江興菊,潘年松,田曉云,黃梅,羅俊#(.貴州醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院,貴陽55005;.遵義醫(yī)藥高等??茖W校藥學院,貴州遵義 563006)
羽扇豆醇別名蛇麻醇酯,是一種五環(huán)三萜類化合物,廣泛存在于多種水果(芒果、橄欖等)、蔬菜(卷心菜、青椒、西紅柿等)及藥用植物(蘆薈)中[1]。該化合物具有較強的抗氧化和抗炎作用,可用于病原菌感染、腫瘤及糖尿病等癥的治療[2-5]。近年來研究發(fā)現(xiàn),羽扇豆醇能顯著抑制肝癌、直腸癌、結腸癌等腫瘤細胞的生長[6-8]。同時有研究指出,該化合物可明顯抑制人乳腺癌MCF-7細胞的增殖,并誘導其凋亡,但作用機制尚未完全闡明[9]。絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)是細胞內廣泛表達的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,可參與多種細胞反應的調節(jié),如細胞增殖、分化、凋亡等[10]。研究顯示,MAPKs在乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用,可參與介導乳腺癌細胞的增殖與凋亡[11]。然而,羽扇豆醇是否可通過MAPKs信號通路來抑制MCF-7細胞的增殖尚未見相關報道。為此,本研究以人乳腺癌MCF-7細胞為對象,考察羽扇豆醇對細胞增殖的影響,并從調控MAPKs信號通路的角度出發(fā)初步探討其可能機制,以期為羽扇豆醇用于乳腺癌的臨床治療提供實驗基礎。
2001HY-6003型CO2細胞培養(yǎng)箱(美國Thermo Fisher Scientific公司);011007型超凈工作臺(蘇州凈化設備有限公司);ELx800-MV型酶標儀(美國BioTek公司);MDF-328E型超低溫冰箱(日本Sanyo公司);DYY-7C型蛋白質電泳儀(北京市六一儀器廠);Universal HoodⅡ型凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-Rad公司);CKX41型倒置顯微鏡(日本Olympus公司);VORTEX-5型渦旋混合器(北京貝登醫(yī)療設備有限公司);Centrifuge 5810R型高速冷凍離心機(德國Eppendorf公司)。
羽扇豆醇對照品(上海澄紹生物科技有限公司,批號:CS1809DK01,純度:>98%);PD98059、SP600125、SB203580對照品(均為MAPKs信號通路抑制劑;美國Abcam公司,批號分別為ab120234、ab120065、ab120162,純度均大于99%);胎牛血清(FBS)、DMEM培養(yǎng)基(美國Hyclone公司,批號分別為DZK0493、AD17218273);青鏈霉素混合液、胰蛋白酶、結晶紫染色液、二喹啉甲酸(BCA)蛋白濃度試劑盒、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)制備試劑盒、RIPA組織/細胞裂解液、三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(TBST)溶液(北京索萊寶科技有限公司,批號分別為20180212、20180125、20180411、20170815、20170830、20170913、20170425);MTT[北京博奧拓科技有限公司,批號:298-93-1;臨用前用磷酸鹽緩沖液(PBS,pH 7.4)稀釋,使其最終質量濃度為5 mg/mL];兔源細胞外調節(jié)蛋白激酶1/2(ERK1/2)、磷酸化 ERK1/2(p-ERK1/2)、c-Jun 氨基末端激酶(JNK)、磷酸化JNK(p-JNK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)、磷酸化p38 MAPK(p-p38 MAPK)多克隆抗體(美國Cell Signaling Technology公司,批號分別為#4695、#4370、#8690、#4511、#9252、#4668);兔源甘油醛-3-硫酸脫氫酶(GADPH)多克隆抗體(內參,武漢三鷹生物技術有限公司,批號:10494-1-AP);辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔IgG二抗(北京中杉金橋生物技術有限公司,批號:126526);ECL超敏發(fā)光液(美國Millipore公司,批號:WBKLS0100);二甲基亞砜(DMSO)、乙醇等試劑均為分析純,水為純化水。
人乳腺癌MCF-7細胞由中國典型培養(yǎng)物保藏中心提供。
取羽扇豆醇對照品12 mg,用DMSO-乙醇溶液(1∶1,V/V)1 mL溶解,得質量濃度為12 mg/mL的貯備液,于4℃保存,備用。臨用時,以DMEM培養(yǎng)基將上述貯備液稀釋至所需質量濃度。
取人乳腺癌MCF-7細胞適量,用含10%FBS、1%青鏈霉素混合液的DMEM培養(yǎng)基于37℃、5%CO2細胞培養(yǎng)箱(下同)中進行常規(guī)培養(yǎng)。待細胞融合至70%~80%后,以0.25%胰蛋白酶消化傳代,取對數(shù)生長期的細胞進行后續(xù)試驗。
