氯通道在鼻咽癌細胞凋亡性細胞容積減小和細胞凋亡中的作用*

潘廷才 楊林杰 劉善文 李華榮 朱林燕 葉文才 王立偉 陳麗新

細胞凋亡早期的細胞容積減小稱為凋亡性細胞容積減小（apoptotic volume decrease，AVD）。AVD是具有普遍性意義的細胞凋亡早期的標志性事件，是細胞凋亡的一個重要特征。目前關于AVD的發生機制尚不清楚，有報道稱氯通道在AVD的發生過程中發揮著至關重要的作用[1]。筆者前期研究表明，抗腫瘤藥物可通過激活氯通道引起AVD，繼而誘導細胞發生凋亡而發揮其抗癌作用[2]。5-氟尿嘧啶（5-Fluorouracil，5-Fu）是臨床上常見的抗癌藥，誘導細胞凋亡是其抗腫瘤的機制之一[3]。氯通道在5-Fu誘導細胞凋亡中是否發揮作用目前尚不清楚。本研究旨在研究氯通道在5-Fu誘導的細胞凋亡中的作用，從離子通道和AVD的角度探討5-Fu在細胞凋亡中的作用機制。

1 材料與方法

1.1 溶液及試劑 等滲灌流液（ISO）含70 mmol/L NaCl，0.5 mmol/L MgCl2，2 mmol/L CaCl2，10 mmol/L HEPES和140 mmol/L D-甘露醇。用D-mannitol調節至300 mmol/L。配好的液體用冰點計（Osmomat030，Gono2tec）檢測溶液滲透壓，用Tris液調pH值至7.4。5-Fu購自上海旭東海普藥業有限公司，氯通道阻斷劑5-硝基-2-（3-苯丙胺）苯甲酸（NPPB）購自Sigma公司。用二甲基亞砜（DMSO）配制成100 μmol/L的儲存液，使用前用灌流液稀釋至100 mmol/L。

1.2 細胞培養 低分化鼻咽癌細胞CNE-2Z用含10%小牛血清、1×105U/L青霉素和100 mg/L鏈霉素的RPMI-1640生長液培養在37℃、飽和濕度、5%CO2的培養箱內，按常規方法傳代。實驗前用0.25%胰酶和0.02%EDTA進行消化傳代，收集并重懸細胞，細胞懸液接種在直徑22 mm的圓形玻片上，放入培養箱使細胞貼壁，待細胞貼壁1 h后進行實驗。

1.3 細胞容積測量 分別用100 μmol/L 5-Fu（5-Fu組）、100 μmol/L 5-Fu+100 μmol/L NPPB（5-Fu+NPPB組）處理細胞，另外設未加任何處理因素的為對照組。采用筆者前期文獻報道的方法測定細胞的容積[4]。將細胞貼壁生長的玻片安放在特制的0.3 mL浴槽中，灌流速度2 mL/min。在倒置相差顯微鏡（IMT-2，Olympus，Japan）下，選擇并固定拍攝視野，用CCD數字式攝像機（Cohu，Inc.USA）每隔2 min拍攝細胞圖像1幅，用Scion Image圖像分析軟件（Scion Co.，USA）控制拍攝并進行細胞圖像分析，分別選取藥物作用后6、30、60、90和120 min5個時間點進行細胞容積計算并經標準化處理。標準化細胞容積（Vst）=（Vt/Vo）×100，其中Vt是實時測得的細胞容積，Vo是同一細胞在等滲條件下的平均容積。所有實驗在室溫20℃～27℃進行。

1.4 核DNA染料Hochest 33258熒光染色技術檢測細胞凋亡 選用對數生長期的CNE-2Z細胞，接種于24孔板內，培養過夜，使細胞長至50%～80%滿，5-Fu及5-Fu+NPPB處理后，吸去培養液，每孔加入0.5 mL固定液，室溫固定10 min，吸去固定液，每孔加入0.5 g/mL Hoechst 33258染色液0.3 mL，在室溫下避光靜置，染色15 min后吸盡染液，PBS液洗2次，然后在倒置熒光顯微鏡下計數，每次每個實驗組計數300個細胞，辨認凋亡細胞和活細胞，細胞核或細胞質內見濃染致密的顆粒狀亮藍色熒光者為凋亡細胞，呈彌散均勻的淡藍色熒光者為活細胞，計算凋亡率=凋亡細胞數/總細胞數× 100%，抑制率=（5-Fu組凋亡細胞數-5-Fu+NPPB組凋亡細胞數）/5-Fu組凋亡細胞數×100%。每組設3個復孔，并重復3次取平均值。

1.5 統計學處理 所有數據經SPSS 13.0軟件進行統計分析，數據以均數±標準差（±s）表示，3組比較采用方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3組CNE-2Z細胞Vst比較 細胞處于等滲液中（處理前），細胞容積及細胞形態保持穩定不變。5-Fu處理120 min后，細胞皺縮，體積變小，部分細胞由圓形變成不規則狀，見圖1A、B。細胞受到5-Fu刺激后，Vst均小于對照組，差別有統計學意義（P＜0.01）。細胞接受5-Fu+NPPB處理后120 min，細胞體積變化不明顯，見圖1C、D。在5個不同時間點，5-Fu+NPPB組對細胞Vst的影響均小于5-Fu組，差異均有統計學意義（P＜0.01），見表1。

