杜月梅,劉云帆,秦 菲,*,高麗萍
(1.北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院,北京 100023;2.生物活性物質(zhì)與功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100191)
順鉑(cis-dichlorodiamineplatinum (Ⅱ),CDDP)在1978 年被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于臨床,是目前臨床上常用的強(qiáng)效抗癌藥,常作為治療頭頸部癌、睪丸癌、卵巢癌、乳腺癌、甲狀腺癌、肺癌、胃癌、食道癌和骨肉瘤的首選藥[1-6],具有極其顯著的抗癌效果。CDDP 進(jìn)入細(xì)胞后,細(xì)胞中的低氯離子可促進(jìn)順鉑水解,形成水合順鉑[7],該物質(zhì)活性很高,容易與DNA 發(fā)生加成反應(yīng),引發(fā)交叉聯(lián)結(jié),進(jìn)而破壞DNA 的結(jié)構(gòu)功能,同時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[8]。此外,CDDP 中的Pt2+離子,易與細(xì)胞中酶、蛋白質(zhì)中的巰基(-SH)相結(jié)合,從而使酶和蛋白質(zhì)失活,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞或人體組織損傷[9]。有報(bào)道稱,每24 h 就有65%~98%的CDDP 與血液中蛋白結(jié)合,造成了許多毒副作用,其中為劑量限制性的腎毒性是最常見(jiàn)及最嚴(yán)重的毒副反應(yīng)[10]。CDDP 進(jìn)入細(xì)胞后需經(jīng)腎臟排出體外,長(zhǎng)時(shí)間的蓄積在腎臟中,最終對(duì)腎小管以及腎臟造成不可逆的損傷[11]。眾多的研究也證明CDDP對(duì)腎小管上皮細(xì)胞具有顯著的毒性作用[12-13],連燕娜等[5]的研究也證明CDDP 對(duì)人胚腎細(xì)胞HEK293 細(xì)胞有明顯的毒性作用。本課題組之前的研究結(jié)果顯示,線粒體損傷和氧化應(yīng)激是CDDP 導(dǎo)致腎毒性的原因之一[14],而CDDP 可直接損傷線粒體并且其中所含有的親核氨基也能與水分子結(jié)合,形成大量自由基,從而造成線粒體損傷,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[15]。CDDP 腎毒性包括可逆的急性腎功能損傷和不可逆慢性腎功能衰竭[16],許多患者為此痛苦不堪。因此,減輕CDDP 腎毒性迫在眉睫。
魚(yú)油是魚(yú)體內(nèi)全部油脂類物質(zhì)的總稱,富含二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)等長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸。大量研究證明,DHA 和EPA 具有預(yù)防心腦血管疾病、調(diào)節(jié)血脂、促進(jìn)大腦神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育,預(yù)防老年癡呆、保護(hù)視力、抗抑郁、降血脂、抗衰老[17-23]等一系列功效。也有資料顯示,EPA 和DHA 還有增加化療療效,減低耐藥作用。除此之外,魚(yú)油中的ω-3多不飽和脂肪酸可調(diào)控機(jī)體的免疫功能及炎癥反應(yīng),并在體內(nèi)氧化供能[24]。Barbosa 等[25]研究表明,潰瘍性結(jié)腸炎病人在每天補(bǔ)充4.5 g 魚(yú)油后,可使血漿氧化應(yīng)激狀態(tài)有所好轉(zhuǎn);白冬[26]發(fā)現(xiàn)持續(xù)攝入鰹魚(yú)魚(yú)油42 d 后,D-半乳糖小鼠體內(nèi)MDA 含量明顯降低、GSH、SOD 等抗氧化酶的活性升高;Cazzola 等[27]認(rèn)為老年男性每天補(bǔ)充高劑量EPA (1.35、2.7 g 或4.05 g)有發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化的危險(xiǎn);此外,也有研究學(xué)者[28-29]提出補(bǔ)充魚(yú)油對(duì)機(jī)體抗氧化能力無(wú)任何影響。
目前,魚(yú)油對(duì)CDDP 所致的腎毒性及對(duì)CDDP的抗癌作用的影響均未見(jiàn)報(bào)道,且魚(yú)油在抗腫瘤方面鮮少有人研究。因此,本研究采取體外培養(yǎng)細(xì)胞的方法研究探討了魚(yú)油對(duì)CDDP 所致人胚腎細(xì)胞HEK293細(xì)胞損傷的保護(hù)作用及機(jī)制,并對(duì)CDDP 殺傷人肺腺癌細(xì)胞A549 的影響進(jìn)行了研究,為其提高CDDP的化療效果及臨床應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù),并為化療過(guò)程中魚(yú)油類輔助品的研發(fā)提供參考。
