西羅莫司通過MAPK信號通路抑制人宮頸癌細胞增殖的實驗研究

賈利剛，褚兆蘋，田 菲，韓 華，代聰偉，王 蓓，張 媛

(河北省人民醫(yī)院婦科,石家莊 050051)

宮頸癌是一種常見的婦科惡性腫瘤，雖然近年來隨著宮頸細胞學篩查技術的不斷提高，發(fā)病率及病死率有所降低，但患者呈年輕化趨勢[1-3]。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族是一類與細胞增殖、凋亡、分化、應激反應等密切相關的絲氨酸/蘇氨酸激酶，主要包括細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)，p38 MAPK，c-Jun氨基末端激酶(JNK)3個亞族[4-6]。研究顯示MAPK信號通路在眾多實體腫瘤中被高度激活，抑制此信號通路的活化成為多種抗腫瘤藥物的靶點之一[4-6]。西羅莫司是從復活島上發(fā)現(xiàn)的一種大環(huán)內酯類抗生素，動物藥理實驗發(fā)現(xiàn)西羅莫司是一種低毒、高效、無腎毒性的新型免疫性抑制劑，被廣泛地應用于腎移植中[7-8]。另外研究還顯示西羅莫司能夠通過抑制其靶蛋白mTOR表達進而調控下游基因轉錄，發(fā)揮對卵巢癌、乳腺癌、肝癌、腎癌、宮頸癌等腫瘤細胞的殺傷作用[9-13]，而西羅莫司是否能夠通過抑制MAPK信號通路進而發(fā)揮其抗腫瘤作用尚未見報道，因此本研究將旨在探討西羅莫司能否通過MAPK信號通路抑制宮頸癌Hela細胞的增殖。

1 材料與方法

1.1細胞株 宮頸癌細胞Hela購自中國科學院細胞庫，培養(yǎng)于含有15%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基中，在37 ℃，5% CO2條件下培養(yǎng)。

1.2試劑與儀器 DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清均購自美國Gibco公司；兔抗人Bax、Bcl-2、Cyclin D1、p21、ERK1/2、p-ERK1/2、JNK、p-JNK、p38 MAPK、p-p38 MAPK及GAPDH多克隆抗體均購于美國Abcam公司；Annexin V-FITC/PI流式雙染試劑盒、BCA蛋白濃度測定試劑盒，細胞周期檢測試劑盒、SB203580(ERK1/2抑制劑)、SP600125(JNK抑制劑)、PD98059(p38 MAPK抑制劑)均購于南通碧云天生物技術有限公司。ChemiDocTM XRS凝膠成像系統(tǒng)購自美國Bio-Rad公司；FACS Calibur流式細胞儀購自美國BD公司；MK3酶標儀購自美國Thermo公司。

1.3細胞分組 (1)將0、10、30、100 nmol/L的西羅莫司作用于Hela細胞，為0、10、30、100 nmol/L組；(2)將細胞分為正常對照組(無任何藥物處理)，西羅莫司組(30 nmol/L西羅莫司)，西羅莫司+SB203580組(30 nmol/L西羅莫司+10 μmol/L SB203580)，西羅莫司+SP600125(30 nmol/L西羅莫司+10 μmol/L SP600125)，西羅莫司+PD98059(30 nmol/L西羅莫司+10 μmol/L PD98059)。

1.4四甲基偶氮唑藍(MTT)法檢測Hela細胞活力 將5×103個Hela細胞接種到6孔板，待細胞貼壁后，按“1.3(1)”分組，并將細胞培養(yǎng)24、48、72 h，加入MTT孵育4 h后再加入150 μL的二甲基亞砜，震蕩使結晶物溶解，測定吸光度(A)。

1.5Annexin V-FITC/PI法檢測細胞凋亡 將9×103個Hela細胞接種到6孔板，待細胞貼壁后，按“1.3(1)”分組，并將細胞培養(yǎng)48 h，收集細胞，加入結合緩沖液混勻后，繼續(xù)加入Annexin V-FITC及PI并混勻，1 h內上流式細胞儀進行細胞凋亡的檢測并分析。

1.6流式細胞術檢測細胞周期 將9×103個Hela細胞接種到6孔板，待細胞貼壁后，按“1.3(1)”分組，并將細胞培養(yǎng)48 h，收集細胞，加入核糖核酸酶(RNase)混勻并孵育1 h，再加入PI染液孵育30 min，1 h內上流式細胞儀進行細胞周期的檢測并分析。

