周煥娟,何 莉
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MAPK信號通路對地塞米松抑制Jurkat細胞增殖及誘導(dǎo)凋亡的影響
周煥娟,何莉*
目的研究絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路對地塞米松(Dexamethasone,DEX)誘導(dǎo)急性淋巴細胞白血病Jurkat細胞凋亡及抑制細胞增殖的影響。方法觀察地塞米松、PD98059、SP600125、SB203580及地塞米松分別聯(lián)合PD98059、SP600125、SB203580對Jurkat細胞增殖及凋亡的抑制作用。以急性淋巴細胞白血病Jurkat細胞為研究對象,應(yīng)用WST-1法檢測細胞的增殖活力;流式細胞術(shù)分析細胞凋亡。結(jié)果地塞米松對Jurkat細胞24 h和48 h抑制細胞增殖50%的藥物濃度(IC50)分別為829、335 μM。100 μM以上地塞米松以時間、劑量依賴方式抑制Jurkat細胞增殖;地塞米松分別聯(lián)合PD98059、SP600125可增加對Jurkat細胞增殖的抑制效應(yīng),聯(lián)合SB203580對地塞米松抑制Jurkat細胞增殖無影響。10 μM地塞米松聯(lián)合20 μM PD98059可顯著增加地塞米松誘導(dǎo)Jurkat細胞凋亡的作用,細胞凋亡率由8.5%升至28.4%。結(jié)論急性淋巴細胞白血病Jurkat細胞為糖皮質(zhì)激素耐藥細胞。阻斷p38MAPK對地塞米松抑制Jurkat細胞增殖無明顯影響。阻斷ERK、JNK信號通路均可增強地塞米松對Jurkat細胞的殺傷作用,達到逆轉(zhuǎn)Jurkat細胞對地塞米松的耐藥。急性淋巴細胞白血病Jurkat細胞糖皮質(zhì)激素耐藥可能與ERK、JNK通路的活化有關(guān)。
絲裂原活化蛋白激酶信號通路;地塞米松;耐藥;凋亡;Jurkat細胞
白血病是兒童惡性腫瘤中發(fā)病率最高的疾病,其中急性淋巴細胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia,ALL)約占70%[1],嚴重威脅兒童的健康成長。糖皮質(zhì)激素(Glucocorticoid,GC)可引起淋巴細胞的凋亡及細胞周期G1停滯,抑制其生長與增殖,始終貫穿著整個化療過程。國內(nèi)外重要指南均將強的松單藥治療7 d誘導(dǎo)試驗的效應(yīng)作為評估兒童ALL預(yù)后的一個獨立的危險因素[2]。然而,近年研究發(fā)現(xiàn),在小兒初治ALL中,10%~20%表現(xiàn)為糖皮質(zhì)激素原發(fā)耐藥,復(fù)發(fā)病例中70%為GC耐藥,嚴重威脅小兒ALL的療效及預(yù)后。
絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)是細胞內(nèi)廣泛表達的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,主要包括細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular signal-regulated kinase,ERK)、c-jun N末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)及p38MAPK途徑,共同參與多種細胞反應(yīng)的調(diào)節(jié),如細胞增殖、分化、凋亡及細胞周期調(diào)控等。目前認為,細胞信號通路的異常激活或抑制與腫瘤耐藥有密切關(guān)系[3]。ERK信號通路在CD4+T細胞對地塞米松(Dexamethasone,DEX)誘導(dǎo)細胞凋亡過程中發(fā)揮重要作用[4],活化JNK、p38MAPK信號通路引起的糖皮質(zhì)激素受體功能受抑制與乳腺癌細胞糖皮質(zhì)激素耐藥相關(guān)[5]。目前,國內(nèi)關(guān)于MAPK信號通路的異常激活或抑制是否會影響人ALL耐藥細胞對糖皮質(zhì)激素敏感性的相關(guān)研究較少。本研究采用糖皮質(zhì)激素耐藥Jurkat細胞,觀察ERK、JNK及p38MAPK途徑對DEX誘導(dǎo)Jurkat細胞凋亡的影響,尋找逆轉(zhuǎn)ALL糖皮質(zhì)激素耐藥的方法。
1.1材料人急性T淋巴細胞白血病Jurkat細胞株,由中國醫(yī)科大學(xué)中心實驗室保存。RPMI 1640培養(yǎng)基購自美國Hyclone公司;胎牛血清購自天津灝天公司;WST-1購自碧云天公司;Annexin V-FITC/PI細胞凋亡檢測試劑盒購自碧云天公司;地塞米松磷酸鈉購自天津藥業(yè)焦作有限公司;PD98059、SP600125及SB203580購自碧云天公司。
