蝎毒多肽逆轉(zhuǎn)白血病干細(xì)胞多藥耐藥作用的研究

楊向東+王興麗+楊文華+趙磊+顏田賅

[摘要] 該實(shí)驗(yàn)采用BALB/c小鼠多藥耐藥（MDR）白血病模型，觀察蝎毒多肽（PESV）對(duì)小鼠瘤體MDR白血病干細(xì)胞（LSC）P-gp（P-gp）蛋白上游信號(hào)的影響，研究PESV逆轉(zhuǎn)白血病干細(xì)胞（LSC）多藥耐藥的效果及機(jī)制；同時(shí)通過流式細(xì)胞術(shù)，RT-PCR，Western blot，Elisa法分別檢測(cè) P-gp，MDR1 mRNA，PI3-K，NF-κB表達(dá)，并通過組織病理學(xué)方法檢測(cè)小鼠肝臟、脾臟等。結(jié)果顯示，正常對(duì)照組小鼠無明顯變化，其余6組小鼠均出現(xiàn)弓背、消瘦等表現(xiàn)，肝臟腫大，肝內(nèi)均出現(xiàn)炎癥壞死；PESV下調(diào)小鼠瘤塊中LSC細(xì)胞膜P-gp，PI3K蛋白表達(dá)下調(diào)；胞漿中MDR1 mRNA表達(dá)在PESV低劑量組顯著下降，在中、高劑量組出現(xiàn)不同程度的升高；PESV顯著降低LSC細(xì)胞核內(nèi)NF-κB因子水平。PESV具有明顯下調(diào)P-gp上游信號(hào)PI3K/NF-κB/MDR1的作用，在一定程度上增強(qiáng)了LSC對(duì)化療藥物阿霉素（ADM）的敏感度，從而闡述了PESV逆轉(zhuǎn)LSC多藥耐藥的可能機(jī)制之一，為PESV聯(lián)合抗腫瘤作用的進(jìn)一步研究提供了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 蝎毒多肽；多藥耐藥；BALB/c小鼠模型；P-gp上游信號(hào)

[Abstract] Using the BALB/c mouse multidrug resistance model of leukemia，the effect of peptide extract from scorpion venom （PESV） to the upstream signal factors of P-gp of MDR leukemia stem cells on the mouse tumor block was observed，and the mechanism of PESV to reverse the MDR of LSC was studied. At the same time，the expression of P-gp，MDR1 mRNA and PI3-K，NF-κB were respectively detected through flow cytometry，RT-PCR，Western blot and Elisa，and the mouse liver，spleen were examined via histopathological methods. The results of the experiment were as follows： mice of the control group didnt show any obvious changes，while mice of the other six groups all showed arched back，emaciation，liver swell，and inflammation was found in all liver tissue. The expression level of P-gp and PI3K on the LSC membrane of mouse tumor block was down-regulated；the expression of MDR1 mRNA in the cytoplasm was obviously down in the PESV low dose group，and which was inordinately up in the middle dose group and the high dose group. The expression level of NF-κB in the leukemia stem cell nucleus remarkably decreased. PESV had a outstanding role of down-regulating PI3K，NF-κb，MDR1 which were all upstream factors of P-gp，and to a certain degree enhanced the sensitivity of LSC to ADM. Therefore，this experiment explained one of the mighty mechanism of PESV to reverse MDR of LSC，and provided a foundation to further study of combinational anti-cancer effects of PESV.

[Key words] peptide extract from scorpion venom （PESV）；MDR；BALB/c mouse model；upstream signal factors of P-gp

