曹江鳴，陳慶森*，閻亞麗，龐廣昌

（天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué) 院，天津 300134）

乳源酪蛋白糖巨肽對結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞中COX-2、iNOS、GST-π表達(dá)的影響

曹江鳴，陳慶森*，閻亞麗，龐廣昌

（天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué) 院，天津 300134）

目的：研究乳源酪蛋白糖巨肽（casein glycomacropeptide，CGMP）對人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞增殖及細(xì)胞中環(huán)氧合酶-2（cyclooxyenase-2，COX-2）、誘導(dǎo)性一氧化氮合酶（induc ible nitric oxide synthase，iNOS）及谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶π（glutathione-S-transferase π，GST-π）表達(dá)的影響，為探討CGMP作為功能性食品提供可靠的依據(jù)。方法：采用噻唑藍(lán)（methyl thiazolyl tetrazolium，MTT）實驗測定不同劑量CGMP作用12、24、48 h對結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞增殖的抑制情況；在不同劑量CGMP作用HT-29細(xì)胞24 h后，通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)擴增細(xì)胞中提取的COX-2 mRNA、iNOS mRNA、 GST-π mRNA，用凝膠成像自動分析系統(tǒng)檢測各擴增帶COX-2 mRNA、iNOS mRNA、GST-π mRNA水平。結(jié)果：1）CGMP組對細(xì)胞的增殖均有抑制作用，其中10-4mg/mL抑制效果最強，且呈現(xiàn)時間依賴性。2）低劑量的CGMP（10-5、10-4、10-3mg/mL）可顯著降低3 種基因的表達(dá)。結(jié)論：CGMP可在一定程度上抑制HT-29細(xì)胞的增殖，并呈時間依賴性，同時 CGMP能在mRNA水平上抑制COX-2、iNOS、GST-π的表達(dá)，進而降低3 種基因蛋白的表達(dá)，從而進一步改善結(jié)直腸癌。

乳源酪蛋白糖巨肽；HT-29細(xì)胞；COX-2；iNOS；GST-π

結(jié)直腸癌（colorectal carcinoma，CRC）是人類常見的消化道惡性腫瘤之一，全球范圍內(nèi)，其在男性的發(fā)病率位于惡性腫瘤的第三位，女性的發(fā)病率位于第二位[1]。在我國結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率在癌癥中均列為第3～5位，并有逐年增加的趨勢[2]，已嚴(yán)重威脅著人們的健康。近年來，大量的流行病學(xué)和研究結(jié)果證實了環(huán)氧合酶-2（cyclooxyenase-2，COX-2）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）及胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶π（glutathione-S-transferase π，GST-π）與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展有密切的關(guān)系，這3 個基因在絕大多數(shù)結(jié)直腸癌患者中呈現(xiàn)高表達(dá)[3-5]，COX-2和iNOS在組織分布、作用機制等方面共同參與許多生理病理過程，協(xié)同發(fā)揮作用，COX-2及iNOS誘導(dǎo)的NO參與了腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲[6-8]，而GST-π是CRC的一種多藥耐藥基因，與腫瘤細(xì)胞的耐藥性有關(guān)[5]。

酪蛋白糖巨肽（caseinoglycomacropeptide，CGMP）是由Delfour等[9]于1965年發(fā)現(xiàn)的一種含有唾液酸的生物活性肽，經(jīng)凝乳酶水解κ-酪蛋白的105苯丙氨酸106甲硫氨酸之間的肽鍵而生成的不溶性副酪蛋白（肽鏈的1～105部分）和12%的三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）可溶性的親水多肽（肽鏈的106～169部分）兩部分通常此可溶性多肽含有較多的糖鏈，被稱為“糖巨肽”，而由酪蛋白來源的此類肽都統(tǒng)稱為“酪蛋白糖巨肽（CGMP）”。研究表明，其具有諸多的生物學(xué)活性，如抑制細(xì)菌和病毒的黏附、抑制流感病毒紅細(xì)胞凝集素、促進雙歧桿菌增殖、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、抗炎等[10-12]。本實驗室也通過其 改善、緩解炎癥性腸病證實了它的抗炎活性[13]。但目前還未見有其對結(jié)腸癌細(xì)胞中的腫瘤標(biāo)志物的COX-2、iNOS、GST-π基因表達(dá)影響的研究。本研究就從這3 種高表達(dá)基因入手，探討CGMP在結(jié)腸癌細(xì)胞中的抗炎作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