人肺腺癌細(xì)胞(A549)和人胚腎細(xì)胞(HEK293)
均購(gòu)自中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院細(xì)胞中心;無(wú)菌生理鹽水溶解的CDDP 注射用粉劑 購(gòu)自齊魯制藥公司;魚(yú)油軟膠囊,規(guī)格:每粒1500 mg(提供900 mg 總ω-3 脂肪酸;540 mg EPA、360 mg DHA 和其他不飽和脂肪酸)美國(guó)GNC 公司生產(chǎn);胎牛血清 購(gòu)自美國(guó)Hyclone公司;DMEM-H 和DMEM/F12(1:1)培養(yǎng)基、0.25%胰酶、含有100 μg/mL 鏈霉素和100 U/mL 青霉素的雙抗 均購(gòu)自北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限公司;CCK-8(cell counting kit-8,CCK-8)毒性檢測(cè)試劑盒購(gòu)自美國(guó)Sigma 公司;BCA 蛋白濃度測(cè)定試劑盒北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限公司;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)測(cè)定試劑盒南京建成生物工程研究所;其他試劑均為分析純。
TE2000-M 倒置顯微鏡 日本Nikon 公司;MQX-200 微孔板分光光度計(jì) 美國(guó)Bio-Tek 公司;WFZ UV-4802H 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海尤尼柯儀器有限公司;3K15 臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Sigma 公司。
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng) 在37 ℃,CO2體積分?jǐn)?shù)為5%,飽和濕度的孵育培養(yǎng)箱中,HEK293 細(xì)胞和A549 細(xì)胞分別用含15%和10%胎牛血清的DMEM-H 和DMEM/F12(1:1)培養(yǎng)基(均含1%的雙抗)培養(yǎng),待細(xì)胞匯合度至80%~90%時(shí),用胰酶消化,按1:3 比例進(jìn)行傳代,每隔1 d 換1 次培養(yǎng)基,每2~3 d 傳代1 次,取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)[4-6,13,16]。
1.2.2 CCK-8 法檢測(cè)細(xì)胞活力
1.2.2.1 CCK-8 法檢測(cè)CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞和A549細(xì)胞的毒性 將100 μL 濃度為1×105個(gè)/mL 的細(xì)胞接種到96 孔板中,待細(xì)胞生長(zhǎng)到匯合狀態(tài),棄去原培養(yǎng)基,加入100 μL 含不同終濃度CDDP 的培養(yǎng)基。處理A549 細(xì)胞時(shí),CDDP 終濃度分別為0、5、10、15、20、25 和30 mg/L;處理HEK293 細(xì)胞時(shí),CDDP 終濃度分別為0、1、2、4、8、16、32、64 和128 mg/L,每組設(shè)6 個(gè)平行孔,置于培養(yǎng)箱中孵育24 h,之后每孔加入100 μL 含10% CCK-8 的培養(yǎng)基,繼續(xù)孵育4 h,并在450 nm 處檢測(cè)吸光度(OD450)值,按下式計(jì)算細(xì)胞存活率[4-6,13,16]:
CDDP 誘導(dǎo)兩種細(xì)胞損傷模型的最佳使用濃度由CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞及A549 細(xì)胞的半數(shù)抑制濃度(IC50)確定。
1.2.2.2 CCK-8 法檢測(cè)魚(yú)油對(duì)HEK293 細(xì)胞和A549細(xì)胞存活率的影響 處理計(jì)算方法同1.2.2.1,A549細(xì)胞中魚(yú)油終濃度為0、0.5、1、2、4、8、16、32 mg/L,HEK293 細(xì)胞中魚(yú)油終濃度分別為0、0.5、1、2、3、4、8、16、32、64、128 mg/L[4-6,13,16]。
1.2.2.3 CCK-8 法檢測(cè)魚(yú)油對(duì)CDDP 致HEK293 細(xì)胞和A549 細(xì)胞損傷的影響 將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞按1×105個(gè)/mL 接種到96 孔板中,待細(xì)胞生長(zhǎng)至匯合狀態(tài)時(shí),進(jìn)行加藥處理。試驗(yàn)分3 組:a.對(duì)照組,未加入CDDP 和魚(yú)油;b.CDDP 組(CDDP 終濃度為20 mg/L);c.魚(yú)油+CDDP 組,提前4 h 加入不同濃度魚(yú)油(HEK293 細(xì)胞魚(yú)油濃度分別為1、2、4、8、16、32、64 mg/L;A549 細(xì)胞魚(yú)油濃度分別為2、4、8、16、24、32、40、48 mg/L)。孵育細(xì)胞之后加入CDDP(HKE293 細(xì)胞為20 mg/L;A549 細(xì)胞為10 mg/L)。每組設(shè)6 個(gè)復(fù)孔,在37 ℃,含5%的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,并按照1.2.2.1 所述方法檢測(cè)細(xì)胞存活率[4-6,13,16]。
