饒石磊,楊崢,王旸,齊書然,張凱
作者單位:南陽市中心醫(yī)院放療科,河南 南陽 473000
肺癌在全球是普遍高發(fā)的惡性腫瘤,大約31%與癌癥相關(guān)的死亡是由肺癌造成的[1]。近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國已成為肺癌發(fā)病率增長最快的國家之一,且發(fā)病年齡也呈年輕化趨勢[2]。大多數(shù)肺癌患者就診時(shí)已到腫瘤中晚期,已不能進(jìn)行手術(shù),因此放療就成為常用的主要治療手段[3]。放療是利用放射線殺傷腫瘤的一種局部治療方法[4],臨床上最常用的放射線是x 線、γ 射線及β 射線[5],用不同劑量的γ射線照射肺癌細(xì)胞株A549、H460以及H1299,可促進(jìn)細(xì)胞增殖,抑制其凋亡[6]。但放療會(huì)使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐受性,降低放療敏感性,多種因素都可影響放療敏感性,如放療劑量、藥物、基因表達(dá)等[7],照射前使用吉非替尼能增強(qiáng)x 線照射對肺腺癌細(xì)胞H358 的放射敏感性[8]。癌細(xì)胞具有分化障礙的特性,誘導(dǎo)癌細(xì)胞向正常細(xì)胞或近似正常細(xì)胞分化可降低癌細(xì)胞惡性程度,更有利于腫瘤的治療[9],維甲酸(retinoic acid,RA)可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向成熟分化,恢復(fù)細(xì)胞正?;蚪咏5谋硇秃凸δ?,進(jìn)而抑制其增殖,誘導(dǎo)其凋亡[10],但不同劑量照射對肺癌細(xì)胞分化的影響目前并不明確。本研究自2018年3月至2019年3月通過使用不同劑量的γ射線照射人肺癌細(xì)胞株A549,探討其對A549分化、增殖、凋亡以及放療敏感性的影響。
1.1 試劑人肺癌細(xì)胞株A549(貨號(hào):EY-X0574),購自上海一研生物科技有限公司;吡格列酮,購自美國Sigma 公司;RPMI-1640 培養(yǎng)基(貨號(hào):31800)、SDS-PAGE 凝膠制備試劑盒(貨號(hào):P1200-50T)購于Solarbio 公司;胎牛血清FBS(貨號(hào):10099-141)、胰蛋白酶(貨號(hào):15050057)、青鏈霉素(貨號(hào):10378016),購自美國Gibco 公司;兔源GAPDH 抗體(貨號(hào):ab181602)、MUC-1 抗體(貨號(hào):ab45167)、SPC1 抗體(貨號(hào):ab174794)、SPC2 抗體(貨號(hào):ab186121)、羊抗兔二抗(貨號(hào):ab150077),購自美國Abcam公司;AnnexinV-FITC/PI 凋亡檢測試劑盒(貨號(hào):V13242),購自美國CellSingaling Technology 公司;結(jié)晶紫染液(貨號(hào):IC0600-1),購自上海恒斐生物科技有限公司;Matrigel基質(zhì)膠(貨號(hào):356234),上海代軒生物科技有限公司;蛋白裂解液(貨號(hào):P0013K)、CKK-8試劑盒(貨號(hào):C0037)、伊紅染色液(貨號(hào):C0109)、BCA 試劑盒(貨號(hào):P0011)等,購自上海碧云天公司。
1.2 儀器137Cs γ射線照射源(Autocell40),由加拿大原子能有限公司提供;酶標(biāo)儀(Elx800),由美國Bio-Rad 公司提供;顯微鏡(Olympus CKX41),由德國Leica 公司提供;流式細(xì)胞儀(CytoFLEX),由美國貝克曼庫爾特公司提供;雙人單面超凈工作臺(tái)、C02培養(yǎng)箱,由Thermo 公司提供;電泳儀、制冰機(jī)、恒溫水浴鍋,由北京六一儀器廠提供;96 孔板、25 cm2培養(yǎng)瓶、60 mm培養(yǎng)皿,由上海碧云天公司提供等。
1.3 方法
1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng)及分組處理 取購買的人肺癌細(xì)胞A549快速解凍復(fù)蘇,接種于含有5 mL RPMI-1640培養(yǎng)基(含10%胎牛血清、100 U/mL青霉素、100 U/mL鏈霉素)的25 cm2培養(yǎng)瓶內(nèi),置于37 ℃、5%二氧化碳的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),隔天換一次培養(yǎng)基,當(dāng)細(xì)胞長到80%以上時(shí),胰酶消化后以1∶3的比例傳代培養(yǎng)。傳代的細(xì)胞隨機(jī)分為對照組、2 Gy 組、4 Gy 組、6 Gy組、8 Gy組、10 Gy組,參照文獻(xiàn)的方法[11],以不同劑量的γ射線照射細(xì)胞,照射為一次性照射,劑量率為1 Gy/min,照射完成后,收集各組細(xì)胞備用。