1.2方法
1.2.1細胞培養(yǎng)將Jurkat細胞株置于含10%胎牛血清的RPMI 1640培養(yǎng)液中,37 ℃、體積分數(shù)5% CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱內(nèi)傳代培養(yǎng)。臺盼藍染色,拒染率>95%為對數(shù)生長期細胞。取對數(shù)生長期細胞進行實驗。
1.2.2實驗分組單獨應(yīng)用DEX組、PD98059組、SP600125組、SB203580組和地塞米松分別聯(lián)合PD98059、SP600125、SB203580組,并設(shè)立陰性對照及空白對照,每組設(shè)3個復(fù)孔,結(jié)果取平均值。
1.2.3WST-1法檢測細胞增殖取對數(shù)生長期細胞,調(diào)整細胞密度為5×104/mL,將細胞懸液按每孔90 μL移至96孔板中,設(shè)立空白對照孔(無細胞孔)和陰性對照孔(未加藥孔),每個樣本設(shè)3個復(fù)孔;各試驗孔加入10 μL相應(yīng)梯度濃度藥物,分別處理相應(yīng)時間;每孔加入10 μL WST-1溶液,繼續(xù)培養(yǎng)4 h后,在酶聯(lián)免疫檢測儀上以490 nm波長測定各孔吸光度(A)值。計算相應(yīng)各孔的細胞抑制率。抑制率(%)=(對照組平均A值-實驗組平均A值)/對照組平均A值×100%。抑制細胞增殖50%的藥物濃度(IC50)采用回歸法計算。
1.2.4Annexin V-FITC/PI雙染法檢測細胞凋亡取對數(shù)生長期細胞,予相應(yīng)濃度和時間的藥物處理后,1 000 r/min,離心5 min,棄上清,用PBS重懸細胞并計數(shù),設(shè)陰性對照和空白對照(未加Annexin V-FITC)。取1×106個重懸細胞,1 000 r/min,離心5 min,棄上清,加入195 μL Annexin V-FITC 結(jié)合液重懸細胞;加入5 μL Annexin V-FITC并混勻。室溫避光孵育10 min;1 000 r/min,離心5 min,棄上清,加入190 μL Annexin V-FITC 結(jié)合液重懸細胞;加入10 μL碘化丙啶染色液并混勻,冰浴避光放置10 min,進行流式細胞術(shù)檢測。在雙變量流式細胞儀的散點圖上,X軸為Anexin V-FITC通道,Y軸為PI通道。左下象限(Anexin V-FITC-/PI-)代表活細胞,左上象限(Anexin V-FITC-/PI+)代表機械損傷細胞,右上象限(Anexin V-FITC+/PI+)代表壞死細胞,右下象限(Anexin V-FITC+/PI-)為凋亡細胞。
2.1DEX、PD98059、SP600125、SB203580單用及聯(lián)合應(yīng)用對Jurkat細胞增殖的影響
2.1.1DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用1、10、100、500 μM DEX分別處理Jurkat細胞24、48 h。當DEX濃度達100 μM時,兩組Jurkat細胞增殖抑制率比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義,提示100 μM DEX作用48 h對Jurkat細胞有較明顯的增殖抑制作用,表明Jurkat細胞為糖皮質(zhì)激素耐藥細胞。并且100 μM以上DEX對Jurkat細胞增殖抑制效應(yīng)呈時間、劑量依賴性。見表1。DEX作用于Jurkat細胞24、48 h的IC50分別為 829、335 μM。
2.1.2PD98059、SP600125、SB203580對Jurkat細胞增殖的抑制作用20 μM PD98059、10 μM SP600125、20 μM SB203580分別處理Jurkat細胞48 h,對細胞的增殖抑制率分別為5.3%、6.5%和4.3%,與單用100 μM DEX組比較,三種阻滯劑對Jurkat細胞增殖無明顯影響。見圖1。
表1 DEX對Jurkat細胞的抑制增殖作用(%,n=3)
圖1 PD98059、SP600125、SB203580、DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用
