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    阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡

    2017-02-27 03:02:14陶玉芬李昕潼劉建生楊昭慶劉紅旗
    中國藥理學通報 2017年2期
    關鍵詞:信號研究

    陶玉芬, 劉 波, 李 超, 李昕潼, 劉建生, 楊昭慶,劉紅旗

    (中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院醫(yī)學生物學研究所,云南 昆明 650118)

    阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡

    陶玉芬, 劉 波, 李 超, 李昕潼, 劉建生, 楊昭慶,劉紅旗

    (中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院醫(yī)學生物學研究所,云南 昆明 650118)

    目的 探討阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡及其機制。方法 EB病毒轉化的人B淋巴細胞經一定濃度的阿司匹林處理后,首先通過MTT法分析細胞的增殖情況;然后用光學顯微鏡和電子顯微鏡、PI染色和流式細胞術分析以及瓊脂糖凝膠電泳等方法對細胞凋亡進行評價;最后,通過免疫印記法檢測凋亡相關蛋白、mTOR信號通路和PU.1-Bim信號通路蛋白表達情況。結果 阿司匹林能抑制EB病毒轉化的人B淋巴細胞增殖。形態(tài)學和超微結構觀察發(fā)現,阿司匹林處理的細胞固縮變小、數目減少、細胞核畸形、染色質邊緣化和細胞質空泡化。阿司匹林處理導致細胞膜通透性增加、細胞存活率明顯下降和細胞DNA的彌散現象。免疫印跡分析顯示,阿司匹林處理抑制了細胞的mTOR信號和轉錄因子PU.1的表達水平,激活了細胞凋亡相關蛋白caspase-3、PARP和Bim。結論 阿司匹林可能通過抑制EB病毒轉化的人B淋巴細胞增殖和誘導細胞凋亡表現一定的抗淋巴瘤效應,mTOR信號途徑和PU.1-Bim軸可能參與了阿司匹林抗腫瘤作用機制。

    阿司匹林;EB病毒轉化的人B淋巴細胞; 凋亡;mTOR; PU.1-Bim軸;抗腫瘤

    Epstein-Barr病毒(EB病毒)是一種γ亞科皰疹病毒,其感染可能導致人類多種惡性疾病,尤其是上皮和淋巴起源的腫瘤,如Burkitt淋巴瘤、霍奇金病、鼻咽癌等[1]。EB病毒對人B細胞具有親嗜性。一般認為,EB病毒在體外可以感染靜息人B淋巴細胞,使其發(fā)生轉化,形成永生化淋巴細胞株(LCL)。EB病毒轉化人B淋巴細胞,其方法成熟、簡單、可行性強,且實驗材料易得,為生物醫(yī)學研究提供了無限的寶貴資源[2]。EB病毒轉化的B淋巴細胞,一方面具有B淋巴細胞特性,可用于免疫學方面的研究;另一方面又具有腫瘤細胞的某些特點,可作為腫瘤治療的藥物篩選模型及機制研究等。

    阿司匹林(aspirin)又名乙酰水楊酸(acetylsalicylic acid,ASA),是非甾體類抗炎藥的成員之一。阿司匹林自誕生之初,因其比較廉價且容易獲得,應用已達百余年,是目前在臨床上應用得最為成功和最為廣泛的化學合成藥物之一。從最初的解熱、鎮(zhèn)痛和抗炎,到心血管疾病的預防和治療,以及近年來發(fā)現的抗腫瘤作用,阿司匹林均顯示了廣闊的應用前景。阿司匹林的抗腫瘤作用越來越受到醫(yī)生和科學家們的關注。流行病學和臨床應用研究發(fā)現,阿司匹林的使用與某些腫瘤的發(fā)生率下降[3]、病人生存時間的延長可能有很大的相關性,阿司匹林可能作為腫瘤治療的一種輔助治療。目前,阿司匹林抗腫瘤的可能機制主要涉及3條途徑:血小板途徑、環(huán)氧酶依賴途徑和環(huán)氧酶非依賴途徑[4]。然而,參與阿司匹林抗腫瘤的信號途徑和分子機制還不是很清楚。

    本研究首次利用EBV轉化的人B淋巴細胞作為研究對象,探索阿司匹林的抗腫瘤機制。結果表明,阿司匹林通過抑制EBV轉化的人B淋巴細胞的增殖和誘導該細胞凋亡表現其抗腫瘤作用。mTOR信號和PU.1-Bim軸可能參與阿司匹林誘導EBV轉化的人B淋巴細胞的凋亡。這些發(fā)現為阿司匹林的臨床應用提供了一定的理論參考。

