去甲斑蝥素誘導(dǎo)黑色素瘤M14細胞凋亡及相關(guān)機制的研究

高楊 叢力寧 程毅 劉巖

黑色素瘤是一種好發(fā)于皮膚的高度惡性的腫瘤，有易發(fā)生轉(zhuǎn)移，病死率高，預(yù)后差[1,2]等特點，且缺乏較有效的治療手段。斑蝥素是從斑蝥的干燥蟲體中提取的一種抗腫瘤活性成分，具有抗腫瘤、升白細胞、增強免疫、抗病毒、抑菌及抗氧化等作用，臨床上可用于治療多種腫瘤。去甲斑蝥素是斑蝥素的衍生物，由人工合成，其毒副作用比斑蝥素低，具有獨特的升白細胞作用及較強的抗癌作用。本研究通過去甲斑蝥素作用于人黑色素瘤M14細胞，觀察去甲斑蝥素對M14細胞凋亡和有關(guān)凋亡基因及細胞內(nèi)活性氧(ROS)的影響，探討其可能的抗腫瘤作用機制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 人M14黑素瘤細胞株，購于中國科學院上海細胞研究所；去甲斑蝥素購于美國Sigma 公司，1640培養(yǎng)基購于美國Gibco公司，CCK8試劑購于日本同仁化學研究所，Trizol試劑購于Invitrogen公司、高效RIPA裂解液購于北京索萊寶來生物技術(shù)有限公司，PCR引物購于北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限公司，活性氧檢測試劑盒購于南京凱基生物科技發(fā)展有限公司，丙二醛(MDA)檢測試劑盒購于碧云天生物技術(shù)研究所。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養(yǎng)：M14細胞培養(yǎng)于10%胎牛血清的1640培養(yǎng)基，37℃，5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中。于倒置顯微鏡下觀察細胞形態(tài)和生長狀態(tài)，待細胞融合達到90%以上時，按1∶2或1∶3的比例進行傳代。將細胞分為空白對照組和50、100、500 μg/L去甲斑蝥素給藥組。

1.2.2 CCK8檢測：細胞活性將對數(shù)生長期的M14細胞接種于96 孔板中，每孔5×103個細胞，每組設(shè)5個平行孔，待細胞貼壁后，棄去原培養(yǎng)液，實驗組每孔加入100 μl的藥物，濃度分別為0、50、100、500 μg/L，只加培養(yǎng)基無細胞孔為空白對照組。分別作用12、24 h后，加CCK8每孔10 μl作用2 h，用酶標儀測定每孔450 nm波長的吸光度值并計算抑制率。生長抑制率=[(Ac-As)/(Ac-Ab)]×100%。

1.2.3 qRT-PCR法檢測凋亡相關(guān)mRNA的表達

1.2.3.1 Trizol法提取細胞總RNA：貼壁細胞PBS洗滌3次，加入1 ml Trizol，吹打充分混勻，移至EP管，冰盒靜置5 min，加入0.2 ml氯仿，上下劇烈震蕩15 s，冰盒靜置5 min，2 min，4℃離心，12 000 r/min×15 min，取上層水相移入一新無RNase管中，加入等體積異丙醇，冰盒靜置10 min，4℃離心，12 000 r/min×10 min。棄上清，管中白色沉淀即RNA，去除殘液后加入0.4 ml 75%乙醇洗滌，4℃離心，9 000 r/min×5 min，棄上清，晾干RNA。加入40 μl ddH2O溶解，吹打混勻，-80℃保存。

1.2.3.2 總RNA質(zhì)量的檢測:測定RNA樣品的OD260及OD280，計算RNA的濃度，以O(shè)D260/OD280，保證其比值在1.9～2.0，若偏差過大，則表示RNA有污染，判斷RNA樣品中有無蛋白質(zhì)或者有機溶劑污染。

1.2.3.3 RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。見表1。

表1 RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA反應(yīng)體系

1.2.3.4 qRT-PCR GAPDH為內(nèi)參，每個樣品設(shè)3個復(fù)孔，總體積為20 μl。充分混勻，操作IQ5軟件：熱學過程：95℃×5 min，95℃×15 s，58℃×30 s，72℃×30 s，共40個重復(fù)循環(huán)，采集PCR產(chǎn)物熒光值。結(jié)束后，設(shè)置溶解曲線程序：95℃×15 s，60℃～95℃，緩慢升溫，產(chǎn)生熔點曲線或稱解離曲線。設(shè)閾值，檢測mRNA的表達情況。見表2。