采用MTT法檢測。取對數(shù)生長期的人乳腺癌MCF-7細胞按8 000個/孔接種于96孔板上,培養(yǎng),待細胞貼壁24 h后,將其隨機分為對照組和給藥組(羽扇豆醇最終質量濃度分別為7.5、15、30、60、90 mg/L,劑量設置參考文獻[12]),每組設置6個復孔。吸棄上清液,對照組細胞加入DMEM培養(yǎng)基100 μL,給藥組細胞加入含相應藥物的DMEM培養(yǎng)基100 μL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后,每孔加入5 mg/mL MTT溶液20 μL,孵育3~4 h,吸棄上清液,每孔加入DMSO 150 μL,渦旋振蕩10 min,使用酶標儀于490 nm波長處檢測各孔的光密度(OD490nm)值,計算細胞存活率[細胞存活率(%)=(試驗組細胞平均OD490nm值/對照組細胞平均OD490nm值)×100%]和半數(shù)抑制濃度(IC50)。上述試驗重復3次。
取對數(shù)期生長的人乳腺癌MCF-7細胞按2×105個/孔接種于6孔板中,培養(yǎng),待細胞貼壁24 h后,將其隨機分為對照組和給藥組(羽扇豆醇最終質量濃度為15、30、60 mg/L,劑量設置參考“2.3”項下的IC50值),每組設置3個復孔。吸棄上清液,對照組細胞加入DMEM培養(yǎng)基2 mL,給藥組細胞加入含相應藥物的DMEM培養(yǎng)基2 mL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h,用PBS清洗3次后,使用倒置顯微鏡觀察各組細胞的形態(tài)學特征并拍照。
采用細胞克隆形成試驗檢測。取對數(shù)生長期的人乳腺癌MCF-7細胞按500個/孔接種于6孔板中,培養(yǎng),待細胞貼壁24 h后,按“2.4”項下方法分組,每組設置3個復孔。吸棄上清液,對照組細胞加入DMEM培養(yǎng)基2 mL,給藥組細胞加入含相應藥物的DMEM培養(yǎng)基2 mL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h;棄去培養(yǎng)基,用PBS清洗,加入含10%FBS、1%青鏈霉素混合液的DMEM培養(yǎng)基適量,培養(yǎng)14 d;棄去培養(yǎng)基,用PBS清洗1~2次,將細胞置于4%多聚甲醛溶液中固定15 min,以結晶紫染色20 min,用水沖洗,常溫晾干,使用倒置顯微鏡觀察細胞克隆集落形成情況并拍照,同時計算克隆形成率[克隆形成率(%)=(克隆集落形成數(shù)/接種細胞總數(shù))×100%]。上述試驗重復3次。
采用MTT法檢測。取對數(shù)生長期的人乳腺癌MCF-7細胞按8 000個/孔接種于96孔板中,培養(yǎng),待細胞貼壁24 h后,將其隨機分為對照組和給藥組(羽扇豆醇最終質量濃度為60 mg/mL,劑量設置參考“2.3”項下的IC50值;PD98059、SP600125、SB203580最終濃度均為 10 μmol/L,劑量設置參考文獻[13];PD98059、SP600125、SB203580+羽扇豆醇聯(lián)用組的劑量同單藥組),每組設置6個復孔。吸棄上清液,對照組細胞加入DMEM培養(yǎng)基100 μL,各給藥組加入含相應藥物的DMEM培養(yǎng)基100 μL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后,按“2.3”項下方法操作并計算細胞存活率。上述試驗重復3次。
采用Western blotting法檢測。取對數(shù)生長期的人乳腺癌MCF-7細胞按2×105個/孔接種于6孔板中,培養(yǎng),待細胞貼壁24 h后,將其隨機分為對照組和給藥組(羽扇豆醇最終質量濃度為15、30、60 mg/L,劑量設置參考“2.3”項下的 IC50值;PD98059、SP600125、SB203580最終濃度均為10 μmol/L,劑量設置參考文獻[13];PD98059、SP600125、SB203580+羽扇豆醇聯(lián)用組的劑量同單藥組),每組設置3個復孔。吸棄上清液,對照組細胞加入DMEM培養(yǎng)基2 mL,各給藥組細胞加入含相應藥物的DMEM培養(yǎng)基2 mL,培養(yǎng)24 h。使用RIPA組織/細胞裂解液提取各組細胞蛋白,以BCA法進行蛋白定量。行SDS-PAGE后,將蛋白轉移至PVDF膜上,以5%脫脂奶粉室溫封閉1 h,分別加入ERK1/2(1∶1 000)、p-ERK1/2(1∶1 000)、JNK(1∶1 000)、p-JNK(1∶1 000)、p-38 MAPK(1∶1 000)、p-p38 MAPK(1∶1 000)、GAPDH(1∶5 000)一抗,4℃孵育過夜,用TBST溶液清洗3次,每次5 min;加入相應二抗(1∶5 000),室溫孵育40 min,用TBST溶液清洗3次,每次5 min;以ECL顯色后,采用凝膠成像系統(tǒng)成像并使用ImageJ v1.8.0軟件分析,以目的蛋白與內參(GADPH)的條帶灰度值比值表示目的蛋白的相對表達量。上述試驗重復3次。
采用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析,兩組間比較用t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
