淫羊藿素通過Hedgehog信號通路抑制基底細胞癌細胞生存和遷移

胡文龍，吳平平，劉靈花，劉友饒

九江學(xué)院附屬醫(yī)院，九江 332000

基底細胞癌約占非黑色素瘤皮膚癌的80%，是全球最常見的癌癥[1]。大多數(shù)基底細胞癌可以通過手術(shù)治愈，但對于晚期或進展性基底細胞癌，手術(shù)和/或放療則顯得力不從心，甚至可能造成明顯的功能或外形的喪失。雖然鉑類化療藥物具有顯著的抗腫瘤活性，但對患者的生存率卻無明顯改變[2]。因此，尋求一種新的能改善基底細胞癌預(yù)后的治療方法已十分必要?；准毎﹣碓从跒V泡間表皮或毛囊的基底角質(zhì)細胞[3,4]，在95%的散發(fā)性基底細胞癌中，刺猬(Hedgehog，Hh)信號通路均出現(xiàn)異常激活[5]。大量研究數(shù)據(jù)證明，Hh信號通路抑制劑對難治性以及不適合手術(shù)或放療的基底細胞癌患者是非常有效的治療選擇，但同時由于藥物不良事件的出現(xiàn)而停止治療也很常見[6]。因此，開發(fā)一種新型的安全有效的Hh信號通路抑制劑將顯著改善目前和未來基底細胞癌的治療前景。淫羊藿素(icaritin)是小檗科淫羊藿屬植物淫羊藿的主要活性單體成分。近年來，淫羊藿素的抗腫瘤作用已得到廣泛研究，能通過不同信號通路和細胞靶點抑制宮頸癌[7]、食管癌[8]、黑色素瘤[9,10]等多種惡性腫瘤活性，其中Hh信號通路在淫羊藿素抑制食管癌干細胞的增殖、遷移和侵襲的過程中發(fā)揮了重要作用[8]。本研究將著重探討淫羊藿素的抗基底細胞癌活性及其與Hh信號通路的關(guān)系，以期為基底細胞癌的治療提供新的潛在藥物。

1 材料與方法

1.1 材料

人皮膚基底細胞癌A431細胞株為九江學(xué)院附屬醫(yī)院實驗室饋贈；淫羊藿素38226-86-7(成都格利普生物科技有限公司，純度98.5%)用DMSO溶解后配制成320 mmol/L母液；GANT 61500579-04-4(MedChemExpress公司)；胰蛋白酶-EDTA消化液、DMEM高糖培養(yǎng)基、胎牛血清(Gibco公司，批號分別為：25300-054、C11995500BT、10091148)；兔抗人Hedgehog、Smo、Gli1、Bcl-2、Bax、MMP-9抗體(Abcam公司，批號分別為：ab53281、ab5694、ab134906、ab32134、ab32503、ab76003)；GREENspin細胞RNA快速提取試劑盒、CCK-8試劑盒(上海經(jīng)科化學(xué)科技有限公司，批號分別為：hz-409-1、JK-021)；Caspase-3活性測定試劑盒(Solarbio科技有限公司，批號：BC3830)；Go Script逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、Go Taq qPCR Master Mix(Promega公司，批號分別為：A5003、A6001)；25 cm2塑料培養(yǎng)瓶、6孔、96孔、Transwell培養(yǎng)板(美國Corning公司)；倒置相差顯微鏡(日本Nikon公司)；酶標儀-Model680(美國BIO-RAD公司)；化學(xué)發(fā)光成像分析系統(tǒng)、CO2恒溫培養(yǎng)箱(Eppendorf公司)。

1.2 方法

1.2.1 CCK-8檢測細胞活力

取對數(shù)生長期A431細胞1×104個/孔接種于96孔培養(yǎng)板，常規(guī)培養(yǎng)24 h后加藥。實驗設(shè)0、10、20、40、80、160 μmol/L 6個濃度梯度，空白對照組(control，Con)給予含0. 05% DMSO的完全培養(yǎng)基，各組均常規(guī)設(shè)置8個副孔和2個藥物對照(含同組相同濃度藥物培養(yǎng)基而不含細胞)孔。分別于作用24 h、48 h、72 h后每孔加入10 μL CCK-8試劑，酶標儀測定其450 nm處吸光度A值，以藥物對照孔進行調(diào)零，計算細胞活力：細胞活力=(A實驗/A對照)× 100%。