1.7Western blot 將9×103個Hela細胞接種到6孔板，待細胞貼壁后，按“1.3(2)”分組，并將細胞培養(yǎng)48 h，收集細胞并裂解得到細胞總蛋白，測定蛋白濃度。制作濃縮膠和分離膠，蛋白上樣后，進行凝膠電泳，濕法轉至聚偏氟乙烯(PVDF)膜，脫脂奶粉封閉1 h后，一抗4 ℃孵育過夜，二抗室溫孵育1 h，于凝膠成像系統(tǒng)中曝光。

2 結 果

2.1西羅莫司對Hela細胞活力的影響 0、10、30、100 nmol/L西羅莫司作用Hela細胞24、48、72 h，西羅莫司呈時間及濃度依賴性地降低細胞活力(P<0.01)，見表1。

表1 西羅莫司對Hela細胞活力的影響

2.2西羅莫司對Hela細胞凋亡及細胞周期的影響 0、10、30、100 nmol/L西羅莫司作用Hela細胞48 h，經(jīng)流式細胞術發(fā)現(xiàn)，與0 nmol/L組比較，10、30、100 nmol/L組細胞早期凋亡率及晚期凋亡率均顯著提高(均P<0.05)，并使細胞周期阻滯在G1期(均P<0.01)，見表2。

表2 西羅莫司對Hela細胞凋亡及細胞周期的影響

a:P<0.01，與同時間點0 nmol/L組比較

2.3西羅莫司對Hela細胞中Bax、Bcl-2、Cyclin D1及p21表達的影響 0、10、30、100 nmol/L的西羅莫司作用Hela細胞48 h，與0 nmol/L組比較，10、30、100 nmol/L組細胞中Cyclin D1、Bcl-2相對表達水平下調(P<0.01)，Bax及p21的相對表達水平上調(P<0.01)。見表3。

表3 西羅莫司對Hela細胞中Bax、Bcl-2、Cyclin D1及p21表達的影響

a:P<0.01，與0 nmol/L組比較

2.4西羅莫司對Hela細胞中ERK1/2、JNK及p38 MAPK磷酸化水平的影響 0、10、30、100 nmol/L的西羅莫司作用Hela細胞48 h，與0 nmol/L組比較，10、30、100 nmol/L組細胞中p-ERK1/2、p-JNK及p-p38 MAPK相對表達水平下調(P<0.01)，見表4。

2.5阻斷ERK1/2、JNK及p38 MAPK信號通路對西羅莫司處理的Hela細胞中Bax、Bcl-2、Cyclin D1及p21表達的影響 與西羅莫司組比較，西羅莫司+SB203580組、西羅莫司+SP600125、西羅莫司+PD98059組細胞中Bax及p21相對表達水平上調(P<0.01)，Bcl-2及Cyclin D1相對表達水平下調(P<0.01)。見表5。

表4 西羅莫司對Hela細胞中ERK1/2及p38 MAPK磷酸化水平的影響

a:P<0.01，與0 nmol/L組比較

2.6阻斷ERK1/2、JNK及p38 MAPK信號通路對西羅莫司處理的Hela細胞中MAPK信號通路相關蛋白表達的影響 與西羅莫司組比較，西羅莫司+SB203580組、西羅莫司+SP600125、西羅莫司+PD98059組細胞中p-ERK1/2、p-JNK、p-p38 MAPK相對表達水平下調(P<0.01)。見表6。

表5 阻斷ERK1/2、JNK及p38 MAPK信號通路對西羅莫司處理的Hela細胞中Bax、Bcl-2、Cyclin D1及p21表達的影響

a:P<0.01，與正常對照組比較;b:P<0.01，與西羅莫司組比較

表6 阻斷ERK1/2、JNK及p38 MAPK信號通路對西羅莫司處理的Hela細胞中MAPK信號通路相關蛋白的影響

a:P<0.01，與正常對照組比較;b:P<0.01，與西羅莫司組比較

3 討 論

西羅莫司是1964年從復活島上發(fā)現(xiàn)的一種新型抗生素，接著研究者還發(fā)現(xiàn)西羅莫司具有抗酵母菌感染作用，提示西羅莫司的免疫抑制作用[7-8]。后續(xù)眾多學者發(fā)現(xiàn)西羅莫司還具有顯著的抗腫瘤作用[9-12]。本課題組前期已經(jīng)證實西羅莫司能顯著抑制Hela細胞侵襲、轉移[13]，但西羅莫司對Hela細胞增殖的影響及相關機制尚報道較少。所以本研究首先采用MTT法檢測不同濃度的西羅莫司對Hela細胞活力的影響，結果表明西羅莫司能顯著降低Hela細胞活力，并呈時間及濃度依賴性。接著采用流式細胞術檢測西羅莫司對Hela細胞凋亡及細胞周期的影響，結果表明西羅莫司能顯著提高細胞凋亡率，并使細胞周期阻滯于G1期。