1.2.3 魚(yú)油對(duì)HEK293 細(xì)胞蛋白濃度及細(xì)胞內(nèi)MDA、SOD、GSH 含量的影響 將細(xì)胞分為4 組:a.正常對(duì)照組(不對(duì)細(xì)胞做任何其他處理);b.魚(yú)油組(加入4 mg/L 魚(yú)油);c.CDDP 模型組(加入20 mg/L CDDP);d.魚(yú)油+CDDP 聯(lián)合處理組(加入4 mg/L 魚(yú)油和20 mg/L CDDP)。將1×105個(gè)/mL 細(xì)胞接種到96 孔板中,待細(xì)胞生長(zhǎng)至融合狀態(tài)時(shí),分別加藥處理。繼續(xù)培養(yǎng)24 h 后棄培養(yǎng)液,用PBS 洗1 遍后每孔再加入300 μL PBS,細(xì)胞刮收集細(xì)胞于離心管中并放入冰水浴,之后用細(xì)胞破碎儀破碎細(xì)胞30 s(30 Hz);12000 r/min 離心10 min,收集上清液,并按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行細(xì)胞蛋白濃度和SOD 活力以及GSH、MDA 的含量測(cè)定[4-6,13,16]。
使用SPSS22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,多組間數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析,以α=0.05 為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。用Origin9.1 軟件作圖。
2.1.1 CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞的毒性作用 如圖1所示,不同濃度的CDDP 作用于HEK293 細(xì)胞24 h后,對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有不同程度地抑制作用。隨著濃度的升高,CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞存活率的抑制作用逐漸增強(qiáng),且呈劑量依賴效應(yīng)。當(dāng)濃度為128 mg/L 時(shí),CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞的抑制率達(dá)到最高,為82.0%±4.0%。CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞的IC50為20.058 mg/L,故選用20 mg/L 的CDDP 建立CDDP 損傷HEK293細(xì)胞模型。
圖1 CDDP 對(duì)HEK293 細(xì)胞的毒性作用(n=6)Fig.1 Toxic effect of CDDP on HEK293 cells (n=6)
2.1.2 魚(yú)油對(duì)HEK293 細(xì)胞存活率的影響 由圖2可知,不同濃度的魚(yú)油作用于HEK293 細(xì)胞24 h后,隨著魚(yú)油濃度的升高,細(xì)胞相對(duì)活力不斷上升。當(dāng)魚(yú)油濃度為4 mg/L 時(shí),HEK293 細(xì)胞的存活率達(dá)到最高,與對(duì)照組(0.0 mg/L)相比具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。隨著魚(yú)油濃度的升高,HEK293 細(xì)胞存活率逐漸降低,當(dāng)魚(yú)油濃度達(dá)到128 mg/L 時(shí),HEK293細(xì)胞存活率與對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異。即一定濃度范圍內(nèi)的魚(yú)油可使HEK293 細(xì)胞增殖。
圖2 不同濃度魚(yú)油對(duì)HEK293 細(xì)胞存活率的影響(n=6)Fig.2 Effects of different concentrations of fish oil on the survival rate of HEK293 cells (n=6)