2.1.3DEX分別聯(lián)合應(yīng)用PD98059、SP600125、SB203580對Jurkat細胞增殖的抑制作用分別預(yù)先用20 μM PD98059、10 μM SP600125、20 μMSB203580處理Jurkat細胞1 h,然后加入1、10、100、500 μM DEX繼續(xù)作用48 h。聯(lián)合應(yīng)用PD98059組可顯著增加1、10、100 μM DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用。其抑制率分別由1.3%、5.6%、14.7%升至23.4%、24.7%、28.4% (t=22.19、12.68、3.80,P<0.05)。加用PD98059后,500 μM DEX 對Jurkat細胞增殖抑制率略升高,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.50,P>0.05)。聯(lián)合應(yīng)用SP600125組可增加100、500 μM DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用,使其抑制率分別由14.7%、30.4%升至26.9%、39.1%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=3.84、3.24,P<0.05)。加用SP600125后,1、10 μM DEX 對Jurkat細胞的增殖抑制率無影響(t=2.02、1.95,P>0.05)。聯(lián)合應(yīng)用SB203580后,各濃度DEX對Jurkat細胞的增殖抑制作用無明顯改變(t=0.69、0.87、2.53、1.25,P>0.05)。見圖2。
圖2 四組Jurkat細胞增殖抑制率比較(48 h)
2.2DEX、PD98059單獨及聯(lián)合應(yīng)用對Jurkat細胞凋亡的影響
2.2.1DEX對Jurkat細胞凋亡的作用10 μM DEX作用Jurkat細胞48 h,細胞凋亡率為8.5%,提示Jurkat細胞對DEX誘導(dǎo)凋亡作用不敏感,為DEX耐藥細胞株。見圖3a。
2.2.2PD98059對Jurkat細胞凋亡的作用20 μM PD98059處理Jurkat細胞48 h,細胞凋亡率為7.4%,提示PD98059對Jurkat細胞無明顯細胞毒作用。見圖3b。
2.2.3DEX聯(lián)合PD98059對Jurkat細胞凋亡的作用對照組、DEX組、PD98059組及DEX+PD98059組的凋亡率分別為5.8%±0.4%、8.5%±1.9%、7.4%±0.9%、28.4%±7.2%。結(jié)果表明,預(yù)先用20 μM PD98059處理Jurkat細胞1 h,然后加入 10 μM DEX繼續(xù)作用48 h,細胞凋亡率由8.5%升至28.4%,差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (t=4.62,P<0.05)。見圖3c。提示PD98059可顯著增強DEX的誘導(dǎo)凋亡作用,恢復(fù)Jurkat細胞對DEX的敏感性。見圖4。
圖3 三組Jurkat細胞凋亡情況比較(48 h)
圖4 DEX單用與聯(lián)合PD98059對Jurkat細胞的凋亡作用
隨著診療水平的提高和化療方案的改進,小兒ALL的治愈率可達80%[6]。盡管近年多種新型化療藥物進入臨床,糖皮質(zhì)激素作為最早用于ALL化療的藥物,仍然貫穿于整個化療過程。對糖皮質(zhì)激素的敏感性已作為兒童ALL危險度判定、治療方案選擇和預(yù)后判斷的一個重要的獨立指標[7]。德國BFM研究表明,采用BFM90方案治療的ALL糖皮質(zhì)激素敏感患兒的5年無病生存率達80.7%,而糖皮質(zhì)激素耐藥者僅為31.8%[8]。由此可見,糖皮質(zhì)激素耐藥是小兒ALL治療失敗及復(fù)發(fā)的主要因素。本研究將DEX作用ALL Jurkat細胞24~48 h時,結(jié)果顯示,100 μM DEX作用48 h才能出現(xiàn)明顯的細胞增殖抑制作用。100 μM以上時,DEX以時間、劑量依賴方式抑制Jurkat細胞增殖,對DEX的耐藥情況與孟浦等[9]報道一致。而對DEX敏感的細胞,Rambal等[10]報道,CCRF-CEM細胞在0.1 μM DEX處理48 h即可出現(xiàn)明顯的細胞凋亡。說明Jurkat細胞為糖皮質(zhì)激素耐藥細胞株。
MAPK是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),主要包括ERK通路、JNK通路和p38MAPK通路,共同參與多種細胞反應(yīng)的調(diào)節(jié),如細胞增殖、分化、凋亡和細胞周期調(diào)控等。最近研究表明,這些通路的異常激活或阻斷與腫瘤耐藥產(chǎn)生有關(guān)[6]。Suzuki等[11]發(fā)現(xiàn),聯(lián)合應(yīng)用ERK阻滯劑,可增加急性單核白血病THP-1及MV4-11細胞對伊馬替尼的敏感性,說明抑制ERK信號通路,可以逆轉(zhuǎn)急性單核白血病細胞對伊馬替尼的耐藥性。利用JNK阻滯劑SP600125處理卵巢癌順鉑敏感細胞株可增加對順鉑的耐藥性,推測JNK信號通路的激活程度與卵巢癌細胞對順鉑的敏感性呈正相關(guān)[12]。阻斷p38MAPK信號通路可增加小鼠白血病細胞L1210對長春新堿的敏感性,逆轉(zhuǎn)長春新堿耐藥[13]。
