張 藝 ,郭 芬 (1.咸寧市中心醫(yī)院/湖北科技學(xué)院附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,湖北 咸寧 437100;.湖北科技學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心,湖北 咸寧 437100)
肺癌是癌癥致死的首要原因,其中約85%的肺癌為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC),嚴(yán)重影響人類健康[1]。近年來,表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)編碼基因分型的鑒定和EGFR 酪氨酸激酶抑制劑(EGFR tyrosine kinase inhibitors,EGFR-TKIs)靶向藥物的發(fā)展,極大地改變了EGFR基因突變晚期NSCLC患者的治療結(jié)局[2]。然而,幾乎所有的EGFR基因突變陽(yáng)性患者都會(huì)在治療1 年內(nèi)對(duì)EGFR-TKIs 產(chǎn)生獲得性耐藥[3],故探尋能夠預(yù)防或克服EGFR-TKIs 耐藥的治療方案成為該領(lǐng)域的主要研究方向。
近期研究證實(shí),某些天然藥物成分可通過不同的信號(hào)通路來推遲或阻止EGFR-TKIs耐藥的發(fā)生[4]。雷公藤甲素(triptolide,TPL)是從中藥雷公藤中提取分離的一種二萜類化合物,具有顯著的抗腫瘤活性,且在逆轉(zhuǎn)化療藥物耐藥方面具有一定潛力[5—6],然而其具體機(jī)制尚不清楚。既往有研究證實(shí),TPL可調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過程關(guān)鍵蛋白的表達(dá),且與磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3 kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,又稱Akt)通路的關(guān)系尤其密切[7];同時(shí),PI3K/Akt通路與EGFR-TKIs 耐藥的發(fā)生密切相關(guān)[8]。為此,本課題組基于PI3K/Akt 通路,以耐藥細(xì)胞為對(duì)象,初步探索TPL 對(duì)第一代EGFR-TKIs 吉非替尼獲得性耐藥的抑制作用及潛在機(jī)制,旨在為進(jìn)一步闡明TPL 的藥理作用提供參考,亦為預(yù)防或逆轉(zhuǎn)EGFR-TKIs 耐藥提供候選治療策略。
本研究所用主要儀器包括BD Accuri C6 型流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD Biosciences 公司)、XBQ-2H 型細(xì)胞培養(yǎng)儀(上海佐研儀器科技有限公司)、LD-96A型酶標(biāo)儀(山東萊恩德智能科技有限公司)等。
TPL對(duì)照品(批號(hào)111567-202005,純度≥98%)購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院;吉非替尼片(批號(hào)211102,規(guī)格0.25 g)購(gòu)自日本Kagamiishi Plant,Nipro Pharma Corporation。TPL 對(duì)照品和吉非替尼片均保存于二甲基亞砜(DMSO)中(最終質(zhì)量濃度均為100 μg/mL),臨用前以無血清培養(yǎng)基稀釋至相應(yīng)質(zhì)量濃度。
RPMI 1640 培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco 公司;核糖核酸酶Ⅰ購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich 公司;碘化丙啶(propidium iodide,PI)試劑購(gòu)自北京百奧萊博科技有限公司;MTT試劑(批號(hào)c7062)購(gòu)自北京博奧森生物技術(shù)有限公司;兔源PI3K p85α 單克隆抗體(批號(hào)ab191606)、兔源Akt3+Akt2+Akt1 重組單克隆抗體(批號(hào)ab32505)、小鼠源哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)單克隆抗體(批號(hào)ab87540)、兔源微管相關(guān)蛋白1 輕鏈3α(microtubule-associated protein 1 light chain 3α,MAP1LC3A)單克隆抗體(批號(hào)ab52768)、兔源MAP1LC3B 多克隆抗體(批號(hào)ab51520)、Alexa Fluor?488 標(biāo)記的山羊抗兔IgG 二抗(批號(hào)ab150077)、Alexa Fluor?488 標(biāo)記的山羊抗鼠IgG 二抗(批號(hào)ab96879)均購(gòu)自英國(guó)Abcam公司。
