不同氧條件下吉非替尼對肺非小細胞肺癌細胞增殖的影響

武玲等

[摘要] 目的 對比研究常氧（21%）、低氧（5%）和高氧（40%）條件下不同濃度吉非替尼（gefitinib）對人非小細胞肺癌（NSCLC）細胞株A549、HCC827、SK-MES-1增殖的影響，并探討可能的機制。方法 分別在常氧、低氧和高氧條件下以0、10、20、40、60 μmol/L gefitinib處理A549、HCC827、SK-MES-1細胞，培養24 h 后收集細胞， 以CCK-8法檢測細胞增殖抑制率；應用實時熒光定量PCR檢測HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA、EGFR mRNA的表達情況。 結果 常氧、低氧及高氧條件下，細胞增殖抑制率隨吉非替尼濃度的增加、氧濃度的升高而增加（均P<0.001）。高氧條件下，與乏氧相關的HIF-1α、VEGF-C、EGFR mRNA在A549細胞、HCC827細胞均明顯減弱（P<0.05），而SK-MES-1細胞組無統計學意義。結論 吉非替尼可以顯著抑制腫瘤細胞增殖，且隨著氧濃度增加作用增強，可能機制是提高氧濃度可以進一步下調活化的HIF-1α、VEGF-C、EGFR mRNA的表達。

[關鍵詞] 氧濃度；非小細胞肺癌；細胞增殖；吉非替尼；表皮生長因子受體

[中圖分類號] R59 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-0742（2015）06（c）-0112-03

[Abstract] Objective To investigate the effects of gefitinib on the proliferation of non-small cell lung cancer （NSCLC） cell line A549， HCC827， and SK-MES-1 under different oxygen conditions and explore the underlying molecular mechanism. Methods Under the condition of normal oxygen， low oxygen and high oxygen， Human NSCLC A549， HCC827， SK-MES-1cells were cultured in 0，10，20，40，60μmol/L gefitinib. The cells were collected one day after and cell proliferation inhibition rate were investigated by CCK-8 assay and of real-time fluorescent quantitative PCR was applied to detect the expression of HIF-1α mRNA， VEGF-C mRNA， EGFR mRNA. Results CCK-8 assay results showed that under the condition of normal oxygen， low oxygen and high oxygen， cell proliferation inhibition rate increase with the increasing of the concentration of gefitinib and the rising of oxygen concentration （P<0.001） .Under the condition of high oxygen， related to the lack of oxygen of HIF - 1 alpha， VEGF - C， EGFR mRNA in A549 cells， HCC827 cells were significantly reduced （P < 0.05）， while SK - MES - 1 cell groups has no statistical significance. Conclusion Gefitinib can significantly inhibit tumor cell proliferation and its effect enhances with the increasing of oxygen concentration. The possible mechanism is that the improvement of the oxygen concentration can further lower the expression of activated HIF-1α， VEGF-C， EGFR mRNA

[Key words] Oxygen concentration； Non-small-cell lung cancer； Cell proliferation； Gefitinib； Epidermal growth factor

絕大多數的惡性實體腫瘤具有腫瘤細胞增殖速度快和腫瘤血管結構、功能異常的特點，導致腫瘤組織內乏氧，藥物通過物理性彌散途徑到達作用靶區困難，降低療效，從而造成腫瘤細胞耐藥性的發生[1-2]。缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）是腫瘤細胞為適應乏氧微環境環境而啟動的一系列生物學改變的關鍵調控因子[2]。目前，阻斷表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）抑制劑吉非替尼是人肺非小細胞肺癌癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）靶向治療臨床應用廣泛的藥物[3]。如何通過改善腫瘤微環境提升人肺非小細胞肺癌細胞對吉非替尼的敏感性需要進一步研究。該研究采用CCK-8法和RT-PCR法探討適度提高氧濃度，吉非替尼對A549、HCC827、SK-MES-1細胞株增殖的影響及其可能的內在機制，現報道如下。endprint