doi：10.4268/cjcmm20162426

白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物產(chǎn)生多藥耐藥（multidrug resistance，MDR）現(xiàn)象是急性白血病（acute leukemia，AL）化療失敗及復(fù)發(fā)的主要原因之一[1]。MDR是指腫瘤細(xì)胞接觸一種化療藥物產(chǎn)生耐藥的同時(shí)，對(duì)多種結(jié)構(gòu)不同、作用機(jī)制各異的其他化療藥物也產(chǎn)生交叉耐受性。白血病細(xì)胞產(chǎn)生MDR現(xiàn)象較常見的機(jī)制是磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）受到細(xì)胞因子、藥物等配體活化后，促使生成磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI），PI作為細(xì)胞內(nèi)的第二信使活化蛋白激酶B（protein kinase，PKB又稱AKT）[2]，AKT磷酸化下游核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear facter，NF-κB），活化的NF-κB啟動(dòng)多藥耐藥基因（multidrug resistance 1，MDR1），MDR1轉(zhuǎn)錄后的mRNA表達(dá)其編碼的P-糖蛋白（P-glycoprotien，P-gp），P-gp可以利用水解ATP的能量將各種藥物從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，降低藥物在細(xì)胞內(nèi)的濃度，并使其細(xì)胞毒作用減弱直至消失[3]，這樣形成以P-gp上游信號(hào)PI3K/AKT/NF-κB/MDR1介導(dǎo)為主的白血病細(xì)胞MDR通路。所以迫切需要模擬MDR的LSC（leukemia stem cells）在體內(nèi)生物學(xué)特征，課題組系統(tǒng)回顧文獻(xiàn)，從實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、可操作性角度出發(fā)比較尾靜脈、腹腔、皮下注射和瘤塊包埋4種成模MDR白血病模型方法，以便同道參考。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)蝎毒多肽（peptide extract from scorpion venom，PESV）可以通過上調(diào)DNR（daunorubicin）損傷細(xì)胞的PTEN基因、tie-2基因表達(dá)改變KG1α干細(xì)胞凋亡與分化[4]，也有研究表明PTEN基因上調(diào)Bax等多種信號(hào)分子逆轉(zhuǎn)K562/ADM細(xì)胞的MDR現(xiàn)象[5]，這提示PESV有逆轉(zhuǎn)白血病細(xì)胞耐藥的可能，因此探討PESV是否是通過調(diào)節(jié)P-gp 上游信號(hào)PI3K/NK-κB/MDR1實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)白血病干細(xì)胞MDR。

1 材料

臺(tái)式高速離心機(jī)（LG16-W，北京京立離心機(jī)有限公司）；CO₂培養(yǎng)箱（NAPCO MODEI 5410）；倒置顯微鏡（OLYMPUS IM）；流式細(xì)胞儀（C6，美國(guó)BD公司）；萊卡石蠟包埋機(jī)EG1150（北京長(zhǎng)恒榮創(chuàng)科技有限公司）；全波長(zhǎng)掃描酶標(biāo)儀（Thermo Scientific公司）。

采用電刺激東亞蝎尾采集新鮮毒液，經(jīng)高速離心分離，真空干燥制成蝎毒干粉，-20 ℃保存。從蝎毒凍干粉中按文獻(xiàn)[7]方法提取蝎毒多肽，含50～60氨基酸的多肽混合物，相對(duì)分子質(zhì)量6 000～7 000，純度89.1%，耐熱，pH穩(wěn)定，使用前用0.9%氯化鈉溶液溶解稀釋到所需濃度。

細(xì)胞株采用經(jīng)典髓系白血病耐ADM的K562/A02細(xì)胞株[6]，由中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病研究所提供。BALB/c小鼠，雌性，6～7周齡，體重18～22 g，共計(jì)40只，購(gòu)自北京華阜康動(dòng)物公司，動(dòng)物許可證號(hào)SCXK（京）2014-0004，在SPF級(jí)環(huán)境下飼養(yǎng)，采用濾膜飼養(yǎng)籠，裸鼠所需飼料、飲水及其他物品均高壓滅菌。

RPMI-1640培養(yǎng)基（HyClone公司）；10%胎牛血清（Gibco公司）；PE Mouse Anti-Human CD34 Antibody（美國(guó)BD公司）；FITC Mouse Anti-Human CD38 Antibody（美國(guó)BD公司）；CD34 Micro Bead Kit-Human（MiltenyiBiotec公司）；CD38 Micro Bead Kit-Human（MiltenyiBiotec公司）；MACS分選架及 LD、MS柱（MiltenyiBiotec公司）；CCK-8試劑盒（索羅門生物科技有限公司）；Elisa檢測(cè)試劑盒（美國(guó)BD公司）；Western blot檢測(cè)試劑盒（北京世紀(jì)康為公司）；RT-PCR試劑盒（北京康為世紀(jì)公司），MDR1基因引物序列[8]：上游引物5′-CCCATCATTGCAATAGCAGG-3′，下游引物5′-GTTCAAACTTCTGCTCCTGA-3′；內(nèi)參照β-actin引物序列：上游引物5′-TGACGGGGTCACCCACACTGTGCCCATCTA-3′，下游引物5′-CTAGAAGCATTTGCGGTGGACGATGGAGGG-3′。