人EGFR 低敏感性NSCLC 細(xì)胞系H1975(即EGFRT790M/L858R 突變的耐藥細(xì)胞系)和高敏感性NSCLC細(xì)胞系H1299(即EGFR野生型的非耐藥細(xì)胞系)均購(gòu)自日本Riken細(xì)胞庫(kù)。
將H1299 和H1975 細(xì)胞置于含有10%胎牛血清、L-谷氨酰胺(2 mmol/L)、1%青霉素-鏈霉素雙抗和25 mmol/L HEPES 緩沖液的RPMI 1640 培養(yǎng)基中,在37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)。待細(xì)胞生長(zhǎng)融合度達(dá)90%時(shí),用0.25%胰酶消化并按照1∶3的比例傳代繼續(xù)培養(yǎng),取傳至第2代的細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
待H1299和H1975細(xì)胞鋪滿培養(yǎng)皿60%左右時(shí),取生長(zhǎng)良好的細(xì)胞以2.5×105個(gè)/孔接種于6 孔板中,在37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)(培養(yǎng)條件下同)。待細(xì)胞完全貼壁后,分為空白組(僅含細(xì)胞和培養(yǎng)液)、不同濃度TPL組(1、5、10、15、20、25、30 nmol/L,參考相關(guān)文獻(xiàn)[6]和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置)、不同濃度吉非替尼組(1、2、4、8、12、16、20 μmol/L,參考相關(guān)文獻(xiàn)[7]和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置)、不同濃度TPL+吉非替尼組(5 nmol/L TPL 分別聯(lián)合2、5、10、20 μmol/L 吉非替尼,10 nmol/L TPL 分別聯(lián)合2、5、10、20 μmol/L吉非替尼,參考前期MTT篩選結(jié)果設(shè)置),每組設(shè)6個(gè)復(fù)孔。棄去培養(yǎng)液,各藥物組加入相應(yīng)藥液,空白組不作處理。培養(yǎng)24、48、72 h 后,收集各組細(xì)胞,加入5 mg/mL MTT 試劑20 μL,在37 ℃下孵育4 h,使用酶標(biāo)儀于490 nm 波長(zhǎng)處檢測(cè)各孔的光密度(optical density,OD)值并計(jì)算細(xì)胞存活率:細(xì)胞存活率(%)=藥物組OD值/空白組OD值×100%。計(jì)算吉非替尼(作用24、48、72 h)的半數(shù)抑制濃度(IC50)和吉非替尼單用及兩藥聯(lián)用(作用48 h)的藥物敏感度指數(shù)(sensitivity index,SI):SI=ΔX/ΔY(式中,ΔX是細(xì)胞存活數(shù),ΔY是正常細(xì)胞總數(shù))。若SI=1.0,表示細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性不明顯;SI>1.0,表示細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性較高;SI<1.0,表示細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性較低[9]。采用中位藥效法(Chou-Talalay法)計(jì)算TPL聯(lián)合吉非替尼作用48 h的聯(lián)合用藥指數(shù)(combination index,CI):CI=d1/D1+d2/D2(式中,d1和d2分別為聯(lián)合用藥時(shí)吉非替尼和TPL的濃度;D1和D2分別為產(chǎn)生與聯(lián)合用藥相等效應(yīng)時(shí)吉非替尼和TPL 單用的濃度)。CI>1為兩藥拮抗,CI=1為兩藥相加,CI<1 為兩藥協(xié)同[6];以受影響的細(xì)胞比例(Fa)為橫坐標(biāo)、CI為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖,若Fa 為0.2~0.8 則表示藥物有效[7]。