1.2.2 Transwell遷移實驗

A431細胞按1×105/孔接種于6孔板，隨機分組培養(yǎng)。A分組法分為對照組(0 μmol/L)、40 μmol/L組和80 μmol/L組，分別加入相應(yīng)濃度淫羊藿素預(yù)處理24 h。B分組法分為對照組(0 μmol/L)、GANT 61組(10 μmol/L)和GANT 61(10 μmol/L)+Icaritin(80 μmol/L)組，分別加入相應(yīng)濃度GANT 61和/或淫羊藿素預(yù)處理24 h。按以上方法分組培養(yǎng)后常規(guī)消化離心，無血清培養(yǎng)基調(diào)整細胞密度為1×106個/mL，上室每孔加入相應(yīng)100 μL細胞懸液，下室均加入600 μL含5%胎牛血清的完全培養(yǎng)基。培養(yǎng)12 h后結(jié)晶紫染色，隨機選取5個高倍鏡視野進行計數(shù)。對上室底膜上下室側(cè)附著的細胞進行直接計數(shù)。

1.2.3 Caspase-3活性檢測

取生長良好的細胞按1×106/孔接種于6孔培養(yǎng)板，待細胞完全貼壁后同A方法分組培養(yǎng)，每組設(shè)4個復(fù)孔，培養(yǎng)24 h后按Caspase-3活性測定試劑盒說明操作，酶標儀檢測各組樣品405 nm波長處吸光度，計算Caspase-3活性。

1.2.4 流式細胞術(shù)檢測細胞凋亡

將對數(shù)生長期的A431細胞常規(guī)接種于6孔板后同A方法分組培養(yǎng)24 h，收集各組細胞，調(diào)整細胞密度為1×106個/mL，取1 mL細胞懸液用預(yù)冷PBS洗滌離心2遍，先后加入200 μL Binding Buffer、10 μL Annexin V-FITC和10 μL PI，室溫避光反應(yīng)15 min后加入300 μL Binding Buffer，流式細胞儀定量檢測細胞凋亡率。

1.2.5 qPCR檢測mRNA表達水平

同“1.2.2”方法分組培養(yǎng)24 h后，按GREENspin細胞RNA快速提取試劑盒、Go Script逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書提取細胞總RNA，逆轉(zhuǎn)錄為cDNA，按Go Taq qPCR Master Mix配制反應(yīng)體系進行PCR擴增。引物序列及產(chǎn)物大小見表1。

1.2.6 Western blot檢測蛋白表達水平

分組培養(yǎng)48 h后提取各組細胞總蛋白，BCA法測定蛋白濃度，進行SDS-PAGE凝膠電泳，依次進行轉(zhuǎn)膜、封閉，孵育一抗、二抗，采用化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)觀察分析條帶。內(nèi)參為GAPDH，目的蛋白包括Hedgehog、Smo、Gli1、Bcl-2、Bax和MMP-9。

表1 引物序列和產(chǎn)物大小

1.2.7 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 淫羊藿素抑制A431細胞活力

CCK-8結(jié)果顯示，不同濃度的淫羊藿素均能抑制基底細胞癌A431細胞增殖，造成細胞活力下降，藥物濃度越高，抑制作用越強；同一濃度下，細胞活力隨作用時間延長而下降。80 μmol/L的淫羊藿素作用48 h時抑制作用開始進入平臺期，再增加作用濃度和時間，細胞活力下降不明顯(見圖1)。以上實驗結(jié)果表明，80 μmol/L的淫羊藿素具有強大的抑制A431細胞活性的作用。計算得IC50=54.78 μmol/L，因此，后續(xù)實驗均參考該實驗結(jié)果設(shè)40 μmol/L和80 μmol/L兩個濃度作為實驗組，作用時間為24 h。

2.2 淫羊藿素抑制A431細胞遷移

Transwell遷移實驗發(fā)現(xiàn)，淫羊藿素作用24 h后對基底細胞癌A431細胞的遷移能力具有明顯的抑制作用(P<0.05)，40 μmol/L組的抑制率可達約68.9%，而80 μmol/L組的抑制率高達91.1%，呈現(xiàn)出濃度依賴性(見圖2)。

圖1 CCK-8檢測細胞活力Fig.1 Cell viability assay by CCK-8

2.3 淫羊藿素增強A431細胞Caspase-3活性誘導(dǎo)細胞凋亡

淫羊藿素(40、80 μmol/L)作用的A431細胞Caspase-3活性明顯增強(P<0.05)，且活性隨濃度升高而增高(見圖3)。進一步的流式細胞術(shù)結(jié)果顯示，40 μmol/L和80 μmol/L組A431細胞的凋亡率分別為15.42%和42.87%，對照組凋亡率為2.21%，不同濃度的淫羊藿素均具有誘導(dǎo)基底細胞癌細胞凋亡的作用(P<0.05)，且80 μmol/L較40 μmol/L的淫羊藿素促凋亡作用更強(見圖4)。