本研究以糖皮質(zhì)激素耐藥型Jurkat細胞株為研究對象,利用信號通路特異性阻滯劑聯(lián)合DEX作用,探討ERK、JNK及p38MAPK信號通路在糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)淋巴細胞凋亡過程中的作用。結(jié)果顯示,聯(lián)合應(yīng)用ERK通路阻滯劑PD98059,可增強DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用,其中以1、10 μM DEX對Jurkat細胞增殖抑制率的增加最顯著,分別由1.3%、5.6%增加至22.4%、24.7%。流式細胞結(jié)果證實,預(yù)先用PD98059處理1 h后再加10 μM DEX繼續(xù)作用48 h,可顯著增加DEX對Jurkat細胞誘導(dǎo)凋亡作用,細胞凋亡率由8.5%升至28.4%。以同樣劑量的PD98059單獨處理Jurkat細胞,對細胞無影響。Rambal等[10]研究發(fā)現(xiàn),T淋巴細胞白血病Molt-4細胞聯(lián)合1 μM DEX和5 μM PD98059共同作用72 h,細胞凋亡率約為60%,比單用DEX升高6倍。由此可見,在多種糖皮質(zhì)激素耐藥型T-ALL細胞中,通過阻斷ERK信號通路可恢復(fù)其對糖皮質(zhì)激素的敏感性,使較低濃度DEX也可發(fā)揮明顯的細胞增殖抑制和誘導(dǎo)細胞凋亡作用。因此,ERK信號通路的異常激活可能參與ALL糖皮質(zhì)激素耐藥的產(chǎn)生,阻斷該通路可作為逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素耐藥治療的新靶點。
JNK信號通路對于不同的細胞類型及刺激的產(chǎn)生,在調(diào)節(jié)細胞凋亡及存活過程發(fā)揮不同作用。Qu等[14]發(fā)現(xiàn),聯(lián)合As2O3和JNK特異性阻滯劑SP600125處理急性早幼粒白血病NB4細胞,可阻斷As2O3誘導(dǎo)的細胞生長阻滯和細胞凋亡作用。本研究結(jié)果顯示,聯(lián)合SP600125與DEX處理Jurkat細胞48 h,可見加用SP600125可增加100、500 μM DEX對Jurkat細胞增殖的抑制作用,使其抑制率分別由14.7%、30.4%增加至26.9%、39.1%。而低濃度DEX (1、10 μM)對Jurkat細胞無增殖抑制作用。提示阻斷JNK信號通路后,仍需較高濃度DEX才能出現(xiàn)明顯的細胞毒作用。由此可見,阻斷JNK信號通路可增加ALL Jurkat細胞對糖皮質(zhì)激素的敏感性,ALL細胞糖皮質(zhì)激素耐藥的產(chǎn)生可能與JNK的異常激活有關(guān),阻斷該通路是一種潛在的逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素耐藥的治療方法。
p38MAPK信號通路是細胞內(nèi)抑制增殖途徑。Miller等[15]研究表明,DEX作用于糖皮質(zhì)激素敏感型CEM細胞24 h后,可觀察到p38MAPK磷酸化水平升高,提示糖皮質(zhì)激素介導(dǎo)p38MAPK活化,DEX誘導(dǎo)細胞凋亡過程需要p38MAPK參與,阻斷p38MAPK信號通路可顯著減弱糖皮質(zhì)激素對淋巴細胞的殺傷作用[16-19]。本研究結(jié)果表明,聯(lián)合DEX與p38MAPK通路阻滯劑SB203580 作用48 h,對DEX引起的Jurkat細胞增殖抑制效果無明顯影響。其原因考慮為Jurkat細胞對糖皮質(zhì)激素耐藥,細胞內(nèi)p38MAPK處于低表達水平,被阻斷后對下游分子轉(zhuǎn)錄表達的作用不明顯。推斷p38MAPK信號通路受抑可能成為糖皮質(zhì)激素耐藥產(chǎn)生的機制。
總之,ALL Jurkat細胞為糖皮質(zhì)激素耐藥細胞。阻斷p38MAPK對地塞米松抑制Jurkat增殖無明顯影響;阻斷ERK、JNK信號通路均可增強地塞米松對Jurkat細胞的殺傷作用,逆轉(zhuǎn)Jurkat細胞對地塞米松誘導(dǎo)細胞凋亡耐藥;阻斷ERK信號通路可顯著增加低濃度DEX對Jurkat細胞的誘導(dǎo)凋亡作用。由此推測,急性淋巴細胞白血病細胞糖皮質(zhì)激素耐藥與ERK、JNK信號通路的異常激活和p38MAPK通路阻斷有關(guān)。特異性阻斷ERK、JNK信號通路或激活p38MAPK信號通路可能成為逆轉(zhuǎn)ALL糖皮質(zhì)激素耐藥的新的治療方法。
