劉 明,劉熙鵬,李 淳,甄 誠,劉春江,王海洋,鞏建青(河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科,河北 張家口 075000)
膠質(zhì)瘤是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見的惡性原發(fā)性腦腫瘤[1]。神經(jīng)膠質(zhì)瘤是膠質(zhì)瘤的常見類型之一,具有侵襲性,且患者預(yù)后不佳[2]。由于大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性(如存在血腦屏障),使得藥物研發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)[2]。盡管研究者在腫瘤診斷方式和治療策略方面取得了新的進(jìn)展,但神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的病死率仍然很高[3]。因此,尋找更有效的神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療手段十分必要。
水飛薊素(silymarin,SM)是一種多酚類黃酮,具有抗氧化、抗癌等多種生物活性[4]。據(jù)報(bào)道,SM 可抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖,促進(jìn)其凋亡[5];同時(shí),其可抑制膠質(zhì)瘤皮下移植模型裸鼠體內(nèi)腫瘤的生長[6]。以上研究均表明,SM具有一定的抗癌活性。相關(guān)研究顯示,抑制蛋白激酶B(protein kinase B,又稱Akt)/促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路可抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[7];SM 可通過MAPK 信號通路來促進(jìn)人肺腺癌A549 細(xì)胞的凋亡[8]??梢?,Akt/MAPK信號通路可能是SM調(diào)控神經(jīng)膠質(zhì)瘤等腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡的潛在途徑之一?;诖耍狙芯繑M探討SM對人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖、凋亡及裸鼠體內(nèi)移植瘤生長的影響,并通過Akt/MAPK信號通路探究其潛在作用機(jī)制,為神經(jīng)膠質(zhì)瘤的臨床治療提供參考。
本研究所用主要儀器包括BPN-50CH型CO2培養(yǎng)箱(上海五久自動化設(shè)備有限公司)、ST-360 型酶標(biāo)儀(上??迫A實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有限公司)、FACS Calibur型流式細(xì)胞儀(美國Beckman Coulter 公司)、DYCZ-MINI 4 型四板垂直電泳儀(北京六一儀器有限公司)、CX33型顯微鏡(日本Olympus 公司)、EC3 型凝膠成像系統(tǒng)(美國UVP 公司)等。
SM 對照品(批號XKB0213,純度≥98%)購自上海晅科生物科技有限公司;SC79對照品(Akt激活劑,批號HY-18749,純度≥98%)購自美國MCE 公司;CCK-8 試劑盒(批號CK04)購自深圳市紐邦生物科技有限公司;Annexin Ⅴ-FITC/PI細(xì)胞凋亡檢測試劑盒(批號CA001)購自南京萊富賽生物科技有限公司;兔源增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)、B細(xì)胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)、Bcl-2 相關(guān)X 蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)、胱天蛋白酶3(caspase-3)、Akt、p38 MAPK、胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)、磷酸化Akt(p-Akt)、磷酸化p38 MAPK(p-p38 MAPK)、磷酸化ERK1/2(p-ERK1/2)、β-肌動蛋白(β-actin)一抗和辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的羊抗兔IgG 二抗(批號分別為ab29、ab32124、ab32503、ab32351、ab8805、ab170099、ab184699、ab38449、ab178867、ab278538、ab8245、ab6721)均購自英國Abcam公司;DMEM培養(yǎng)基(批號MED-1001)購自武漢賽奧斯生物科技有限公司。
人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U87(批號CL-0238)購自武漢益普生物科技有限公司。