1.3.2 細(xì)胞克隆形成實(shí)驗(yàn) 1.3.1 中收集的細(xì)胞以培養(yǎng)基重懸后計(jì)數(shù),參照文獻(xiàn)的方法[12],將細(xì)胞以500 個(gè)/皿的密度接種在60 mm 培養(yǎng)皿中,并在37 ℃、5%二氧化碳的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),隔天換一次培養(yǎng)基,7 d 后棄去培養(yǎng)基,PBS 漂洗2 次,用4%的多聚甲醛固定細(xì)胞30 min,PBS漂洗2次,用0.2%結(jié)晶紫染液染色15 min,PBS 漂洗2 次,對細(xì)胞集落數(shù)計(jì)數(shù),計(jì)算各組細(xì)胞的相對細(xì)胞克隆形成,實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。公式為:相對細(xì)胞克隆形成=照射組細(xì)胞集落數(shù)/對照組細(xì)胞集落數(shù)。
1.3.3 CKK-8 實(shí)驗(yàn)及放療敏感性檢測 1.3.1 中收集的各組細(xì)胞以培養(yǎng)基重懸后計(jì)數(shù),將細(xì)胞以約5×105個(gè)/孔的密度接種于96 孔板,培養(yǎng)24 h 后加入CKK-8,繼續(xù)培養(yǎng)2 h,于全自動(dòng)酶標(biāo)儀中振蕩混勻后在450 nm 波長下檢測各孔吸光度(optical density,OD),計(jì)算各組細(xì)胞生長抑制率,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。公式為:細(xì)胞生長抑制率(%)=(1-實(shí)驗(yàn)組OD值/對照組OD 值)×100%,參照文獻(xiàn),放療敏感性可用單位戈瑞(Gy)所造成的生長抑制率來表示[8]。
1.3.4 細(xì)胞凋亡檢測實(shí)驗(yàn) 1.3.1 中收集的各組細(xì)胞以培養(yǎng)基重懸后計(jì)數(shù),取約含有1×106個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞懸液到離心管中,以1 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心5 min,取細(xì)胞沉淀加入1 mL PBS 漂洗2 次,加入200 μL 的Binding Buffer 及10 μLArmexinV-FITC 輕輕震蕩混勻,室溫下避光反應(yīng)15 min,加入300 μL 的Binding Buffer及5 μL PI輕輕震蕩混勻,室溫下再避光反應(yīng)15 min,然后是以流式細(xì)胞儀檢測,采用Muticycle AV軟件分析數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。
1.3.5 免疫印跡(western blot,WB)實(shí)驗(yàn) 1.3.1 中收集的各組細(xì)胞,加入蛋白裂解液后提取總蛋白,以BCA試劑盒測定蛋白濃度,根據(jù)結(jié)果調(diào)整各組蛋白弄得使之相同,以SDS-PAGE 凝膠制備試劑盒根據(jù)說明書配方配制適宜濃度的SDS-PAGE 膠,取20 μg蛋白在電泳儀中進(jìn)行電泳,轉(zhuǎn)移目的蛋白至硝酸纖維膜上,加入5%的脫脂奶粉,室溫下封閉2 h,分別加入適宜濃度的兔源GAPDH、MUC-1、SPC1、SPC2 一抗,4 ℃條件下孵育過夜,TBST 洗膜后加入適宜濃度的羊抗兔二抗,4 ℃條件下孵育2 h,以化學(xué)發(fā)光試劑顯色,采用Image Lab軟件分析蛋白條帶得出蛋白的相對表達(dá)量,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
1.3.6 Transwell 侵襲實(shí)驗(yàn) 1.3.1 中收集的各組細(xì)胞以無血清的RPMI-1640 培養(yǎng)基重懸后計(jì)數(shù),參照文獻(xiàn)[13],以5×105/mL 的密度接種在Matrigel 基質(zhì)膠包被過的Transwell 上室,下室加入細(xì)胞培養(yǎng)基(含有10%FBS),在37 ℃、5%二氧化碳的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,取出小室,去除培養(yǎng)液,以PBS漂洗2次,加入4%的多聚甲醛,室溫固定20 min,然后小心擦去基質(zhì)膠及上室內(nèi)細(xì)胞,加入0.5%的伊紅染色,置于顯微鏡下觀察并拍照,記錄穿膜細(xì)胞數(shù)目,檢測細(xì)胞侵襲能力。