蔡先彬 胡輝 王欽加 荊緒斌

·論著·

順鉑誘導胃癌SGC-7901細胞凋亡作用及其對線粒體膜電位變化的研究

蔡先彬 胡輝 王欽加 荊緒斌

目的 研究線粒體膜電位在順鉑誘導胃癌細胞凋亡中的作用機制。方法 采用MTT比色法測定順鉑對胃癌SGC7901細胞的生長抑制曲線;將胃癌SGC7901細胞分成對照組及10 μg/ml順鉑組處理，用流式細胞儀(FCS)分別檢測線粒體膜電位(Δψm)和分析細胞周期變化情況。結果 順鉑可明顯抑制胃癌細胞增殖。在24 h后可見細胞大部分受阻于G1期，且出現了典型的凋亡峰;在10 h后線粒體膜電位明顯降低。結論 順鉑誘導胃癌SGC-7901細胞凋亡的途徑可能是通過使線粒體膜通透性的改變，膜電位的下降來而實現的。

線粒體膜電位;凋亡;胃癌;順鉑

順鉑是腫瘤化療的常用藥物。傳統觀點認為，順鉑能夠引起細胞DNA交聯，起腫瘤細胞毒性作用。近年隨著分子生物學發(fā)展，有實驗發(fā)現順鉑抗癌機制與腫瘤細胞凋亡存在密切關系［1，2］。研究發(fā)現順鉑可通過Fas死亡受體途徑介導腫瘤細胞凋亡［3，4］，而線粒體被認為是細胞凋亡的另一個重要途徑。我們前期研究發(fā)現順鉑可誘導食管癌細胞凋亡，且是通過線粒體途徑引發(fā)一系列凋亡程序來實現［5］。目前，順鉑作為胃癌臨床常用化療藥物之一，其是否存在此類機制，相關的基礎研究較少。為此，本研究通過體外實驗來探討在順鉑誘導胃癌SGC-7901細胞凋亡過程中線粒體變化情況，從而了解線粒體與胃癌細胞凋亡之間關系。這對于研究細胞凋亡的調控機制具有重要的理論意義，同時為臨床腫瘤化療用藥提供實驗依據。

1 材料和方法

1.1 主要藥品和試劑 順鉑、噻唑藍(MTT)、過氧化氫酶(CAT)、碘化丙啶(PI)和RNA酶購于Sigma公司;1640培養(yǎng)基購于Gibco公司;3，3'-Dihexyloracarbocyanine(DiOC6(3))分子探針購于美國Calbiochem公司。

1.2 細胞培養(yǎng) 人的胃癌細胞系SGC-7901被培養(yǎng)在含有10%的胎牛血清(FCS;Gibco)、100/ml青霉素(Gibco)和100 g/ml鏈霉素(Gibco)的RPMI1640的培養(yǎng)液中;培養(yǎng)條件為，37℃、5%CO2、飽和濕度孵箱中孵育。選用對數生長期細胞，加不同濃度的藥物作用一定時間后進行實驗。每次實驗均分對照組(溶劑對照)和實驗組，每個實驗重復6次。

1.3 MTT比色法測定細胞生長抑制率 將細胞接種于96孔培養(yǎng)板中(100 μl每孔)24 h后棄上清，加入不同濃度的順鉑稀釋液(0，1，5，10，15 μg/ml，100 μl每孔)。培養(yǎng)24 h后，加入MTT溶液(5 mg/ml，50 μl每孔)繼續(xù)孵育4 h，終止培養(yǎng)。吸去上清液，加入150 μl DMSO，振蕩溶解10 min?？瞻讓φ照{零，選擇490nm波長，在酶聯免疫檢測儀上測定各孔吸光度值(A值)，按以下公式求生長抑制率。生長抑制率(%)= (1-實驗組A值/對照組A值)×100%。計算IC50，作為用于檢測線粒體膜電位及細胞周期時處理細胞的順鉑濃度。同時觀察細胞用藥前后生長情況并使用倒置相差顯微鏡拍照。

1.4 細胞周期分析及凋亡率的檢測 將10 μg/ml順鉑處理24 h后的SGC-7901細胞，用胰蛋白酶消化，PBS洗2次，體積百分比為70%乙醇固定，4℃過夜。上機前收集離心細胞，PBS洗3次后用0.5 mg/ml RNase酶37℃作用1 h，50 μg/ml的PI染色30 min，上機檢測。

1.5 Δψm的測定 DiOC6(3)是一種特異性膜電位標記的熒光染料，對膜具有通透性，其熒光信號主要集中于線粒體，其熒光強度的變化反映了Δψm的變化［6］。將10 μg/ml順鉑處理10 h后的SGC-7901細胞用胰蛋白酶消化，PBS洗滌2次，細胞重懸于500 μl PBS中，加入DiOC6(3)染液，避光染色30 min后用FACS檢測細胞內線粒體熒光強度。