SPF 級雄性BALB/c 裸鼠(30 只,5 周齡,體重約20 g)購自湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動物有限公司,生產(chǎn)許可證號為SCXK(湘)2019-0017。所有裸鼠均飼養(yǎng)于溫度(23±3)℃、相對濕度(40±10)%、12 h 光照/12 h 黑暗交替的動物房內(nèi),自由攝食、飲水。本動物實(shí)驗(yàn)方案獲得河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核通過(批件號W2022013)。
2.1.1 細(xì)胞培養(yǎng)與分組
將U87細(xì)胞接種于含10%胎牛血清、1%青霉素-鏈霉素的DMEM 培養(yǎng)基中,于37 ℃、5%CO2條件下培養(yǎng),每3 d更換1次培養(yǎng)基。取對數(shù)生長期細(xì)胞,隨機(jī)分為對照組(NC組)、低質(zhì)量濃度SM組(SM-L組)、中質(zhì)量濃度SM 組(SM-M 組)、高質(zhì)量濃度SM 組(SM-H 組)、Akt 激活劑組(SC79 組)、高質(zhì)量濃度SM 聯(lián)合Akt 激活劑組(SM-H+SC79 組)。參考相關(guān)文獻(xiàn)[9—10]及前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置各藥物組質(zhì)量濃度:SM-L 組、SM-M 組、SM-H組、SC79 組細(xì)胞分別用50、100、200 μg/mL 的SM 和20 μmol/L 的SC79 處理48 h;SM-H+SC79 組細(xì)胞用200 μg/mL的SM和20 μmol/L的SC79共同處理48 h;NC組細(xì)胞不經(jīng)任何藥物處理,正常培養(yǎng)48 h。
2.1.2 細(xì)胞增殖檢測
采用CCK-8 法進(jìn)行檢測。取對數(shù)生長期細(xì)胞,按1×104個(gè)/孔接種于96 孔板中,按照“2.1.1”項(xiàng)下方法分組(每組設(shè)置6 個(gè)復(fù)孔)、處理。隨后,每孔加入CCK-8試劑10 μL,于37 ℃下孵育1 h,采用酶標(biāo)儀于450 nm波長處檢測各孔的光密度(OD)值,用以反映細(xì)胞的增殖能力。
2.1.3 細(xì)胞克隆形成能力檢測
采用克隆形成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測。取對數(shù)生長期細(xì)胞,按600 個(gè)/孔接種于6 孔板中,按照“2.1.1”項(xiàng)下方法分組(每組設(shè)置6 個(gè)復(fù)孔)、處理后,培養(yǎng)14 d。收集各組細(xì)胞,用甲醇固定,再以0.1%結(jié)晶紫染色,用磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌后,使用顯微鏡觀察其克隆形成情況并計(jì)算克隆形成率:細(xì)胞克隆形成率=平均細(xì)胞克隆數(shù)/每孔接種細(xì)胞總數(shù)×100%。
2.1.4 細(xì)胞凋亡檢測
采用流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)行檢測。取對數(shù)生長期細(xì)胞,按1×105個(gè)/孔接種于6 孔板中,按照“2.1.1”項(xiàng)下方法分組(每組設(shè)置6個(gè)復(fù)孔)、處理。收集各組細(xì)胞,用PBS洗滌后,按Annexin Ⅴ-FITC/PI 細(xì)胞凋亡檢測試劑盒說明書方法進(jìn)行染色,于37 ℃下避光孵育30 min后,采用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡率。
2.1.5 細(xì)胞中增殖/凋亡相關(guān)蛋白和Akt/MAPK 信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)檢測
采用Western blot 法進(jìn)行檢測。取對數(shù)生長期細(xì)胞,按1×104個(gè)/孔接種于96孔板中,按照“2.1.1”項(xiàng)下方法分組(每組設(shè)置6 個(gè)復(fù)孔)、處理。收集各組細(xì)胞,用RIPA裂解液裂解以提取總蛋白。蛋白經(jīng)定量、電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉后,加入增殖/凋亡相關(guān)蛋白(PCNA、Bax、Bcl-2、caspase-3)、Akt/MAPK 信號通路相關(guān)蛋白(Akt、p-Akt、p38 MAPK、p-p38 MAPK、ERK1/2、p-ERK1/2)、內(nèi)參蛋白(β-actin)的一抗(稀釋比例分別為1∶1 000、1∶2 000、1∶1 000、1∶2 000、1∶2 000、1∶2 000、1∶2 000、1∶2 000、1∶2 000、1∶1 000、1∶1 000),于4 ℃下孵育過夜;洗膜后,加入相應(yīng)二抗(稀釋比例為1∶2 000),于室溫下孵育1.5 h;再次洗膜后,加入ECL 試劑顯色并使用凝膠成像系統(tǒng)成像。使用Image J 軟件分析蛋白條帶灰度值,以PCNA、Bax、Bcl-2、caspase-3 與內(nèi)參蛋白的灰度值比值表示上述蛋白的表達(dá)水平,以p-Akt 與Akt、p-p38 MAPK 與p38 MAPK、p-ERK1/2 與ERK1/2 的灰度值比值分別表示Akt、p38 MAPK、ERK1/2 蛋白的磷酸化水平。