HT-29細(xì)胞 江蘇齊氏生物科技有限公司；血清（fetal bovine serum，F(xiàn)BS） 美國Gibco公司；DMEM高糖培養(yǎng)基 美國Hyclone公司；CGMP 新西蘭Tatua公司；Tri zol 美國Invitrogen公司；反轉(zhuǎn)錄試劑盒#K1622 美國Thermo公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HERAcell 240iCO2培養(yǎng)箱 美國Thermo公司；DS-5MC倒置顯微鏡 日本Nikon公司；SpectraMax M5多功能讀板機美國 Molecular Devices公司；UV2550紫外-可見分光光度計 日本島津公司；TC-96/G/H（b）APCR儀 杭州博日公司；Gel doc XR凝膠成像系統(tǒng)美國Bio-Rad公司；DYCP-31B水平電泳槽、電泳儀 北京六一儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 HT-29細(xì)胞培養(yǎng)及分組

人結(jié)直腸癌細(xì)胞系HT-29于10%胎牛血清、青霉素（100 U/mL）和鏈霉素（100 U/mL）的DMEM培養(yǎng)基中，置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)。待細(xì)胞對數(shù)期時進行實驗。

CGMP溶液的配制：分析天平準(zhǔn)確稱取10 mg CGMP，用10 ?L的DMSO溶解，然后用10 mL的完全培養(yǎng)基溶解，最后進行稀釋得到相應(yīng)的質(zhì)量濃度。

實驗分組：正常對照組（C）、CGMP樣品組（M1：10-6mg/mL、M2：10-5mg/mL、M3：10-4mg/mL、M4：10-3mg/mL、M5：10-2mg/mL）。

1.3.2 MTT法檢測CGMP對HT-29細(xì)胞增殖的影響

取對數(shù)生長期細(xì)胞，以1×105個/mL的細(xì)胞密度，均勻接種于96 孔板，100 ?L/孔，常規(guī)培養(yǎng)24 h后，棄去原培養(yǎng)液，加入CGMP樣品組各100 ?L，對照組加相同體積的完全培養(yǎng)基，空白組不加細(xì)胞但加相同體積的培養(yǎng)基，每組設(shè)6 個復(fù)孔，分別培養(yǎng)12、24、48 h后，棄去培養(yǎng)基。根據(jù)Mosmann[14]的噻唑藍(lán)（methyl thiazolyl tetrazolium，MTT）方法并略作改動，用DMSO替代酸性異丙醇，通過空白組調(diào)零。在490 nm波長處測定吸光度A，實驗重復(fù)3 次，按式（1）計算細(xì)胞生長抑制率。

1.3.3 RNA提取

取對數(shù)生長期細(xì)胞，以1×105個/mL的細(xì)胞密度均勻接種于6 孔板內(nèi)，2 mL/孔，于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，細(xì)胞進入對數(shù)期后棄去原培養(yǎng)液，加入CGMP樣品組2 mL，對照組加相同體積的完全培養(yǎng)基，培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h。采用Trizol裂解細(xì)胞、提取總RNA。用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測RNA的提取的完整性通過A260nm/A280nm檢測RNA的純度并根據(jù)式（2）計算出質(zhì)量濃度。

1.3.4 逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）法檢測COX-2、iNOS、GST-π mRNA表達(dá)水平

采用反轉(zhuǎn)錄試劑盒反轉(zhuǎn)錄形成cDNA。在50 ?L的PCR反應(yīng)體系中用正向和反向引物擴增目的基因。反應(yīng)體系：5 ?L 10×PCR buffer、36.75 ?L DEPC處理水、4 ?L dNTP混合物、正反向引物各1.5 ?L、1 ?L cDNA及0.25 ?L Taq酶。

各基因的引物：COX-2[15]（187 bp）：正向引物5’-TGAAACCCACTCCAAACACA-3’，反向引物5′-GAGAAGGCTTCCCAGCTTTT-3’；i N O S[16]（2 2 1 b p）：正向引物5’-AC AG G AG G G G T T A A A G C T G C-3’，反向引物5’-TTGTCTCCAAGGGACCAGG-3’；GST-π[17]（169 bp）：正向引物5’-CGGAGACCTCACCCTGTA-3’，反向引物5’-CGCCTCATAGTTGGTGTAGA-3’；甘油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）[15]（185 bp）：正向引物5’-GAGTCAACGGATTTGGTCGT-3’，反向引物5’-GACAAGCTTCCCGTTCTCAG-3’。