與對照組比較,15、30、60、90 mg/L羽扇豆醇組細胞的存活率均顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見表1。羽扇豆醇的IC50值為52.94 mg/L,故本研究選擇15、30、60 mg/L進行后續(xù)試驗。
表1 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響(±s,n=3)Tab 1 Effects of lupeol on the proliferation of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
表1 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響(±s,n=3)Tab 1 Effects of lupeol on the proliferation of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
注:與對照組比較,*P<0.05,**P<0.01Note:vs.control group,*P<0.05,**P<0.01
組別對照組7.5 mg/L羽扇豆醇組15 mg/L羽扇豆醇組細胞存活率,%61.98±1.88*44.96±1.10**36.12±2.70**細胞存活率,%100.90.78±3.95 81.87±3.70*組別30 mg/L羽扇豆醇組60 mg/L羽扇豆醇組90 mg/L羽扇豆醇組
對照組細胞生長情況良好,細胞邊緣及胞核清晰。與對照組比較,經(jīng)不同劑量羽扇豆醇作用24 h后,細胞形態(tài)發(fā)生改變,其中15 mg/L羽扇豆醇組有少數(shù)細胞脫落漂浮,細胞數(shù)量開始減少,部分細胞固縮、變圓,體積變??;30、60 mg/L羽扇豆醇組的大部分細胞固縮、變圓,并可見大量的死細胞和細胞碎片,詳見圖1。
圖1 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞形態(tài)學特征影響的顯微圖(×100)Fig 1 Micrographs of the effects of lupeol on the morphological characteristics of human breast cancer MCF-7 cells(×100)
與對照組比較,經(jīng)15、30、60 mg/L羽扇豆醇作用后,細胞克隆集落形成有隨劑量增加而逐漸減少的趨勢,各給藥組細胞的克隆形成率均顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見圖2、表2。
圖2 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞克隆形成的影響Fig 2 Effects of lupeol on the clone formation of human breast cancer MCF-7 cells
與對照組比較,60 mg/L羽扇豆醇組細胞的存活率顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01);而10 μmol/L PD98059、SP600125、SB203580組細胞的存活率與對照組比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。與60 mg/L羽扇豆醇組比較,各抑制劑與羽扇豆醇聯(lián)用組細胞的存活率均顯著升高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見表3。
表2 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞克隆形成率的影響(±s,n=3)Tab 2 Effects of lupeol on the clone formation rate of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
表2 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞克隆形成率的影響(±s,n=3)Tab 2 Effects of lupeol on the clone formation rate of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
注:與對照組比較,*P<0.05,**P<0.01Note:vs.control group,*P<0.05,**P<0.01
組別對照組15 mg/L羽扇豆醇組克隆形成率,%15.25±2.50**3.61±2.42**克隆形成率,%56.32±3.51 32.24±1.23*組別30 mg/L羽扇豆醇組60 mg/L羽扇豆醇組
表3 羽扇豆醇和MAPKs信號通路抑制劑對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響(±s,n=3)Tab 3 Effects of lupeol and MAPKs signaling pathway inhibitors on the proliferation of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