取U87細(xì)胞懸液(200 μL含細(xì)胞1×105個(gè)),皮下注射至BALB/c裸鼠的右側(cè)腋窩內(nèi),當(dāng)移植瘤體可觸及(約接種后7 d)時(shí),將裸鼠隨機(jī)分為對照組(裸鼠NC組)、低劑量SM 組(裸鼠SM-L 組)、中劑量SM 組(裸鼠SM-M組)、高劑量SM 組(裸鼠SM-H 組)、Akt 激活劑組(裸鼠SC79 組)、高劑量SM 聯(lián)合Akt 激活劑組(裸鼠SM-H+SC79組),每組5只。參考相關(guān)文獻(xiàn)[9,11]及前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置各藥物組劑量:裸鼠SM-L 組、裸鼠SM-M 組、裸鼠SM-H 組裸鼠分別灌胃25、50、100 mg/kg 的SM,同時(shí)腹腔注射等體積生理鹽水;裸鼠SC79 組裸鼠腹腔注射40 mg/kg 的SC79,同時(shí)灌胃等體積生理鹽水;裸鼠SMH+SC79 組裸鼠灌胃100 mg/kg 的SM,同時(shí)腹腔注射40 mg/kg 的SC79;裸鼠NC 組裸鼠灌胃并腹腔注射等體積生理鹽水,每天1 次,連續(xù)28 d。末次給藥24 h 后,以頸椎脫臼處死各組裸鼠,切除瘤體并稱定質(zhì)量,以游標(biāo)卡尺測量并計(jì)算瘤體體積:瘤體體積=[0.5×(a+b)]3(式中,a、b分別為腫瘤的長徑、短徑)。
使用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析,進(jìn)一步兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。
3.1.1 SM對細(xì)胞增殖和克隆形成能力的影響
與NC 組比較,SM-L 組、SM-M 組、SM-H 組細(xì)胞的OD 值、克隆形成率均顯著降低且有濃度依賴性(P<0.05),SC79 組細(xì)胞的OD 值、克隆形成率均顯著升高(P<0.05);與SM-H 組比較,SM-H+SC79 組細(xì)胞的OD值、克隆形成率均顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見表1、圖1。
圖1 各組細(xì)胞克隆形成情況比較
表1 各組細(xì)胞OD 值、克隆形成率、凋亡率比較(±s,n=6)
表1 各組細(xì)胞OD 值、克隆形成率、凋亡率比較(±s,n=6)
a:與NC組比較,P<0.05;b:與SM-L組比較,P<0.05;c:與SM-M組比較,P<0.05;d:與SM-H組比較,P<0.05。
凋亡率/%25.56±1.28 32.28±1.61a 40.46±2.28ab 51.52±2.35abc 14.77±0.69a 33.65±1.78d組別NC組SM-L組SM-M組SM-H組SC79組SM-H+SC79組OD值0.83±0.06 0.71±0.05a 0.62±0.04ab 0.41±0.03abc 0.98±0.08a 0.66±0.07d克隆形成率/%57.78±2.36 50.33±2.17a 41.42±2.05ab 28.35±1.43abc 67.76±3.08a 42.43±2.26d
3.1.2 SM對細(xì)胞凋亡的影響
與NC 組比較,SM-L 組、SM-M 組、SM-H 組細(xì)胞的凋亡率均顯著升高且有濃度依賴性(P<0.05),SC79 組細(xì)胞的凋亡率顯著降低(P<0.05);與SM-H 組比較,SM-H+SC79組細(xì)胞的凋亡率顯著降低(P<0.05)。結(jié)果見表1、圖2。
圖2 各組細(xì)胞凋亡情況比較
3.1.3 SM對細(xì)胞中增殖/凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響
與NC 組比較,SM-L 組、SM-M 組、SM-H 組細(xì)胞中PCNA、Bcl-2蛋白的表達(dá)水平均顯著降低,Bax、caspase-3 蛋白的表達(dá)水平均顯著升高,且均有濃度依賴性(P<0.05);SC79組細(xì)胞中PCNA、Bcl-2蛋白的表達(dá)水平均顯著升高,Bax、caspase-3 蛋白的表達(dá)水平均顯著降低(P<0.05)。與SM-H 組比較,SM-H+SC79 組細(xì)胞中PCNA、Bcl-2 蛋白的表達(dá)水平均顯著升高,Bax、caspase-3 蛋白的表達(dá)水平均顯著降低(P<0.05)。結(jié)果見圖3、表2。