2.1.3 魚(yú)油對(duì)CDDP 所致HEK293 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用 不同濃度魚(yú)油對(duì)CDDP 致HEK293 細(xì)胞損傷的影響見(jiàn)圖3。與對(duì)照組相比,CDDP 模型組細(xì)胞存活率顯著降低。當(dāng)魚(yú)油濃度小于4 mg/L 時(shí),魚(yú)油對(duì)CDDP 所致HEK293 細(xì)胞的損傷無(wú)顯著影響;當(dāng)魚(yú)油濃度在4~16 mg/L 時(shí),HEK293 細(xì)胞活力顯著高于CDDP 組(P<0.05),提示在一定濃度范圍內(nèi),魚(yú)油對(duì)CDDP 損傷的HEK293 細(xì)胞具有保護(hù)作用。當(dāng)魚(yú)油濃度為4 mg/L 時(shí),HEK293 細(xì)胞的存活率達(dá)到最高,因此,選用此濃度的魚(yú)油對(duì)CDDP 致HEK293細(xì)胞損傷影響進(jìn)行下一步試驗(yàn)。
圖3 不同濃度魚(yú)油對(duì)CDDP 誘導(dǎo)HEK293 細(xì)胞損傷的影響(n=6)Fig.3 The effect of different concentrations of fish oil on the damage of HEK293 cells induced by CDDP (n=6)
2.1.4 魚(yú)油對(duì)CDDP 損傷HEK293 細(xì)胞內(nèi)SOD 活力、GSH 和MDA 含量的影響 由表1 可知,與對(duì)照組相比,魚(yú)油組SOD 活力顯著增加(P<0.05),GSH、MDA 含量與對(duì)照組無(wú)顯著性差異;CDDP 單獨(dú)作用HEK293 細(xì)胞時(shí),SOD 活力和GSH 含量顯著降低(P<0.05),MDA 含量顯著增高(P<0.05),提示CDDP可使HEK293 細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化程度增加,抗氧化水平降低;魚(yú)油+CDDP 組與CDDP 組相比GSH 含量顯著增加(P<0.05),MDA 含量顯著降低(P<0.05),提示一定濃度的魚(yú)油可以拮抗CDDP 所致HEK293細(xì)胞內(nèi)抗氧化指標(biāo)的改變。
表1 魚(yú)油和順鉑聯(lián)合用藥對(duì)HEK293 細(xì)胞內(nèi)抗氧化指標(biāo)的影響Table 1 The effect of the combination of fish oil and cisplatin on the anti-oxidation indexes in HEK293 cells
2.2.1 CDDP 對(duì)A549 細(xì)胞的抑制作用 如圖4 所示,隨著濃度的升高,CDDP 對(duì)A549 細(xì)胞生存抑制率逐漸增高。當(dāng)CDDP 濃度為30 mg/L 時(shí),抑制率達(dá)到最高為70.0%±4.0%。CDDP 對(duì)A549 的IC50為10.685 mg/L,因此選擇10 mg/L 濃度的CDDP 作為建立細(xì)胞損傷模型的濃度。
圖4 CDDP 對(duì)A549 細(xì)胞的抑制作用(n=6)Fig.4 Inhibition effect of CDDP on A549 cells (n=6)
2.2.2 魚(yú)油對(duì)A549 細(xì)胞的抑制作用 由圖5 可知,當(dāng)魚(yú)油濃度為2 mg/L 時(shí),細(xì)胞存活率顯著增加,但此時(shí)無(wú)濃度效應(yīng)關(guān)系。當(dāng)濃度小于8 mg/L 時(shí),魚(yú)油對(duì)A549 細(xì)胞存活率的影響與對(duì)照組性比無(wú)顯著性差異,隨著魚(yú)油濃度的增大,細(xì)胞存活率逐漸降低,且當(dāng)魚(yú)油濃度大于16 mg/L 時(shí),魚(yú)油對(duì)A549 細(xì)胞有顯著的抑制作用(P<0.05),說(shuō)明魚(yú)油對(duì)A549 細(xì)胞的抑制作用與魚(yú)油濃度存在濃度效應(yīng)關(guān)系。
圖5 不同濃度魚(yú)油對(duì)A549 細(xì)胞存活率的影響(n=6)Fig.5 Effects of different concentrations of fish oil on survival rate of A549 cells (n=6)
2.2.3 魚(yú)油聯(lián)合CDDP 對(duì)A549 細(xì)胞的影響 如圖6所示,與對(duì)照組相比,模型組的細(xì)胞抑制率顯著增加(P<0.05)。與CDDP 模型組比,當(dāng)魚(yú)油濃度小于32 mg/L 時(shí)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);當(dāng)魚(yú)油濃度為32 mg/L 時(shí),A549 細(xì)胞的抑制率顯著高于CDDP 模型組(P<0.05),且隨著魚(yú)油濃度的增大,A549 細(xì)胞的抑制率逐漸增高。提示高濃度的魚(yú)油可增強(qiáng)CDDP殺傷A549 細(xì)胞的效果。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)CDDP濃度為20 mg/L 時(shí),會(huì)導(dǎo)致50%的HEK293 死亡,同時(shí)可顯著抑制A549 細(xì)胞增殖。
