何運元，王 營，王 黎，趙琳琳，徐學(xué)軍

(1.徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇徐州271000;2.鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州450052)

人參皂苷Rg3是從天然紅參中提取的單體，近年來的研究［1－2］表明人參皂苷Rg3具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖和血管形成的作用，且可在多種腫瘤細(xì)胞株中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞的黏附、侵襲，阻止腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生。目前，人參皂苷Rg3對于腫瘤細(xì)胞作用的分子機制仍未完全闡明。但研究［3－4］顯示人參皂苷Rg3對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)是其發(fā)揮抗腫瘤功能的重要途徑，其既能促進(jìn)β-catenin參與細(xì)胞黏附作用，又能抑制β-catenin的核內(nèi)轉(zhuǎn)移。而異常激活的Wnt/β-catenin信號通路造成大量β-catenin在核內(nèi)堆積是許多腫瘤組織突出的分子標(biāo)志之一。β-catenin在細(xì)胞中有2個去向。β-catenin可與α-catenin和細(xì)胞膜上的E－鈣黏素形成復(fù)合體，并與細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白細(xì)絲相連，在細(xì)胞 －細(xì)胞的黏附中發(fā)揮重要作用［5］。游離的β-catenin在沒有Wnt信號存在的情況下則進(jìn)入由糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK3β)和干酪素激酶 Iα(casein kinase Iα，CK Iα)參與組成的降解復(fù)合體而被其降解;但如果有Wnt信號存在，后者將阻斷β-catenin的降解，使之在胞質(zhì)中積聚并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)。β-catenin在細(xì)胞核內(nèi)通過與轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞因子和淋巴增強因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF)結(jié)合而激活下游靶向基因的轉(zhuǎn)錄［6］。其中一些基因的表達(dá)具有已知的促進(jìn)腫瘤生長的作用，如c-myc、c-jun等。因此當(dāng)Wnt/β-catenin信號通路過度激活時將會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。結(jié)直腸癌是最常見的惡性腫瘤之一。在66%～79%的結(jié)直腸癌組織中細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)βcatenin是異常堆積的，而且β-catenin的過表達(dá)與腫瘤的浸潤深度及局部去分化有關(guān)［7－8］。目前，結(jié)直腸癌的化療藥物大多數(shù)是作為DNA、RNA、微管合成干擾的非選擇性的細(xì)胞分裂抑制劑。這些藥物雖然能有效殺死分裂的惡性細(xì)胞，但非選擇性抑制正常細(xì)胞的分裂，尤其是一些分裂旺盛的細(xì)胞，必然引起嚴(yán)重的毒副反應(yīng)。與此同時，天然小分子藥物以其高選擇性、低毒副反應(yīng)和可能提高惡性腫瘤臨床療效的優(yōu)勢，正成為腫瘤治療研究的熱點。而人參皂苷Rg3正是這樣一種針對Wnt/β-catenin信號通路的天然小分子物質(zhì)，并且我們在利用計算機模擬的針對β-catenin蛋白的藥物篩選模型中發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg3能與這種蛋白結(jié)合，其存在可影響β-catenin中特定氨基酸位點的修飾，從而發(fā)揮作用?；谝陨涎芯康奶崾?，本實驗通過RT-PCR、Western blot法和流式細(xì)胞儀技術(shù)來探討人參皂苷Rg3對腫瘤細(xì)胞中β-catenin的表達(dá)和磷酸化程度影響，同時檢測其對腫瘤細(xì)胞增殖和生存的抑制情況，以期為臨床上結(jié)腸癌的診治工作提供一定的實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 細(xì)胞培養(yǎng) 人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116和SW480由第二軍醫(yī)大學(xué)海軍研究所饋贈。用含體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)，細(xì)胞環(huán)境為體積分?jǐn)?shù)5%CO2、37℃的培養(yǎng)箱。