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。觀測資料主要是計(jì)量數(shù)據(jù),采用表示,以t檢驗(yàn)比較兩組間差異,以方差分析比較多組差異。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞克隆形成的影響對照組、2 Gy組、4 Gy組、6 Gy組、8 Gy組、10 Gy組不同劑量照射分別對肺癌細(xì)胞相對克隆形成100%、(68.93±12.32)%、(41.59±0.01)%、(28.01±8.22)%、(22.20±6.21)%、(13.81±2.18)%,與對照組相比,照射組細(xì)胞相對細(xì)胞克隆形成降低且呈計(jì)量依賴性(F=230.731,P=0.000),見圖1。
圖1 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞克隆形成的影響:A為對照組,B為2 Gy組,C為4 Gy組,D為6 Gy組,E為8 Gy組,F(xiàn)為10 Gy組
2.2 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞增殖及放療敏感性的影響與對照組相比,照射組細(xì)胞生長抑制率增高且呈計(jì)量依賴性(P<0.05),照射組細(xì)胞的放療敏感性呈下降趨勢,且6 Gy 組、8 Gy 組、10 Gy 組與2Gy組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表1。
2.3 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞凋亡的影響對照組、2 Gy組、4 Gy組、6 Gy組、8 Gy組、10 Gy組照射對肺癌細(xì)胞凋亡率分別為(12.61±2.38)%、(30.62±3.45)%、(58.67±5.01)%、(71.81±8.03)%、(81.80±10.26)%、(94.41±12.17)%,與對照組相比,照射組細(xì)胞凋亡率增高且呈計(jì)量依賴性(F=152.671,P<0.001),見圖2。
表1 各組細(xì)胞的生長抑制率及放療敏感性(%,,n=3)
表1 各組細(xì)胞的生長抑制率及放療敏感性(%,,n=3)
注:與對照組比較,aP<0.05;與2 Gy組比較,bP<0.05
圖2 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞凋亡的影響:A為對照組;B為2Gy組;C為4Gy組;D為6Gy組;E為8Gy組;F為10Gy組
2.4 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞分化的影響與對照組相比,照射組細(xì)胞MUC-1 蛋白表達(dá)降低,SPC1、SPC2 蛋白表達(dá)增高且呈計(jì)量依賴性(P<0.05),見圖3,表2。
圖3 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞MUC-1、SPC1、SPC2蛋白表達(dá)的影響:A為對照組;B為2 Gy組;C為4 Gy組;D為6 Gy組;E為8 Gy組;F為10 Gy組
2.5 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞侵襲力的影響對照組、2Gy組、4 Gy組、6 Gy組、8 Gy組、10 Gy組浸出細(xì)胞數(shù)目分別為(402.87±53.31)、(300.12±38.43)、(189.64±29.86)、(121.21±22.32)、(71.04±18.29)、(20.31±4.03)個(gè),與對照組相比,照射組細(xì)胞侵出細(xì)胞數(shù)目降低且呈劑量依賴性(P<0.05),見圖4。
圖4 不同劑量的照射對肺癌細(xì)胞侵襲力的影響(×200):A為對照組;B為2 Gy組;C為4 Gy組;D為6 Gy組;E為8 Gy組;F為10 Gy組
肺癌預(yù)后差、病死率高,我國每年約有60 萬人因此死亡,嚴(yán)重威脅人民的身心健康和生活質(zhì)量[14]。按病理類型,肺癌可分為小細(xì)胞肺癌和非小細(xì)胞肺癌,其發(fā)病機(jī)制還不十分清楚,可能由吸煙、長期遭受空氣污染和職業(yè)中接觸致癌物等引起[15]。放療是臨床中肺癌治療的重要手段之一,研究發(fā)現(xiàn)不同劑量的X射線照射膀胱癌細(xì)胞,對其增殖、凋亡的影響不同,劑量越大,其抑制增殖、促凋亡的作用越強(qiáng)[16]。放療會(huì)引起腫瘤細(xì)胞的輻射耐受性,隨著治療的進(jìn)程,其放療敏感度會(huì)降低,而加大放療劑量極易引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)及并發(fā)癥[17],因此尋找合適劑量的放射劑量對肺癌的治療具有重要意義。