2.4 淫羊藿素對Hh信號通路及凋亡、遷移相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄及蛋白表達的影響

qPCR結(jié)果顯示：與對照組相比，40 μmol/L和80 μmol/L的淫羊藿素均能下調(diào)Shh、Smo、Gli1、Bcl-2和MMP-9的轉(zhuǎn)錄水平(P<0.05)，且高濃度的抑制作用更強，而促凋亡基因Bax的mRNA水平則明顯增強(P<0.05)(見圖5)。Western blot與qPCR結(jié)果一致，淫羊藿素能夠抑制Hh信號通路相關(guān)因子及MMP-9蛋白的表達，促進凋亡因子Bax的表達同時抑制抗凋亡因子Bcl-2(見圖6)。以上結(jié)果表明，淫羊藿素能夠抑制Hh信號通路，啟動細胞凋亡程序。

圖2 淫羊藿素抑制A431細胞遷移Fig.2 Icaritin inhibited the migration of A431 cells注：與空白對照組比較，*P<0.05；與40 μmol/L組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

圖3 不同濃度淫羊藿素對A431細胞caspase-3活性的影響Fig.3 Effects of icaritin at different concentrations on Caspase-3 activity in A431 cells注：與對照組比較，*P<0.05；與40 μmol/L組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

2.5 淫羊藿素主要通過抑制Hh信號通路上調(diào)凋亡相關(guān)因子并下調(diào)遷移相關(guān)因子的表達

GANT 61是Hh信號通路Gli1和Gli2的靶向抑制劑，Western blot結(jié)果也表明GANT 61具有強大的抑制Gli1表達的作用。GANT 61能明顯上調(diào)Bax的表達，同時下調(diào)Bcl-2與MMP-9的表達(P<0.05)，而使用GANT 61抑制Hh信號通路后，淫羊藿素對Bcl-2、BAX的表達均不能產(chǎn)生明顯影響，對MMP-9則仍具有一定的抑制作用(P<0.05)(見圖7)。

2.6 淫羊藿素通過抑制Hh信號通路介導(dǎo)基底細胞癌細胞凋亡

Caspase-3細胞活性檢測表明使用GANT 61抑制Hh信號通路后，A431細胞Caspase-3活性明顯增加(P<0.05)，而淫羊藿素并不能進一步介導(dǎo)細胞凋亡(見圖8)。

2.7 淫羊藿素通過抑制Hh信號通路抑制基底細胞癌細胞遷移

Transwell遷移實驗結(jié)果顯示，Hh信號通路被抑制后(GANT 61)，A431細胞細胞遷移能力明顯下降(P<0.05)，而淫羊藿素未能加強抑制細胞遷移的作用(見圖9)。

3 討論與結(jié)論

Hh信號通路參與了腫瘤組織的啟動、遷移和凋亡等多種生物學(xué)行為，與多達三分之一的惡性腫瘤的形成、發(fā)展有關(guān)[11]。Hedgehog蛋白在脊椎動物中至少有音速刺猬因子(sonic hedgehog，Shh)、印度刺猬因子(india hedgehog，Ihh)和沙漠刺猬因子(desert hedgehog，Dhh)三個基因編碼，其中Shh在皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)和消化道中廣泛表達，作用于Patched(Ptc)和Smothened(Smo)兩種細胞膜受體。在正常生理狀態(tài)下，Hh配體常常缺失，Ptc與Smo結(jié)合，抑制Smo蛋白活性，進而阻止下游膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因(glioma-associated oncogene，Gli)轉(zhuǎn)錄因子(Gli1、GliI2和Gli3)向核內(nèi)轉(zhuǎn)移。當Hh蛋白和Ptc結(jié)合以后，解除了對Smo的抑制，可使全長Gli蛋白進入核內(nèi)并激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄[11,12]。研究表明，高達95%的基底細胞癌均出現(xiàn)Hh信號通路異常激活，其中約67%表現(xiàn)為Ptc缺失，10%表現(xiàn)為Smo突變[13-15]，導(dǎo)致Gli進入細胞核并促進細胞分裂和腫瘤形成[13]。因此，靶向抑制Hh信號通路將可能有效抑制基底細胞癌的發(fā)展，而對正常組織細胞無明顯影響。

圖4 流式細胞術(shù)比較不同濃度淫羊藿素對A431細胞凋亡率的影響Fig.4 Comparison of the effect of icaritin at different concentrations on apoptosis rate in A431 cells by flow cytometry注：與對照組比較，*P<0.05；與40 μmol/L組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

