龔杰,周明華
(1.錦州醫(yī)科大學(xué),遼寧 錦州 121000;2.漢江師范學(xué)院,湖北 十堰 442000)
膠質(zhì)細(xì)胞瘤(glioma),是一種最常見(jiàn)的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)惡性腫瘤,約占顱內(nèi)惡性腫瘤的75%以上,其主要特點(diǎn)是惡性程度高、復(fù)發(fā)率高和死亡率高[1-2]。目前,治療膠質(zhì)瘤的主要方案是以手術(shù)切除配合放射療法和藥物化療為主,而化療過(guò)程中替莫唑胺(temozolomide,TMZ)最為常用,但是很多患者對(duì)TMZ存在不同程度的耐藥,使得其存活率大大降低[3-4]。再者,膠質(zhì)瘤具有豐富的新生血管網(wǎng)絡(luò)并呈侵襲性生長(zhǎng),導(dǎo)致手術(shù)時(shí)不易完全切除,使得患者術(shù)后復(fù)發(fā)率很高且平均存活周期僅為1年左右,預(yù)后效果十分不理想[5]。因此,找尋新的治療膠質(zhì)瘤藥物,并進(jìn)行機(jī)制探究更有利于證實(shí)其臨床治療膠質(zhì)瘤的理論依據(jù)。
孤核受體NR4A1(nuclear receptor subfamily 4,group A-1 )又稱Nur77、TR3、NAK1,屬于孤兒核受體家族,是一種參與基因調(diào)控的轉(zhuǎn)化因子,在機(jī)體的各個(gè)組織器官中有表達(dá),當(dāng)被多種信號(hào)刺激時(shí)能快速表達(dá),主要參與細(xì)胞的分化、增殖、凋亡、免疫、代謝等生物過(guò)程[6-7]。有研究表明人膠質(zhì)瘤U251細(xì)胞中核受體NR4A1經(jīng)DIM-C-pPhOH(NR4A1拮抗劑)處理后,細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖及侵襲遷移能力均受到顯著抑制[8]。
黃芩苷(baicalin)作為一種天然藥物,是從唇形科植物黃芩(Scutellaria baicalensis Georgi)中分離提純出的一種黃酮類化合物,有抗癌、抗炎、抗病毒、抗變態(tài)反應(yīng)、抗氧化、解痙及保肝等作用[9-11]。近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷抗膠質(zhì)瘤效果明顯[12-13],但作用機(jī)制研究報(bào)道甚少。NR4A1基因是否是黃芩苷抗膠質(zhì)瘤的一個(gè)調(diào)控基因,尚未檢測(cè)到國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道。
本研究探討黃芩苷作用于U251細(xì)胞,對(duì)其增殖和凋亡的影響,以及可能的機(jī)制,以期為闡明黃芩苷抗人膠質(zhì)瘤的機(jī)制提供理論參考。
人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251細(xì)胞(本實(shí)驗(yàn)室提供);胎牛血清(FBS)(141215,杭州天杭生物科技);DMEM高糖培養(yǎng)基(10569044,Thermofisher,USA);黃芩苷(HY-N0197,MCE);DIM-C-pPhOH(HY-112055,MCE);Penicillin-Streptomycin Solution,100X(15140122,Thermofisher,USA);D-Hanks(GNM14170,吉諾生物醫(yī)藥),CCK-8檢測(cè)試劑盒(C0038,碧云天生物有限公司);Annexin V-FITC細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(AO2001-02P-H,天津三箭生物技術(shù)有限公司);TRIpure Total RNA Extraction Reagent(EP013,ELK Biotechnology);All-in-one cDNA Synthesis SuperMix(B24403,Biotool,USA);SYBR Premix EX Taq(DRR041A,TAKARA);I-5TM2X High Fidelity Master Mix(I5HM-200,Molecular Cloning Laboratones);M-MLV Reverse Transcriptase(EQ002,ELK Biotechnology);10 mM dNTP MIX(EQ011,ELK Biotechnology);QuFast SYBR Green PCRMaster Mix(EQ001,ELK Biotechnology);倒置顯微鏡(IX51,OLYMPUS);酶標(biāo)檢測(cè)儀(DR-200Bs,Diatek);流式儀(FACSCalibur,BD);PCR儀(基因擴(kuò)增儀TC-XP,杭州博日科技);熒光定量PCR儀(StepOne Real-Time PCR System,Life technologies);BIO-RADqRT-PCR儀(CFX ConnectTM Real-Time System)。