PCR擴增程序：94 ℃預(yù)變性1 min，94 ℃變性30 s，COX-2、GAPDH：60 ℃退火30 s；iNOS：65 ℃退火45 s；GST-π：58 ℃退火20 s，72 ℃延伸30 s，72 ℃終止延伸5 min。取5 ?L PCR擴增產(chǎn)物，經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳，90 V恒壓，時間70 min，采用凝膠圖像分析軟件分析各條帶的綜合光密度值，以相應(yīng)的GAPDH的表達(dá)量為內(nèi)參，計算并比較COX-2、iNOS、GST-π mRNA的相對表達(dá)量。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS19.0統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，進行單因素方差分析，處理結(jié)果以±s表示，定義P＜ 0.05為差異顯著，有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 CGMP對HT-29細(xì)胞增殖的影響

圖1 CGMP對HT-29細(xì)胞增殖的抑制率Fig.1 Inhibition of different doses of CGMP on HT-29 cell proliferation

由圖1可知，正常對照組（C）的抑制率為0。隨著作用時間的延長，對細(xì)胞增殖的抑制情況顯著增強，呈時間依賴性；各劑量對細(xì)胞的增殖均有抑制，但在質(zhì)量濃度10-6～10-4mg/mL范圍內(nèi)，對細(xì)胞的增殖抑制加強，在10-4～10-2mg/mL范圍內(nèi)，對細(xì)胞的抑制開始降低。

2.2 CGMP對COX-2、iNOS、GST-π的mRNA表達(dá)的影響

2.2.1 RNA提取的質(zhì)量分析

圖2 經(jīng)不同劑量CGMP處理的HT-29細(xì)胞總RNA瓊脂糖凝膠電泳圖譜Fig.2 Agarose gel electrophoresis of total RNA with different doses of CGMP

按照方法1.3.3節(jié)提取總RNA，提取質(zhì)量的鑒定見圖2。電泳圖顯示，除M4無5S RNA，其他各組的28S RNA、18S RNA和5S RNA譜帶清晰，且28S RNA條帶明顯亮于18S RNA，無明顯的拖尾現(xiàn)象。說明提取的總RNA完整度較好。

2.2.2 CGMP對COX-2、iNOS、GST-π的mRNA表達(dá)水平的影響

圖3 不同劑量CGMP對HT-29細(xì)胞COX-2（a）、iNOS（b）、GGSSTT--π（c） mRNA表達(dá)的影響及其電泳圖Fig.3 Electrophoresis and effect of different doses of CGMP on mRNA expression levels of COX-2 (a), iNOS (b) and GST-π (c) in HT-29 cells

不同劑量的CGMP作用于HT-29細(xì)胞24 h后，COX-2、iNOS、GST-π mRNA的表達(dá)水平如圖3所示，與正常對照組比，各劑量的CGMP組均可以降低COX-2、iNOS、GST-π mRNA的表達(dá)，且均是先降低后升高。其中CGMP的M4組對COX-2 mRNA的抑制極為顯著（P＜0.01），CGMP的M2和M3組極顯著地降低iNOS mRNA的表達(dá)（P＜0.01），M2、M3和M4的CGMP組明顯的下調(diào)了GST-π mRNA表達(dá)（P＜0.01）。

3 討 論

CRC是臨床常見的消化道腫瘤，具有發(fā)病率高、根治性差的特點。它的潛伏期很長，早期的CRC沒有明顯的癥狀，通常不易被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)診斷病人為CRC時已接近中晚期。由于CRC的發(fā)生發(fā)展過程伴隨了蛋白質(zhì)和酶等分子的異常代謝，通過檢測糞便中DNA甲基化、COX-2等這些標(biāo)志物可有助于CRC的早期診斷。導(dǎo)致結(jié)直腸發(fā)生的原因至今仍不明確，由報道可知是多因素、多階段及內(nèi)外的相互作用而引起的，其可能的發(fā)生機制包括染色體不穩(wěn)定、微衛(wèi)星不穩(wěn)定、CpG島甲基化表型及癌癥干細(xì)胞因素[18-19]?，F(xiàn)今對其治療主要是以手術(shù)為主、化療藥物為輔的方法，但由于化療藥物的毒副作用很大，所以治療的效果也有限。近年發(fā)現(xiàn)飲食與CRC的發(fā)生有關(guān)，而作為可提供氨基酸的生物活性肽成為人們研究的熱點并發(fā)現(xiàn)了抗腫瘤肽和免疫調(diào)節(jié)肽[20]。