表2 qRT-PCR GAPDH為內(nèi)參反應(yīng)體系

1.2.3.5 引物序列:見表3。

表3 引物序列

1.2.4 雙重加熱法檢測MDA的水平。其實驗原理基于硫代巴比妥(TBA)和MDA反應(yīng)產(chǎn)生的紫色，通過比色法間接測定MDA的水平。調(diào)整M14細胞濃度為1.0×105個，接種于6孔板，37℃、5% CO2溫箱中孵育過夜。加入不同濃度的去甲斑蝥素后孵育24 h后離心收集細胞。加入200 μl細胞裂解液充分裂解后,1 600 r/min離心10 min取上清，按照試劑盒的操作說明，加入TBA溶液，95℃煮沸40 min。樣品迅速冷卻至室溫，并按要求加入96孔板中，在532 nm酶標儀測定吸光光度值。MDA含量為每毫克蛋白質(zhì)中的納摩爾數(shù)。

1.2.5 細胞內(nèi)ROS水平檢測：DCFH-DA被自由基(H2O2)去乙酰化轉(zhuǎn)變?yōu)槠錈晒猱a(chǎn)物DCF，通過檢測DCF的熒光值，可間接檢測細胞內(nèi)ROS的水平。調(diào)整M14細胞濃度為1.0×105個，接種于6孔板，37℃、5% CO2溫箱中孵育過夜。加入不同濃度的去甲斑蝥素后孵育24 h后收集細胞。按照活性氧檢測試劑盒的操作說明，用DCFH-DA 熒光探針標記細胞，利用熒光酶標儀在488 nm激發(fā)波長、525 nm發(fā)射波長下測定不同組別中DCF 的熒光值。

2 結(jié)果

2.1 去甲斑蝥素抑制M14細胞增殖 CCK8結(jié)果所示，去甲斑蝥素可抑制黑素瘤M14細胞的增殖，藥物作用24 h后各組的細胞生長抑制率比較有顯著差異(F=135.76，P<0.05)，作用48 h后亦有顯著差異(F=96.12，P<0.05)，經(jīng)兩兩比較，各濃度去甲斑蝥素與陰性對照組組間差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表4。

組別24 h凋亡率48 h凋亡率對照組 6.34±1.037.86±1.3750 μg/L NCTD 14.57±1.45?18.89±2.13?100 μg/L NCTD38.48±2.67?#46.18±3.06?#500 μg/L NCTD56.72±3.78?#△63.57±3.64?#△

注：與對照組比較，*P<0.05；與50 μg/L NCTD比較，#P<0.05；與100 μg/L NCTD比較，△P<0.05

2.2 去甲斑蝥素對凋亡相關(guān)基因的影響 采用RT-PCR法檢測去甲斑蝥素對人M14黑色素瘤細胞中凋亡基因mRNA的影響。去甲斑蝥素作用M14細胞24、48 h后，均能夠升高凋亡相關(guān)基因Bax、caspase-3、caspase-9、細胞色素c的mRNA的表達，減少凋亡抑制基因Bcl-2的mRNA表達(P<0.05)。見表5。

組別Bax相對mRNAcaspase-3相對mRNAcaspase-9相對mRNA細胞色素c相對mRNABcl-2相對mRNA對照組 1111150 μg/L NCTD1.11±0.251.07±0.181.05±0.030.83±0.110.83±0.08100 μg/L NCTD1.32±0.0451.74±0.09#1.34±0.05#1.18±0.06?0.60±0.16#500 μg/L NCTD1.47±0.085?1.74±0.38#1.42±0.04#1.25±0.08#0.40±0.11#

注：與對照組比較，*P<0.05，#P<0.01

2.3 去甲斑蝥素對M14細胞中ROS的影響經(jīng)過藥物處理人M14黑色素瘤細胞24 h后，采用熒光探針標記法檢測不同濃度去甲斑蝥素作用在人M14黑色素瘤細胞ROS水平。如圖3顯示結(jié)果發(fā)現(xiàn)，去甲斑蝥素能明顯的提高細胞內(nèi)ROS水平(F=22.029，P<0.05)，與對照組對比，各實驗組差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表6，圖1。

組別ROS相對含量對照組 150 μg/L NCTD 1.31±0.035?100 μg/L NCTD1.25±0.04?500 μg/L NCTD1.34±0.10?