圖3 各組細(xì)胞中增殖/凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的電泳圖
表2 各組細(xì)胞中增殖/凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=6)
表2 各組細(xì)胞中增殖/凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=6)
a:與NC組比較,P<0.05;b:與SM-L組比較,P<0.05;c:與SM-M組比較,P<0.05;d:與SM-H組比較,P<0.05。
caspase-3/β-actin 0.47±0.03 0.61±0.05a 0.88±0.07ab 1.16±0.09abc 0.24±0.02a 0.73±0.07d組別NC組SM-L組SM-M組SM-H組SC79組SM-H+SC79組PCNA/β-actin 0.96±0.08 0.83±0.07a 0.65±0.04ab 0.36±0.03abc 1.28±0.11a 0.73±0.07d Bax/β-actin 0.23±0.02 0.37±0.03a 0.59±0.05ab 0.89±0.08abc 0.11±0.01a 0.48±0.04d Bcl-2/β-actin 0.84±0.08 0.72±0.07a 0.61±0.05ab 0.23±0.02abc 1.45±0.16a 0.67±0.06d
3.1.4 SM對細(xì)胞中Akt/MAPK信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)的影響
與NC 組比較,SM-L 組、SM-M 組、SM-H 組細(xì)胞中Akt、p38 MAPK、ERK1/2蛋白的磷酸化水平均顯著降低且有濃度依賴性(P<0.05),SC79 組細(xì)胞中Akt、p38 MAPK、ERK1/2 蛋白的磷酸化水平均顯著升高(P<0.05);與SM-H 組比較,SM-H+SC79 組細(xì)胞中Akt、p38 MAPK、ERK1/2 蛋白的磷酸化水平均顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見圖4、表3。
圖4 各組細(xì)胞中Akt/MAPK 信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)的電泳圖
表3 各組細(xì)胞中Akt/MAPK 信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=6)
表3 各組細(xì)胞中Akt/MAPK 信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=6)
a:與NC組比較,P<0.05;b:與SM-L組比較,P<0.05;c:與SM-M組比較,P<0.05;d:與SM-H組比較,P<0.05。
組別NC組SM-L組SM-M組SM-H組SC79組SM-H+SC79組p-Akt/Akt 0.91±0.07 0.82±0.08a 0.67±0.06ab 0.23±0.02abc 0.98±0.01a 0.69±0.06d p-p38 MAPK/p38 MAPK 0.81±0.08 0.65±0.06a 0.51±0.05ab 0.34±0.03abc 0.93±0.06a 0.57±0.05d(p-ERK1/2)/(ERK1/2)0.72±0.06 0.61±0.05a 0.53±0.04ab 0.11±0.01abc 0.86±0.06a 0.55±0.05d
與裸鼠NC組比較,裸鼠SM-L組、裸鼠SM-M組、裸鼠SM-H 組裸鼠體內(nèi)瘤體的質(zhì)量及體積均顯著降低/減小且有劑量依賴性(P<0.05),裸鼠SC79 組裸鼠體內(nèi)瘤體的質(zhì)量及體積均顯著升高/增大(P<0.05);與裸鼠SM-H組比較,裸鼠SM-H+SC79組裸鼠體內(nèi)腫瘤的質(zhì)量及體積均顯著升高/增大(P<0.05)。結(jié)果見圖5、表4。
圖5 各組裸鼠體內(nèi)腫瘤生長情況比較
表4 各組裸鼠體內(nèi)瘤體質(zhì)量及體積比較(±s,n=5)
表4 各組裸鼠體內(nèi)瘤體質(zhì)量及體積比較(±s,n=5)
a:與裸鼠NC組比較,P<0.05;b:與裸鼠SM-L組比較,P<0.05;c:與裸鼠SM-M組比較,P<0.05;d:與裸鼠SM-H組比較,P<0.05。
瘤體體積/mm3 95.83±4.26 85.42±4.11a 66.67±3.26ab 43.75±2.01abc 108.33±4.83a 77.08±2.86d組別裸鼠NC組裸鼠SM-L組裸鼠SM-M組裸鼠SM-H組裸鼠SC79組裸鼠SM-H+SC79組瘤體質(zhì)量/g 0.46±0.03 0.41±0.04a 0.32±0.03ab 0.21±0.02abc 0.52±0.04a 0.37±0.03d
