葫蘆素E對(duì)人喉癌干細(xì)胞生理活動(dòng)的影響及 分子機(jī)制探究

何佳怡 衛(wèi)旭東 何健 王心怡 呂睿 馬青

喉癌是頭頸部常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,喉癌的發(fā)病率占耳鼻咽喉部位惡性腫瘤的 7.9%～35.0%［1］,近40%患者確診時(shí)已為Ⅲ期或Ⅳ期。此時(shí),采用外科手術(shù)治療的方法效果有 限［2,3］。近年來(lái),化療在喉癌治療中的地位日益提高。然而,耐藥性的產(chǎn)生成為化療失敗的重要原因之一,已有研究認(rèn)為,腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性的機(jī)制中,三磷酸腺苷(ATP)結(jié)合盒(adenosine triphosphate-binding cassette,ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的過(guò)表達(dá)是重要原因之一,它能消耗能量將底物從細(xì)胞內(nèi)泵 出［4］。P-gp和ABCG2屬于ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族中常見(jiàn)的兩種蛋白,可將多種內(nèi)源性和外源性化合物泵出細(xì)胞外,與腫瘤干細(xì)胞耐藥性有密切關(guān)系［5,6］。腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell,CSC)是腫瘤組織中存在的一部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞,理論認(rèn)為腫瘤細(xì)胞起源于CSC,并常具有耐藥特性［7］。葫蘆素E是一類提取自葫蘆科植物的四環(huán)三萜類化合物,近年來(lái)有研究表明,葫蘆素E具有抗炎、抗腫瘤、抗氧化等多種藥理作用［8］。但對(duì)人喉癌腫瘤干細(xì)胞的耐藥抑制及其潛在的分子機(jī)制尚不清楚,因此,本研究擬通過(guò)探究葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞增值、遷移、侵襲等生理活動(dòng)的影響,并尋找相關(guān)的分子機(jī)制,探究葫蘆素E對(duì)于喉癌干細(xì)胞耐藥性的影響?，F(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源 人喉癌細(xì)胞株Hep-2購(gòu)買自中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院細(xì)胞庫(kù)。胎牛血清(FBS)以及Matrigel購(gòu)買于美國(guó)Gibco公司。Transwell 小室購(gòu)自美國(guó)Costar公司,鼠抗人P-gp抗體及抗人ABCG2抗體購(gòu)自美國(guó)Santa Cruz公司,葫蘆素E以及FITC標(biāo)記的CD133抗體購(gòu)自美國(guó)Sigma公司。

1.2 細(xì)胞分選與培養(yǎng) 喉癌細(xì)胞株 Hep-2購(gòu)自中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院細(xì)胞庫(kù)。細(xì)胞培養(yǎng)于含有10%胎牛血清(FBS)的RPMI-1640完全培養(yǎng)基中,于37℃、5%CO2飽和濕度培養(yǎng)箱培養(yǎng),細(xì)胞生長(zhǎng)至80%的密度時(shí)進(jìn)行傳代。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)流式細(xì)胞儀分選CD133+腫瘤干細(xì)胞,分選出的喉癌干細(xì)胞在前述相同條件下進(jìn)行培養(yǎng)與傳代。

1.3 CCK-8法檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞增殖能力的影響 采用CCK-8法檢測(cè)葫蘆素E對(duì)細(xì)胞增殖作用的影響。在96孔板中每孔種入10000個(gè)細(xì)胞,用不同濃度葫蘆素E(0、2.5、25.0、50.0、70.0 μmol/L)培養(yǎng),每個(gè)濃度設(shè)3復(fù)孔。作用12、24、36 h后,加入10 μl CCK8,37℃孵育2 h測(cè)吸光度。