2 結果

2.1 順鉑抑制胃癌SGC-7901細胞生長，圖1表明，對數生長期的細胞經順鉑處理后，導致細胞生長明顯受到抑制，順鉑對胃癌SGC-7901細胞的抑制率呈濃度依賴關系。經過計算可求得線性回歸方程y=4.732x+2.050，經計算IC50為10.13 μg/ml，約為10 μg/ml。

圖1 順鉑的濃度-生長抑制曲線

圖2表明體外培養(yǎng)胃癌SGC-7901細胞，倒置相差顯微鏡觀察到細胞貼壁生長，狀態(tài)良好。但在加入10 μg/ml濃度的順鉑處理后，細胞開始出現皺縮，偽足形成，細胞折光性差，模糊，隨著劑量增加或時間延長甚至可見細胞呈“發(fā)芽”狀改變，類似凋亡細胞形態(tài)改變，最終漂浮起來。但如果給予大劑量順鉑與細胞一起培養(yǎng)，我們可以看到大量細胞在短時間內縮小、脫落、漂浮，生產許多細胞碎片，可能形成細胞壞死。

2.2 FCS檢測胃癌SGC-7901細胞凋亡率 表1顯示順鉑作用于胃癌SGC-7901細胞后，其細胞周期時相發(fā)生顯著變化，細胞大部分受阻于G1期，DNA合成下降，且出現了典型的凋亡峰。G1期:對照組為(51.36±2.59)%，順鉑組24 h后平均為(41.02±3.67)%;G2期:對照組為(33.53±1.79)%，順鉑組為(16.46±3.12)%;凋亡率:對照組為(2.31± 0.56)%，順鉑組為(30.26±2.21)%，兩組比較差異有非常顯著性。

圖2 細胞生長48 h后已經生長至少融合約90%，生長良好，細胞緊密連接，可見細胞核在分裂增殖。

圖3 DDP作用細胞24 h后形態(tài)學改變，細胞變圓，細胞連接松散，細胞核裂解。

表1 不同處理組對胃癌SGC-7901細胞周期和凋亡率的影響(±s，%)

表1 不同處理組對胃癌SGC-7901細胞周期和凋亡率的影響(±s，%)

注:與對照組比較*P＜0.01

組別 例數 G0/G1 S G2/M 凋亡率對照組 6 51.36±2.59 12.11±3.31 33.53±1.79 2.31±0.56順鉑組 6 41.02±3.67 11.52±2.26 16.46±3.12* 30.26±2.21*

2.3 FCS檢測胃癌SGC-7901細胞Δψm改變的結果 線粒體是凋亡信號傳導通路中一個關鍵環(huán)節(jié)，用DiOC6(3)熒光探針標記的細胞經FCS檢測，可按一定標尺分成兩群細胞:熒光強度低(Δψmlow)的細胞和熒光強度高的細胞(Δψmhing)。順鉑處理過的胃癌SGC-7901細胞用FACS檢測Δψm時，發(fā)現熒光強度高的細胞明顯減少，由對照組的(94.51± 2.10)%下降至(59.54±3.25)%，即線粒體膜電位明顯下降(圖4)，P＜0.01。

圖4

3 討論

細胞凋亡是真核細胞最基本的生命過程之一，本質上是一種編程性細胞死亡。研究表明［7］，在腫瘤組織中普遍存在細胞凋亡，它與腫瘤發(fā)生、發(fā)展與退化密切相關，現已明確大多數抗腫瘤藥物都能誘導敏感腫瘤細胞凋亡。本實驗通過MTT比色分析法觀察到，順鉑對胃癌SGC-7901細胞的增殖有很強的抑制作用。細胞凋亡的一個重要的生物化學特征就是DNA的片段化。這是由于內源性的核酸內切酶活化降解DNA，使細胞DNA含量及細胞周期時相分布發(fā)生改變。將SGC-7901細胞經過藥物處理之后進行流式細胞儀檢測，證實該藥能夠引起明顯的細胞周期阻滯，G1期細胞顯著增多，在正常的G0/G1峰之前出現特異的亞二倍體峰，其峰值為(30.26±2.21)%，明顯高于腫瘤細胞的自發(fā)凋亡。

