葉記林,吳愛蓮,王冬艷,彭建明,于有江,劉延慶
1. 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009;
2. 揚(yáng)州大學(xué)醫(yī)藥研究所,江蘇 揚(yáng)州 225001
腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)能選擇性地殺傷腫瘤細(xì)胞,提高荷瘤動(dòng)物生存率。然而,包括人結(jié)腸癌在內(nèi)的多種腫瘤對(duì)TRAIL耐藥[1]。雖然文獻(xiàn)[2-3]報(bào)道多種化療藥物能部分克服TRAIL的耐藥問題,但尋找與低價(jià)高效、不良反應(yīng)小的藥物聯(lián)合進(jìn)行抗癌非常迫切。藤黃酸(gambognic acid,GA)是從中藥藤黃中提取的有效成分,作為一種具有廣譜抗腫瘤作用的天然藥物備受關(guān)注,對(duì)正常組織損傷較小,尤其是對(duì)造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的安全性高[4]。我們的前期研究[5]表明,GA在體外通過誘導(dǎo)活性氧(reactive oxygen species,ROS)升高能增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡,GA可能是TRAIL良好的耐藥逆轉(zhuǎn)劑。而GA能否在體內(nèi)逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥現(xiàn)象及其逆轉(zhuǎn)TRAIL耐藥的作用機(jī)制仍不清楚。
細(xì)胞內(nèi)ROS升高會(huì)導(dǎo)致核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)的活化,Nrf2活化后啟動(dòng)抗氧化應(yīng)激相關(guān)基因的表達(dá),使細(xì)胞能抵抗氧化應(yīng)激,對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用,故Nrf2可以提高腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐受性[6]。因此,Nrf2可能成為天然抗癌藥物的潛在靶點(diǎn)[7]。Sadeghi等[8]最近報(bào)道Nrf2在結(jié)腸癌中的高表達(dá)是結(jié)腸癌耐藥的重要機(jī)制,抑制Nrf2表達(dá)可能是治療結(jié)腸癌的一條潛在合理的途徑。本研究通過GA與TRAIL聯(lián)合作用干預(yù)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞皮下移植瘤負(fù)荷小鼠,觀察GA能否在體內(nèi)逆轉(zhuǎn)TRAIL抗結(jié)腸癌的耐藥現(xiàn)象,并探討GA聯(lián)合TRAIL抗結(jié)腸癌的作用機(jī)制。
4周齡BALB/c裸小鼠由揚(yáng)州大學(xué)比較醫(yī)學(xué)中心提供,人結(jié)腸癌細(xì)胞系HT-29購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所細(xì)胞庫(kù),人重組TRAIL蛋白購(gòu)自美國(guó)Millipore公司,GA單體購(gòu)自美國(guó)Biomol公司,McCoy’s 5A培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,小牛血清購(gòu)自杭州四季青生物工程材料有限公司,H-E染色試劑盒、DAPI細(xì)胞染色液購(gòu)自南京建成生物工程研究所,原位末端標(biāo)記法(TUNEL)細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒購(gòu)自瑞士Roche公司,Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5抗體購(gòu)自美國(guó)Cell Signaling Technology公司。siNrf2順義鏈為5’-GCUUUUGGCGCAGACAUUCTT-3’,反義鏈為5’-GAAUGUCUGCGCCAA AAGCTG-3’,由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。LipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染試劑購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司,AnnexinⅤ-FITC/PI試劑盒購(gòu)自德國(guó)BM公司,二氯熒光二乙酰酯檢測(cè)試劑盒(DCFHDA)購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司。
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)與裸小鼠結(jié)腸癌皮下移植瘤模型的建立