1.4 Transwell實(shí)驗(yàn)檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞遷移和侵襲能力的影響 24孔板中加入0.1% BSA-RPMI 1640培養(yǎng)基600 μl,將Transwell小室置于24孔板中,用不同濃度葫蘆素E培養(yǎng)。12 h后取出小室,用甲醛于室溫固定0.5 h,結(jié)晶紫染色0.5 h。顯微鏡拍照,并計(jì)算穿過(guò)濾膜的細(xì)胞數(shù),每膜計(jì)數(shù)5個(gè)隨機(jī)不同視野,每組設(shè)3次重復(fù)。侵襲實(shí)驗(yàn)將Transwell小室濾膜內(nèi)表面涂以Matrigel 5 μg形成人工重組基底膜,其余步驟與侵襲相同。

1.5 Western Blot檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞相關(guān)蛋白表達(dá)水平的影響 細(xì)胞生長(zhǎng)至80%密度時(shí),采用不同濃度葫蘆素E培養(yǎng)細(xì)胞24 h后,使用RIPA提取蛋白。通過(guò)聚丙烯酰胺凝膠電泳分離樣品,用濕轉(zhuǎn)法將蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,后用含脫脂奶粉的TBS-T室溫封閉1 h,將一抗覆蓋膜后孵育2 h,并加入辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗室溫孵育1 h后,送至暗室中加入ECL試劑,并在ImageQuant 350電泳凝膠成像分體系統(tǒng)中曝光拍照,借助Image J軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞增殖的影響 實(shí)驗(yàn)中用不同濃度的葫蘆素E處理干細(xì)胞后,采用CCK-8法檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞的增殖的抑制作用。結(jié)果表明,相較葫蘆素E濃度為0 μmol/L時(shí)葫蘆素E能夠明顯抑制干細(xì)胞體外增殖活性,隨著葫蘆素E濃度的增加而增強(qiáng),細(xì)胞存活率下降。見(jiàn)圖1。

圖1 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞增殖的影響

2.2 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞遷移的影響 實(shí)驗(yàn)中用不同濃度的葫蘆素E處理干細(xì)胞后,采用Transwell實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞的遷移的抑制作用。結(jié)果表明,相較對(duì)照組,葫蘆素E能夠明顯抑制干細(xì)胞遷移能力,并且該作用隨著葫蘆素E濃度的增加而增強(qiáng)。見(jiàn)圖2。

圖2 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞遷移的影響

2.3 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞侵襲的影響 實(shí)驗(yàn)中用不同濃度的葫蘆素E處理干細(xì)胞后,采用Transwell實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)葫蘆素E對(duì)干細(xì)胞的侵襲的抑制作用。結(jié)果表明,相較葫蘆素E濃度為0 μmol/L時(shí)葫蘆素E能夠明顯抑制干細(xì)胞侵襲能力,并且該作用隨著葫蘆素E濃度的增加而增強(qiáng)。見(jiàn)圖3。

圖3 葫蘆素E對(duì)喉癌干細(xì)胞侵襲的影響

2.4 葫蘆素E對(duì)耐藥相關(guān)蛋白表達(dá)的影響 用不同濃度的葫蘆素E處理喉癌干細(xì)胞后,提取細(xì)胞蛋白以通過(guò)Western Blot檢測(cè)相關(guān)蛋白表達(dá)水平。結(jié)果表明,葫蘆素E抑制了腫瘤耐藥相關(guān)蛋白ABCG2以及P-gp蛋白的表達(dá)水平。見(jiàn)圖4。

圖4 葫蘆素E對(duì)耐藥相關(guān)蛋白表達(dá)的影響

3 討論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),葫蘆素E能使喉癌干細(xì)胞增殖、遷移以及侵襲能力受抑制、促進(jìn)細(xì)胞凋亡,并能夠降低喉癌細(xì)胞耐藥性相關(guān)的ABCG2及P-gp蛋白的表達(dá),該效應(yīng)存在劑量-反應(yīng)關(guān)系。