表3 羽扇豆醇和MAPKs信號通路抑制劑對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響(±s,n=3)Tab 3 Effects of lupeol and MAPKs signaling pathway inhibitors on the proliferation of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
注:與對照組比較,**P<0.01;與60 mg/L羽扇豆醇組比較,#P<0.05,##P<0.01Note:vs.control group,**P<0.01;vs.60 mg/L lupeol group,#P<0.05,##P<0.01
細胞存活率,%100.48.6±2.05**108.11±1.30 66.31±3.61#92.23±2.89 75.75±1.37##92.72±2.31 64.08±0.63#組別對照組60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L PD98059組10 μmol/L PD98059+60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L SP600125組10 μmol/L SP600125+60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L SB203580組10 μmol/L SB203580+60 mg/L羽扇豆醇組
與對照組比較,羽扇豆醇各劑量組細胞p-ERK1/2以及30、60 mg/L羽扇豆醇組細胞p-JNK、p-p38 MAPK的相對表達量均顯著升高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01);而羽扇豆醇各劑量組細胞ERK1/2、JNK、p38 MAPK的相對表達量,15 mg/L羽扇豆醇組p-JNK、p-p38 MAPK的相對表達量以及10 μmol/L PD98059、SP600125、SB203580組細胞ERK1/2、p-ERK1/2、JNK、p-JNK、p38 MAPK、p-p38 MAPK的相對表達量與對照組比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。與60 mg/L羽扇豆醇組比較,各抑制劑與羽扇豆醇聯(lián)用組細胞p-ERK1/2、p-JNK、p-p38 MAPK的相對表達量均顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);而各聯(lián)用組細胞ERK1/2、JNK、p38 MAPK的相對表達量與60 mg/L羽扇豆醇組比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。詳見圖 3、表4(表中,“-”表示該抑制劑并非為某蛋白對應的抑制劑,故無需檢測,無相應結果)。
近年來乳腺癌的發(fā)病率不斷上升,是女性癌癥患者死亡的首要原因,但其發(fā)病機制尚未完全闡明[14]。目前,乳腺癌臨床治療以手術、化療、放療及綜合治療等為主,但患者預后不佳,且化療藥物副作用極大,嚴重影響了患者的治療效果[15]。因此,尋找毒性較低的治療藥物成為乳腺癌臨床研究的熱點之一。已有研究證實,羽扇豆醇因其較低的毒性和廣泛的藥理作用引起了學者的普遍關注,是一種極具開發(fā)價值的抗腫瘤化合物[8]。有研究表明,羽扇豆醇可抑制人乳腺癌MCF-7細胞增殖并誘導其凋亡,其可能機制為該化合物可抑制細胞能量代謝途徑中生成琥珀酰輔酶A以及底物磷酸化生成腺苷三磷酸的反應,從而抑制細胞的增殖[16]。有文獻指出,MAPKs信號通路在乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用[11,17]。但羽扇豆醇對MCF-7細胞增殖的抑制作用是否與MAPKs信號通路有關尚未見報道。為此,本研究初步考察了羽扇豆醇對MCF-7細胞增殖的抑制作用以及該作用與MAPKs信號通路的相關性。
本研究結果顯示,15、30、60、90 mg/L羽扇豆醇均可顯著降低細胞的存活率,提示羽扇豆醇可抑制MCF-7細胞的增殖,與文獻報道的結果[9,16]基本一致。此外,本研究測得該化合物的IC50值為52.94 mg/L,故本研究選擇15、30、60 mg/L進行后續(xù)試驗。形態(tài)學觀察結果顯示,經(jīng)15、30、60 mg/L羽扇豆醇處理后,MCF-7細胞形態(tài)發(fā)生了不同程度的改變,且隨著羽扇豆醇劑量的增加,細胞的數(shù)量有逐漸減少的趨勢,且可見細胞固縮、變圓、體積變小、死細胞和細胞碎片產(chǎn)生等現(xiàn)象。細胞克隆形成試驗結果顯示,15、30、60 mg/L羽扇豆醇均可顯著降低細胞的克隆形成率,且細胞克隆集落形成有隨劑量增加而逐漸減少的趨勢,進一步證實了羽扇豆醇對MCF-7細胞增殖的抑制作用。