取生長(zhǎng)良好的H1975 細(xì)胞以2×105個(gè)/孔接種于6孔板中,培養(yǎng),待細(xì)胞貼壁后,分為空白組(僅含細(xì)胞和培養(yǎng)液),低、高濃度TPL 組(5、15 nmol/L,參考“2.2”項(xiàng)下結(jié)果設(shè)置),吉非替尼組(2 μmol/L,參考“2.2”項(xiàng)下結(jié)果設(shè)置),低濃度TPL+吉非替尼組、高濃度TPL+吉非替尼組(5 nmol/L TPL+2 μmol/L 吉非替尼,15 nmol/L TPL+2 μmol/L 吉非替尼,參考“2.2”項(xiàng)下結(jié)果設(shè)置),每組設(shè)6個(gè)復(fù)孔。棄去培養(yǎng)液,各藥物組加入相應(yīng)藥液,空白組不作處理。培養(yǎng)24、48 h后,收集各組細(xì)胞,并固定于冷的75%乙醇中,隨后用含200 mmol/L Na2PO4和0.1% Triton X-100 試劑的DNA 緩沖液處理,再以含200 μg/mL核糖核酸酶Ⅰ的PI試劑染色,使用流式細(xì)胞儀檢測(cè)各組細(xì)胞的凋亡率及周期分布情況。
從PDB 蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(https://www.rcsb.org/)加載EGFRT790M/L858R 突變型及野生型編碼產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu),去除水分子后,基于AMBER99 力場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)子化處理;利用MMFF94s 力場(chǎng)優(yōu)化TPL 的分子結(jié)構(gòu)。利用MOE 分子對(duì)接軟件模擬TPL 和EGFR 的結(jié)合位點(diǎn)?;诮Y(jié)合對(duì)接能量對(duì)TPL 的所有結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行排序,并選擇能量最低的構(gòu)象進(jìn)行結(jié)合模式展示。
采用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)。取生長(zhǎng)良好的H1975 細(xì)胞以2×105個(gè)/孔接種于6孔板中,培養(yǎng),待細(xì)胞貼壁后,按“2.3”項(xiàng)下方法分組、干預(yù)。培養(yǎng)24、48 h后,收集各組細(xì)胞,分別用核因子固定液和滲透緩沖液固定和滲透,然后加入PI3K、Akt、mTOR、MAP1LC3A、MAP1LC3B 一抗(稀釋比例均為1∶2 000),4 ℃孵育過夜;再加入相應(yīng)二抗(稀釋比例均為1∶1 000),孵育1 h。使用酶標(biāo)儀檢測(cè)并使用FlowJo V10 軟件分析目的蛋白的熒光強(qiáng)度以表示其表達(dá)水平。
隨著濃度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng),TPL、吉非替尼對(duì)H1975 和H1299 細(xì)胞增殖的抑制作用逐漸增強(qiáng),且具有濃度、時(shí)間依賴趨勢(shì)(圖1A、1B)。作用24、48、78 h 時(shí),吉非替尼對(duì)H1975 細(xì)胞的IC50分別為15.10、11.67、7.31 μmol/L,對(duì)H1299 細(xì)胞的IC50分別為15.78、12.75、9.48 μmol/L。作用48 h 時(shí),吉非替尼對(duì)H1975 細(xì)胞的SI 為0.73;與5 或15 nmol/L 的TPL 聯(lián)用后,SI 分別升至1.88、2.30,提示聯(lián)用后藥物對(duì)H1975細(xì)胞的敏感性有所增加;此外,兩藥聯(lián)合作用48 h 對(duì)H1975 細(xì)胞的CI 均小于1(Fa 約為0.5),提示兩藥聯(lián)合對(duì)H1975 細(xì)胞的增殖具有協(xié)同抑制效應(yīng)。但兩藥聯(lián)用對(duì)H1299 細(xì)胞的CI 均大于1(Fa多低于0.2),提示兩藥聯(lián)合對(duì)H1299細(xì)胞的增殖并無上述協(xié)同抑制效應(yīng)(圖1C、圖1D)。
圖1 TPL、吉非替尼單用及兩藥聯(lián)用對(duì)2種細(xì)胞敏感性的影響(±s,n=6)
H1975細(xì)胞培養(yǎng)24 h或48 h時(shí),各藥物組細(xì)胞的凋亡率均較空白組顯著升高(P<0.05)。同時(shí),與空白組比較,各藥物組G0/G1期細(xì)胞的比例均顯著升高,S期、G2/M期(僅高濃度TPL組作用48 h和聯(lián)用組)細(xì)胞的比例均顯著降低,且高濃度TPL組細(xì)胞的凋亡率及周期變化普遍較吉非替尼組,聯(lián)用組較吉非替尼、TPL單用組,高濃度聯(lián)用組較低濃度聯(lián)用組更明顯(P<0.05)。結(jié)果見表1。
表1 TPL聯(lián)合吉非替尼對(duì)H1975細(xì)胞凋亡率及周期分布的影響(±s,n=6,%)
表1 TPL聯(lián)合吉非替尼對(duì)H1975細(xì)胞凋亡率及周期分布的影響(±s,n=6,%)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與吉非替尼組比較,P<0.05;c:與低濃度TPL組比較,P<0.05;d:與高濃度TPL組比較,P<0.05;e:與低濃度TPL+吉非替尼組比較,P<0.05。