近年來(lái)研究顯示,在腫瘤細(xì)胞中存在著少數(shù)具有異質(zhì)性的亞群,其在形態(tài)、表型、增殖能力以及致瘤能力等方面存在很大差異,被認(rèn)為具有腫瘤起始能力,故稱之為腫瘤干細(xì)胞［9］。耐藥性作為腫瘤干細(xì)胞的特性之一,多數(shù)耐藥分子如 Br-cp1/ABCG2、MRP1/2 等通常在喉部、消化道、肝腎等組織中均有不同程度的表達(dá),這些分子在維持機(jī)體的生理屏障如血腦屏障、血睪屏障、母體-胎兒屏障、胎盤(pán)和血腦脊髓液屏障處發(fā)揮極其重要的作用［10］。在腫瘤干細(xì)胞膜上的 ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)體家族膜蛋白高表達(dá),這些轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白可有效地將許多代謝產(chǎn)物、藥物等物質(zhì)排出,使得化療藥物對(duì)腫瘤干細(xì)胞的殺傷作用明顯減弱。腫瘤干細(xì)胞多藥耐藥是腫瘤化療的主要障礙,嚴(yán)重影響著患者的預(yù)后和生存率。

P-gp與ABCG2作為ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)體家族膜蛋白的代表,在腫瘤細(xì)胞的耐藥性形成中發(fā)揮著重要的作用。P-gp是發(fā)現(xiàn)較早并且研究較多的一種耐藥蛋白,它由mdrl基因編碼,是一種能量依賴性的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。ABCG2則最初由乳腺癌細(xì)胞中提取,介導(dǎo)多藥耐藥機(jī)制。其共同特征在于能利用水解ATP釋放的能量將攝入細(xì)胞內(nèi)的藥物排出,降低胞內(nèi)藥物濃度,減少藥物對(duì)于癌細(xì)胞的損傷,從而參與癌細(xì)胞的耐藥機(jī)制。

葫蘆素E是廣泛存在于葫蘆科植物的一類四環(huán)三萜類化合物［11］,研究表明,葫蘆素E藥理作用廣泛,具有抗炎、抗腫瘤、抗氧化等多種藥理作用。葫蘆素E可直接破壞腫瘤細(xì)胞骨架［12］,產(chǎn)生細(xì)胞毒性并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或死亡,還可通過(guò)下調(diào)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白cyclin B1與cyclinA、CDK1以及CDC25C,發(fā)揮阻滯細(xì)胞周期的作用［18,19］。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子STAT3的磷酸化,葫蘆素E可對(duì)腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲起到抑制作用［13］?，F(xiàn)有研究表明,葫蘆素E對(duì)結(jié)腸癌、乳腺癌、喉癌等多種起源的腫瘤細(xì)胞造成明顯抑制［14］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),葫蘆素E可以使喉癌干細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲以及細(xì)胞周期受到抑制,促進(jìn)細(xì)胞凋亡,該效應(yīng)存在劑量-反應(yīng)關(guān)系,這一結(jié)果支持了前述研究的觀點(diǎn)。本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)葫蘆素E還能減低耐藥相關(guān)基因的表達(dá),下調(diào)耐藥蛋白ABCG2及P-gp水平,從而減少耐藥蛋白對(duì)于細(xì)胞毒性物質(zhì)的外排,并最終起到逆轉(zhuǎn)耐藥的作用。通過(guò)抑制喉癌干細(xì)胞的生理活動(dòng),葫蘆素E可抑制腫瘤組織的活性,并可通過(guò)逆轉(zhuǎn)耐藥作用,提高化療藥物的作用效果。

綜上所述,葫蘆素E能顯著抑制人喉癌干細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力,并促進(jìn)細(xì)胞凋亡、下調(diào)蛋白ABCG2及P-gp的表達(dá)水平,葫蘆素E對(duì)于喉癌干細(xì)胞的抑制作用,可能與其直接抑制細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、影響細(xì)胞通路有關(guān),也可能與其下調(diào)耐藥相關(guān)蛋白表達(dá),減低干細(xì)胞耐藥性有關(guān),這使葫蘆素E有望成為對(duì)喉癌靶向治療藥物。而葫蘆素E應(yīng)用于臨床的有效性以及安全性等,仍是有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。