奶粉室溫封閉2 h，TBST洗滌10 min，一抗4℃搖床過(guò)夜，TBST洗滌3次，每次15 min，HRP標(biāo)記二抗室溫孵育2 h，TBST洗滌3次，每次15 min，最后在暗室進(jìn)行化學(xué)發(fā)光顯色和曝光。

2 結(jié)果

2.1 dalbinol對(duì)HCT116細(xì)胞增殖的影響 MTT結(jié)果顯示(Fig 1B)，與對(duì)照組相比，作用24、48和72 h時(shí)，dalbinol可抑制HCT116細(xì)胞的增殖，呈劑量和時(shí)間依賴性(P<0.05)，IC50分別為(4.8±0.53)、(2.5±0.43)和(0.6±0.22) μmol·L-1。

2.2 dalbinol對(duì)HCT116細(xì)胞凋亡的影響 將dalbinol按不同終濃度(0.5、1.0、 2.0 μmol·L-1)處理HCT116細(xì)胞24 h后，Hoechst33342染色后可觀察到部分細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞皺縮、核固縮、核破碎等典型凋亡的形態(tài)學(xué)變化(Fig 2)。同時(shí)Annexin V-FITC/PI雙染結(jié)果表明(Fig 3)，與陰性對(duì)照組相比，dalbinol可濃度依賴性地增加HCT116細(xì)胞凋亡率(P<0.05)。2.3 dalbinol對(duì)細(xì)胞內(nèi)ROS水平的影響 DCFH-DA檢測(cè)結(jié)果表明(Fig 4)，dalbinol按不同終濃度(0.5、1.0、2.0 μmol·L-1)作用12 h時(shí)，與對(duì)照組相比，dalbinol可使HCT116細(xì)胞內(nèi)ROS水平升高，2.0 μmol·L-1dalbinol作用時(shí)細(xì)胞內(nèi)ROS水平最高達(dá)55.3%，并呈濃度依賴性。

Fig 1 Structure of dalbinol and anti-proliferative effect of dalbinol on HCT116 cells

A:The Structure of dalbinol;B:Anti-proliferative effect of by dalbinol on HCT116 cells.*P<0.05vscontrol.

Fig 2 Morphological changes of apoptosis by dalbinol in HCT116 cells

A:0 μmol·L-1；B：0.5 μmol·L-1；C：1.0 μmol·L-1；D：2.0 μmol·L-1

Fig 3 Effect of dalbinol on apoptosis of HCT116 cells

A:Flow cytometry analysis results;B:The apoptotic ratio was measured by flow cytometric analysis staining with PI.*P<0.05vscontrol

2.4 dalbinol對(duì)HCT116細(xì)胞中凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響 初步的作用機(jī)制表明(Fig 5)，不同終濃度(0.5、1.0和2.0 μmol·L-1)的dalbinol處理HCT116細(xì)胞24 h后，促凋亡蛋白Bax和Bim的表達(dá)升高，抗凋亡蛋白Bcl-2和Mcl-1的表達(dá)水平下降，導(dǎo)致cleaved caspase-3和cleaved PARP同時(shí)過(guò)度活化，而總的caspase-3 和PARP變化趨勢(shì)不明顯。

Fig 5 Expression of apoptosis-associated proteins by dalbinol in HCT116 cells

2.5 dalbinol對(duì)HCT116細(xì)胞中 Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白表達(dá)的影響 進(jìn)一步的作用機(jī)制研究表明(Fig 6)，dalbinol可降低HCT116細(xì)胞內(nèi)總的和胞核β-catenin蛋白表達(dá)，尤以胞核β-catenin的下降為甚，但對(duì)胞質(zhì)β-catenin的表達(dá)無(wú)明顯影響。此外，dalbinol可降低Dvl-2、GSK-3β(pS9)、c-Myc和Survivin的蛋白表達(dá)，總的GSK-3β蛋白表達(dá)無(wú)明顯變化。