1 材料與方法

1.1 細胞及主要試劑

實驗時間為2014年1月—2015年1月，A549、HCC827、SK-MES-1細胞株均購自中國科學院細胞庫， 吉非替尼由英國Astra Zeneca有限公司惠贈。F12K培養基、RPMI-1640培養基、MEM培養基購于HyClone公司。胎牛血清購于天津康源生物有限公司；0.25%胰酶-EDTA購自HyClone公司；CCK-8試劑盒購自日本化工公司；DMSO購自Sigma公司；細胞RNA提取試劑盒購自北京康為世紀生物科技有限公司；PCR反轉錄試劑盒購自TaKaRa公司；PCR試劑盒購自上海生工生物工程股份有限公司；RT-PCR試劑盒購自TaKaRa公司。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養與分組 ①A549細胞培養于含 10% FBS的F12K培養基中。②HCC827細胞培養于含10%FBS的RPMI-1640培養基中。③SK-MES-1細胞培養于含10%FBS的MEM培養基中。細胞貼壁80%時以0.25%胰酶消化重懸，調整細胞密度按氧條件、藥物濃度分組，待各組細胞處于對數生長期，實驗組加入相應濃度吉非替尼，對照組加相應體積的二甲基亞砜溶液。

1.2.2 藥物配制和使用 取gefitinib（250 mg/片）一片制成粉末，溶于4 mLDMSO配制成140 mmol/L的藥物原液置于-20℃保存， 實驗前用無血清RPMI-1640培養液稀釋成所需濃度， 每次實驗中DMSO的最高終濃度小于0.03%。

1.2.3 細胞增殖檢測 取對數生長期細胞， 每孔100μL接種于96孔培養板中。24 h后分別加入不同濃度的gefitinib（ 0、10、20、40、60 μmol/L）、對應的全培養液為空白對照， 每組設置3個平行復孔。置不同氧濃度、37℃、5% CO2的培養箱中培養24 h后， 每孔加CCK-8 10μL混勻， 37℃孵育4 h，酶標儀檢測波長450 nm的每孔吸光度值（A值）求其平均值。據吸光度值計算細胞抑制率。上述實驗重復3次。

1.2.4 實時熒光定量PCR檢測 三種人肺癌細胞調整細胞濃度為5×105/mL，每孔 1 mL接種于6孔板，培養約6 h后細胞貼壁，取出各塊培養板，吸去各孔上清液，按分組每孔2mL加入0、40 μmol/L的gefitinib。空白對照組以相同體積的培養基代替。按分組培養24 h后收集細胞懸液12 000rpm離心1 min棄上清得到細胞沉淀。細胞充分裂解，提取出RNA，反轉錄為cDNA，反轉錄反應條件設置為42℃ 15 min。RT-PCR每個體系為20 μL，其中cDNA為1.4 μL、引物1.6 μL。每孔均需設置3個復孔。此實驗重復3次。

1.3 統計方法

用SPSS 17.0軟件進行3×3×5析因設計、兩兩比較采用F檢驗，實驗數據以（x±s）表示， t檢驗和方差分析。

2 結果

2.1 常氧、低氧和高氧條件下，吉非替尼對人肺癌A549、HCC827、SK-MES-1細胞株增殖的抑制

同一氧濃度下，不同濃度的gefitinib作用于同一細胞株24 h，細胞增殖抑制率顯著高于對照組（P<0.05），由表1、2、3得細胞增殖抑制率隨gefitinib濃度增加而增加（P<0.05）。但同一氧濃度下，隨藥物濃度增加，不同細胞的增殖能力不同（P<0.05），可見高氧條件下，HCC827細胞增殖能力最差。在處理同一種細胞時，隨著藥物濃度、氧濃度越高，細胞增殖能力明顯減弱（P<0.05），3種細胞均可見高氧條件下gefitinib濃度為60 μmol/L時細胞增值抑制率最高。就相同作用時間、相同濃度gefitinib而言，高氧、常氧和低氧條件下細胞增殖抑制率有差異有統計學意義（P<0.05）。且有HCC827細胞在高氧條件下，在gefitinib濃度為60 μmol/L時的OD值最小，細胞增殖能力最差。

2.2 常氧、低氧和高氧條件下相關指標比較

常氧、低氧和高氧條件下，運用0、40 μmol/L的gefitinib作用于A549細胞24 h后，HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA表達量在高氧條件下明顯下降，其表達量分別為0.413μm ol/L和0.479 μmol/L，與常氧、低氧相較差異有統計學意義（P<0.05），但常氧和低氧條件下差異無統計學意義。見表4。