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Effect of MAPK signal pathway on proliferation and apoptosis inhibited and induced by dexamethasone in Jurkat cells
ZHOU Huan-juan,HE Li*
(Department of Pediatrics,the First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China)
ObjectiveTo study the effect of mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal pathway on the inhibition of proliferation and apoptosis induced by dexamethasone in glucocorticoid-resistance Jurkat cell line.MethodsThe inhibition of proliferation and apoptosis of Jurkat cell,after being treated respectively with dexamethasone,PD98059,SP600125,SB203580 and dexamethasone combined with PD98059,SP600125 and SB203580,was observed.The proliferation and apoptosis was detected by WST-1 assay and flow cytometry respectively using Jurkat cell as the subjects.ResultsThe 24 h and 48 h IC50of dexamethasone to Jurkat cell was 829 μM and 335 μM.Dexamethasone inhibited the proliferation of Jurkat cell in a dose-/time- dependent manner when the concentration was more than 100 μM.Dexamethasone combined with PD98059 and SP600125 could enhance the inhibition effect of dexamethasone,but no significant inhibition effect was observed when it was combined with SB203580.Dexamethasone 10 μM combined with PD98059 20 μM could significantly promote the apoptosis induced by dexamethasone in Jurkat cell.The apoptosis rate rose from 8.5% to 28.4%.ConclusionAcute lymphoblastic leukemia Jurkat cell is resistant to glucocorticoid.Inhibiting p38MAPK has no obvious influence on the proliferation of Jurkat cell,while inhibiting ERK or JNK signal pathway can enhance the effect of dexamethasone on Jurkat cell,thus reversing the resistance of Jurkat to dexamethasone.The activation of ERK and JNK signal pathway plays an important role in glucocorticoid resistance of acute lymphoblastic leukemia.
Mitogen-activated protein kinase signal pathway;Dexamethasone;Resistance;Apoptosis;Jurkat cell
2016-04-27
中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院兒科,沈陽 110001
遼寧省高等學(xué)??蒲许椖坑媱?2008821);2.遼寧省博士啟動基金資助項目(20081050)
10.14053/j.cnki.ppcr.201608004