3 討論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是飲食結(jié)構(gòu)的改變，目前結(jié)腸癌已上升為全球發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一[1]。在過(guò)去幾十年，外科手術(shù)一直是結(jié)腸癌的主要治療手段之一，但在原發(fā)腫瘤出現(xiàn)明顯癥狀之前，患者可能己經(jīng)發(fā)生播散或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，另外約50%病例術(shù)后 2 年會(huì)出現(xiàn)復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，因此大多數(shù)結(jié)腸癌患者都需要接受化療。由于外科手術(shù)治療的局限性、放射治療的劑量限制、化療藥物的毒副作用以及耐藥性等因素影響，結(jié)腸癌患者的預(yù)后仍不理想[2]。從天然藥物資源中尋找具有抗腫瘤活性的藥物，是近年來(lái)抗結(jié)腸癌藥物研究的熱點(diǎn)之一[3]。

Wnt/β-catenin信號(hào)通路的異常激活與許多癌癥的發(fā)生、發(fā)展有著不可分割的聯(lián)系，其與結(jié)腸癌的關(guān)系更是密不可分。據(jù)報(bào)道，90%的結(jié)腸癌都存在Wnt/β-catenin信號(hào)通路中一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控基因的突變[8]。因此抑制 Wnt/β-catenin信號(hào)是抑制結(jié)腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)的重要靶點(diǎn)之一[9]，開發(fā)針對(duì)Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的抗癌藥物已成為研究的熱點(diǎn)[10]。大量研究表明，經(jīng)典模式下，Wnt/β-catenin 信號(hào)通路中 LRP5/6、APC、Dvl、GSK3β、Axin或者β-catenin 等基因的突變，會(huì)抑制降解復(fù)合體(Axin/APC/GSK-3β)的生成，使β-catenin無(wú)法降解并在胞質(zhì)內(nèi)堆積后轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，引起核的β-catenin 與轉(zhuǎn)錄因子 TCF/LEF 形成復(fù)合物，從而激活相應(yīng)的下游靶基因 c-Myc、Cyclin D1和Survivin 等，最終導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展[4]。

Fig 6 Expression of related proteins in Wnt/β-catenin pathway by dalbinol in HCT116 cells

本實(shí)驗(yàn)Western blot結(jié)果發(fā)現(xiàn)，dalbinol作用24 h后，HCT 116細(xì)胞中總的和胞核β-catenin的表達(dá)均下降，尤以胞核β-catenin 下降最為明顯，但胞質(zhì)β-catenin水平無(wú)明顯變化，這結(jié)果表明dalbinol可調(diào)控關(guān)鍵蛋白β-catenin的表達(dá)。因此，我們推測(cè)dalbinol可能通過(guò)下調(diào)Wnt/β-catenin 信號(hào)通路來(lái)抑制HCT 116細(xì)胞的增殖。另外，Wnt/β-catenin通路的下游靶蛋白c-Myc和Survivin表達(dá)均降低，這結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)我們的推測(cè)。為明確dalbinol調(diào)控Wnt/β-catenin通路的具體機(jī)制，我們還檢測(cè)了影響降解復(fù)合體生成的相關(guān)蛋白Dvl-2、GSK-3β和GSK-3β(pS9)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Dvl-2和GSK-3β(pS9)的表達(dá)下降明顯，而GSK-3β的蛋白水平未見明顯變化。上述結(jié)果表明，dalbinol可能通過(guò)抑制 Dvl-2 的表達(dá)，從而使失活型GSK-3β(pS9)的表達(dá)下降， β-catenin磷酸化降解增多，最終導(dǎo)致Wnt/β-catenin通路的下游靶蛋白c-Myc和Survivin表達(dá)下降。

總之，dalbinol能明顯抑制人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)其凋亡，其作用機(jī)制可能與細(xì)胞內(nèi)ROS水平提高和抑制Dvl/GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)僅探討dalbinol對(duì)HCT116細(xì)胞的作用，尚未在其它結(jié)腸癌細(xì)胞系中予以證實(shí)，下一步本課題組將繼續(xù)研究dalbinol對(duì)多種結(jié)腸癌細(xì)胞系中Wnt/β-catenin通路的影響，為其進(jìn)一步開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

