黃 曄, 廖 陽, 沈楊炳, 馮依力
(1浙江省皮膚病防治研究所藥劑科, 浙江 湖州 313200; 2浙江中醫(yī)藥大學(xué), 浙江 杭州 310053; 3浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院, 浙江 杭州 310016)
胃癌是發(fā)病率最高的消化道惡性腫瘤,手術(shù)是治療胃癌最有效的治療手段。然而由于胃癌的早期癥狀不明顯,而且腫瘤轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng),因此不少胃癌患者在確診時(shí)腫瘤發(fā)展已經(jīng)處于中晚期,嚴(yán)重影響手術(shù)的治療效果[1-2]。對(duì)于這些中晚期胃癌患者而言,化療是不可替代的重要治療方法。然而大劑量的化療藥物對(duì)患者有很大的副作用,患者順應(yīng)性較差,而且大劑量化療藥物的使用容易造成腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的抵抗[3-4]。因此聯(lián)合應(yīng)用一些輔助治療藥物降低化療藥物的劑量并提高化療藥物的抗腫瘤活性具有十分重要的意義。
5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil)是目前治療胃癌的一線化療藥物,具有廣譜的抗腫瘤活性。5-氟尿嘧啶是一種DNA致?lián)p藥物,能干擾腫瘤細(xì)胞DNA的合成,從而阻斷腫瘤細(xì)胞DNA的復(fù)制和修復(fù),并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入凋亡程序。盡管5-氟尿嘧啶對(duì)胃癌有較好的治療效果,然而它的副作用也較大,病人的順應(yīng)性較低[5-7],因此降低5-氟尿嘧啶的使用劑量并提高胃癌細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性是提高化療效果并改善患者順應(yīng)性的有效方法。
槲皮素(quercetin)是一種天然黃酮類化合物,具有很好的抗氧化和抗炎作用,近幾年的研究表明,槲皮素還有一定的抗腫瘤效應(yīng),能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)凋亡信號(hào)通路的敏感性[8]。然而,槲皮素是否對(duì)胃癌的化療有輔助治療作用至今還未有充分報(bào)道。本研究的目的在于探討槲皮素是否能增強(qiáng)5-氟尿嘧啶對(duì)胃癌細(xì)胞的凋亡誘導(dǎo)活性并研究其機(jī)制。
1細(xì)胞培養(yǎng)
人胃癌細(xì)胞系BGC-823購于美國模式培養(yǎng)物保存中心(American Type Culture Collection,ATCC),在含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基中培養(yǎng),置于37 °C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)并通入5% CO2。
2實(shí)驗(yàn)試劑
5-氟尿嘧啶、槲皮素、MTT和凋亡檢測試劑盒購于Sigma-Aldrich; RPMI-1640培養(yǎng)基購于Gibco;蛋白G免疫共沉淀瓊脂糖珠及抗c-Jun、p-c-Jun、活化轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor,ATF)2、Bcl-xL、細(xì)胞色素C(cytochrome C)、caspase-9、caspase-3和GAPDH抗體購于Santa Cruz;ECL試劑盒購于Pierce; pcDNA3.1和Lipofectamine 2000購于Invitrogen。
3方法
3.1c-Jun重組質(zhì)粒的構(gòu)建和轉(zhuǎn)染 人類c-jun基因的開放閱讀框架序列經(jīng)PCR擴(kuò)增后以分子克隆的方法與pcDNA3.1連接,構(gòu)建成c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒,分別將2 mg/L空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒用Lipofectamine 2000進(jìn)行包裹,后將其加入到無血清培養(yǎng)基混合。將BGC-823細(xì)胞接種在6孔板上孵育過夜,后于培養(yǎng)板中加入上述含質(zhì)粒和Lipofectamine 2000的無血清培養(yǎng)基中孵育6 h,之后棄去該無血清培養(yǎng)基并加入新鮮的含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h。