1.2.1 細(xì)胞的復(fù)蘇與培養(yǎng)
人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251細(xì)胞自液氮中取出,解凍,加入10 mL DMEM培養(yǎng)基(含10 %FBS,1 %雙抗)中培養(yǎng),培養(yǎng)的條件為37 ℃、CO2(5.00%)培養(yǎng)箱恒溫靜置培養(yǎng),24 h后換液。當(dāng)細(xì)胞呈現(xiàn)單層致密狀分布,且達(dá)到培養(yǎng)瓶貼壁面80.00%左右,PBS清洗,0.25%胰蛋白酶消化后1∶3傳代培養(yǎng)。
1.2.2 CCK8檢測(cè)細(xì)胞的存活情況
取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期U251細(xì)胞,用胰蛋白酶進(jìn)行消化處理,將其配成細(xì)胞懸液(濃度為1×105個(gè)/毫升);按10 000細(xì)胞/孔接種于96孔板,每孔加100 μL細(xì)胞懸液,置于CO2(5.00%)培養(yǎng)箱中,溫度設(shè)定為37 ℃,培養(yǎng)24 h以貼壁。繼續(xù)培養(yǎng)24 h后分別更換為100 μL無(wú)血清培養(yǎng)基(分別含黃芩苷50 μM、黃芩苷100 μM、黃芩苷150 μM),對(duì)照組更換為100 μL無(wú)血清培養(yǎng)基(含DMSO)。每個(gè)濃度的樣本設(shè)6個(gè)重復(fù)。然后將CCK-8溶液按照10 μL/孔,加入所有孔中,再在培養(yǎng)箱中分別孵育24、48、72 h,用酶標(biāo)儀測(cè)定波長(zhǎng)450 nm處的光吸收值。
1.2.3 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)各組細(xì)胞凋亡情況
U251細(xì)胞傳代培養(yǎng)至6孔板中,待每孔細(xì)胞量為70%左右,PBS沖洗,加含不同濃度的黃芩苷和DMSO的無(wú)血清培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h。
1.2.3.1 不同濃度的黃芩苷對(duì)U251細(xì)胞凋亡的影響:實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組(DMSO)、黃芩苷50 μM組、黃芩苷100 μM組和黃芩苷150 μM組。按照Annexin V-FITC細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒說(shuō)明操作。
1.2.3.2 黃芩苷和DIM-C-pPhOH(NR4A1拮抗劑)對(duì)U251細(xì)胞凋亡的影響:實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組(DMSO)、黃芩苷150 μM和DIM-C-pPhOH組(10 μmol/L)。Annexin V-FITC細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒操作。
上述各實(shí)驗(yàn)中的每組分別設(shè)置3個(gè)復(fù)孔。待按照上述各組處理細(xì)胞24 h后,胰酶消化收集細(xì)胞于流式管中,300×g離心5 min,棄上清液。加入事先4 ℃預(yù)冷的PBS 1 mL重新懸浮細(xì)胞,300×g離心5 min,棄上清液。加入沉淀用300 μL的Binding Buffer重懸。加入5 μL Annexin V-FITC,混勻后避光孵育10 min,接著加入5 μL Propidium iodide(PI),混勻后避光孵育5 min,然后在1 h內(nèi)進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)。
1.2.4 熒光實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)相關(guān)基因表達(dá)情況
1.2.4.1 不同濃度的黃芩苷對(duì)相關(guān)基因表達(dá)的影響:U251細(xì)胞傳代培養(yǎng)至6孔板中,實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組(DMSO)、黃芩苷50 μM組、黃芩苷100 μM組和黃芩苷150 μM組。每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,分別按照上述濃度給藥處理24 h。
1.2.4.2 黃芩苷和DIM-C-pPhOH(NR4A1拮抗劑)對(duì)相關(guān)基因表達(dá)的影響:U251細(xì)胞傳代培養(yǎng)至6孔板中,實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組(DMSO)、黃芩苷150 μM和DIM-C-pPhOH組(10 μmol/L)。每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,分別按照上述濃度給藥處理24 h。