HT-29細(xì)胞用含10%小牛血清的McCoy’s 5A培養(yǎng)液,在37 ℃、CO2體積分?jǐn)?shù)為5%、飽和濕度條件下培養(yǎng)。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞,制成濃度為1.0×107個(gè)/mL的單細(xì)胞懸液,無菌條件下接種于32只裸鼠左背部,每只皮下注射0.2 mL。接種HT-29細(xì)胞15 d后,HT-29結(jié)腸癌裸鼠移植瘤直徑約為5 mm。
1.2.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組、處理與移植瘤測(cè)量
將裸鼠隨機(jī)分為4組(n=8):TRAIL組,單用20 μg/kg重組人TRAIL蛋白;GA組,單用5 mg/kg GA;TRAIL+GA組,聯(lián)合使用TRAIL蛋白(20 μg/kg)和GA(5 mg/kg);對(duì)照組,給予0.9%NaCl溶液0.5 mL。給藥方式均采用腹腔注射,每隔3天給藥1次,共8次。最后1次給藥3 d后終止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)終止后取移植瘤,測(cè)量其體積及質(zhì)量,體積的計(jì)算公式為:腫瘤體積 =ab2/2,其中a、b分別表示瘤體的長(zhǎng)、寬;計(jì)算其抑瘤率,抑瘤率=(1-用藥組平均瘤質(zhì)量/對(duì)照組平均瘤質(zhì)量)×100%。
1.2.3 腫瘤組織H-E染色、TUNEL法測(cè)定凋亡情況
腫瘤組織經(jīng)4%多聚甲醛固定、石蠟包埋和切片處理后,行脫蠟水化、常規(guī)H-E染色、復(fù)染、封片,由顯微鏡觀察荷人結(jié)腸癌裸鼠移植瘤組織形態(tài)結(jié)構(gòu)改變。石蠟切片經(jīng)脫蠟水化后,參照試劑盒說明進(jìn)行TUNEL染色處理,完成后加入DAPI工作液室溫濕盒避光溫育5 min,去離子水室溫洗滌3次,每次5 min。每張染色切片選取5個(gè)視野,通過倒置熒光顯微鏡觀察細(xì)胞凋亡狀況。
1.2.4 siRNA轉(zhuǎn)染HT-29細(xì)胞
轉(zhuǎn)染前將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的HT-29細(xì)胞接種于6孔板,每孔細(xì)胞總數(shù)約2×105個(gè),待細(xì)胞達(dá)到80%融合時(shí),按照LipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染試劑說明書,分別用siNrf2和陰性對(duì)照siRNA同步進(jìn)行轉(zhuǎn)染,放入細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行溫育,24 h后進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.2.5 AnnexinⅤ-FITC/PI實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞凋亡
將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞接種于6孔板內(nèi),設(shè)空白對(duì)照組、TRAIL組(40 ng/mL)、GA組(1 μg/ mL)和40 ng/mL TRAIL + 1 μg/mL GA聯(lián)合組,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)復(fù)孔,分組處理細(xì)胞12 h后收集細(xì)胞,按AnnexinⅤ-FITC/PI試劑盒說明書處理細(xì)胞樣品,流式細(xì)胞儀檢測(cè)凋亡率。
1.2.6 RT-PCR法檢測(cè)Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5的mRNA表達(dá)水平
取新鮮移植瘤組織或經(jīng)分組處理(分組處理方法同AnnexinⅤ-FITC/PI實(shí)驗(yàn))后的HT-29細(xì)胞,用TRIzol提取總RNA,反轉(zhuǎn)錄為cDNA,取適量cDNA為模板,PCR法檢測(cè)Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5的mRNA表達(dá)情況。Nrf2基因上游引物為5’-TCTCCATATCCCATTCCC-3’,下游引物為5’-A A G G T G C T G A G T T G T T T T-3’;B c l-2基因上游引物為5’-AGGCACCCAGGGTGATGCAA-3’,下游引物為5’-G T G G A G G A G C T C T T C AAGGA-3’;Bax上游引物為5’-ATGTCA A A C G T G C G A G T G T C-3’,下游引物為 5’-T C T G T A G T A G A A C T C G G G C AA-3’;DR5上游引物為5’-TCTCCCATCCAACA T C A C-3’,下游引物為5’-G A C AT C C C AAACCAAATC-3’;β-actin基因上游引物為5’-G T G G G G C G C C C C A G G C A G G CACCA-3’,下游引物為5’-CTCCTTAATGT CACGCACGATTTC-3’。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳,凝膠成像儀掃描產(chǎn)物,并應(yīng)用凝膠圖像系統(tǒng)分析條帶,以β-actin作為內(nèi)參照,計(jì)算目的基因/β-actin的比值,表示目的基因相對(duì)水平。