3.2細(xì)胞活力的檢測 前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,槲皮素單獨(dú)處理對(duì)BGC-823細(xì)胞的殺傷活性較弱,其半抑制濃度(half maximal inhibitory concentration,IC50)需達(dá)到225 μmol/L,臨床上很難實(shí)現(xiàn),因此將槲皮素作為輔助治療藥物,測試10 μmol/L槲皮素對(duì)5-氟尿嘧啶的協(xié)同作用。另外,預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,將BGC-823細(xì)胞暴露于槲皮素48 h能充分發(fā)揮其對(duì)5-氟尿嘧啶的協(xié)同殺傷活性,因此,本實(shí)驗(yàn)選擇48 h作為5-氟尿嘧啶聯(lián)合槲皮素對(duì)BGC-823細(xì)胞的作用時(shí)間。在進(jìn)行5-氟尿嘧啶和槲皮素的聯(lián)合治療前,分別將轉(zhuǎn)染了空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒的BGC-823細(xì)胞按每孔5×103的密度接種在96孔板上孵育過夜,之后用0~5 μmol/L 5-氟尿嘧啶及10 μmol/L的槲皮素處理腫瘤細(xì)胞48 h。藥物處理完畢后在培養(yǎng)基中加入20 mL MTT (5 g/L),37 °C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h,移除孔內(nèi)培養(yǎng)基,加入100 μL DMSO,570 nm波長下測定吸光度(A)值。細(xì)胞活力結(jié)果用藥物處理組與對(duì)照(control)組的A值比值表示。根據(jù)MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制細(xì)胞活力隨5-氟尿嘧啶濃度變化的曲線,根據(jù)曲線計(jì)算5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞的IC50。
3.3無線粒體的細(xì)胞質(zhì)分離 分別將空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的BGC-823細(xì)胞用2 μmol/L的5-氟尿嘧啶及10 μmol/L的槲皮素處理48 h。藥物處理完畢后用線粒體分離試劑盒按試劑說明書步驟將BGC-823細(xì)胞中的線粒體從細(xì)胞質(zhì)中分離出來,取無線粒體的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行后續(xù)的Western blot實(shí)驗(yàn)。
3.4Western blot實(shí)驗(yàn) 分別將空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的BGC-823細(xì)胞用2 μmol/L的5-氟尿嘧啶及10 μmol/L的槲皮素處理48 h。藥物處理完畢后提取BGC-823細(xì)胞中的總蛋白質(zhì)。將等量的總蛋白質(zhì)用12.5% SDS-PAGE進(jìn)行分離。分離完畢后通過電轉(zhuǎn)方法將蛋白質(zhì)從分離膠上轉(zhuǎn)到PVDF膜上,用抗c-Jun、p-c-Jun、ATF2、Bcl-xL、cytochrome C、caspase-9、caspase-3和GAPDH抗體孵育過夜,之后再用帶辣根過氧化物酶的Ⅱ抗孵育2 h,蛋白條帶用ECL試劑盒顯色發(fā)光。目的蛋白的相對(duì)表達(dá)用目標(biāo)蛋白灰度值與GAPDH灰度值的比值表示,蛋白灰度值分析用ImageJ軟件處理。
3.5免疫共沉淀實(shí)驗(yàn) 分別將空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的BGC-823細(xì)胞用2 μmol/L的5-氟尿嘧啶及10 μmol/L的槲皮素處理48 h。藥物處理完畢后裂解細(xì)胞,12 000 r/min離心10 min,收取上清液分成等量2份,1份直接進(jìn)行Western blot實(shí)驗(yàn)檢測ATF2和c-Jun的蛋白表達(dá)水平作為對(duì)照(input),另外 1 份加入抗ATF2抗體孵育過夜。孵育完畢后加入蛋白G瓊脂糖珠孵育2 h,之后12 000 r/min離心10 min收集沉淀的蛋白G瓊脂糖珠,加入上樣緩沖液進(jìn)行Western blot實(shí)驗(yàn),檢測與ATF2結(jié)合的c-Jun蛋白。
3.6流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡 分別將空質(zhì)粒和c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的BGC-823細(xì)胞用2 μmol/L的5-氟尿嘧啶及10 μmol/L的槲皮素處理48 h。藥物處理完畢后按照凋亡試劑盒說明書將BGC-823細(xì)胞用碘化丙啶(propidium iodide,PI)和Annexin V進(jìn)行染色孵育20 min。孵育完成后用生理鹽水洗滌3次,采用流式細(xì)胞術(shù)檢測腫瘤細(xì)胞的凋亡,Annexin V陽性細(xì)胞即為凋亡細(xì)胞。
4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
用SPSS 15.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,兩組間均數(shù)的比較采用 Student’st檢驗(yàn),多組間均數(shù)的比較采用單因素方差分析 (one-way ANOVA ),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
1槲皮素通過下調(diào)c-Jun的表達(dá)增強(qiáng)5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞的殺傷活性
MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,槲皮素聯(lián)合處理能明顯提高BGC-823細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性,降低5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞的IC50,表明槲皮素輔助治療能明顯增強(qiáng)5-氟尿嘧啶的抗胃癌活性,見圖1A。Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,5-氟尿嘧啶單獨(dú)處理BGC-823細(xì)胞能顯著誘導(dǎo)c-Jun蛋白磷酸化;然而槲皮素聯(lián)合處理能顯著抑制BGC-823細(xì)胞中c-Jun蛋白的表達(dá),并抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun磷酸化,見圖1B。MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染c-Jun重組過表達(dá)質(zhì)粒后,槲皮素聯(lián)合5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞的殺傷活性明顯降低,見圖1C。這些結(jié)果提示槲皮素下調(diào)c-Jun的表達(dá)且抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun磷酸化,從而增強(qiáng)胃癌細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性。
Figure 1. Quercetin enhanced 5-fluorouracil-induced death of BGC-823 cells by down-regulating the expression of c-Jun. A: quercetin decreased the IC50of 5-fluorouracil to BGC-823 cells; B: quercetin down-regulated the expression of c-Jun, and suppressed phosphorylation of c-Jun induced by 5-fluorouracil in BGC-823 cells; C: transfection with c-Jun plasmid inhibited the death of BGC-823 cells co-treated with 5-fluorouracil and quercetin. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vs5-fluorouracil group;&P<0.05vs5-fluorouracil+quercetin group.
圖1槲皮素通過下調(diào)c-Jun的表達(dá)而增強(qiáng)5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞的殺傷活性
2槲皮素抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的形成
免疫共沉淀和Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,5-氟尿嘧啶能顯著誘導(dǎo)c-Jun和ATF2的相互作用;然而聯(lián)用槲皮素后,5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的形成受到明顯抑制;轉(zhuǎn)染c-Jun過表達(dá)質(zhì)粒后,槲皮素對(duì)5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的抑制作用明顯減弱,表明槲皮素通過下調(diào)c-Jun表達(dá)抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的形成,見圖2A。c-Jun/ATF2異二聚體能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞Bcl-xL蛋白的過表達(dá)[9]。Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,5-氟尿嘧啶單獨(dú)處理能明顯誘導(dǎo)BGC-823細(xì)胞Bcl-xL的表達(dá),然而聯(lián)用槲皮素后,5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的Bcl-xL的過表達(dá)受到明顯抑制,見圖2B。上述結(jié)果表明槲皮素通過下調(diào)c-Jun的表達(dá)而抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的形成,從而抑制Bcl-xL蛋白的過表達(dá)。
Figure 2. Quercetin inhibited 5-fluorouracil-induced formation of c-Jun/ATF2 heterodimer in BGC-823 cells. A: quercetin inhibited 5-fluorouracil-induced interaction between c-Jun and ATF2 in BGC-823 cells; B: quercetin inhibited 5-fluorouracil-induced overexpression of Bcl-xL in BGC-823 cells. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vs5-fluorouracil group;&P<0.05vs5-fluorouracil+quercetin group.