注：與對照組比較，*P<0.01

圖1 熒光探針法檢測去甲斑蝥素對黑素瘤M14細胞ROS的影響

2.4 去甲斑蝥素對M14細胞中MDA的影響經(jīng)過不同濃度藥物處理人M14黑色素瘤細胞24 h后，采用雙重加熱法檢測不同濃度去甲斑蝥素作用在人M14黑色素瘤細胞后的MDA水平。去甲斑蝥素能明顯的提高細胞內(nèi)MDA水平(F=14.230，P<0.05)，且呈劑量依賴性。與對照組相比，100 μg/L、500 μg/L 2組差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表7，圖2。

組別MDA對照組 0.31±0.0450 μg/L NCTD 0.56±0.10100 μg/L NCTD0.88±0.13?500 μg/L NCTD0.99±0.23#

注：與對照組比較，*P<0.05，#P<0.01

圖2 雙重加熱法檢測去甲斑蝥素對黑素瘤M14細胞丙二醛(MDA)的影響

3 討論

去甲斑蝥素(noncantharidin，NCTD)為斑蝥素的衍生物，是人工合成的一種新型抗癌藥物，是一種水溶性合成小分子，與斑蝥素相似，其摩爾質(zhì)量、復(fù)雜度和重原子數(shù)分別為168.15 g/mol、246和12。NCTD可以引起多種細胞系的凋亡，目前已有研究表明去甲斑蝥素對人皮膚鱗狀細胞癌A431細胞[1]、骨髓瘤U266細胞[2]、肺腺癌A549細胞[3]、胰腺癌PANC1細胞[4]、胃癌SGC7901細胞[5]、乳腺癌MCF7細胞[6]等均具有抑制作用。此外，它還可以抑制血管的生成和轉(zhuǎn)移，影響控制細胞增殖的多種途徑。

目前，包括Wnt/β-連環(huán)蛋白，Sonic hedgehog(Shh)和Notch信號通路在內(nèi)的幾種途徑已被確定在癌癥干細胞的自我更新中起到關(guān)鍵作用，并可導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)和多藥耐藥，以及血管生成，遷移，侵襲和轉(zhuǎn)移[7]。去甲斑蝥素可以促進β-catenin活化的喪失并抑制具有顯性β-連環(huán)蛋白信號傳導(dǎo)的Jurkat細胞的增殖[8]；NCTD可抑制了乳腺癌各種細胞系的Shh表達[9]；NCTD劑量依賴性地抑制人乳腺癌MDA-MB-231細胞中Akt和NF-κB表達的磷酸化[10]。此外，NCTD在低濃度(0.2～0.8 μg/ml)下使人肺癌A549細胞遷移減少超過65%而不影響細胞活力[11]。細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)，c-Jun NH2-末端激酶(JNK)的激活和下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的調(diào)節(jié)參與NCTD誘導(dǎo)的人肝癌HepG2細胞凋亡[12]；這表明NCTD具有用活化的Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑治療癌癥的顯著潛力。在對單一藥物或一類藥物產(chǎn)生耐藥性后，癌細胞對其他功能和結(jié)構(gòu)不相關(guān)的藥物表現(xiàn)出交叉耐藥性，導(dǎo)致癌細胞治療失敗，這種現(xiàn)象稱為多藥耐藥性(multidrug resistance，MDR)。盡管目前已研究了MDR的許多機制，但最重要的機制可能是通過細胞膜上藥物轉(zhuǎn)運蛋白將藥物主動移出從而減少細胞內(nèi)藥物積累。這些藥物轉(zhuǎn)運蛋白為ATP結(jié)合蛋白，包括p-糖蛋白，多藥耐藥蛋白1、多藥耐藥蛋白2，肺耐藥蛋白、和乳腺癌耐藥蛋白等[7]。NCTD可抑制異質(zhì)性人上皮結(jié)腸直腸腺癌細胞單層模型中p-糖蛋白[13]和多藥耐藥相關(guān)蛋白2的表達[14]，誘導(dǎo)對多種化療藥物具有耐藥性的口腔癌細胞的凋亡[15]。在對多柔比星耐藥的人乳腺癌MCF-7R細胞的研究中，NCTD增加了MCF-7R細胞中多柔比星的細胞內(nèi)積累，并抑制了多藥耐藥蛋白1 mRNA，p-糖蛋白和乳腺癌耐藥蛋白表達的上調(diào)[16]?？偟膩碚f，NCTD可能是P-糖蛋白的底物，可能會克服癌細胞的多藥耐藥性。本課題組在前期的實驗研究中，經(jīng)流式細胞術(shù)檢測到去甲斑蝥素對人A375細胞有促進凋亡的作用，本實驗通過CCK8法分析去甲斑蝥素體外作用于人黑色素瘤M14細胞，結(jié)果顯示去甲斑蝥素對黑色素瘤細胞具有明顯的生長抑制作用，并且呈時間-劑量依賴性。在前期實驗中，我們還通過DAPI染色法通過熒光顯微鏡下觀察去甲斑蝥素對黑素瘤M14細胞核結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)細胞核固縮、核邊集及凋亡小體等細胞凋亡形態(tài)學改變，證實去甲斑蝥素對人黑色素瘤M14細胞有抑制作用，但其作用機制尚不明確[17]。在本試驗中，我們研究了去甲斑蝥素是否可以在M14細胞中激活線粒體途徑而誘導(dǎo)細胞凋亡。