1.2.7 流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定胞內(nèi)ROS水平
分組處理細(xì)胞12 h,0.25%胰蛋白酶消化,1 500r/min離心5 min,收集細(xì)胞,磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌2次,加200 μL PBS重懸細(xì)胞,用DCFH-DA(終濃度為5 μmol/L)對(duì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的ROS進(jìn)行標(biāo)記,流式細(xì)胞儀檢測(cè)熒光(激發(fā)光波長(zhǎng)為 488 nm,發(fā)射光波長(zhǎng)為 530 nm)。
1.2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以x±s表示,兩樣本比較采用t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
與對(duì)照組比較,GA組和TRAIL+GA組移植瘤的體積和重量明顯減?。≒<0.05),抑瘤率分別為30.3%和67.0%;TRAIL組瘤體體積和重量較對(duì)照組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);TRAIL+GA組分別與TRAIL組和GA組比較,移植瘤的體積和重量均明顯減?。≒<0.05),抑瘤率明顯提高(圖1和表1)。
通過顯微鏡觀察H-E染色病理切片,與對(duì)照組相比,經(jīng)GA或TRAIL+GA干預(yù)治療后移植瘤組織細(xì)胞呈現(xiàn)皺縮、核染色質(zhì)邊集、片狀壞死等病理性改變(圖2)。經(jīng)TUNEL/DAPI染色,綠色為凋亡陽(yáng)性細(xì)胞,表現(xiàn)為核體積固縮及破碎,正常陰性細(xì)胞呈藍(lán)色均勻熒光。與對(duì)照組相比,經(jīng)GA干預(yù)治療后移植瘤組織凋亡細(xì)胞數(shù)量增多,而TRAIL+GA聯(lián)合作用后凋亡細(xì)胞數(shù)量進(jìn)一步顯著增多,說明在體內(nèi)GA能增敏TRAIL誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。
圖 1 各組小鼠治療24 d后移植瘤的大體形態(tài)Fig. 1 Gross morphology of tumors excised from each group of mice 24 days after treatment
表 1 各組腫瘤生長(zhǎng)情況比較Tab. 1 Comparison of the tumor growth in different groups(x±s)
圖 2 H-E染色觀察各組腫瘤組織形態(tài)結(jié)構(gòu)、TUNEL法檢測(cè)各組細(xì)胞凋亡狀況(×100)Fig. 2 The histopathological changes of tumor tissue in different groups were observed by H-E staining, and apoptosis in different groups was detected by TUNEL test
RT-PCR檢測(cè)結(jié)果顯示,GA組Nrf2、Bcl-2 mRNA的水平下降,而Bax和DR5的mRNA水平升高,Bcl-2/Bax比值下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與GA組相比,TRAIL+GA聯(lián)合用藥可促進(jìn)Nrf2、Bcl-2水平明顯下降,Bax和DR5水平明顯升高,Bcl-2/Bax比值顯著下降(P<0.05,圖3)。
圖4中第四象限(AnnexinⅤ+/PI?)和第一象限(AnnexinⅤ+/PI+)分別代表早期凋亡和晚期凋亡細(xì)胞的百分率。將Nrf2干擾系列(Nrf2 siRNA)與陰性對(duì)照siRNA系列(Control siRNA)進(jìn)行比較,TRAIL組、GA組和TRAIL+GA組HT-29細(xì)胞凋亡率均明顯提高(P<0.05),其中TRAIL組凋亡率提高最為顯著,由(7.4±1.8)%上升到(42.9±3.1)%,表明Nrf2干擾能有效地增敏TRAIL誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞凋亡的作用。
圖 3 RT-PCR法檢測(cè)各組移植瘤Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5 mRNA表達(dá) (n=3)Fig. 3 Nrf2, Bcl-2, Bax and DR5 mRNA expressions of tumor xenografts in different groups determined by RT-PCR
圖 4 Nrf2干擾上調(diào)了TRAIL誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞的凋亡率 (n=3)Fig. 4 Nrf2 knockdown enhanced TRAIL-induced apoptotic rate in HT-29 cells