1.2 藥品及藥物制備 人參皂苷Rg3購自中國藥品生物制品檢定所。藥品用DMSO助溶解，制成原液，－20℃保存。用含體積分?jǐn)?shù)10%胎牛血清的DMEM稀釋，使 藥 物 終 濃 度 達(dá) 到 10、20、40、80、160、320 μmol·L－1。

1.3 流式細(xì)胞儀檢測β-catenin磷酸化水平 收集2×106個細(xì)胞，質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%多聚甲醛室溫固定細(xì)胞40 min，洗滌離心后用1 mL含體積分?jǐn)?shù)0.2%Triton-X100和體積分?jǐn)?shù)5%血清的PBS重懸細(xì)胞，冰上放置10 min;加入飽和劑量FITC標(biāo)記的一抗，冰上放置40 min，離心去上清，PBS洗滌2次;加入0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%多聚甲醛重懸細(xì)胞;流式細(xì)胞儀檢測熒光值，每管計數(shù)10 000個細(xì)胞。

1.4 RT-PCR檢測基因轉(zhuǎn)錄 SW480細(xì)胞常規(guī)培養(yǎng)至對數(shù)生長期，加入不同濃度人參皂苷Rg3(0、20、80、320 μmol·L－1)，繼續(xù)培養(yǎng) 48 h 后，Trizol法提取總RNA，用OD260/OD280鑒定RNA純度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%瓊脂電泳鑒定完整性。取2 μg總RNA按TIANGEN公司試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)物cDNA進(jìn)行PCR。β-catenin引物序列上游:5'-ATGGCTTGGAATGAGAC-3'，下游:5'-AACTGGATAGTCTAGCACC-3'，產(chǎn)物大小 235 bp;β-actin引物序列上游:5'-ACTCGTCATACTCCCTGCTG-3'，下游:5'-GAAACTACCTTCAACTCCC-3'，產(chǎn)物大小285 bp;c-myc引物序列上游:5'-ATCTACACCGACAACTCCATCC-3'，下游:5'-GCATTTTGGAGAGGAAGTGTTC-3'，產(chǎn)物大小130 bp。擴增條件為:94℃變性2 min，94 ℃變性40 s，62 ℃退火40 s，72 ℃延伸1 min，40個循環(huán)，72℃終延伸5 min。PCR電泳，Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)成像，Image Lab 3.0分析其相對分子質(zhì)量。實驗重復(fù)3次。

1.5 Western blot法檢測蛋白表達(dá) HCT116細(xì)胞接種于6孔板中(2×105/孔)，藥物處理48 h。提蛋白并用BSA試劑盒進(jìn)行蛋白定量。制膠，加樣品和Mark液后通電70 V、40 min，后改為120 V、1 h。轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)到硝酸纖維素薄膜，按要求浸泡后按下列順序逐張疊放、精確對齊:3張濾紙、硝酸纖維素膜、凝膠、3張濾紙。插入電極，打開電泳儀開關(guān)調(diào)至80 mA、4 h。封閉1 h。加入一抗β-catenin 4℃過夜，后加入二抗孵育2 h。最后使用DAB顯色試劑盒，目標(biāo)蛋白顯色。使用Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)成像，相對灰度值=目的蛋白灰度值/內(nèi)參蛋白(β-actin)灰度值。

1.6 MTT法檢測細(xì)胞增殖 用于研究人參皂苷Rg3對結(jié)腸癌細(xì)胞增殖的影響。SW480及HCT116細(xì)胞種植到96孔板(1×104/孔，密度為60% ～80%)。常規(guī)培養(yǎng)24 h后，添加不同藥物濃度的人參皂苷Rg3(10、20、40、80、160、320 μmol·L－1)到 96 孔中，并設(shè)定實驗對照及調(diào)零孔。體積分?jǐn)?shù)5%CO2、37℃的培養(yǎng)箱中孵育24、48 h后，添加10 μL MTT染液到每個指定的孔中，孵育4 h。隨后每孔加入150 μL DMSO以終止反應(yīng)和溶解甲臜，最后96孔板在490 nm處測定吸光值。