圖1 NPPB和5-Fu對CNE-2Z細胞Vst的影響（×640）

表1 不同時間3組CNE-2Z細胞Vst比較（n=16，%，±s）

表1 不同時間3組CNE-2Z細胞Vst比較（n=16，%，±s）

＊＊P＜0.01

組別對照組（1）5-Fu組（2）5-Fu+NPPB組（3）F P（1）∶（2）（2）∶（3）6 min 100.3±0.2 99.5±0.1 100.1±0.2 9.680＊＊0.007 0.001 30 min 100.2±0.3 96.2±0.4 100.4±0.2 32.369＊＊＜0.001＜0.001 60 min 99.6±0.2 91.9±0.4 99.4±0.3 61.313＊＊＜0.001＜0.001 90 min 99.1±0.3 88.8±0.4 98.1±0.4 53.116＊＊＜0.001＜0.001 120 min 99.3±0.4 88.2±0.4 98.5±0.6 111.400＊＊＜0.001＜0.001

2.2 3組CNE-2Z細胞凋亡情況分析 經Hochest熒光染色后，對照組細胞染色質分布均勻，為彌漫均勻的淡藍色低強度熒光，見圖2A。細胞凋亡率（1.8±0.5）%。經5-Fu處理細胞48 h后，呈現出典型的凋亡特征，大量的細胞核呈濃縮致密的固縮形態或顆粒狀熒光，有明顯的凋亡小體出現，部分核染色體碎片狀，凋亡細胞明顯增加，凋亡率（49.2± 2.6）%，見圖2B。而經5-Fu+NPPB處理后，細胞核呈濃縮致密的固縮形態或顆粒狀熒光的凋亡細胞明顯減少。細胞凋亡率（12.5±2.9）%，抑制率（74.9±3.5）%，見圖2C。

圖2 3組CNE-2Z細胞Hochest熒光染色圖（Hoechst 33258染色×280）

3 討論

本研究結果表明，抗癌藥5-Fu在數分鐘內就可使細胞容積縮小，并隨時間的延長該作用更明顯，提示早期細胞皺縮可能是5-Fu抗腫瘤作用的關鍵步驟或標志現象之一。早期AVD已在凋亡誘導劑十字孢堿、腫瘤壞死因子（TNF）-α或Fas配體等誘導的多種細胞凋亡中觀察到，被認為是凋亡過程中具有普遍性意義的標志性事件[5]。本研究顯示，氯通道阻斷劑NPPB可抑制5-Fu誘導的細胞皺縮，提示氯通道的激活是5-Fu誘導細胞產生AVD的關鍵因素。傳統觀點認為氯通道被5-Fu激活的機制是通過非DNA作用途徑激活氯通道，進而誘導AVD的發生。5-Fu主要通過影響DNA的合成或損傷DNA而引起細胞凋亡耗時較長，而5-Fu引起的AVD在幾分鐘內就可觀察到。有關氯通道在AVD中的作用，也可在一些其他凋亡誘導劑引起的AVD中觀察到[6]。筆者前期研究顯示氯通道參與凋亡誘導劑順鉑和過氧化氫誘導的AVD[5]。

本實驗表明，5-Fu可誘導鼻咽癌細胞凋亡，而5-Fu的這一作用可被氯通道阻斷劑NPPB所抑制，提示氯通道的激活是5-Fu誘導細胞凋亡的重要環節之一，5-Fu可能通過某種未知的機制激活氯通道，進而激活或啟動細胞凋亡機制，最終引起細胞凋亡。氯通道與細胞凋亡的關系也在凋亡誘導劑順鉑[2]和過氧化氫[5]誘導細胞凋亡的過程中觀察到。至于在誘導細胞凋亡過程中，氯通道以及與氯通道有關的AVD通過何種機制來參與調節不同機制引起的細胞凋亡，有待進一步研究。

綜上，氯通道的激活與5-Fu誘導的鼻咽癌AVD及凋亡密切相關，氯通道可能是5-Fu抗腫瘤的關鍵靶點之一。

[1]Krumschnabel G,Maehr T,Nawaz M,et al.Staurosporine-induced cell death in salmonid cells:the role of apoptotic volume decrease, ion fluxes and MAP kinase signaling[J].Apoptosis,2007,12(10): 1755-1768.

[2]陽小雅,王立偉,陳麗新,等.順鉑激活的低分化鼻咽癌細胞氯電流[J].中國病理生理雜志,2009,25(4):666-669.

[3]Sasaki K,Tsuno NH,Sunami E,et al.Chloroquine potentiates the anti-cancer effect of 5-fluorouracil on colon cancer cells[J].BMC Cancer,2010,15(10):370.

[4]Wang LW,Chen LX,Zhu LY,et al.Regulatory volume decrease is actively modulated during the cell cycle[J].Cell Physiol,2002,193（1）:110-119.

[5]Zuo W,Zhu L,Bai Z,et al.Chloride channels involve in hydrogen peroxide-induced apoptosis of PC12 cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,387(4):666-670.

[6]Okada Y,Shimizu T,Maeno E,et al.Volume-sensitive chloride chan?nels involved in apoptotic volume decrease and cell death[J].J Membr Biol,2006,209(1):21-29.