圖3 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞MAPKs信號通路相關調控蛋白表達影響的電泳圖Fig 3 Electrophoregrams of lupeol on MAPKs signaling pathway-related regulatory proteins of human breast cancer MCF-7 cells
表4 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞MAPKs信號通路相關調控蛋白相對表達量的影響(±s,n=3)Tab 4 Effects of lupeol on relative expression of MAPKs signaling pathway-related regulatory proteins of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
表4 羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞MAPKs信號通路相關調控蛋白相對表達量的影響(±s,n=3)Tab 4 Effects of lupeol on relative expression of MAPKs signaling pathway-related regulatory proteins of human breast cancer MCF-7 cells(±s,n=3)
注:與對照組比較,*P<0.05,**P<0.01;與60 mg/L羽扇豆醇組比較,#P<0.05Note:vs.control group,*P<0.05,**P<0.01;vs.60 mg/L lupeol group,#P<0.05
組別對照組15 mg/L羽扇豆醇組30 mg/L羽扇豆醇組60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L PD98059組10 μmol/L PD98059+60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L SP600125組10 μmol/L SP600125+60 mg/L羽扇豆醇組10 μmol/L SB203580組10 μmol/L SB203580+60 mg/L羽扇豆醇組ERK1/2 0.93±0.05 0.88±0.06 0.90±0.02 0.87±0.05 0.94±0.03 0.84±0.02 p-ERK1/2 0.27±0.04 0.56±0.04*0.73±0.03*0.80±0.02**0.34±0.06 0.60±0.04#JNK 0.86±0.06 0.85±0.04 0.88±0.06 0.86±0.04 p-JNK 0.29±0.04 0.33±0.08 0.50±0.03*0.58±0.02**p-38 MAPK 0.69±0.12 0.67±0.04 0.58±0.06 0.68±0.04 p-p38 MAPK 0.39±0.05 0.48±0.04 0.68±0.05*0.82±0.02**----0.87±0.02 0.89±0.02 0.26±0.02 0.37±0.03#--------0.37±0.06 0.58±0.02#------------0.66±0.03 0.69±0.10
MAPKs家族主要有3個亞族,即ERK1/2、JNK和p38 MAPK,三者均可通過多個底物(如磷酸化轉錄因子、與細胞骨架相關的細胞和酶等)來調控細胞的多種生理過程(如細胞凋亡、癌基因轉化和細胞增殖、分化等)[10,18-19]。為探討MAPKs信號通路是否參與了羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的抑制過程,本研究選用ERK1/2抑制劑(PD98059)、JNK抑制劑(SP600125)和p38 MAPK抑制劑(SB203580)作為參照。MTT試驗結果顯示,60 mg/L羽扇豆醇組細胞的存活率較對照組顯著降低,而各抑制劑與羽扇豆醇聯(lián)用組細胞的存活率均較羽扇豆醇單用組顯著增加,表明加用ERK1/2、JNK、p38 MAPK抑制劑可逆轉羽扇豆醇對MCF-7細胞增殖的抑制作用。這提示羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞增殖的抑制作用可能與MAPKs信號通路有關。
有研究證實,MAPKs信號通路相關調控蛋白的磷酸化水平對多種腫瘤細胞的增殖、凋亡等均具有重要的調控作用[20-21]。Western blotting試驗結果顯示,羽扇豆醇各劑量組細胞p-ERK1/2以及30、60 mg/L羽扇豆醇組細胞p-JNK、p-p38 MAPK的相對表達量均較對照組顯著升高,各抑制劑與羽扇豆醇聯(lián)用組細胞p-ERK1/2、p-JNK、p-p38 MAPK的相對表達量均較60 mg/L羽扇豆醇組顯著降低,表明加用ERK1/2、JNK、p38 MAPK抑制劑可抑制羽扇豆醇對MAPKs信號通路相關調控蛋白的促磷酸化作用。這提示羽扇豆醇對MCF-7細胞增殖的抑制作用可能與誘導ERK1/2、JNK、p38 MAPK磷酸化有關,這與Cao J等[13]的研究結果基本一致。
綜上所述,羽扇豆醇對人乳腺癌MCF-7細胞的增殖具有明顯的抑制作用,其機制可能與促進MAPKs信號通路相關調控蛋白的磷酸化有關,但其具體作用靶點和機制有待后續(xù)研究進一步確證。