1.7 流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡情況 實驗使用Annexin-V FITC/PI雙染試劑盒。將SW480和HCT116細(xì)胞培養(yǎng)至對數(shù)生長期，細(xì)胞密度約80% ～90%，將細(xì)胞培養(yǎng)液換成不同濃度的人參皂苷Rg3(20、40、80、160、320 μmol·L－1)，繼續(xù)培養(yǎng) 24、48 h。消化離心，按試劑盒要求加入Annexin V-FITC和PI染色液。在1 h內(nèi)用流式細(xì)胞儀檢測。

1.8 統(tǒng)計學(xué)處理 用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，定量數(shù)據(jù)以±s來表示，2組定量數(shù)據(jù)比較使用t檢驗，檢驗水準(zhǔn) α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 β-catenin磷酸化程度 各人參皂苷Rg3用藥組(20、40、80、160、320 μmol·L－1)均比對照組的 βcatenin磷酸化程度低(P均＜0.05)，表示隨人參皂苷Rg3濃度的增加，β-catenin磷酸化信號強度明顯減弱。見圖1。

2.2 人參皂苷 Rg3作用48 h后對SW480細(xì)胞 βcatenin、c-myc mRNA的影響 隨人參皂苷Rg3濃度的增加，β-catenin mRNA表達(dá)無明顯變化，且各人參皂苷Rg3用藥組mRNA相對表達(dá)量與對照組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均＞0.05);c-myc mRNA表達(dá)則是:隨人參皂苷Rg3濃度的增加，c-myc mRNA相對表達(dá)量明顯降低，一定濃度的人參皂苷 Rg3(80、320 μmol·L－1)用藥組c-myc mRNA相對表達(dá)量與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)。見圖2、表1。

表1 Rg3對SW480細(xì)胞β-catenin、c-myc mRNA的影響

2.3 人參皂苷Rg3作用48 h后對HCT116細(xì)胞βcatenin、c-myc蛋白的影響 隨人參皂苷Rg3濃度的增加，c-myc蛋白表達(dá)明顯降低，各人參皂苷Rg3用藥組β-catenin、c-myc蛋白表達(dá)量與對照組比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)。見圖3、表2。

2.4 細(xì)胞增殖實驗結(jié)果 不同濃度人參皂苷Rg3處理 SW480 細(xì)胞24 h后 IC50為102.027 4 ±3.275 1，48 h后 IC50為 37.096 9 ±0.172 9，下降 64.930 4 ±3.319 2;不同濃度人參皂苷Rg3處理HCT116細(xì)胞24 h 后 IC50為 96.591 0 ±0.634 9，48 h 后 IC50為37.445 6 ±1.339 1，下降59.145 4 ±1.498 3。不同時間，同一細(xì)胞株各濃度用藥組之間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)。同一時間，不同細(xì)胞株各濃度用藥組之間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均＞0.05)。見圖4。

2.5 細(xì)胞凋亡情況 隨人參皂苷Rg3濃度的增加，時間的延長，SW480、HCT116細(xì)胞凋亡率顯著增加，各人參皂苷Rg3用藥組與陰性對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)。不同時間，同一細(xì)胞株各濃度用藥組之間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)。同一時間，不同細(xì)胞株各濃度用藥組之間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均＞0.05)。見圖5。

表2 Rg3對SW480細(xì)胞β-catenin、c-myc蛋白表達(dá)的影響

3 討論

β-catenin可通過與細(xì)胞膜上的鈣粘蛋白和細(xì)胞骨架的結(jié)合發(fā)揮重要的維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和黏附的作用。那么局限在細(xì)胞膜上的β-catenin是否能轉(zhuǎn)變成為游離形式而成為Wnt/β-catenin信號通路的效應(yīng)因子這一問題引起了廣泛的關(guān)注。研究［9］證明細(xì)胞質(zhì)中的激酶Fer可通過使 β-catenin第142位酪氨酸殘基(Tyr142或Y142)磷酸化而破壞其和α-catenin之間的連接，從而釋放β-catenin。因此，Y142位置的去磷酸化將穩(wěn)定β-catenin的膜結(jié)合形式，從而減少其參與Wnt/β-catenin信號通路，以致減少了下游促癌基因的轉(zhuǎn)錄。