2 方法

2.1 K562/A02干細(xì)胞分選培養(yǎng) 常規(guī)復(fù)蘇液氮凍存K562/A02細(xì)胞，置于含15%胎牛血清的RPMI-1640（100 U·mL^-1青霉素和100 g·L^-1鏈霉素）培養(yǎng)基中常規(guī)培養(yǎng)，每3～4 d傳代1次。培養(yǎng)條件：5% CO₂，37 ℃恒溫培養(yǎng)箱。采用免疫磁珠法分選K562/A02干細(xì)胞，收集1×10⁸個(gè)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的K562/A02細(xì)胞，嚴(yán)格按照 MACS 磁珠分選說明書進(jìn)行，經(jīng)流式細(xì)胞儀分析樣本中1×10⁴個(gè)細(xì)胞中的陽性細(xì)胞數(shù)，鑒定后實(shí)驗(yàn)備用。

2.2 動(dòng)物造模建立及分組給藥 實(shí)驗(yàn)先選取5只雌性BALB/c小鼠，經(jīng)皮下注射K562/A02干細(xì)胞，每次間隔3 d，每次注射0.2 mL（5×10⁷個(gè)/mL），形成皮下瘤塊備用。再將35只BALB/c小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組，模型組，ADM組，PESV組，ADM+PESV高、中、低劑量組。除正常對(duì)照組外各組照射后，經(jīng)包埋穿刺針接種0.2 cm×0.2 cm大小瘤塊1處。成模后，對(duì)照組予0.9%氯化鈉溶液腹腔注射，其余各組予腹腔注射ADM和（或）PESV。ADM腹腔注射0.05 mg（按成人40 mg·m^-2·d^-1換算）隔日1次，第1，3，5，7，9，11，13天，PESV按高、中、低（5，1，0.2 μg）劑量腹腔注射每天1次，給藥14 d，PESV組PESV劑量同中劑量組。第21天頸椎脫臼處死小鼠。

2.3 白血病多藥耐藥小鼠模型鑒定 BALB/c小鼠頸椎脫臼處死，抽吸復(fù)沖骨髓制備骨髓細(xì)胞懸液，取1×10⁶個(gè)細(xì)胞分別加入CD34，CD117，CD45抗體，常溫孵育15 min；離心，棄上清，上機(jī)檢測(cè)白血病抗原，計(jì)數(shù)小鼠骨髓內(nèi)白血病干細(xì)胞。剪取瘤組織，加入100 μL膠原酶消化（37 ℃，30 min），過濾，離心洗滌。收集小鼠骨髓細(xì)胞梯度接種于96孔板（A～H，1～3），每梯度設(shè)3個(gè)平行孔。培養(yǎng)72 h后向每孔加入8 μL CCK-8溶液，37 ℃孵育20 min后，用酶標(biāo)儀測(cè)定在450 nm處的吸光度（A）及計(jì)算細(xì)胞IC₅₀。頸椎脫臼法處死BALB/c小鼠，應(yīng)用無菌手術(shù)器械解剖，取肝臟放入10%甲醛中固定；梯度乙醇脫水，二甲苯浸泡，石蠟包埋，切片，中性樹膠加蓋玻片封片，鏡檢。

2.4 流式細(xì)胞術(shù)P-gp檢測(cè) 剪取1 g中心部位的瘤組織，PBS（0.01 mol·L^-1，pH 7.0～7.2）沖洗3次，同組標(biāo)本混合。將組織充分剪碎，加入100 μL膠原酶消化（37 ℃，30 min），過濾。加1 mL PBS，混勻，過濾，離心洗滌2遍（2 000 r·min^-1，5 min），計(jì)數(shù)。取1×10⁶個(gè)細(xì)胞，加入5 μL FITC M-H P-gp抗體，避光，4 ℃孵育30 min。加1 mL PBS洗滌（2 000 r·min^-1，5 min），上機(jī)檢測(cè)。

2.5 RT-PCR檢測(cè)MDR1 mRNA表達(dá) 剪取1 g中心部位的瘤組織，PBS沖洗3次，同組標(biāo)本混合。用Trizol法提取移植瘤總RNA，然后按第一鏈合成試劑盒逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。將得到的cDNA模板用去離子水稀釋5～10倍后用于Real-time PCR，反應(yīng)體系50 μL（PCR Master Mix 25 μL，F(xiàn)orward Primer 2 μL，Reverse Primer 2 μL，Template cDNA 1 μL，PCR Enhancer 10 μL，RNase-Free Water up to 10 μL）；反應(yīng)條件為95 ℃預(yù)變性5 min；95 ℃變性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，40個(gè)循環(huán)；72 ℃終延伸5 min。設(shè)β-actin為管家基因，同時(shí)檢測(cè)。