    1 材料與儀器

    1.1 藥物與試劑 EB病毒轉化的人B淋巴細胞來自中國不同民族永生化細胞庫(中國醫(yī)學科學院醫(yī)學生物學研究所醫(yī)學遺傳室)。阿司匹林購自Cayman Chemical公司;MTT購自Sigma公司;RPMI 1640培養(yǎng)基購自Cellgro公司;胎牛血清、谷氨酰胺和雙抗購自Bioind公司;PI購自Invitrogen公司;抗體S6購自Santa Cruz公司;抗體caspase-3、β-actin、pS6、PU.1、Bim、二抗Anti-rabbit IgG和Anti-mouse IgG均購自Cell Signaling Technology公司;BCA蛋白定量分析試劑盒購自Thermo公司;ECL免疫印跡底物(PierceTMECL Plus Western Blotting Substrate)購自Thermo公司。

    1.2 儀器 Tecan infinite M200 pro酶標儀(型號1208007652)購自Tecan公司;高速冷凍離心機(型號5430R)購自德國Eppendorf公司;凝膠成像系統(tǒng)(型號1702820)購自BIORAD公司;Mini-PROTEAN?Tetra電泳槽(型號165-8004)購自BIORAD公司;細胞離心涂片機(型號Shandon Cytospin 4)購自Thermo公司;制冰機(型號SIM-F140AY65)購自SANYO公司;XCell IITM Bolt Module 蛋白印跡系統(tǒng)(型號EI9014)購自Invitrogen公司;BD Biosciences FACS Calibur流式細胞儀購自BD公司。

    2 方法

    2.1 細胞培養(yǎng)和溶液配制 EB病毒轉化的人B淋巴細胞的培養(yǎng)基為RPMI 1640培養(yǎng)液(含10%胎牛血清、1%鏈霉素、1%青霉素和1%谷胺酰胺)。細胞在 37℃和5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。阿司匹林用無水乙醇配制成400 mmol·L-1的儲存液,-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

    2.2 MTT法檢測細胞增殖 細胞經阿司匹林處理后,取100 μL細胞懸液于96孔板中,每個樣品設3個復孔。每孔加入10 μL MTT吹打均勻,于37℃、5% CO2細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 h后,每孔再加入110 μL鹽酸異丙醇,充分吹打溶解沉淀,于37℃恒溫箱培養(yǎng)45 min。用酶標儀于波長570 nm測定OD值。OD 值越高說明生成的沉淀越多,細胞增殖越強。

    2.3 細胞形態(tài)學觀察 細胞經阿司匹林處理48 h后,取200 μL細胞懸液放入細胞離心涂片機的細胞漏斗中,于800 ×g轉速離心5 min后,置倒置光學顯微鏡下進行細胞形態(tài)學觀察。

    2.4 細胞超微結構觀察 細胞經阿司匹林處理48 h后,將細胞懸液轉入15 mL離心管中,于4℃、710×g離心5 min。棄上清,細胞沉淀經過固定、脫水、包埋和切片處理后,置透射電子顯微鏡觀察。

    2.5 碘化丙啶(propidium iodide,PI)染色和流式細胞術分析細胞存活率 細胞經阿司匹林處理后,分別在0、24、48、72 h取500 μL細胞懸液入流式管中,加入1 μL PI染料輕輕混勻,用流式細胞儀進行檢測。每個樣品收集3次數據,每次收集細胞數目為20 000個。取3次結果的平均數進行分析。

    2.6 檢測細胞凋亡DNA變化 細胞經阿司匹林處理24 h后,離心收集細胞(4℃、710×g離心5 min)。加入500~600 μL裂解緩沖液吹打懸浮細胞,加入RNase A (終濃度為100 g·L-1),于37℃孵育1 h,去除RNA。然后依次加入等體積量的苯酚、三氯甲烷和異戊醇(25 ∶24 ∶1)、三氯甲烷和異戊醇(24 ∶1)進行抽提和去除蛋白質。加入5.0 mol·L-1NaCl(終濃度為300 mmol·L-1)和2.5倍體積的100%乙醇后,于-20℃過夜沉淀DNA。次日,12 000×g離心30 min,用70%乙醇除去多余的鹽。純化的DNA用2%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測。