圖2槲皮素抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的c-Jun/ATF2異二聚體的形成
3槲皮素促進(jìn)5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的線粒體途徑凋亡
Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,槲皮素能明顯促進(jìn)BGC-823細(xì)胞中5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的細(xì)胞色素C從線粒體中釋放到細(xì)胞質(zhì)中;同時(shí),槲皮素能明顯促進(jìn)5-氟尿嘧啶對(duì)caspase-9和caspase-3的活化,進(jìn)而促進(jìn)BGC-823細(xì)胞中5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)凋亡的發(fā)生;然而,轉(zhuǎn)染c-Jun過表達(dá)質(zhì)粒后,槲皮素對(duì)5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的線粒體途徑凋亡的促進(jìn)作用受到明顯抑制,見圖3。這些結(jié)果表明槲皮素通過下調(diào)c-Jun的表達(dá)而促進(jìn)5-氟尿嘧啶對(duì)BGC-823細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)活性。
槲皮素是一種具有很強(qiáng)藥理學(xué)活性的天然黃酮類化合物,有研究發(fā)現(xiàn)槲皮素還具有一定的抗腫瘤作用,如槲皮素能抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和遷移[10];又如槲皮素還能通過損傷肺癌細(xì)胞的細(xì)胞骨架而發(fā)揮抗腫瘤活性[11]。然而,槲皮素是否對(duì)胃癌的化療有輔助治療作用,至今還未充分報(bào)道。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)將胃癌細(xì)胞BGC-823用槲皮素進(jìn)行輔助治療能明顯提高其對(duì)5-氟尿嘧啶的敏感性,降低5-氟尿嘧啶的IC50,表明槲皮素對(duì)胃癌細(xì)胞的5-氟尿嘧啶化療有顯著的協(xié)同作用。
c-Jun是一種轉(zhuǎn)錄因子蛋白,屬于核轉(zhuǎn)錄激活蛋白1(activator protein, AP-1)家族成員,受上游分子JNK的調(diào)節(jié)。研究表明,當(dāng)腫瘤細(xì)胞的DNA受5-氟尿嘧啶等藥物損傷時(shí),JNK蛋白會(huì)發(fā)生活化從而激活c-Jun,使之磷酸化。磷酸化的c-Jun 能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移,并抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。更為重要的,文獻(xiàn)報(bào)道c-Jun的過度磷酸化是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生化療抵抗的重要機(jī)制[12-16]。在本研究中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)胃癌細(xì)胞用5-氟尿嘧啶進(jìn)行治療時(shí),胃癌細(xì)胞中的c-Jun蛋白會(huì)發(fā)生高度磷酸化以抵抗5-氟尿嘧啶對(duì)胃癌細(xì)胞的殺傷作用。然而當(dāng)用槲皮素進(jìn)行聯(lián)合治療時(shí),結(jié)果發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞中的c-Jun蛋白表達(dá)水平受到明顯抑制,并由此抑制了5-氟尿嘧啶依賴的c-Jun蛋白磷酸化,證明了c-Jun的下調(diào)是槲皮素發(fā)揮協(xié)同作用的重要機(jī)制。
Figure 3. Quercetin promoted 5-fluorouracil-induced mitochondrial apoptosis in BGC-823 cells. A: quercetin promoted 5-fluorouracil-induced release of cytochrome C from mitochondria into cytoplasm in BGC-823 cells; B: quercetin promoted 5-fluorouracil-induced activation of caspase-9 and caspase-3 in BGC-823 cells; C: quercetin promoted 5-fluorouracil-induced apoptosis in BGC-823 cells. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vs5-fluorouracil group;&P<0.05vs5-fluorouracil+quercetin group.
圖3槲皮素促進(jìn)BGC-823細(xì)胞中5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的線粒體途徑凋亡
c-Jun在發(fā)生磷酸化后,能與ATF2等轉(zhuǎn)錄因子形成二聚體,該二聚體能誘導(dǎo)Bcl-xL抗凋亡蛋白的表達(dá),從而抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生線粒體途徑的凋亡[9, 17]。在本研究中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)5-氟尿嘧啶單獨(dú)處理能顯著誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞中c-Jun/ATF2復(fù)合物的形成,同時(shí)誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞中Bcl-xL抗凋亡蛋白的過表達(dá);然而槲皮素聯(lián)合治療能通過下調(diào)c-Jun蛋白的表達(dá)抑制胃癌細(xì)胞中c-Jun/ATF2復(fù)合物的形成,從而抑制5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的Bcl-xL過表達(dá)。因此,槲皮素促進(jìn)5-氟尿嘧啶對(duì)線粒體的損傷作用,使之釋放細(xì)胞色素C等凋亡活性物質(zhì)到細(xì)胞質(zhì)中,誘導(dǎo)caspase-9和caspase-3發(fā)生活化,最終導(dǎo)致凋亡的發(fā)生。
綜上所述,本研究證明了槲皮素能通過c-Jun/ATF2/Bcl-xL途徑顯著增強(qiáng)5-氟尿嘧啶對(duì)胃癌的凋亡誘導(dǎo)活性。這些研究為降低5-氟尿嘧啶的使用劑量、增加其對(duì)胃癌的治療效果提供了新的策略和思路。
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