圖6 不同濃度的魚(yú)油聯(lián)合CDDP 對(duì)A549 細(xì)胞的影響(n=6)Fig.6 The effect of different concentrations of fish oil combined with CDDP on A549 cells (n=6)
有報(bào)道稱,魚(yú)油可抑制激活型Caspase-3 活性,減少活性氧(reactiveoxygen species,ROS)的生成,同時(shí)合成大量抗氧化酶參與氧自由基的清除,使氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡明顯減少[29-30],修復(fù)局部受損傷的組織。趙艷鳳[31]發(fā)現(xiàn)魚(yú)油能夠明顯改善惡病質(zhì)小鼠的一般狀態(tài),增加體重,改善其營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)并降低血脂,從而達(dá)到抗癌性惡病質(zhì)效果。但魚(yú)油對(duì)CDDP 抗腫瘤活性的影響尚未見(jiàn)報(bào)道,本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,當(dāng)魚(yú)油大于32 mg/L 時(shí)可增強(qiáng)CDDP 殺傷人肺腺癌細(xì)胞A549 細(xì)胞的效果,且隨著魚(yú)油濃度的增加,抑制效果逐漸增強(qiáng)。
CDDP 腎毒性主要原因是氧化應(yīng)激[6]。使用CDDP 化療時(shí),其腎臟中線粒體和細(xì)胞膜功能失調(diào)是由于CDDP 產(chǎn)生大量脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物和氧自由基,從而造成腎毒性[25]。本課題組前期的研究也表明HEK293 細(xì)胞的自身清除自由基的能力明顯不及CDDP 誘發(fā)產(chǎn)生自由基的能力,會(huì)造成生物體腎臟的氧化損傷[32]。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一種重要代謝產(chǎn)物—MDA,其含量增加會(huì)破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞中GSH 合成量增加提示機(jī)體內(nèi)存在著抵抗化學(xué)損傷的保護(hù)機(jī)制,其含量的減少或合成能力降低都會(huì)使細(xì)胞對(duì)某些特定的藥物變得異常敏感[33-34]。GSH活力的高低可體現(xiàn)機(jī)體清除氧自由基的能力,MDA的高低可反映細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化程度和細(xì)胞受自由基攻擊的嚴(yán)重程度。Aziroglu 等[35]研究表明CDDP對(duì)腎臟中GSH-Px、SOD 和CAT 等抗氧化酶系統(tǒng)具有抑制作用。本研究結(jié)果表明,CDDP 模型組GSH含量和SOD 活力明顯低于對(duì)照組,MDA 的含量明顯高于對(duì)照組,提示HEK293 細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的自由基清除能力顯著低于CDDP 誘發(fā)產(chǎn)生的自由基,最終導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷;CDDP+魚(yú)油組細(xì)胞內(nèi)MDA含量明顯低于CDDP 組,GSH 含量明顯高于CDDP組,提示魚(yú)油能夠清除超氧化物陰離子等自由基,抑制了CDDP 引起的GSH 耗竭,減少脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),拮抗CDDP 誘發(fā)的HEK293 細(xì)胞氧化損傷。
綜上所述,魚(yú)油能夠在一定質(zhì)量濃度范圍提高HEK293 細(xì)胞存活率,拮抗CDDP 所致GSH 含量降低、MDA 含量升高,提示適當(dāng)劑量的魚(yú)油對(duì)CDDP損傷HEK293 細(xì)胞具有保護(hù)作用,其機(jī)制可能是魚(yú)油抑制了CDDP 引起的GSH 耗竭,從而抑制了CDDP引起的HEK293 細(xì)胞損傷,提高了細(xì)胞的生存率。低濃度魚(yú)油對(duì)CDDP 所致A549 細(xì)胞的抑制作用沒(méi)有明顯的影響,高濃度的魚(yú)油增強(qiáng)了CDDP 的抗癌效果。由于本研究主要的實(shí)驗(yàn)方法和手段為細(xì)胞活性檢測(cè)和氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)檢測(cè),因此有關(guān)魚(yú)油確切的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究,比如后期進(jìn)行細(xì)胞周期及周期蛋白檢測(cè),細(xì)胞凋亡及凋亡蛋白等其他相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)等。