    2.7 免疫印跡法檢測蛋白表達 細胞經阿司匹林處理24 h后,收集于15 mL離心管中,于4℃、710×g離心5 min,棄上清;用1 mL預冷的1×PBS重新懸浮細胞,并轉移至1.5 mL微量離心管中,于4℃、2 000×g離心3 min,棄上清;加入50~70 μL RIPA蛋白裂解液(含蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑),于冰浴上進行30 min細胞裂解。用超聲粉碎機于10%功率超聲15 s。再于4℃、12 000×g離心10 min,將上清蛋白裂解液轉移至新的1.5 mL管。通過BCA法測定蛋白濃度,根據所測各組樣品的蛋白濃度,用RIPA蛋白裂解液將蛋白樣品稀釋成統(tǒng)一濃度(5 g·L-1),加入6×loading buffer(含β-巰基乙醇,V/V5‰)混合均勻,振蕩并瞬時離心。100℃煮沸5 min后用于實驗或-80℃保存?zhèn)溆谩8鳂悠啡〉攘康牡鞍捉?2%的SDS-PAGE膠電泳分離后,于45 V轉膜1 h或7 V轉膜過夜。膜經封閉后,加一抗(1 ∶1 000)于4°C過夜孵育。加二抗(1 ∶5 000)后于常溫孵育2.5 h。ECL顯色后,通過Biorad Image Lab照相和分析結果。

    2.8 統(tǒng)計學處理 本實驗獲得的數據利用GraphPad Prism 6軟件進行作圖和統(tǒng)計學分析(t檢驗,paired test和two-tailed)。流式細胞分析結果用Flowing software 2進行分析。

    3 結果

    3.1 阿司匹林抑制EB病毒轉化的人B淋巴細胞增殖 為了探索阿司匹林處理對EB病毒轉化的人B淋巴細胞的影響,首先通過MTT法分析了阿司匹林處理后該細胞的增殖情況。結果表明,2.5、5.0 mmol·L-1的阿司匹林處理EB病毒轉化的人B淋巴細胞后,能明顯抑制該細胞的增殖。與2.5 mmol·L-1相比,5.0 mmol·L-1的阿司匹林可能還能殺死細胞,使細胞增殖下降至基線水平之下(Fig 1)。

    3.2 阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡 為評價阿司匹林處理誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡效應,我們首先通過普通光學顯微鏡觀察阿司匹林處理后細胞形態(tài)的變化。結果發(fā)現,阿司匹林處理導致細胞的數目減少,細胞形態(tài)呈現皺縮、固化和變小(Fig 2A)。電子顯微鏡下發(fā)現,阿司匹林處理還導致細胞超微結構的改變,包括細胞核形態(tài)的變化、染色質濃縮和細胞質空泡化等現象(Fig 2B)。進一步的PI染色和流式細胞分析結果表明,阿司匹林處理也導致EB病毒轉化人B淋巴細胞的細胞膜通透性增加,細胞存活率降低(Fig 2C)。接下來,我們又通過免疫印跡法分析了阿司匹林處理后細胞凋亡相關蛋白的表達水平。結果表明,阿司匹林處理激活了EB病毒轉化的人B淋巴細胞的天冬氨酸蛋白水解酶caspase-3和DNA修復酶PARP(Fig 2D)。最后,2%瓊脂糖凝膠電泳分析細胞DNA結果表明,5.0 mmol·L-1阿司匹林處理24 h后,能引起細胞DNA明顯的彌散現象(Fig 2E)。

    Fig 1 Aspirin treatment inhibited proliferation of EBV-transformed human B lymphocytes

    *P<0.05,**P<0.01vsethanol group;##P<0.01vs2.5 mmol·L-1ASA group

    3.3 阿司匹林處理對細胞mTOR信號和PU.1-Bim軸的影響 為了進一步探討阿司匹林處理誘導細胞凋亡的可能機制,我們通過免疫印跡法首先分析了阿司匹林對細胞mTOR信號的影響。結果發(fā)現,2.5、5.0 mmol·L-1阿司匹林處理EB病毒轉化的人B淋巴細胞,均能抑制細胞S6K1和S6蛋白磷酸化水平(T389和pS6)(Fig 3A),這提示阿司匹林處理抑制了細胞的mTOR信號。此外,免疫印跡結果還顯示,阿司匹林處理抑制造血系統(tǒng)轉錄因子PU.1的蛋白表達水平,誘導促凋亡蛋白Bim的表達(Fig 3B),這提示PU.1-Bim軸可能與阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞的凋亡相關。