細胞凋亡是發(fā)生在多細胞生物中的程序性細胞死亡的過程，這個過程包括起泡，細胞收縮，核碎裂，染色質(zhì)濃縮，染色體DNA片段化和mRNA全面衰變[18]。基于刺激因素的不同，細胞凋亡通常通過激活外源性(死亡受體)途徑或內(nèi)在(線粒體)途徑。內(nèi)源性途徑通常被來自于細胞內(nèi)部的壓力激活，由一連串的刺激因素誘導(dǎo)，包括DNA損傷和生長因子減少，這些刺激信號最終觸發(fā)線粒體外膜通透性增加(mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP)。其中線粒體外膜(outer mitochondrial membrane，OMM)通透性增加一般是由于某些促凋亡BCL-2家族成員激活的結(jié)果[19]。Bcl-2家族包括凋亡抑制因子和凋亡促進因子兩大類，凋亡抑制因子包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1等，Bax、Bak、Bcl-xS等為凋亡促進因子。Bax與Bcl-2是一對同源或者異源二聚體，當細胞DNA受損時，Bax表達增強，可與Bcl-2形成同源二聚體，拮抗Bcl-2的抑制凋亡作用，從而激活線粒體凋亡通路，引起細胞凋亡。有文獻報道，ROS可作為細胞的第二信使調(diào)控細胞增長、促進細胞增殖，但是過高的ROS水平會使細胞因氧化過度而受損，導(dǎo)致細胞凋亡[20]。ROS介導(dǎo)的細胞損傷在早期會引起細胞膜脂質(zhì)過氧化，同時伴有MDA的產(chǎn)生，因此MDA可間接評價細胞遭受氧化應(yīng)激損傷的嚴重程度[21]。在前期的研究中，我們通過流式細胞術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)10～40 μmo/L去甲斑蝥素作用在人A375黑色素瘤細胞48 h后，ROS水平明顯有所提高，且呈劑量依賴性。本實驗我們進一步通過熒光探針法檢測去甲斑蝥素對M14黑素瘤細胞ROS的影響，結(jié)果顯示去甲斑蝥素同樣可增加M14細胞內(nèi)的ROS水平。同時，細胞內(nèi)的MDA水平也升高，間接反映了細胞受到了過度的氧化應(yīng)激損傷。同時，通過RT-PCR我們還發(fā)現(xiàn)，隨著去甲斑蝥素濃度的升高，凋亡相關(guān)基因Caspase-3、Capase-9、Bax、細胞色素c基因的mRNA表達量逐漸升高，而凋亡抑制基因Bcl-2的mRNA表達量逐漸降低。綜合以上結(jié)果，我們推測去甲斑蝥素可誘導(dǎo)M14細胞凋亡，其作用可能與去甲斑蝥素引發(fā)細胞內(nèi)氧化應(yīng)激進而啟動線粒體途徑的凋亡通路有關(guān)，去甲斑蝥素有望成為治療黑素瘤的有效輔助性藥物。