組別空白組吉非替尼組低濃度TPL組高濃度TPL組低濃度TPL+吉非替尼組高濃度TPL+吉非替尼組培養(yǎng)24 h凋亡率11.32±2.25 27.52±2.33a 26.43±2.64a 38.93±6.56abc 46.69±2.64abcd 52.12±4.81abcde G0/G1期比例57.60±4.63 63.15±5.04a 64.58±7.41a 70.21±6.38ab 77.82±5.26abcd 85.69±6.42abcde S期比例21.49±2.60 16.31±1.41a 12.61±5.12a 10.96±4.58ab 6.63±1.24abcd 4.43±0.26abcde G2/M期比例10.71±1.03 9.86±0.42 12.48±5.45 11.32±2.10 7.12±1.49abcd 5.49±0.69abcde培養(yǎng)48 h凋亡率22.16±2.38 35.47±2.55a 35.33±3.51a 40.43±2.43abc 50.78±2.30abcd 62.54±3.66abcde G0/G1期比例61.23±8.21 65.20±4.23a 67.41±2.52a 74.61±6.23abc 85.79±4.73abcd 93.87±6.90abcde S期比例30.64±5.13 21.03±2.08a 22.75±5.00a 17.72±0.39abc 11.81±3.29abcd 7.24±0.58abcde G2/M期比例20.85±3.91 18.73±4.05 18.18±3.42 16.68±0.62a 9.80±2.44abcd 5.70±0.28abcde
TPL 的羥基可與EGFRT790M/L858R 突變編碼產(chǎn)物的Thr854 殘基形成氫鍵,結(jié)合對(duì)接能量為-6.504 kcal/mol(1 kcal=4.19 kJ);而TPL 與EGFR野生型編碼產(chǎn)物之間沒有氫鍵,結(jié)合對(duì)接能量為-4.460 kcal/mol。結(jié)果見圖2。
圖2 TPL與EGFR T790M/L858R突變和EGFR野生型編碼產(chǎn)物結(jié)合的二維模型
與空白組比較,各藥物組培養(yǎng)24、48 h 時(shí)通路相關(guān)蛋白PI3K、Akt、mTOR 的表達(dá)均顯著下調(diào),而自噬相關(guān)蛋白MAP1LC3A、MAP1LC3B的表達(dá)均顯著上調(diào),且高濃度TPL組上述指標(biāo)的變化均較吉非替尼組,聯(lián)用組較吉非替尼、TPL 單用組,高濃度聯(lián)用組較低濃度聯(lián)用組更明顯(P<0.05),結(jié)果見圖3。
圖3 TPL聯(lián)合吉非替尼對(duì)H1975細(xì)胞PI3K/Akt/mTOR通路和自噬相關(guān)蛋白表達(dá)的影響(±s,n=6)
吉非替尼是第一代EGFR-TKIs,可通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合EGFR 結(jié)構(gòu)域中的腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)位點(diǎn)而阻止酪氨酸磷酸化,阻斷EGFR所介導(dǎo)的信號(hào)通路持續(xù)激活,從而發(fā)揮抗腫瘤作用,該藥被廣泛用于EGFR基因突變陽(yáng)性NSCLC 患者的一線治療[1,7—8]。然而臨床實(shí)踐顯示,多數(shù)患者用藥后不久便會(huì)發(fā)生EGFR-TKIs耐藥,從而導(dǎo)致治療失敗[10—11]。
TPL 是一種具有強(qiáng)烈細(xì)胞毒性的環(huán)氧二萜內(nèi)酯化合物,對(duì)乳腺癌、前列腺癌、肺癌等腫瘤細(xì)胞均有顯著的抑制作用,還可增強(qiáng)5-氟尿嘧啶、順鉑、阿霉素等化療藥物的抗腫瘤作用,從而提高化療藥物的治療效果[6,12]。本研究發(fā)現(xiàn),不同濃度的TPL對(duì)H1975、H1299細(xì)胞的增殖有一定的抑制作用,且有時(shí)間和濃度依賴趨勢(shì)。