在本實驗中，我們發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg3作用后的HCT116和SW480細(xì)胞中的游離β-catenin明顯減少，并且RT-PCR實驗結(jié)果也提示這種減少效應(yīng)并不是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上。我們使用特異識別β-catenin磷酸化Y142的抗體，在人參皂苷Rg3作用后，此位點的磷酸化水平下降。結(jié)合我們前期工作中預(yù)測到的人參皂苷Rg3可與β-catenin結(jié)合的模型，我們推測這種結(jié)合可以干擾Fer對于Y142的磷酸化過程，使得β-catenin保持穩(wěn)定的膜結(jié)合形式而不能發(fā)揮信號通路中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，而在腫瘤細(xì)胞中則能減少下游一些促進(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展基因的表達(dá)，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和促進(jìn)凋亡的發(fā)生，這些也在我們的實驗中得到了證實。另外，在實驗中，人參皂苷Rg3的作用呈現(xiàn)劑量依賴和隨時間增強的特點，說明人參皂苷Rg3可以使游離的β-catenin不斷地轉(zhuǎn)變成膜結(jié)合形式而加強效應(yīng)，但我們注意到人參皂苷Rg3的效應(yīng)以80 μmol·L－1為界，在此之前，其抑制腫瘤細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡的效應(yīng)隨濃度增加而迅速上升，而在此之后，隨濃度的增加，其效應(yīng)曲線則趨于平緩，這種現(xiàn)象說明人參皂苷Rg3的效應(yīng)在80 μmol·L－1時趨于飽和，同時也表明了這種小分子物質(zhì)是通過與β-catenin結(jié)合而影響其功能的。但使游離形式β-catenin轉(zhuǎn)變的具體途徑和過程還需要通過進(jìn)一步的實驗進(jìn)行研究。

人參皂苷Rg3的抗腫瘤作用具有這樣的機制使之與其他針對β-catenin的靶向治療方法相比，就有一定的優(yōu)勢。其中一種方法是試圖通過減少β-catenin的表達(dá)達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長的目的。例如將干擾RNA分別轉(zhuǎn)染至含有突變型β-catenin的SW480和HCT116細(xì)胞中，可減少β-catenin的表達(dá)、β-catenin/TCF介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄以及很好抑制腫瘤細(xì)胞的生長［10］。但這種方法的主要缺陷就是通過抑制β-catenin的表達(dá)，不僅減少其游離形式，同時也減少了參與細(xì)胞黏附的膜結(jié)合形式的數(shù)量，從而使得腫瘤組織容易發(fā)生浸潤和轉(zhuǎn)移。而人參皂苷Rg3則是在β-catenin總量不變的情況下，使參與信號通路的游離形式轉(zhuǎn)變成為膜結(jié)合形式，在達(dá)到降低β-catenin和靶基因轉(zhuǎn)錄的同時，還穩(wěn)定了細(xì)胞黏附而減少腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。另外一些方法集中在對β-catenin降解復(fù)合體的改造上，這些方法克服了前述方法的缺點，僅減少游離形式的βcatenin，而不影響細(xì)胞的黏附作用［11－12］。不過這些方法的復(fù)雜給藥方式則阻礙其應(yīng)用。因此人參皂苷Rg3簡單的給藥方式和便捷的給藥途徑也成為其應(yīng)用優(yōu)勢。

綜上所述，人參皂苷Rg3具有一定的抗腫瘤活性，可有效抑制HCT116和SW480細(xì)胞生長，且這種作用可能是通過下調(diào)β-catenin磷酸化來實現(xiàn)的。相信不久的將來，隨著人們對Wnt/β-catenin信號通路的抗腫瘤機制的深入研究，針對該信號通路的不同靶點和高度特異性的天然小分子藥物的開發(fā)將為腫瘤的診治提供一個嶄新的研究領(lǐng)域。

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