2.6 Western blot法檢測(cè)PI3K蛋白 剪取1 g中心部位的瘤組織，加1 mL液氮研磨，200 μL蛋白裂解液，吹打混勻，取上清總蛋白，采用BCA方法測(cè)蛋白濃度。樣本煮沸轉(zhuǎn)移蛋白至PVDF，0.5%脫脂牛奶室溫封閉PVDF膜1 h，分別加入一抗40 ℃孵育過夜，0.1% TEST洗膜3次，室溫孵育加入二抗1 h，TBST洗膜3次，加ECL發(fā)光劑后顯影。

2.7 Elisa法檢測(cè)NF-κB含量 剪取1 g中心部位的瘤組織，預(yù)冷研磨，5 000×g離心5 min，留取上清。嚴(yán)格按照試劑盒說明書步驟，在酶標(biāo)板分別設(shè)標(biāo)準(zhǔn)孔、待測(cè)樣品孔、空白孔，依次加A液、B液。終止反應(yīng)后用酶標(biāo)儀在450 nm 波長(zhǎng)測(cè)量各孔的吸光度（A），通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算NF-κB濃度。

2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料用±s表示，先行方差齊性檢驗(yàn)和正態(tài)性檢驗(yàn)，再行組間均數(shù)F檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。組間比較采用單因素方差分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 K562/A02干細(xì)胞耐藥性 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期K562/A02細(xì)胞，流式細(xì)胞儀檢測(cè)CD34⁺CD38^-細(xì)胞占31.5%，見圖1a，經(jīng)免疫磁珠分選后CD34⁺CD38^-細(xì)胞比例為92.8%，見圖1b，分選后K562/A02細(xì)胞干性顯著性提高。

3.2 BALB/c小鼠成模情況 BALB/c小鼠接種K562/A02細(xì)胞21 d后，正常組無白血病表現(xiàn)，其他各組100%出現(xiàn)不同程度白血病表現(xiàn)：消瘦、弓背癥狀、皮下包塊。檢測(cè)小鼠骨髓單個(gè)核細(xì)胞中CD34⁺CD117⁺表達(dá)23.4%，小鼠腫瘤包塊細(xì)胞耐ADM的IC₅₀為（25.32±10.77）mg·L^-1，耐藥指數(shù)17.83。小鼠肝臟腫大，肝內(nèi)均出現(xiàn)炎癥壞死，見圖2。

3.3 P-gp檢測(cè)LSC細(xì)胞膜上P-gp表達(dá) 給藥后，BALB/c小鼠瘤塊細(xì)胞膜上P-gp表達(dá)比較見表1，圖3，與模型組比較，ADM+PESV高、中、低劑量組P-gp降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；分別與ADM組和PESV組比較，ADM+PESV高劑量組P-gp均明顯降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

3.4 多藥耐藥基因MDR1 mRNA表達(dá)情況 本次相對(duì)定量RT-PCR檢測(cè)將各組2^-ΔΔCt測(cè)定值相對(duì)模型組的結(jié)果比較，設(shè)2^-ΔΔCt測(cè)定值≥5的定為高表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)得K562/A02干細(xì)胞的MDR1 mRNA基因表達(dá)量PESV組>低劑量組>高劑量組>中劑量組>ADM組，其中PESV組、中劑量組、低劑量組高表達(dá)，見表2。

3.5 BALB/c小鼠瘤塊細(xì)胞PI3K蛋白水平 PI3K蛋白在ADM組、PESV組表達(dá)上調(diào)，在ADM+PESV組表達(dá)下調(diào)，下調(diào)強(qiáng)度從高到低依次為高劑量組>中劑量組>低劑量組，見圖4。

3.6 BALB/c小鼠瘤塊細(xì)胞NF-κB因子水平比較 標(biāo)準(zhǔn)曲線：使用專業(yè)制作曲線軟件curve expert 1.30進(jìn)行分析，以標(biāo)準(zhǔn)品的濃度為縱坐標(biāo)（Y），A為橫坐標(biāo)（X），依據(jù)回歸方程R²繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線。用標(biāo)準(zhǔn)物的濃度與A計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式，將樣品的A代入方程式，計(jì)算出樣品濃度。R²=0.999 6，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=25.992X-0.189 8。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出NF-κB分析結(jié)果，與模型組比較，PESV組、ADM+PESV高劑量組NF-κB水平下調(diào)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；ADM組及ADM+PESV中、低劑量組NF-κB水平比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；與ADM組和PESV組比較，ADM+PESV高劑量組NF-κB水平均下調(diào)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表3。

