黃芪甲苷對宮頸癌細胞株放射敏感性的影響及相關機制

李 瀟，周艷艷，宋曉婕，李 巖，邵艷社

(河南中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院, 鄭州 450002)

宮頸癌在所有女性腫瘤發(fā)病病例數(shù)中排名第三位，死亡率位居女性腫瘤的第四位，約有超過85%的患者在發(fā)展中國家[1]。大量臨床資料表明，早婚早育、性生活紊亂、宮頸創(chuàng)傷以及激素失調等均可增加宮頸癌的患病率[2]。近年來，宮頸癌患者具有年輕化趨勢。放射治療是宮頸癌臨床治療的主要手段之一，NCCN指南2012版推薦首選同步放化療[3]。由于放療的副反應會使患者承受較大痛苦，甚至會引起正常組織并發(fā)癥，為避免此等損傷需降低腫瘤照射劑量，降低腫瘤的有效治療劑量。

黃芪甲苷(Astragaloside IV)是天然藥物黃芪的主要活性成分。已有多項研究表明，黃芪甲苷具有多種藥理活性、免疫調節(jié)作用、器官保護作用、降糖作用、抗細胞凋亡作用以及抗炎抗病毒作用等[4]。尚未有文獻關于黃芪甲苷對宮頸癌細胞的放射敏感性作用的研究。本文采用體外實驗，觀察黃芪甲苷對Hela細胞株放射敏感性的影響，并探討其可能的作用機制。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

宮頸癌細胞株Hela購自上?？茖W院細胞中心；胎牛血清、胰蛋白酶和DMEM培養(yǎng)基購自Hyclone公司；MTT試劑購自美國Amresco公司；黃芪甲苷(Astragaloside IV)購自中國藥品生物制品鑒定所；青霉素、鏈霉素購自華北制藥股份有限公司；MTT試劑、碘化丙啶(PI)購自上海生工生物工程有限公司；p-EGFR、EGFR與p-Akt、Akt抗體購自美國Santa Cruz公司；其他試劑購自國產(chǎn)分析純。

1.2 細胞培養(yǎng)與照射方法

將Hela細胞株培養(yǎng)于含10%胎牛血清中，青霉素與鏈霉素各100 U/ml的DMEM完全培養(yǎng)基中，置于37 ℃ 5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。收集處于對數(shù)生長期的細胞0.25%胰酶消化，調整細胞密度為5×106個/mL，置于96孔培養(yǎng)板中。

1.3 MTT法檢測黃芪甲苷對Hela細胞的生長抑制作用

收集處于對數(shù)生長期的Hela細胞，計數(shù)后調整細胞濃度為1×105個/mL，接種于96孔培養(yǎng)板中，培養(yǎng)貼壁后更換為加入含以下濃度的黃芪甲苷培養(yǎng)液：5、10、20、40、60、80和100 μg/mL，置于37 ℃5%CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，加入50 μL MTT溶液，繼續(xù)培養(yǎng)4 h，每孔加入DMSO 150 μL，溶解結晶物，于570 nm處檢測吸收值(OD值)，并計算細胞生長抑制率，每個濃度設3復孔，同時設空白對照組。細胞生長抑制率=1-(藥物組OD值-空白對照組OD值)/(對照組OD值-空白對照組OD值)×100%。

1.4 克隆形成實驗

實驗分為2組，放射組(6 Gy)僅給予照射處理，聯(lián)合組(Ast-IV+ 6 Gy)給予60 μg/mL黃芪甲苷和不同照射處理，用劑量為0、2、4、6、8 Gy射線照射細胞，收集處于對數(shù)生長期的Hela細胞，并制成單細胞懸液。照射方法：將培養(yǎng)板置于照射野(20 cm×20 cm)內，距射野邊緣2.5 cm，用直線加速器6MV-X線照射，源皮距(SSD)100 cm，劑量率300 cGy/min。聯(lián)合組在照射前先給予黃芪甲苷培養(yǎng)24 h后再接受X射線照射，24 h后更換10%胎牛血清的PRMI-1640培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)14 d。PBS液洗滌，用甲醛固定、吉姆薩液染色，自然晾干后克隆計數(shù)。多靶單擊型模型公式：SF=l-(l-e-D/D0)N勾畫細胞存活曲線，其中SF為細胞存活分數(shù)，D為放射劑量(Gy)，D0代表平均致死劑量，Dq代表準域劑量，N為外推數(shù)，lnN=Dq/D0。并計算黃芪甲苷的放射增敏比(SER)：SER=D0放射/D0放射+藥物。