本文研究結(jié)果顯示,與對照組比較,照射組細(xì)胞相對細(xì)胞克隆形成降低,生長抑制率、凋亡率表達(dá)增高且呈計(jì)量依賴性;照射組細(xì)胞的放療敏感性呈下降趨勢,且6 Gy組、8 Gy 組、10 Gy 組與2 Gy 組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,4 Gy 組與2 Gy組相比也呈下降趨勢,但在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無意義,表明γ 射線照射可以抑制A549 細(xì)胞增殖,促進(jìn)其凋亡,且隨著照射劑量的加大效果增強(qiáng),但A549 細(xì)胞的放療敏感性隨著照射劑量的加大呈下降趨勢,當(dāng)劑量達(dá)到6 Gy、8 Gy、10 Gy時(shí)放療敏感性隨照射劑量加大逐漸降低,揭示加大照射劑量,更有利于抑制肺癌細(xì)胞增殖,促進(jìn)其凋亡,但其放療敏感性會(huì)降低,繼續(xù)增加劑量,可能對肺癌的療效增加不多,還可能更易引起不良反應(yīng)及后遺癥。
表2 各組細(xì)胞MUC-1、SPC1、SPC2蛋白相對表達(dá)/(,n=3)
表2 各組細(xì)胞MUC-1、SPC1、SPC2蛋白相對表達(dá)/(,n=3)
注:與對照組比較,aP<0.05
研究表明,癌細(xì)胞具有分化潛能,但其常出現(xiàn)分化缺失、分化阻斷和分化異常,進(jìn)而使其具有不死性,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化,使其向正常細(xì)胞或近似正常細(xì)胞分化,可以降低其惡性程度,癌細(xì)胞惡性程度越高,其增殖能力、侵襲遷移能力越強(qiáng)[18]。粘蛋白1(Mucin-1,MUC-1)是一種肺組織分化標(biāo)志物,在許多腫瘤組織細(xì)胞中都有表達(dá),可作為肺癌細(xì)胞的分化標(biāo)志,抑癌基因p16可協(xié)同維A酸下調(diào)A549細(xì)胞MUC1 的表達(dá),誘導(dǎo)其分化,進(jìn)而抑制其惡性增殖[19],A549細(xì)胞是1972年Giard D J通過肺癌組織移植培養(yǎng)建系的肺癌細(xì)胞系,源自一位58歲的白人男性,屬于腺癌人類肺泡基底上皮細(xì)胞,肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白C(surfactant protein C,SPC)是肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞特異性蛋白標(biāo)志物,包括SPC 1及SPC2,采用低氘水長期培養(yǎng)A549 細(xì)胞,可顯著上調(diào)SPC 1、SPC2的表達(dá),提高細(xì)胞分化程度使其向正常肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化,抑制其增殖能力[20]。放療可以殺傷肺癌細(xì)胞,但其對肺癌細(xì)胞的殺傷作用是否和分化有關(guān),目前還不清楚,本文研究結(jié)果顯示,與對照組比較,照射組細(xì)胞相對MUC-1蛋白表達(dá)、侵襲能力降低,SPC1蛋白表達(dá)、SPC2蛋白表達(dá)增高且呈計(jì)量依賴性,表明γ 射線照射可以上調(diào)SPC1、SPC2 蛋白表達(dá),下調(diào)MUC-1蛋白表達(dá),提高A549細(xì)胞分化程度,誘導(dǎo)其向正常肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化,降低其侵襲能力及惡性程度,且隨著照射劑量的加大效果增強(qiáng),揭示采用γ射線對肺癌進(jìn)行放療,可以誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞分化,提高其分化成熟度,抑制其侵襲、增殖能力,進(jìn)而使其惡性程度降低,另外相比正常細(xì)胞,癌細(xì)胞對射線更為敏感,促進(jìn)肺癌細(xì)胞分化可能是隨照射劑量加大,放療敏感性逐漸降低的原因之一。
綜上所述,γ 射線照射可以誘導(dǎo)A549 細(xì)胞分化,抑制其增殖、侵襲能力,促進(jìn)其凋亡,且隨著照射劑量的加大,上述各種作用效果增強(qiáng),但A549 細(xì)胞的放療敏感性隨著照射劑量的加大呈下降趨勢,其機(jī)制可能與促進(jìn)肺癌細(xì)胞向正常肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化有關(guān),本文為臨床放療的劑量選擇提供了一定的參考,但本研究未探討放療對正常細(xì)胞的影響,并且放療的作用機(jī)制也未做明確研究,還存在不足,需要后續(xù)的進(jìn)一步研究。