4 討論

目前研究表明白血病化療緩解率低、短期內(nèi)復(fù)發(fā)是因?yàn)榘籽〖?xì)胞對(duì)化療藥物不敏感，尤其白血病細(xì)胞產(chǎn)生MDR阻礙了化療治愈白血病。盡管MDR機(jī)制極其復(fù)雜[9]，但P-gp是 MDR效應(yīng)的終末活性主要蛋白，編碼在人類MDR1基因，MDR1 cDNA位于人類7號(hào)染色體的q21.1帶上，編碼4.5～5.0 kb mRNA，長(zhǎng)4 669 bp，其第179～3 840 bp為可讀區(qū)，起始密碼為ATG，共編碼1 280個(gè)氨基酸殘基，經(jīng)折疊修飾后形成定位于細(xì)胞質(zhì)和高爾基體的P-gp[10]。兩者是P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的重要場(chǎng)所，整個(gè)分子由幾乎完全相同的2個(gè)亞基構(gòu)成，每部分具有6個(gè)跨膜區(qū)和1個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)，構(gòu)成ABC超家族中P-gp藥物泵降低細(xì)胞內(nèi)化療藥物濃度[11]。白血病細(xì)胞表面的酪氨酸蛋白激酶受體（receptor tyrosine kinases，RTK）通過接收胞外多種生長(zhǎng)因子如胰島素（insulin）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）、人生長(zhǎng)因子（HGF）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF） 等配體信號(hào)刺激而被激活，激活的RTK通過PI3K將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)激活A(yù)KT。AKT屬于PI3K重要的下游分子，包括AKT1，AKT2和AKT3至少3種形式[12]，其中AKT1促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活；AKT2參與胰島素調(diào)節(jié)的糖類物質(zhì)代謝；AKT3則對(duì)細(xì)胞的數(shù)目以及大小起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。ATK激活I(lǐng)κB激酶（IKKα）進(jìn)而導(dǎo)致NF-κB的抑制劑IκB的降解，使NF-κB從細(xì)胞質(zhì)中釋放出來進(jìn)行核轉(zhuǎn)位，NF-κB與MDR1基因啟動(dòng)子結(jié)合，MDR1的DNA完成mRNA轉(zhuǎn)錄，這樣白血病MDR的PI3K/NF-κB/MDR1細(xì)胞信號(hào)通路激活。

PESV是蝎毒多肽提取物的簡(jiǎn)稱，是由蝎毒凍干粉經(jīng)葡聚糖凝膠，收集蝎毒Ⅲ～Ⅳ蛋白峰，再進(jìn)行陽離子交換色譜而成。PESV組分Ⅲ通過下調(diào)bcl-2基因和激活caspase-3途徑促進(jìn)人肝癌細(xì)胞株Hep G2的凋亡[13]，PESV組分Ⅳ作用及機(jī)制尚未明確。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PESV和ADM能夠獨(dú)立同步上調(diào)上游信號(hào)通路中PI3-K蛋白、NF-κB因子、MDR1 mRNA表達(dá)；當(dāng)PESV和ADM聯(lián)合應(yīng)用時(shí)能夠同步下調(diào)上游信號(hào)通路中PI3-K蛋白、NF-κB因子、MDR1 mRNA表達(dá)，表達(dá)水平與PESV劑量呈正相關(guān)；提示了PESV對(duì)ADM作用后的白血病細(xì)胞的PI3-K蛋白、NF-κB因子、MDR1 mRNA表達(dá)具有下調(diào)作用，換而言之，PESV提高白血病細(xì)胞對(duì)ADM的敏感性，或是PESV逆轉(zhuǎn)白血病細(xì)胞的MDR。大黃蟄蟲丸含藥血清可能通過抑制PI3K/AKT信號(hào)通路激活實(shí)現(xiàn)了對(duì)白血病K562細(xì)胞抑制的增殖，誘導(dǎo)凋亡且將細(xì)胞阻滯于G0/G₁期，呈濃度依賴性[14]。植物雌激素毛蕊異黃酮處理T24細(xì)胞后，P-Akt/Akt比值下降，提示毛蕊異黃酮可以抑制PI3K/Akt通路的活性，當(dāng)采用不同濃度毛蕊異黃酮作用時(shí)P-Akt/Akt比值下降顯著性差異 [15]。本研究與以上學(xué)者的研究結(jié)果是一致的，但多藥耐藥信號(hào)通路PI3K/NF-κB/MDR1所涉及細(xì)胞因子多，蛋白磷酸化、基因甲基化等方面細(xì)節(jié)尚需進(jìn)一步研究探討。

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[責(zé)任編輯 馬超一]