    3.4 Rapamycin和阿司匹林聯合用藥對EBV轉化人B淋巴細胞的協(xié)同效應 前面的結果已表明,mTOR可能參與阿司匹林誘導EBV轉化人B淋巴細胞凋亡。這促使我們提出了一個假說:聯合mTOR抑制劑和阿司匹林是否可以產生協(xié)同作用?為了驗證這一假說,我們用不同濃度的mTOR抑制劑Rapamycin和不同濃度的阿司匹林聯合處理EBV轉化人B淋巴細胞24 h后,通過MTT法分析藥物處理對細胞增殖的影響。結果表明,如果聯合用藥處理,2.5 mmol·L-1阿司匹林和2.5 μmol·L-1的Rapamycin就能產生比單獨應用10 μmol·L-1的Rapamycin還強的細胞增殖抑制作用(Fig 4)。這一研究結果也進一步表明,mTOR信號途徑可能參與阿司匹林誘導EBV轉化的人B淋巴細胞的增殖抑制作用。

    4 討論

    EB病毒轉化的人B淋巴細胞不僅能作為人類遺傳資源的一種保存方法[5],它還是研究細胞凋亡和抗腫瘤藥物很好的細胞模型[6]。本研究利用EB病毒轉化的人B淋巴細胞所建立的細胞系,首次探討阿司匹林抗腫瘤的分子機制。結果表明,阿司匹林通過抑制EB病毒轉化的人B淋巴細胞的增殖和誘導該細胞凋亡表現其抗腫瘤作用,mTOR信號和PU.1-Bim軸可能參與阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡。聯合mTOR信號抑制劑和阿司匹林處理EB病毒轉化的人B淋巴細胞可以產生一定的協(xié)同效應,有望降低藥物的毒副作用。

    阿司匹林的臨床藥理作用通常認為是鎮(zhèn)痛、解熱、抗炎以及抗血栓等,認為主要是通過抑制COX-2酶活性和影響血小板的形成等機制。近來,大量的流行病學和臨床研究表明,阿司匹林的使用能降低腫瘤發(fā)生的風險性,對腫瘤的發(fā)生有一定的預防作用[7-8]。另外,阿司匹林在腫瘤治療方面還起一定的佐劑效應,能改善病程[9]。由于阿司匹林還沒有被批準作為臨床抗腫瘤藥物,因此這些報道中阿司匹林的使用劑量都是按照抗心血管疾病的用量。體外抗腫瘤作用研究表明,阿司匹林對肺腺癌SPCA-1 細胞有較強的抑制作用, 表現為SPCA-1細胞的G0/G1期和G2/M期比例明顯升高, S期比例下降以及凋亡細胞增多[10]。本研究結果表明,5.0 mmol·L-1阿司匹林就能明顯抑制EB病毒轉化的B淋巴細胞增殖和誘導細胞凋亡。不同的細胞對阿司匹林處理的敏感性不一樣,對于神經內分泌細胞,5.0 mmol·L-1阿司匹林處理72 h后才表現明顯的抑制作用[11]。然而,對于人膠質瘤細胞,8.0 mmol·L-1的阿司匹林才抑制細胞的增殖和誘導細胞凋亡[12]。本研究中的阿司匹林作用動態(tài)結果表明,5.0 mmol·L-1的阿司匹林處理EB病毒轉化的人B淋巴細胞后24 h就出現明顯的抑制效應。

    Fig 2 Aspirin treatment induced apoptosis in EBV-transformed human B lymphocytes

    A: The morphology of aspirin-treated EBV-transformed human B lymphocytes. Figures in each column randomly created from three different fields;B: Ultramicroscopic structure of human B lymphocytes treated by aspirin. Figures in each row randomly created from three different fields;C:Viability of aspirin-treated EBV-transformed B lymphocytes by flow cytometric analysis; D: Expression of apoptosis-associated proteins in aspirin-treated EBV-transformed human B lymphocytes; E: Detection of DNA smear via agarose electrophoresis.△△P<0.01vsNon group;**P<0.01vsethanol group;##P<0.01vs2.5 mmol·L-1ASA group

    本研究選用EB病毒轉化的人B淋巴細胞作為細胞模型的意義在于:首先,該細胞可以作為造血系統(tǒng)異常相關的淋巴瘤模型,而PU.1是一個起多重作用的造血系統(tǒng)轉錄因子[13],它可以通過結合到促凋亡蛋白Bim的啟動子上,調節(jié)該蛋白的表達,從而調控細胞的生長[14];其次,EB病毒感染通過改變細胞的多個信號通路,促進細胞生長和永生化,如EBV感染抑制了促凋亡蛋白Bim的表達[15],從而使細胞具有抗凋亡作用而永生化成為細胞系;EBV的LMP2A蛋白通過激活mTOR信號調節(jié)鼻咽癌細胞的生長[16]。因此,本文就選用mTOR信號通路和PU.1-Bim作為阿司匹林抗腫瘤的研究靶點。阿司匹林處理抑制了細胞蛋白S6K1和S6的磷酸化水平,這顯示阿司匹林能抑制EBV轉化的人B淋巴細胞的mTOR信號途徑,可能與細胞凋亡有關。同時本研究也揭示,阿司匹林處理能降低PU.1的蛋白表達水平,誘導促凋亡蛋白Bim的表達,提示PU.1-Bim軸可能參與阿司匹林誘導的細胞凋亡過程。據我們所知,本研究是首次發(fā)現阿司匹林處理抑制EB病毒轉化的人B淋巴細胞的mTOR信號和轉錄因子PU.1的表達,并促進促凋亡蛋白Bim激活,從而誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡。然而,PU.1-Bim軸對于阿司匹林誘導EB病毒轉化的人B淋巴細胞凋亡是否是必需的,還有待進一步研究。