(致謝：本實(shí)驗(yàn)在廣東醫(yī)科大學(xué)廣東天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，感謝吳華教授和巫鑫博士以及各位老師的指導(dǎo)和幫助。)

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dalbinol induces apoptosis of human colon cancer cells through ROS/Dvl/GSK-3β/β-catenin pathway

LI Fei-long1, WU Xin2, LIAO Hong-bo2, QIU Shuang-li1, ZHU Xiao-hui2, CUI Liao2, WU Hua1

(1.CancerCenter,theAffiliatedHospitalofGuangdongMedicalUniversity,ZhanjiangGuangdong524023,China; 2.GuangdongKeyLaboratoryforResearchandDevelopmentofNaturalDrugs,GuangdongMedicalUniversity,ZhanjiangGuangdong524023,China)

Aim To investigate the effects of dalbinol on proliferation and apoptosis of human colon cancer HCT116 cells and its mechanisms. Methods Anti-proliferative effect of dalbinol was evaluated by MTT assay. The morphological changes of apoptosis were observed by Hoechst33342 staining. Apoptotic rate and ROS generation were analyzed by flow cytometry. The related proteins of Wnt/β-catenin pathway and the apoptosis-associated proteins expression were measured by Western blot. Results The growth of HCT116 treated with dalbinol was inhibited in a dose and time dependent manner with IC50(4.8±0.53), (2.5±0.43) and (0.6±0.22) μmol·L-1at 24, 48 and 72 h, respectively. Typical morphological changes of apoptosis such as cell shrinkage, karyopyknosis and nuclear condensation were observed by Hoechst33342 staining. Meanwhile, the apoptotic rate and intracellular ROS generation of dalbinol were both increased dose-dependently. Western blot results showed that dalbinol could activate the expression of cleaved Caspase-3 and cleaved PARP by decreasing anti-apoptotic protein levels such as Bcl-2 and Mcl-1 and increasing pro-apoptotic protein levels such as Bax and Bim, which induced further apoptosis. Moreover, dalbinol can reduce the protein expression of the total and nuclear β-catenin, but not cytoplasmic β-catenin by suppressing the protein expression of Dvl-2 and GSK-3β(pS9), as well as its target proteins c-Myc and Survivin. Conclusion dalbinol can induce apoptosis in colon cancer HCT116 cells by upregulating the intracellular ROS generation and suppressing Dvl/GSK-3β/β-catenin pathway.

dalbinol; colon cancer cells; HCT116; proliferation; apoptosis; Wnt/β-catenin

10.3969/j.issn.1001-1978.2016.12.012

A

1001-1978(2016)12-1694-05

R284.1；R329.24；R329.25；R735.350.22

2016-08-19，

2016-09-14

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目(No 81503226)；廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 2KZ16015G)；湛江市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目基金資助項(xiàng)目(No 2014B01021)

李飛龍(1990-)，男，碩士生，研究方向：腫瘤的診斷、治療及預(yù)防學(xué)，E-mail：443608172@qq.com； 吳 華(1966-)，男，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：腫瘤的診斷、治療及預(yù)防學(xué)，通訊作者，E-mail：1740154717 @qq.com

和cleaved PARP活化裂解，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；此外，dalbinol通過(guò)抑制Dvl-2和GSK3β(pS9)的蛋白表達(dá)，從而降低總的β-catenin和胞核β-catenin的表達(dá)，但胞質(zhì)β-catenin無(wú)明顯變化，最終下調(diào)Wnt/β-catenin通路下游靶蛋白c-Myc和Survivin的表達(dá)水平。結(jié)論 dalbinol可抑制人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡，其分子機(jī)制可能與提高細(xì)胞內(nèi)ROS水平和抑制Dvl/GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)。