近年研究表明，線粒體在細胞凋亡過程中既是引發(fā)器，也是信號放大器，是細胞凋亡過程中的中心環(huán)節(jié)［8］。線粒體跨膜電位(Δψm)與線粒體通透性改變在細胞凋亡過程中起著重要作用，而Δψm下降是細胞凋亡級聯反應中的較早事件，而一旦線粒體Δψm耗散，細胞就會進入不可逆的凋亡過程。在細胞凋亡過程中線粒體Δψm耗散主要是由于線粒體通透性轉換孔(-040)調節(jié)。-040關閉能防止細胞凋亡;在-040開放時線粒體釋放細胞凋亡誘導因子，造成線粒體膜電位和生物合成破壞，細胞的能量代謝受損，氧化呼吸鏈解偶聯，基質滲透壓升高，線粒體體積擴大，外膜破裂可溶性膜間蛋白，包括cytoC釋放，激發(fā)胞質半胱氨酸蛋白酶的連鎖反應，從而激活核酸內切酶蛋白酶，從而啟動了凋亡［9］。因此能夠引起線粒體誘導MPTP開放的物質，都有可能引起細胞凋亡。為了更進一步了解順鉑誘導胃癌SGC-7901細胞凋亡過程中線粒體變化情況，本研究利用流式細胞儀檢測細胞線粒體跨膜電位。結果顯示CDDP作用12 h后細胞內的Δψm明顯下降。

因此我們認為，順鉑可能是通過使胃癌SGC-7901細胞線粒體膜上的MPTP開放，線粒體釋放凋亡誘導因子造成的線粒體膜電位和生物合成的破壞，而促進凋亡。這闡明了順鉑在抗腫瘤過程中，參與了線粒體調控，破壞線粒體功能，達到抑制胃癌細胞生長，為腫瘤化療治療提供一定的理論依據。

［1］ Gangduo W，Eddie R，Qingdi L，et al.Molecular basis of cellular response to cisplatin chemotherapy in non-small cell lung cancer. Oncology Reports，June，2004，12:955-965．

［2］ Fuertes M A，Castilla J，Alonso C，et al.Cisplatin Biochemical Mechanism of Action:From Cytotoxicity to Induction of Cell Death Through Interconnections Between Apoptotic and Necrotic Pathways.Current Medicinal Chemistry，Feb，2003，10(3):257-266 (10)．

［3］ Huang CR，Jin ZX，Dong L，et al.Cisplatin augments FAS-mediated apoptosis through lipid rafts.Anticancer Res.Jun，2010，30 (6):2065-2071．

［4］ Xu L，Qu XJ，Liu YP，et al.Cisplatin enhances TRAIL-induced apoptosis in gastric cancer cells through clustering death receptor 4 into lipid rafts.Zhonghua Zhong Liu Za Zhi.Jul，2011，33(7): 484-488．

［5］ Jing XB，Cai XB，Hu H.Reactive oxygen species and mitochondrial membrane potential are modulated during CDDP-induced apoptosis in EC-109 cells.Biochem Cell Biol，2007，85(2):265-271．

［6］ Chang HF，Huang WT，Chen HJ，et al.Apoptotic effects of γmangostin from the fruit hull of Garcinia mangostana on human malignant glioma cells.Molecules.Dec，2010，15(12):8953-8966．

［7］ Wong RS.Apoptosis in cancer:from pathogenesis to treatment.J Exp Clin Cancer Res.Sep，2011，30(1):87．

［8］ Pradelli LA，Bénéteau M，Ricci JE，et al.Mitochondrial control of caspase-dependent and-independent cell death.Cell Mol Life Sci. May，2010，67(10):1589-1597．

［9］ Bensassi F，Gallerne C，Dein OS，et al.Mechanism of Alternariol monomethyl ether-induced mitochondrial apoptosis in human colon carcinoma cells.Toxicology.Dec，2011，290(2-3):231-241．

The study on mitochondrial transmembrane potential variation and apoptosis in gastric carcinoma SGC-7901 cell line induced by the cisplatin

CAI Xian-bin，HU Hui，WANG Qin-jia，et al．Department of Gastroen-terology，The First Affiliated Hospital，Shantou university，Medical College，Shantou 515041，China

ObjectiveTo study the role of mitochondrial transmembrane potential in the cisplatin-induced apoptosis of the gastric carcinoma SGC-7901 cell lines.MethodsMTT assay was used to evaluate the influence of cisplatin on proliferation of cells.The SGC-7901 cells were treated by 0，10 μg/ml cisplatin.Flow cytometry was used to test the hypodiploid and intracellular mitochondrial transmembrane potential(Δψm)in cells.ResultsThe cisplatin could suppress proliferation of SGC-7901 cell lines.Δψm decreased evidently after treated by cisplatin for 10 hours.Most SGC-7901 cells were held in G1 period and a Sub-G1 peak(apoptosis peak)could be observed after the addition of the cisplatin for 24 hours.ConclusionThe cisplatin may disable mitochondrial biological function and decreased Δψm，which led to apoptosis of gastric carcinoma cells．

Mitochondrial transmembrane potential;Apoptosis;Gastric carcinoma;Cisplatin

515041汕頭大學醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院消化內科

蔡先彬 E-mail:cxbin1@qq.com