    Fig 3 mTOR signal pathway and PU.1-Bim axis in EBV-transformed human B lymphocytes treated by aspirin Western blot was used to evaluate expression levels of proteins in mTOR signaling pathway(A) and PU.1-Bim axis(B) in aspirin-treated EBV-transformed human B lymphocytes.

    Fig 4 Effects of combination of aspirin and rapamycin on proliferation of EBV-transformed human B cells

    *P<0.05,**P<0.01vs2.5 mmol·L-1ASA+2.5 μmol·L-1rapamycin group

    (致謝:本研究所有實驗均在中國醫(yī)學科學院醫(yī)學生物學研究所感染與免疫研究室完成,感謝科室所有老師和同學的幫助和支持!)

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    Mechanisms of aspirin-induced apoptosis in EBV-transformed human B lymphocytes

    TAO Yu-fen, LIU Bo, LI Chao, LI Xin-tong, LIU Jian-sheng, YANG Zhao-qing, LIU Hong-qi

    (InstituteofMedicalBiology,ChineseAcademyofMedicalScience&PekingUnionMedicalCollege,Kunming650118,China)

    Aim To investigate the effects of aspirin on Epstein-Barr virus(EBV)-transformed human B-lymphocytes. Methods EBV-transformed human B-lymphocytes were treated with certain concentrations of aspirin. Cellular proliferation was analyzed by MTT assay. Further evaluation of apoptosis of aspirin-treated cells was performed through light-field microscope, transmission electronic microscope(TEM), propidium iodide(PI) staining and flow cytometric analysis and DNA electrophoresis. Finally, immunoblot analysis was used to determine the expression levels of apoptosis-associated proteins, proteins involved in mTOR pathway and PU.1-Bim axis.Results Aspirin treatment inhibited proliferation of EBV-transformed human B-lymphocytes. We observed that aspirin treatment induced apoptosis in EBV-transformed human B-lymphocytes, resulting in the decreased number and size of cells. Ultramicroscopic structural analysis via TEM indicated that aspirin treatment deformed the cellular nucleus, and led to peripheral chromatin and cytoplasmic vacuole. PI staining and flow cytometric analysis indicated that aspirin increased the permeability of cell membrane and decreased the viability of treated cells. Agarose electrophoresis revealed DNA smear in aspirin-treated cells. Mechanistically, mTOR signaling was inhibited in aspirin-treated cells, as evidenced by the decreased phosphorylation of S6K1 and S6 via immunoblot analysis. Aspirin treatment led to the decrease of hematopoietic transcription factor PU.1.Consequently, pro-apoptotic Bim, apoptosis-associated proteins caspase-3 and PARP were activated in aspirin-treated cells.Conclusion Aspirin may show anti-lymphoma effects via its inhibition of proliferation and induction of apoptosis of EBV-transformed human B-lymphocytes, in which mTOR signal pathway and PU.1-Bim axis may be involved.

    aspirin; EBV-transformed human B-lymphocytes; apoptosis; mTOR; PU.1-Bim axis;anti-tumor

    時間:2017-1-13 11:38:00

    http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170113.1138.018.html

    2016-11-15,

    2016-12-17

    國家自然科學基金資助項目(No 81571549);云南省應用基礎研究計劃項目(No 2013FZ143);云南省重點新產品開發(fā)專項項目(No 2016BC004);醫(yī)學生物學研究所重點項目(No 2014IMB03ZD)

    陶玉芬(1974-),女,碩士,研究方向:炎癥、感染和免疫學,E-mail:taoyufen@imbcams.com.cn; 劉紅旗(1973-),男,博士,副研究員,研究方向:炎癥、感染和免疫學,通訊作者,E-mail: lhq@imbcams.com.cn

    10.3969/j.issn.1001-1978.2017.02.009

    A

    1001-1978(2017)02-0185-06

    R331.125;R329.25;R373;R979.1

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