膠質(zhì)瘤作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)最重要的原發(fā)性腫瘤,有多種亞型。臨床實(shí)踐顯示,即使采用了積極的治療策略(放療和術(shù)后化療),彌漫性膠質(zhì)瘤患者生存期短的問題仍未得到解決[12]??梢?,為了有效控制惡性腫瘤的進(jìn)展、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移,改善患者的預(yù)后,開發(fā)新的膠質(zhì)瘤治療藥物具有重要意義。
SM 是一種黃酮木脂素類活性成分,可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來抑制不同腫瘤細(xì)胞系的生長。據(jù)報(bào)道,SM 可誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞凋亡,并可抑制肝癌細(xì)胞系MHCC97 增殖[13—14],提示該成分有一定的抗腫瘤作用。研究指出,PCNA 對腫瘤細(xì)胞DNA 的復(fù)制至關(guān)重要,其表達(dá)水平越高表明細(xì)胞的增殖能力越強(qiáng)[15]。Bax、Bcl-2、caspase-3 可用于評估細(xì)胞的凋亡能力:Bax 可單獨(dú)形成同源二聚體,從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡;Bcl-2、Bax與細(xì)胞凋亡密切相關(guān),降低Bcl-2 蛋白表達(dá)、增強(qiáng)Bax 蛋白表達(dá),可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡;此外,Bax能促使細(xì)胞色素C釋放并轉(zhuǎn)移至線粒體,激活caspase-3,而活化的caspase-3 可損傷核內(nèi)DNA,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[16]。本研究結(jié)果顯示,SM 可濃度依賴性地抑制U87 細(xì)胞的增殖和克隆形成,并促進(jìn)其凋亡;同時(shí),該成分可濃度依賴性地上調(diào)細(xì)胞中Bax、caspase-3 蛋白的表達(dá),下調(diào)PCNA、Bcl-2 蛋白的表達(dá),表明SM對人神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞有明顯的抑制作用,有望成為神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療的候選藥物。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),SM 可劑量依賴性地抑制異種移植瘤裸鼠的腫瘤生長,初步證實(shí)了SM對神經(jīng)膠質(zhì)瘤的體內(nèi)抑制作用。
Akt/MAPK 信號通路是經(jīng)典的腫瘤相關(guān)信號通路,其異常激活與膠質(zhì)瘤細(xì)胞的惡性行為有關(guān)[17]。已有研究指出,激活MAPK 信號通路可增強(qiáng)卵巢癌細(xì)胞的增殖、遷移等能力[18];抑制Akt信號通路活化可抑制胃癌細(xì)胞的體外增殖[19]。這表明Akt/MAPK信號通路參與了多種腫瘤的惡性進(jìn)展。本研究結(jié)果顯示,與NC 組比較,SC79 組U87 細(xì)胞中Akt、p38 MAPK、ERK1/2 蛋白的磷酸化水平均顯著升高,細(xì)胞增殖、克隆形成能力均顯著增強(qiáng),凋亡能力有所減弱,裸鼠體內(nèi)瘤體質(zhì)量及體積均顯著升高/增大,表明Akt/MAPK信號通路參與了U87細(xì)胞的增殖、凋亡及裸鼠體內(nèi)的腫瘤生長過程,與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果[18—19]基本一致。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),SM可抑制細(xì)胞中Akt/MAPK信號通路相關(guān)蛋白的表達(dá),且呈劑量依賴性,推測該成分對U87 細(xì)胞增殖、凋亡及裸鼠體內(nèi)腫瘤生長的影響可能與抑制Akt/MAPK信號通路有關(guān)。
為了驗(yàn)證上述作用機(jī)制,本研究在高質(zhì)量濃度/高劑量SM 的基礎(chǔ)上聯(lián)合Akt 激活劑SC79 對U87 細(xì)胞及移植瘤裸鼠進(jìn)行干預(yù),結(jié)果顯示,SC79 減弱了SM 對細(xì)胞增殖、克隆形成及裸鼠體內(nèi)移植瘤生長的抑制作用,同時(shí)也減弱了SM 對細(xì)胞凋亡的促進(jìn)作用,表明SM 可能通過抑制Akt/MAPK信號通路來發(fā)揮上述作用。
綜上,SM 可能通過抑制Akt/MAPK 信號通路來促進(jìn)U87 細(xì)胞的凋亡,抑制細(xì)胞的增殖、克隆形成及異種移植瘤裸鼠體內(nèi)腫瘤的生長。但SM對神經(jīng)膠質(zhì)瘤的抑制作用可能還涉及其他通路,有待后續(xù)進(jìn)一步研究。