上述各組處理完畢后,收集各組細(xì)胞,用Trizol法抽提取各組細(xì)胞的總RNA,并測(cè)定其濃度(A260/A280)。加入All-in-one cDNA Synthesis SuperMix,分別按照25 ℃10 min、42 ℃30 min、85 ℃5 min的條件進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄得到各處理組的cDNA樣本。qRT-PCR擴(kuò)增相關(guān)基因,人源的NR4A1上游引物ACAGTGCAGAAAAACGCCAA,下游引物GGACCAGGGAAGTGAGGAGAT;人源的PRDX1上游引物CAGGAAATGCTAAAATTGGGC,下游引物CTTAAATTCTTCTGCCCTATCACTG;人源的BCL2上游引物TGGGGTCATGTGTGTGGAGAG,下游引物AATCAAACAGAGGCCGCATG;人源的BAX上游引物CCGAGAGGTCTTTTTCCGAG,下游引物AGGGACATCAGTCGCTTCAGT;人源的KI67上游引物ACCAGAGGAAATTGTGGAGGAG,下游引物CCTCAGTCTTATTTTGGCGTCT;人源的PCNA上游引物GCGTGAACCTCACCAGTATGT,下游引物CTTTCTCCTGGTTTGGTGCTT;人源的GAPDH上游引物CATCATCCCTGCCTCTACTGG,下游引物GTGGGTGTCGCTGTTGAAGTC。qRT-PCR的擴(kuò)增體系為:目的基因cDNA 2 μL,SYBR mix 5 μL,forwardprimer 0.3 μL,reverseprimer 0.3 μL,DEPCH2O 2.4 μL;Bio-rad RT-PCR檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置反應(yīng)條件為95 ℃10 min,95 ℃15 s,60 ℃1 min,40 Cycle。
采用Graphpad Prism 6.0軟件(GraphPad Software,San Diego,CA,USA)分析和繪制圖表,采用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)都以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組之間的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),多組數(shù)據(jù)之間的比較采用單因素方差分析,組間的兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn),α=0.05。
CCK8法檢測(cè)各處理組細(xì)胞的存活,結(jié)果與各組對(duì)照組相比,黃芩苷對(duì)U251細(xì)胞的增殖具有抑制作用,且隨著黃芩苷濃度的增大,作用時(shí)間的延長(zhǎng),U251細(xì)胞的存活率明顯下降,其抑制作用更顯著。
與各作用時(shí)間點(diǎn)的對(duì)照組相比,50 μM黃芩苷作用24、48和72 h后,細(xì)胞存活率分別為:89.41%(P<0.05)、83.21%(P<0.05)和78.66%(P<0.01);100 μM黃芩苷作用24、48和72 h后,細(xì)胞存活率分別為:74.82%(P<0.05)、63.63%(P<0.01)和55.07%(P<0.01);150 μM黃芩苷作用24、48和72 h后,細(xì)胞存活率分別為:61.88%(P<0.01)、51.87%(P<0.001)和41.75%(P<0.001)。
與50 μM黃芩苷作用U251細(xì)胞24、48和72 h的各組比較,100 μM和150 μM黃芩苷作用24 h后,細(xì)胞存活率分別下降14.59%(P<0.05)和27.53%(P<0.01);作用48 h后,分別下降19.58%(P<0.01)和31.34%(P<0.01);作用72 h后,分別下降23.59%(P<0.01)和36.91%(P<0.001),見(jiàn)圖1。
流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)結(jié)果顯示,黃芩苷濃度依賴性誘導(dǎo)了U251細(xì)胞的凋亡。即與對(duì)照組相比,50 μM、100 μM和150 μM作用于U251細(xì)胞24 h,細(xì)胞凋亡率呈現(xiàn)顯著增高趨勢(shì),即分別為9.42%(P<0.05),12.81%(P<0.01)和27.83%(P<0.01),且呈濃度依賴性,150 μM黃芩苷組顯著高于50 μM和100 μM黃芩苷組(P<0.001),見(jiàn)圖2。
流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)組顯著誘導(dǎo)U251細(xì)胞的凋亡(P<0.001),凋亡率分別為28.60%(P<0.001)和25.89%(P<0.001),且黃芩苷組較DIM-C-pPhOH組更顯著(P<0.05),見(jiàn)圖3。