1.5 流式細胞儀檢測細胞周期

收集處于對數(shù)生長期的Hela細胞，并制成細胞懸液，調整細胞濃度為2×104個/mL。實驗分空白對照組(control組)、單藥組(Ast-IV組)、放射組(6Gy)和聯(lián)合組(Ast-IV+ 6Gy)(給予黃芪甲苷培養(yǎng)24 h后再進行照射處理)，單藥組給予60 μg/ml 黃芪甲苷，照射組與聯(lián)合組的照射劑量為6 Gy。置于37 ℃5%CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，收集細胞并調整濃度為1×106個/mL。離心1000 r/pm，10 min，PBS洗滌、重懸，加入4 μL碘化丙啶(40 μg/mL)，流式細胞儀觀察細胞周期變化。

1.6 Tunel檢測細胞凋亡

將細胞接種于已滅菌的培養(yǎng)皿中，1×105個/孔，待細胞貼壁后加入黃芪甲苷使最終濃度為60 μg/mL，培養(yǎng)24 h。4%多聚甲醛 4 ℃固定 30 min，0.1%Triton X-100冰浴2 min，分別加入50 μL TUNEL檢測液，繼續(xù)置于37 ℃避光孵育 60 min，PBS洗滌，加入DAPI染液(10 mg/L)孵育15 min，抗熒光淬滅劑封片，采用共聚焦激光掃描顯微鏡觀察細胞的凋亡情況，并統(tǒng)計細胞凋亡率。

1.7 免疫印跡法

收集經(jīng)相應處理的細胞，提取總蛋白并測定蛋白濃度，每道加入50 μg蛋白進行SDS-PAGE電泳，電轉至PVDF膜，加入脫脂牛奶封閉1 h，加入一抗孵育1 h或者過夜，4 ℃，TBST液洗滌3次，加入相對應的二抗室溫孵育1 h，TBST液洗滌3次，化學發(fā)光法顯色，成像掃描分析系統(tǒng)保存圖像。

1.8 統(tǒng)計學方法

2 結果

2.1 黃芪甲苷抑制Hela細胞的生長作用

表1顯示，采用MTT法檢測Hela細胞在不同濃度黃芪甲苷處理下存活率的變化。 Hela細胞的存活率隨著黃芪甲苷濃度增加而下降(P<0.05)，當黃芪甲苷濃度為60 μg/ml時，隨之黃芪甲苷的濃度增大，Hela細胞的存活率變化不明顯(P>0.05)，因此后續(xù)實驗采用黃芪甲苷濃度為60 μg/ml進行試驗。

表1 不同濃度黃芪甲苷對Hela細胞生長的抑制作用

注：隨著黃芪甲苷濃度增加，細胞存活率逐漸下降，當黃芪甲苷濃度為60 μg/ml時，繼續(xù)增加黃芪甲苷濃度，細胞存活率無顯著變化，與60 μg/mL組比較:#P>0.05；與0 μg/mL組比較：*P<0.05

注：黃芪甲苷聯(lián)合放射處理后，細胞的存活曲線左移； 與6Gy放射組比較:#P<0.05圖1 黃芪甲苷對Hela細胞的放射增敏作用

2.2 黃芪甲苷對Hela細胞的放射增敏作用

表2圖1顯示，Hela細胞經(jīng)過60 μg/mL黃芪甲苷處理后，采用不同劑量的γ射線照射，計算放射生物學參數(shù)和存活分數(shù)，擬合細胞存活曲線，在各照射劑量下，聯(lián)合組的存活分數(shù)低于放射組(P<0.05)；與放射組比較，聯(lián)合組的整體生存曲線左移。

表2 黃芪甲苷對Hela細胞的放射生物學參數(shù)

注：與照射組的相同放射生物學參數(shù)比較：#P<0.05

2.3 黃芪甲苷對Hela細胞周期的影響

圖2表3顯示，與空白對照組比較，其余各組的細胞均出現(xiàn)不同程度的G2/M期阻滯。其中，聯(lián)合組細胞的G2/M期所占比例顯著低于單藥組和照射組(P<0.05)，提示黃芪甲苷可降低Hela細胞放射誘導的G2/M期阻滯。

表3 黃芪甲苷對Hela細胞周期G2/M期的影響

注：與control組比較:*P<0.05；與6Gy組比較:#P<0.05

2.4 黃芪甲苷對Hela細胞凋亡的影響

圖3表4顯示，Tunel實驗結果顯示，采用60 μg/mL黃芪甲苷培養(yǎng)細胞24 h后，聯(lián)合組細胞凋亡數(shù)顯著高于空白對照組與單藥組(P<0.05)，其中正常對照組和溶劑對照組之間的細胞凋亡比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

圖2 黃芪甲苷對Hela細胞周期G2/M期的影響

注：圖中箭頭指向為凋亡細胞圖3 黃芪甲苷對Hela細胞凋亡的影響(×200)