3 討論

吉非替尼是一種選擇性酪氨酸酶抑制劑，通過與ATP競爭性結合胞外的配體結合位點，阻斷酪氨酸激酶的活化過程，抑制EGFR激活，從而抑制細胞增殖和血管生成，促進腫瘤細胞凋亡[3]。值得注意的是，藥物臨床有效率低[4]。考慮與實體腫瘤細胞和細胞間質兩者之間所構成的腫瘤-宿主界面微環境的平衡狀態有關[5]。腫瘤微環境的新生血管的結構與功能異常、乏氧，導致遠離血管的腫瘤組織不能達到有效的治療藥物濃度[5]，這是實體腫瘤非手術治療療效差的主要因素，增加了惡性腫瘤的侵襲性和遠處轉移幾率[6]。

該實驗選用人非小細胞肺癌細胞株原發耐藥株A549、敏感株HCC827、鱗狀細胞癌SK-MES-1為研究對象，改變氧濃度及藥物濃度，檢測其對細胞增殖、HIF-1α、VEGF-C 及EGFR 的mRNA表達的研究。以探討能否通過改變氧濃度提高細胞對于藥物的敏感性。研究結果顯示，隨著氧濃度的適度提高、藥物濃度的增加，A549、HCC827、SK-MES-1細胞的增殖受到明顯抑制，且以HCC827細胞株為著。另外，A549細胞株可見HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA、EGFR mRNA表達量在高氧條件下明顯下降，值得注意的是在常氧和低氧條件下，EGFR mRNA的表達隨氧濃度增加而下降，HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA表達無差異。HCC827細胞VEGF-C mRNA、EGFR mRNA表達量隨著氧濃度升高，表達量下降，而HIF-1α mRNA表達量僅在高氧條件下明顯下降。SK-MES-1細胞24 h后，HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA、EGFRmRNA表達量無明顯改變。已有研究證實通過調節HIF-1α的表達可以改善乏氧微環境導致的吉非替尼耐藥的發生[7]。西妥昔單抗、雷帕霉素均已被證實可以作用于乏氧微環境下非小細胞肺癌中乏氧誘導因子HIF-1α的表達來誘導腫瘤細胞的凋亡[8-9]。多項研究發現[8-10]，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor ，VEGF）是HIF-1α下游的一個重要的靶點，在腫瘤細胞乏氧微環境中HIF-1α和VEGF的表達明顯上調，VEGF mRNA表達量隨HIF-1α mRNA表達量增高而增高。實驗證實[10]，通過一些手段阻斷HIF-1α表達可以抑制腫瘤細胞產生VEGF，抑制腫瘤異常血管生成。該實驗說明適度給予高氧可以下調HIF-1α mRNA的表達，進一步下調腫瘤細胞A549、HCC827細胞VEGFmRNA的表達來參與抑制腫瘤異常血管的新生，改善正常血管的血供，從而改善腫瘤乏氧的微環境，提高腫瘤微環境的藥物濃度。然而肺鱗癌SK-MES-1細胞株各實驗組的結果與二者有差異，可能是由其他機制導致，尚需進一步深入研究。該研究數據與目前國內外研究成果相近，但該研究數據顯示，高氧情況下吉非替尼能夠有效抑制A549、HCC827以及SK-MES-1細胞的增值。該研究中，常氧、低氧和高氧條件下，運用0、40 μmol/L的gefitinib作用于A549細胞24 h后，HIF-1α mRNA、VEGF-C mRNA表達量在高氧條件下明顯下降，其表達量分別為0.413 μm ol/L和0.479 μmol/L，與常氧、低氧相較差異有統計學意義（P<0.05），但常氧和低氧條件下差異無統計學意義。endprint

綜上所述，該研究通過適度提高腫瘤微環境的氧濃度，論證能否提高腫瘤細胞對吉非替尼的敏感性。結果表明，高氧情況下吉非替尼可以顯著抑制A549、HCC827、SK-MES-1細胞的增殖，且可能通過下調HIF-1相關基因表達有關。研究結果提示，適度提高氧濃度能夠改善腫瘤組織缺氧所致的低氧應激基因的表達和腫瘤細胞凋亡功能異常，從而提高腫瘤細胞對藥物的敏感性，且這種改變具有一定的普遍性，有一定的臨床指導意義。

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（收稿日期：2015-03-27）endprint