***表示與對(duì)照組比較P<0.001;#表示與150 μM黃芩苷組比較P<0.05。
qRT-PCR檢測(cè)結(jié)果顯示與對(duì)照組比較,黃芩苷劑量依賴性抑制NR4A1、PRDX1、BCL2、KI67和PCNA的表達(dá),然而劑量依賴性上調(diào)BAX的表達(dá)。即50、100和150 μM黃芩苷分別下調(diào)NR4A1的表達(dá),17.34%(P<0.05),43.34%(P<0.01)和78.67%(P<0.001),見(jiàn)圖4A。50、100和150 μM黃芩苷分別下調(diào)PRDX1的表達(dá),28.00%(P<0.05),50.00%(P<0.01)和75.34%(P<0.001),見(jiàn)圖4B。50、100和150 μM黃芩苷分別下調(diào)BCL2的表達(dá),13.00%(P>0.05),32.00%(P<0.01)和71.67%(P<0.001),見(jiàn)圖4C。50、100和150 μM黃芩苷分別上調(diào)BAX的表達(dá),1.58倍(P<0.05),1.97倍(P<0.01)和2.34倍(P<0.001),見(jiàn)圖4D。50、100 和150 μM黃芩苷分別下調(diào)KI67的表達(dá),25.67%(P<0.05),44.67%(P<0.01)和60.00%(P<0.001),見(jiàn)圖4E。50、100和150 μM黃芩苷分別下調(diào)PCNA的表達(dá),19.00%(P<0.05),60.67%(P<0.01)和72.34%(P<0.001),見(jiàn)圖4F。
*表示與對(duì)照組比較P<0.05,**表示與對(duì)照組比較P<0.01,***表示與對(duì)照組比較P<0.001。
qRT-PCR檢測(cè)結(jié)果顯示,與對(duì)照組比較,150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別抑制NR4A1、PRDX1、BCL2、KI67和PCNA的表達(dá),然而上調(diào)BAX的表達(dá),即150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別下調(diào)NR4A1的表達(dá),64.00%(P<0.001)和24.67%(P<0.05),見(jiàn)圖5A。150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別下調(diào)PRDX1的表達(dá),72.00%(P<0.001)和48.00%(P<0.01),見(jiàn)圖5B。150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別下調(diào)BCL2的表達(dá),75.67%(P<0.001)和37.34%(P<0.01),見(jiàn)圖5C。150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別上調(diào)BAX的表達(dá),2.18倍(P<0.001)和2.03倍(P<0.001),見(jiàn)圖5D。150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別下調(diào)KI67的表達(dá),65.00%(P<0.001),和33.34%(P<0.01),見(jiàn)圖5E。150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)分別下調(diào)PCNA的表達(dá),80.00%(P<0.001)和52.00%(P<0.01),見(jiàn)圖5F。與150 μM黃芩苷組比較,DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)組較其分別抑制NR4A1、PRDX1、BCL2、KI67和PCNA的表達(dá)作用較弱,且對(duì)BAX上調(diào)表達(dá)的作用也較弱,見(jiàn)圖5。
*表示與對(duì)照組比較P<0.05、**表示與對(duì)照組比較P<0.01、***表示與對(duì)照組比較P<0.001;#表示與150 μM黃芩苷組比較P<0.05、##表示與150 μM黃芩苷組比較P<0.01。
中藥具有價(jià)廉、高效、低毒等特點(diǎn),并且應(yīng)用中藥抗腫瘤已成腫瘤界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。黃芩是我國(guó)的一種傳統(tǒng)中草藥,具有清熱燥濕、瀉火解毒、抗腫瘤等功效,黃芩苷作為黃芩的主要活性成分之一,具有廣譜抗菌、抗炎、抗氧化和保護(hù)神經(jīng)等多種藥理作用[14]。另有研究也發(fā)現(xiàn)了黃芩苷可以抑制膠質(zhì)瘤U251細(xì)胞增殖和侵襲[15]。本實(shí)驗(yàn)中采用不同濃度的黃芩苷(50、100、150 μM)作用于U251細(xì)胞的不同時(shí)間段,CCK8檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn),與各組對(duì)照組相比,黃芩苷對(duì)U251細(xì)胞的增殖具有抑制作用,且隨著黃芩苷濃度的增大,作用時(shí)間的延長(zhǎng),U251細(xì)胞的存活率明顯下降,其抑制作用更顯著(P<0.05)。流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)結(jié)果顯示,與對(duì)照組比較,黃芩苷濃度依賴性誘導(dǎo)了U251細(xì)胞的凋亡(P<0.05)。