CGMP是一種具有諸多生物學(xué)功能的乳源生物活性肽，它獨特的生理活性和營養(yǎng)特性使其被廣泛的應(yīng)用于食品保健和生物醫(yī)藥領(lǐng)域。Keogh等[21]對人進行了雙盲隨機平行對照研究，發(fā)現(xiàn)食用CGMP濃縮蛋白的受試者在體質(zhì)量減輕的同時，還改善了心血管疾病的多項指標(biāo)。Ney等[22]發(fā)現(xiàn)在CGMP不僅可以作為苯丙酮尿癥（phenylketonuria，PKU）患者的飲食，還能減少血漿和大腦中苯丙氨酸的濃度，預(yù)防神經(jīng)損害。CGMP作為功能性食品的可能機制是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)而調(diào)控免疫和代謝網(wǎng)絡(luò)[23]。目前人們對于CGMP的研究大多是建立動物的腸道炎癥模型而證實它的活性，很少有研究其對結(jié)直腸癌的影響。Rhoades等[24]證實了CGMP可以抑制3株腸致病性大腸桿菌對結(jié)直腸癌HT-29細(xì)胞株的黏附能力從而緩解結(jié)直腸癌的發(fā)展。因此，本實驗用CGMP作用于HT-29細(xì)胞，通過觀察COX-2、iNOS及GST-π的表達(dá)進一步解釋CGMP改善炎癥性腸病的作用機理。

研究采用CGMP作用于HT-29細(xì)胞，通過MTT法測定細(xì)胞增殖抑制率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CGMP可抑制細(xì)胞的增長，呈時間依賴性，10-4mg/mL的CGMP對細(xì)胞的抑制效果最好，與它的抗炎活性相符，但仍遠(yuǎn)不及化學(xué)藥物對結(jié)腸癌細(xì)胞的抑制率[25-26]，這也進一步證實了它作為功能性食品的屬性，表現(xiàn)為安全性高、副作用小。其可能的機制是通過調(diào)控細(xì)胞周期的調(diào)控蛋白，從而影響腫瘤細(xì)胞生長、增殖或阻止腫瘤細(xì)胞周期G1/S的進程[27-28]。相關(guān)研究指出牛乳中的一些多肽可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、影響癌癥細(xì)胞的活性而起到抗腫瘤的作用[29]。

COX-2是環(huán)氧合酶的一種亞型，而COX是前列腺素（prostaglandin，PG）合成的關(guān)鍵酶，催化花生四烯酸（arachidonicacid，AA）而生成一系列內(nèi)源性前列腺素，后者參與維持機體的各種生理功能和病理過程[30]。COX-2可增加PG、抑制腫瘤細(xì)胞凋亡、促進細(xì)胞增生、促進腫瘤血管形成[31]。iNOS是非依賴于鈣離子、鈣調(diào)素和還原型輔酶Ⅱ的NOS，它能催化合成大量的NO且持續(xù)的時間很長，NO是一種重要的生物活性物質(zhì)和信號傳遞分子，參與調(diào)節(jié)如擴張血管、宿主防御等體內(nèi)一系列生理活動，還與腫瘤血管的形成有密切關(guān)系[32]。在靜息狀態(tài)下，COX-2和iNOS不表達(dá)，當(dāng)細(xì)胞接受如細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β等刺激后，其表達(dá)量就會大量增加，因此被認(rèn)為是結(jié)腸炎的促炎因子[33]。COX-2和iNOS被特異性的捆綁在一起，COX-2可促進iNOS的表達(dá)，而iNOS產(chǎn)生的NO可能激活了可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（solubleguanylatecyclase，sGC）導(dǎo)致cGMP發(fā)出某種信號，進而上調(diào)COX-2的表達(dá)，這也側(cè)面反映COX-2表達(dá)的降低會促使iNOS表達(dá)的下降進而抑制細(xì)胞的增殖[34]。Tasnaka等[35]研究發(fā)現(xiàn)通過阻斷NO的產(chǎn)生或抑制iNOS和COX-2的表達(dá)，可有效阻斷結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。COX-2、iNOS還是核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB調(diào)控的下游靶基因，具有轉(zhuǎn)錄活性的NF-κB可以調(diào)節(jié)COX-2 mRNA、iNOS mRNA的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[36-37]。本研究發(fā)現(xiàn)通過CGMP（10-4、10-3mg/mL）的干預(yù)，可有效地降低二者的表達(dá)水平，科學(xué)地鑒定了CGMP可能通過抑制NF-κB的信號通路而下調(diào)COX-2 mRNA、iNOS mRNA的表達(dá)。