結(jié)果顯示,在Control siRNA系列中,TRAIL組與空白對(duì)照組的Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5 mRNA表達(dá)均無明顯差異;將Nrf2 siRNA系列與Control siRNA系列進(jìn)行比較,TRAIL組、GA組、TRAIL+GA組HT-29細(xì)胞Nrf2和Bcl-2 mRNA表達(dá)下降,而Bax和DR5 mRNA表達(dá)升高,其中TRAIL組各mRNA表達(dá)變化最為顯著。表明Nrf2干擾能有效地增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞Nrf2和Bcl-2 mRNA表達(dá)下降、Bax和DR5 mRNA表達(dá)升高(圖5)。
結(jié)果顯示,將Nrf2 siRNA系列與Control siRNA系列進(jìn)行比較,TRAIL組、GA組和TRAIL+GA組細(xì)胞內(nèi)ROS水平均明顯升高(P<0.05),其中TRAIL組ROS水平升高最為顯著,表明Nrf2干擾能有效地促進(jìn)了TRAIL處理的HT-29細(xì)胞ROS水平的升高(圖6)。
圖 5 Nrf2干擾對(duì)TRAIL和(或)GA誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞Nrf2、Bcl-2、Bax和DR5 mRNA表達(dá)的影響(n=3)Fig. 5 Effects of Nrf2 knockdown on Nrf2, Bcl-2, Bax and DR5 mRNA expressions in HT-29 cells treated with TRAIL or/and GA
圖 6 Nrf2干擾引起TRAIL和(或)GA處理的HT-29細(xì)胞的ROS的升高(n=3)Fig. 6 Nrf2 knockdown enhanced ROS levels in HT-29 cells treated with TRAIL or/and GA
多種腫瘤抵抗TRAIL的機(jī)制與TRAIL相關(guān)凋亡信號(hào)通路中任何一個(gè)成員的缺陷有關(guān),包括下調(diào)TRAIL死亡受體的表達(dá)、Bcl-2家族中的促凋亡成員Bax的功能缺失、過表達(dá)抗凋亡的Bcl-2家族成員等[2,9-10]。天然中草藥成分GA是一種多靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物,主要通過誘導(dǎo)ROS升高、上調(diào)促凋亡蛋白、下調(diào)抗凋亡蛋白及轉(zhuǎn)鐵蛋白受體誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡[4]。本課題組前期研究[5]證實(shí),GA能通過誘導(dǎo)ROS升高在體外逆轉(zhuǎn)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥性。而GA能否在體內(nèi)逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥現(xiàn)象卻未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過建立BALB/c小鼠皮下人結(jié)腸癌HT-29移植瘤模型,分別應(yīng)用TRAIL和(或)GA進(jìn)行干預(yù),證明在小鼠體內(nèi)單獨(dú)應(yīng)用TRAIL治療時(shí),瘤體體積和重量較對(duì)照組均無明顯差異,而應(yīng)用GA與TRAIL聯(lián)合治療能明顯抑制移植瘤的生長(zhǎng),抑瘤率達(dá)67.0%。通過H-E染色、TUNEL/DAPI染色實(shí)驗(yàn),表明在體內(nèi)GA增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞凋亡是GA與TRAIL聯(lián)合抑制移植瘤生長(zhǎng)的主要原因。
線粒體凋亡途徑與死亡受體途徑是TRAIL介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的主要途徑[11-12]。Bcl-2 家族促凋亡與抗凋亡成員之間特殊的比值在TRAIL介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的線粒體途徑中起到關(guān)鍵性作用,Bax和Bcl-2分別是Bcl-2家族中最有代表性的促凋亡和抗凋亡成員,Bcl-2/Bax的比值下降將無法維持線粒體膜的完整性,從而導(dǎo)致細(xì)胞色素c等凋亡因子釋放,通過激活Caspase效應(yīng)因子最終導(dǎo)致凋亡[11];非線粒體途徑即死亡受體途徑,細(xì)胞表面死亡受體(death receptor,DR)的表達(dá)水平是決定腫瘤細(xì)胞對(duì)TRAIL敏感性的重要因素,TRAIL與DR(其中DR5對(duì)TRAIL的親和力最強(qiáng))結(jié)合,招募Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(Fas-associated death domain protein,F(xiàn)ADD),并進(jìn)一步激活Caspase-8,形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物,最后將活化信號(hào)傳遞并激活Caspase-3,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]。RT-PCR檢測(cè)各組移植瘤Bcl-2、Bax和DR5的mRNA表達(dá),結(jié)果顯示,GA聯(lián)合TRAIL用藥可促進(jìn)Bcl-2表達(dá)明顯下降,Bax和DR5表達(dá)明顯升高,Bcl-2/Bax比值顯著下降(P<0.05)。提示線粒體凋亡途徑和死亡受體途徑可能在GA逆轉(zhuǎn)荷人結(jié)腸癌裸鼠移植瘤HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥性中起重要作用。