研究表明PRDX1作為過(guò)氧化物氧化還原酶(peroxiredoxins,PRDXs)家族中具有多種功能且較為關(guān)鍵的一種蛋白,具有抗氧化和分子伴侶功能,在多種腫瘤中過(guò)表達(dá),與腫瘤的增殖、侵襲等緊密相關(guān)[16]。PCNA是一種酸性非組蛋白核蛋白,其表達(dá)水平與細(xì)胞周期發(fā)展進(jìn)度相關(guān),可作為腫瘤細(xì)胞增殖的重要指標(biāo),用于判定腫瘤細(xì)胞的增殖和惡化程度[17]。PCNA的表達(dá)強(qiáng)度越高,膠質(zhì)瘤的惡化程度越高[18]。KI67抗原常被作為腫瘤細(xì)胞增殖的標(biāo)記蛋白,能夠可靠地反映腫瘤增殖率,與膠質(zhì)瘤病理級(jí)別呈正相關(guān)[19]。Bcl-2和Bax是與細(xì)胞凋亡緊密相關(guān)的蛋白,被凋亡信號(hào)刺激時(shí),Bax與Bcl-2因子相互作用發(fā)揮促凋亡作用,當(dāng)Bcl-2/Bax比值低時(shí),促進(jìn)細(xì)胞凋亡,當(dāng)其比值高時(shí),抑制細(xì)胞凋亡[20]。
本實(shí)驗(yàn)中黃芩苷明顯抑制PRDX1、PCNA、KI67和BCL2的表達(dá)和誘導(dǎo)Bax的表達(dá),表明黃芩苷通過(guò)對(duì)上述基因表達(dá)的影響,進(jìn)而抑制U251細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)其凋亡。
核受體NR4A1能夠參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、存活、細(xì)胞周期、遷移和侵襲等[21]。已有研究發(fā)現(xiàn)NR4A1在腎臟、結(jié)腸、肺、胰腺和乳腺癌細(xì)胞系中被拮抗后,癌細(xì)胞的生長(zhǎng)受到抑制并被誘導(dǎo)死亡[22-23]。本實(shí)驗(yàn)采用NR4A1的抑制劑DIM-C-pPhOH作用于U251細(xì)胞,與黃芩苷作用U251細(xì)胞進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)150 μM黃芩苷和DIM-C-pPhOH(10 μmol/L)組均顯著誘導(dǎo)U251細(xì)胞的凋亡(P<0.001),然而黃芩苷組較DIM-C-pPhOH組更顯著(P<0.05)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷濃度依賴性抑制NR4A1的表達(dá)。結(jié)果提示,黃芩苷抑制U251細(xì)胞的增殖作用可能與DIM-C-pPhOH作用類似,即通過(guò)抑制NR4A1的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步探究其可能的機(jī)制,實(shí)驗(yàn)采用黃芩苷和DIM-C-pPhOH分別作用于U251細(xì)胞。發(fā)現(xiàn)NR4A1的表達(dá)被抑制,同時(shí)與增殖相關(guān)的PRDX1、KI67、PCNA基因表達(dá)均下調(diào),與凋亡相關(guān)的Bcl-2基因表達(dá)下調(diào)而B(niǎo)ax基因表達(dá)上調(diào);提示,增殖相關(guān)的PRDX1、KI67、PCNA基因和凋亡相關(guān)的Bcl-2、Bax基因與細(xì)胞內(nèi)NR4A1的信號(hào)通路存在密切聯(lián)系。本實(shí)驗(yàn)僅在體外基因水平上發(fā)現(xiàn)此變化,缺乏相應(yīng)的蛋白水平的數(shù)據(jù)支撐。因此,實(shí)驗(yàn)后續(xù)在體外將進(jìn)一步圍繞NR4A1的信號(hào)通路下游靶基因展開(kāi)轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)方面的研究。同時(shí),體外對(duì)黃芩苷如何在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上調(diào)控NR4A1的表達(dá)仍需深入探究。總之,闡明NR4A1是黃芩苷抗U251細(xì)胞增殖的關(guān)鍵分子靶標(biāo),為黃芩苷抗腫瘤作用的分子機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)參考,同時(shí)為開(kāi)發(fā)分子靶標(biāo)的抗癌藥物提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。