細胞的凋亡受細胞凋亡相關蛋白調控，Bcl-2家族中的抑制凋亡蛋白Bcl-2與促凋亡蛋白Bax結合，阻斷上游凋亡信號傳遞，促進細胞存活與生長。而促凋亡蛋白Bax自身還能夠形成二聚體，傳遞上游凋亡信號，最終誘導細胞凋亡。細胞周期和細胞凋亡密不可分，細胞周期由細胞周期相關蛋白調控，與G1期最為密切相關的周期蛋白Cyclin D1與細胞周期依賴性蛋白激酶4/6(CDK4/6)結合形成復合物，促使Rb磷酸化，誘導核轉錄因子E2F3進入細胞核促進增殖相關基因轉錄，而細胞周期蛋白抑制子p21通過抑制細胞周期蛋白與CDK4/6的結合，進而阻斷細胞的惡性增殖[14-15]。已經(jīng)有研究顯示西羅莫司能夠通過上調Bax及p21表達，下調Bcl-2及Cyclin D1表達，使細胞周期阻滯于G1期[9,11-12]，推測西羅莫司可能能夠通過調控細胞周期相關蛋白表達使Hela細胞周期發(fā)生阻滯。本研究結果正如推測所示，西羅莫司能顯著下調Bcl-2及Cyclin D1表達，上調Bax及p21表達，繼而使細胞周期阻滯于G1期，并誘導細胞凋亡。

MAPK家族成員主要包括ERK、JNK及p38 MAPK等，此家族介導的信號通路與細胞的增殖、凋亡、分化、細胞骨架重排、細胞應激行為密切相關。其中ERK共有7個亞族，ERK1及ERK2是最為重要的兩個亞族，受上游信號激活后，轉移到細胞核內，使下游轉錄因子磷酸化，同時部分蛋白留在細胞質中，共同介導細胞凋亡、增殖、細胞骨架重排等生物學行為。JNK共有3個亞族，分別為JNK1、JNK2及JNK3，此信號通路被激活能夠激活p38 MAPK信號通路，共同介導細胞的增殖與應激行為。研究顯示MAPK信號通路在宮頸癌的發(fā)生發(fā)展中被高度激活，并成為包括宮頸癌在內多種腫瘤的治療靶點[4-6]。另外也有多個研究顯示西羅莫司對MAPK信號通路具有顯著的調控作用[16-18]。因此本研究進一步探討西羅莫司對Hela細胞中MAPK信號通路的影響，結果表明西羅莫司能顯著的下調p-ERK1/2、p-JNK、p-p38 MAPK表達。

同時為了進一步證實西羅莫司確實是通過此信號通路抑制Hela細胞增殖，本研究還選用ERK1/2抑制劑SB203580，JNK抑制劑SP600125，p38 MAPK抑制劑PD98059分別與西羅莫司共同作用Hela細胞48 h，采用Western blot檢測西羅莫司聯(lián)合抑制劑對Hela細胞中Bax、Bcl-2、Cyclin D1、p21、p-ERK1/2、p-JNK及p-p38 MAPK表達的影響，結果表明與西羅莫司組比較，西羅莫司聯(lián)合抑制劑組(SB203580、SP600125、PD98059)能顯著的下調Bcl-2，Cyclin D1表達，上調Bax及p21表達，并降低ERK1/2、JNK及p38 MAPK磷酸化水平，從而說明說明西羅莫司對Hela細胞的增殖抑制作用確實是通過阻斷MAPK信號通路實現(xiàn)的。

綜上所述，10、30、100 nmol/L的西羅莫司能顯著的降低Hela細胞活力，誘導細胞凋亡，使細胞周期阻滯于G1期，下調Bcl-2，Cyclin D1表達，上調Bax及p21表達，此過程是通過阻斷MAPK信號通路實現(xiàn)的。