2.5 黃芪甲苷對Hela細胞中p-EGFR、EGFR與p-Akt、Akt的蛋白表達影響

圖4 黃芪甲苷對Hela細胞中p-EGFR、EGFR與 p-Akt、Akt蛋白表達的影響

圖4表5顯示，照射組細胞中p-EGFR與p-Akt的蛋白表達明顯高于空白對照組和單藥組，聯(lián)合組細胞中p-EGFR與p-Akt的蛋白表達顯著低于照射組和單藥組(P<0.05)，各組細胞中EGFR與Akt比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表4 黃芪甲苷對Hela細胞凋亡的影響

注：與control組比較：*P<0.05

表5 黃芪甲苷對Hela細胞中p-EGFR，EGFR與p-Akt、Akt的蛋白表達影響

注：與control組比較：*P<0.05；與6Gy組比較:#P<0.05

3 討論

從MTT試驗結果可知，當黃芪甲苷濃度達到60 μg/ml后，隨著藥物濃度增大，Hela細胞的存活率變化不明顯，因此在后續(xù)實驗中黃芪甲苷的濃度采用60 μg/ml，提示黃芪甲苷具有抑制宮頸癌細胞Hela增殖的作用。通過多靶單擊模型繪制放射存活曲線可見，在各個照射劑量下，Ast-IV+ 6 Gy組的存活分數(shù)均低于6 Gy組，提示黃芪甲苷具有增強X射線對Hela細胞的殺傷作用；與6 Gy組比較，Ast-IV+ 6 Gy組的曲線向左下方移，Dq值減小，肩區(qū)減少，提示黃芪甲苷對Hela細胞的亞致死性損傷修復能力減弱，D0值減少，提示黃芪甲苷具有增加Hela細胞X射線敏感性的作用。

多項實驗顯示，細胞的DNA損傷修復能力是細胞照射敏感性的主要決定因素之一[5]，當輻射產(chǎn)生的高活性化學自由基造成細胞內DNA損傷，雙鏈斷裂。另一個重要決定因素是細胞周期調控，大量實驗數(shù)據(jù)表明，細胞的放射敏感性隨細胞周期時相的變化而改變。腫瘤細胞受到放射引起DNA損傷后，會導致細胞周期阻滯與G1/S期或G2/M期，進行DNA損傷的修復[6]，未能成功修復則啟動凋亡信號使細胞產(chǎn)生凋亡[7]。細胞周期不同階段對放射敏感性不同，其中以G2/M期最為敏感，出現(xiàn)G2/M期阻滯，一方面細胞無法增殖分化，另一方面DNA損傷修復也會被阻止[8]。本實驗發(fā)現(xiàn)，單獨射線照射誘導Hela細胞的G2/M期阻滯，采用黃芪甲苷干預后顯著縮短放射誘導Hela細胞的G2/M期所占比例，降低阻滯程度，從而增加Hela細胞的放射敏感性。

表皮生長因子受體(EGFR)具有酪氨酸激酶活性，是調節(jié)腫瘤細胞分化和生長的重要信號傳導通路之一。當其過表達或異?；罨瘯r，與促進腫瘤形成且參與放射誘導的腫瘤細胞損傷修復機制密切相關[9]。研究表明，放射線直接或間接作用于DNA，導致DNA損傷，通過DNA雙鍵斷裂誘導細胞凋亡。EGFR活化后從胞漿進入胞核，與DNA-PK結合，催化DNA-PKcs磷酸化，直接調節(jié)放射誘導的DNA損傷修復。研究發(fā)現(xiàn)，X射線照射顯著引起肝癌細胞中的PI3K磷酸化，進一步引起Akt發(fā)生磷酸化；黃芪甲苷聯(lián)合照射處理后，Hela細胞的EGFR與Akt磷酸化水平低于單純照射的細胞，提示黃芪甲苷能夠抑制X射線照射引起的Akt磷酸化，抑制PI3K/Akt信號通路的活化，從而提高Hela細胞的放射敏感性。進一步推測黃芪甲苷可能通過抑制內源化配體與EGFR結合，進一步阻斷EGFR介導的PI3K/Akt信號通路，干擾DNA損傷修復，抑制腫瘤細胞增殖，降低放射抗拒性，增加對Hela細胞放射增敏的作用。更具體的黃芪甲苷增加Hela細胞放射敏感性的深入機制，正在進行更嚴謹?shù)膶嶒炛?。本實驗對黃芪甲苷用于宮頸癌的臨床研究提供了實驗基礎。黃芪是常用的傳統(tǒng)中草藥，容易獲得且可以廣泛推廣使用。