藥物相互作用評(píng)價(jià)在醫(yī)藥學(xué)各個(gè)領(lǐng)域都具有重要的價(jià)值,特別是在需聯(lián)合用藥的惡性腫瘤化療領(lǐng)域,其中CI分析是評(píng)估化療藥物相互作用的常用指標(biāo)之一,當(dāng)Fa 值為0.2~0.8、CI<1 則表示聯(lián)用藥物具有協(xié)同效應(yīng)[6—7,13]。本研究結(jié)果顯示,不同濃度的TPL聯(lián)合吉非替尼可對(duì)H1975細(xì)胞的增殖產(chǎn)生協(xié)同抑制效應(yīng)(Fa約0.5,CI<1);而兩藥聯(lián)合對(duì)H1299 細(xì)胞幾乎沒有上述效應(yīng)(Fa 多低于0.2,CI>1),同時(shí)反映藥物敏感度的SI 也從單用的0.73升至聯(lián)用的1.88、2.30,可能是因?yàn)镠1299細(xì)胞為吉非替尼敏感細(xì)胞,而H1975 細(xì)胞因存在EGFRT790M/L858R突變而對(duì)吉非替尼不敏感,TPL聯(lián)合吉非替尼增加了耐藥細(xì)胞的敏感性,提示TPL有逆轉(zhuǎn)吉非替尼耐藥的潛力。此外,細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期檢測(cè)結(jié)果同樣顯示,TPL聯(lián)合吉非替尼可明顯誘導(dǎo)H1975細(xì)胞凋亡并將其阻滯于G0/G1期。這些結(jié)果均證實(shí)了TPL聯(lián)合吉非替尼可發(fā)揮顯著的抗腫瘤作用,能更有效地抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),誘導(dǎo)其凋亡并阻滯細(xì)胞周期。
本研究進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬分子對(duì)接發(fā)現(xiàn),與EGFR野生型編碼產(chǎn)物相比,TPL與EGFRT790M/L858R突變型編碼產(chǎn)物的結(jié)合更穩(wěn)定,進(jìn)一步佐證了TPL 聯(lián)合吉非替尼的協(xié)同抑制作用。有研究表明,TPL 可通過氫鍵與EGFR 結(jié)構(gòu)域中的ATP 結(jié)合,結(jié)合自由能為-5.69 kcal/mol,且結(jié)合是穩(wěn)定的[14]。本研究結(jié)果與上述研究基本一致,提示化合物的結(jié)構(gòu)特征決定了其與EGFR的親和力,這可能也是影響聯(lián)用藥物協(xié)同效應(yīng)的重要原因。
由于細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性涉及多種因子和途徑的復(fù)雜交替過程,因此揭示聯(lián)合靶向治療的特定分子途徑是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。PI3K/Akt 途徑是EGFR 下游的一條重要信號(hào)通路,EGFR 磷酸化激活后可形成Shc-Grb2-SOS1 復(fù)合物,從而激活PI3K,激活的PI3K 可催化磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸的生成并進(jìn)一步促進(jìn)Akt激活,從而抑制腫瘤細(xì)胞凋亡并促進(jìn)其生長(zhǎng)[15—16]。本研究結(jié)果顯示,吉非替尼、TPL 單用和兩者聯(lián)用均可下調(diào)PI3K、Akt 蛋白的表達(dá),且兩者聯(lián)用的效果優(yōu)于吉非替尼、TPL單用。這提示PI3K/Akt通路可能是TPL的潛在作用靶點(diǎn)之一,TPL 聯(lián)合吉非替尼具有協(xié)同增效的效果。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,自噬與化療敏感性的關(guān)系較為復(fù)雜,其中MAP1LC3A、MAP1LC3B等蛋白是MAP1LC3/LC3 自噬家族成員,可反映細(xì)胞的自噬水平[17]。有研究指出,mTOR 通路與自噬有關(guān),抑制mTOR 通路可部分激活細(xì)胞自噬[18];同時(shí),作為PI3K/Akt 通路下游的重要調(diào)控因子,mTOR可促使腫瘤細(xì)胞對(duì)化療/靶向藥物產(chǎn)生耐藥性[19]??紤]到誘導(dǎo)自噬與EGFR-TKIs 耐藥有關(guān)[20],本研究檢測(cè)了MAP1LC3A、MAP1LC3B、mTOR 蛋白的表達(dá)情況。結(jié)果顯示,吉非替尼、TPL 單用和兩者聯(lián)用均可顯著上調(diào)細(xì)胞中MAP1LC3A、MAP1LC3B的表達(dá),下調(diào)mTOR蛋白的表達(dá),且兩者聯(lián)用的效果優(yōu)于吉非替尼、TPL 單用。這提示H1975 細(xì)胞的自噬得以增多,其對(duì)藥物的敏感性有所提高;同時(shí),PI3K/Akt/mTOR 通路可能是TPL作用的另一潛在靶點(diǎn)。
綜上所述,TPL 聯(lián)合吉非替尼可對(duì)EGFRT790M/L858R 突變NSCLC 細(xì)胞產(chǎn)生協(xié)同抑制作用,其作用可能與下調(diào)PI3K/Akt/mTOR 通路和誘導(dǎo)細(xì)胞自噬有關(guān)。這一結(jié)論為TPL的增效作用提供了潛在的研究方向,但仍需后續(xù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。