Nrf2是細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的感受器,在清除ROS、參與抗氧化應(yīng)激中起重要作用,且Nrf2的異常高表達(dá)是結(jié)腸癌耐藥的重要機(jī)制[6-8]。本課題組前期研究[5]表明,TRAIL干預(yù)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞后,ROS水平與對(duì)照組無明顯變化,HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL耐藥,而GA能通過誘導(dǎo)ROS升高來逆轉(zhuǎn)HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥性。鑒于Nrf2在清除ROS以及結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥中的重要地位,我們?cè)O(shè)想結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL耐藥可能與過表達(dá)Nrf2有關(guān)。RT-PCR檢測(cè)各組移植瘤Nrf2 mRNA的表達(dá)結(jié)果顯示,GA組和TRAIL+GA組Nrf2 mRNA的表達(dá)顯著下降,而GA組和TRAIL+GA組能明顯抑制移植瘤的生長(zhǎng),提示Nrf2 mRNA表達(dá)的下降可能在GA增強(qiáng)TRAIL抑制HT-29移植瘤生長(zhǎng)和誘導(dǎo)凋亡中起重要作用。
為進(jìn)一步探討Nrf2在GA逆轉(zhuǎn)HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL耐藥性中的作用,我們研究Nrf2干擾是否能增強(qiáng)TRAIL對(duì)HT-29細(xì)胞的毒性作用。結(jié)果顯示,Nrf2干擾能有效增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞凋亡[凋亡率由(7.4±1.8)%上升到(42.9±3.1)%],而GA能引起Nrf2 mRNA表達(dá)表達(dá)明顯下降且逆轉(zhuǎn)HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL的耐藥性,提示下調(diào)Nrf2表達(dá)可能在GA逆轉(zhuǎn)HT-29細(xì)胞在TRAIL耐藥性中起重要作用。Nrf2 mRNA表達(dá)下降、ROS升高是誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡的早期信號(hào)[13-15],ROS升高會(huì)導(dǎo)致Bcl-2/Bax比值下降而激活線粒體凋亡途徑[13-14],同時(shí)也會(huì)引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而激活死亡受體途徑[14-15]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之相一致,Nrf2干擾能增強(qiáng)TRAIL誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞ROS水平的升高、上調(diào)Bax和DR5 mRNA表達(dá)、下調(diào)Nrf2和Bcl-2 mRNA表達(dá)。表明下調(diào)Nrf2表達(dá)是逆轉(zhuǎn)HT-29細(xì)胞對(duì)TRAIL耐藥的早期信號(hào)。
綜上所述,GA可能是通過下調(diào)Nrf2表達(dá),使細(xì)胞清除ROS能力降低,從而使ROS水平升高而激活線粒體凋亡途徑與死亡受體途徑來逆轉(zhuǎn)人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞體內(nèi)外對(duì)TRAIL的耐藥性,提示GA在體內(nèi)外都是TRAIL良好的耐藥逆轉(zhuǎn)劑,這為今后兩者聯(lián)合應(yīng)用于臨床治療結(jié)腸癌提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù),也為今后開發(fā)作用于Nrf2靶點(diǎn)的抗癌藥物提供了參考。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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