GST-π屬于GSTs基因家族成員，是人體內(nèi)一種Ⅱ相代謝解毒酶，具有保護、儲存、結(jié)合和轉(zhuǎn)運等多種生理功能并介導(dǎo)腫瘤多藥耐藥機制。GST-π可催化機體中谷胱甘肽與化療藥物結(jié)合，增加藥物的水溶性，使藥物易于排出體外；自身通過直接與藥物結(jié)合的形式降低藥物活性[38]。在多種癌癥組織中存在高度表達(dá)的現(xiàn)象，它在細(xì)胞的抗損傷、抗癌變過程中起重要作用，因此GST-π的水平不僅可作為腫瘤轉(zhuǎn)化的生化標(biāo)志，而且表達(dá)水平的變化也會影響腫瘤化療耐藥。檢測腫瘤細(xì)胞中GST-π的含量，可以深刻了解腫瘤細(xì)胞生理和病理狀態(tài)中GST-π的變化，進而探討相關(guān)機制。李樂平等[39]的研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中GST-π的表達(dá)高于正常結(jié)直腸黏膜。Moffat等[40]認(rèn)為在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)影響了GST-π的表達(dá)，同時細(xì)胞特異性的GST-π mRNA降解率的不同決定了GST-π基因表達(dá)的水平。研究表明，Jun和fos蛋白、轉(zhuǎn)錄因子SP1、GST-π轉(zhuǎn)錄阻遏物均可參與GST-π基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)[41]。本研究的結(jié)果表明，CGMP（10-5、10-4、10-3、10-2mg/mL）均可顯著的降低GST-π mRNA的表達(dá)。提示其可能的機制與轉(zhuǎn)錄因子SP1在GST-π基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控方面有關(guān)。

4 結(jié) 論

乳源CGMP具有抑制HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞增殖的作用，并降低炎癥因子COX-2、iNOS和多藥耐藥基因GST-π的mRNA的表達(dá)，說明HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖與基因的低表達(dá)存在相關(guān)性。盡管CGMP抑制結(jié)腸癌細(xì)胞活性作用機制還有待于進一步的探究，但本研究結(jié)果將為CGMP作為功能性保健品提供理論支撐，同時也為CRC的營養(yǎng)治療提供科學(xué)的參考。

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Effect of Casein Glycomacropeptide (CGMP) on COX-2, iNOS and GST-π Expression in HT-29 Cells

CAO Jiang-ming, CHEN Qing-sen*, YAN Ya-li, PANG Guang-chang
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

Objective: The effect of casein glycomacropeptide (CGMP) on cell proli feration and on the expression of cyclooxyenase-2 (COX-2), inducib le nitrite oxide synthase (iNOS), and glutathione-S-transferase π (GST-π) in HT-29 cells was explored to provide a reliable basis for the use of CGMP as an ingredient in functional foods. Methods: HT-29 Cells were cultured with CGMP for 12, 24 and 48 h. The inhibition of HT-29 cells proliferation was measured by MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] assay. The expression of COX-2, iNOS, and GST-π was detected by reverse transcriptionpolymerase chain reaction (RT-PCR) after the HT-29 cells were treated for 24 h. Results: 1) CGMP inhibited the proliferation of HT-29 ce lls in a time-dependent fashion, and the optimal concentration was 10-4mg/mL. 2) Low doses of CGMP (10-5, 10-4and 10-3mg/mL) significantly reduced the expression of three genes. Conclusion: To some extent, CGMP can inhibit the proliferation of HT-29 cells in a time-dependent manner. The mechanism is associated with decreasing the expression of COX-2, iNOS and GST-π by CGMP and further improving human colorectal cancer.

casein glycomacropeptide (CGMP); human colonic tumor cells HT-29; COX-2; iNOS; GST-π

R151

A

1002-6630（2014）13-0213-05

10.7506/spkx1002-6630-201413041

2014-05-11

國家自然科學(xué)基金面上項目（31071522）

曹江鳴（1988—），女，碩士研究生，研究方向為發(fā)酵生物技術(shù)、功能成分與腸道健康的關(guān)系。E-mail：caodundun@126.com

*通信作者：陳慶森（1957—），男，教授，碩士，研究方向為發(fā)酵生物技術(shù)、功能成分與腸道健康的關(guān)系。E-mail：chqsen@tjcu.edu.cn