圖5 Hedgehog、Smo、Gli1、Bcl-2、MMP-9和Bax的mRNA表達水平Fig.5 The mRNA expression levels of Hedgehog,Smo,Gli1,Bcl-2,MMP-9 and Bax注：與對照組比較，*P<0.05；與40 μmol/L組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

淫羊藿是在亞洲傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中常被用作滋補藥、壯陽藥，具有廣泛的治療能力。大量體內(nèi)、外研究表明淫羊藿素具有廣泛的抗腫瘤活性，通過凋亡、細胞周期調(diào)節(jié)、抗血管生成、抗轉(zhuǎn)移和免疫調(diào)節(jié)等多種機制發(fā)揮作用[16]。其中，抑制Hh信號通路是淫羊藿素抑制食管癌細胞的主要作用機制[8]。本研究發(fā)現(xiàn)淫羊藿素具有廣泛地抑制基底細胞癌A431細胞Hh信號通路相關(guān)因子(Hedgehog、Smo、Gli1)的作用，同時能夠介導(dǎo)細胞凋亡并抑制其遷移。這表明，淫羊藿素可能通過抑制Hh信號通路發(fā)揮抗基底細胞癌的作用。

Gli是Hh信號通路的核心成員，其調(diào)控的下游靶基因包括通路本身成員Ptch1、Ptch2、Gli1和腫瘤細胞凋亡調(diào)控因子(Bcl-2)、細胞周期調(diào)控因子(CCND2)、細胞轉(zhuǎn)移相關(guān)因子等[11]。MMP-9是目前研究最廣泛的基質(zhì)金屬蛋白酶之一，可裂解多種細胞外基質(zhì)蛋白，調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)的重構(gòu)，與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移和血管生成等密切相關(guān)[17]，在肝癌[18]、口腔鱗狀細胞癌[19]、神經(jīng)母細胞瘤[20]等腫瘤中高表達并與Hh信號通路密切相關(guān)。為了進一步闡明淫羊藿素抑制A431細胞的作用與Hh信號通路的關(guān)系，本研究使用GANT 61抑制Gli從而達到封閉Hh信號通路的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Gli1、Bcl-2、MMP-9表達明顯下調(diào)而Bax明顯上調(diào)，并出現(xiàn)細胞凋亡增加和遷移抑制，淫羊藿素具有調(diào)控以上細胞因子和行為的同樣作用，但當Hh信號通路被抑制后，淫羊藿素則失去了對Bcl-2、Bax的調(diào)控作用，僅僅輕度增強了對MMP-9的抑制作用，細胞凋亡和遷移也未出現(xiàn)明顯變化，說明淫羊藿素并未通過其他信號通路明顯作用于A431細胞，但其對MMP-9的調(diào)控可能存在其他信號通路，仍有待進一步研究。因此，可以認為淫羊藿素可能主要通過抑制Hh信號通路，促進凋亡相關(guān)因子的表達，介導(dǎo)基底細胞癌細胞凋亡，同時下調(diào)MMP-9的表達，抑制基底細胞癌細胞的遷移。

圖6 Hedgehog、Smo、Gli1、Bcl-2、Bax和MMP-9的蛋白表達水平Fig.6 The protein expression levels of Hedgehog,Smo,Gli1,Bcl-2,Bax and MMP-9注：與對照組比較，*P<0.05；與40 μmol/L組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

圖7 GANT 61和/或淫羊藿素作用A431細胞后Gli1、Bcl-2、Bax和MMP-9的蛋白表達水平Fig.7 Changes in Gli1,Bcl-2,Bax and MMP-9 protein levels of A431 cells incubated with GANT 61 and/or icaritin注：與對照組比較，*P<0.05；與GANT 61組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with 40 μmol/L,#P<0.05.

圖8 GANT 61和/或淫羊藿素對A431細胞Caspase-3活性的影響Fig.8 Effects of GANT 61 and/or icaritin on Caspase-3 activity in A431 cells注：與對照組比較，*P<0.05；與GANT 61組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with GANT 61,#P<0.05.

圖9 GANT 61和/或淫羊藿素對A431細胞遷移的影響Fig.9 Effects of GANT 61 and/or icaritin on A431 cells migration注：與對照組比較，*P<0.05；與GANT 61組比較，#P<0.05。Note:Compared with control group,*P<0.05;Compared with GANT 61,#P<0.05.

綜上，本研究表明淫羊藿素能通過抑制Hh信號通路抑制基底細胞癌細胞的生存和遷移能力，為其作為靶向藥物或者輔助治療藥物治療基底細胞癌提供了新的思路和方案。