加拿大蓬揮發油對Hela細胞的體外抗腫瘤活性初探

杜潤元, 廖 穎, 馬丹煒, 朱曉換, 王亞男

(四川師范大學 生命科學學院, 四川 成都 610101)

加拿大蓬揮發油對Hela細胞的體外抗腫瘤活性初探

杜潤元, 廖 穎*, 馬丹煒, 朱曉換, 王亞男

(四川師范大學 生命科學學院, 四川 成都 610101)

為了探討加拿大蓬揮發油的體外抗腫瘤活性,采用MTT比色法探究揮發油對人宮頸癌Hela細胞的抑制作用,并采用AO/EB染色法觀察Hela細胞在揮發油作用下的形態變化.結果表明:加拿大蓬揮發油對Hela細胞生長具有抑制作用,細胞活力隨著處理濃度的升高和處理時間的延長而降低,其中處理8、24和48 h的IC50分別是22.72、18.06和6.78 mg/L,在加入泛caspase抑制劑(Z-VAD-FMK)后,這種抑制作用得到緩解,24 h的IC50上升至29.9 mg/L,表明該揮發油可能激活了Hela細胞中的caspase蛋白酶活性.AO/EB染色觀察發現,加拿大蓬揮發油處理Hela細胞后使其呈現典型凋亡形態的特征.由此推斷,加拿大蓬揮發油可能是通過誘導Hela細胞的凋亡來抑制細胞增殖.

加拿大蓬; 揮發油; Hela細胞; 增殖抑制作用; 細胞凋亡

含有揮發油成分的植物資源在自然界中分布廣泛,已經發現許多植物揮發油具有顯著的抗腫瘤活性,它們能通過各種不同的作用機制抑制癌細胞生長[1-2],因此以揮發油為研究對象,將其開發為抗癌藥物具有巨大市場前景和理論意義.隨著人們對癌癥研究的深入和對抗癌藥物的開發,許多來源于植物的抗腫瘤有效成分相繼被發現,揮發油也成為目前抗腫瘤藥物研究的熱點.經過一些學者的前期研究,右旋檸檬烯(d-limonene)正在進行臨床Ⅰ期實驗[3],紫蘇醇(Perillyl alcohol)也到了臨床Ⅱ期的研究階段[4].β-欖香烯(β-elemene)在我國已研發為二類抗腫瘤新藥——欖香烯乳注射液,目前已廣泛用于治療食道癌、肺癌、腦腫瘤以及其他各類癌癥[5].加拿大蓬(ErigeronCanadensisL.),別名小飛蓬草、白酒草,一年生草本植物,菊科白酒草屬,原產于北美,具備極強的競爭優勢和入侵性[6],已大面積入侵我國多個省市[7].加拿大蓬揮發油具有多種生物活性,如具有明顯的抗炎抗蟲、殺菌抗病毒、抗凝血等效果[8].加拿大蓬由于具有較強的入侵性而在我國廣泛分布,資源豐富,如能開發其藥用價值而為人類所用,在一定程度上可控制其進一步蔓延,起到趨利避害的作用.本研究以加拿大蓬揮發油為材料,旨在初步探索其抑制離體培養宮頸癌Hela細胞增殖效果及可能的機制,為加拿大蓬開發利用提供依據.

1 材料與方法

1.1 實驗材料 受試植株加拿大蓬采自于成都市龍泉驛區;人宮頸癌Hela細胞由四川大學華西醫院提供;改良型1640培養基(賽默飛世爾生化制品有限公司);新生牛血清(天杭生物科技有限公司);胰蛋白酶消化液(成都哈里生物公司);3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT,Biosharp生物公司);二甲基亞砜(DMSO,Amresco生化公司);泛caspase抑制劑(Z-VAD-FMK,Eyotime Biotechnology公司);氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,中國食品藥品檢定研究院);吖啶橙/溴化乙錠(AO/EB,Biosharp生物公司).

1.2 實驗方法

1.2.1 揮發油的提取 加拿大蓬揮發油采用水蒸氣蒸餾法提取,把整株加拿大蓬切成小段,放于揮發油提取器加熱,蒸汽冷凝回流,收集揮發油,用無水Na2SO4過濾除水,置于-20 ℃保存備用.

1.2.2 細胞培養 Hela細胞用含10%小牛血清、1%青鏈霉素混合液的1640培養基,于37 ℃、飽和濕度細胞培養箱培養,每2 d傳代一次,細胞處于對數期時進行相關實驗.

1.2.3 MTT法檢測細胞活力 胰酶消化Hela細胞后離心,稀釋細胞濃度至5×104個/mL,按每孔100 μL接種于96孔板,放于培養箱中孵育過夜,細胞貼壁后,處理組加入經DMSO稀釋為不同濃度的加拿大蓬揮發油2 μL,每孔補加98 μL培養基,使揮發油的最終質量濃度分別為0(溶劑對照)、12.5、25、50、100 mg/L;陽性對照組加入2 μL氟尿嘧啶(FU,終濃度80 mg/L)補加98 μL培養基;空白對照加入100 μL 1640培養基,調零組加入200 μL不含細胞的培養基;每實驗組均設5個重復.分別繼續培養8、24和48 h后,每孔加入20 μL 5 g/L的MTT試劑(調零組不加MTT),繼續培養4 h;小心吸除培養基,每孔加入150 μL DMSO,置于多功能酶標儀內,震蕩5 min,調零孔調零后,在490 nm下測吸光度值(OD值).按公式:細胞活力%=(OD處理組/OD溶劑對照組)×100%,計算細胞活力,實驗重復3次.以揮發油濃度作為橫坐標,細胞活力作為縱坐標,作線性回歸曲線,根據擬合公式計算半抑制濃度IC50.

1.2.4 泛caspase抑制劑對揮發油抑制效果的影響 按1.2.3實驗方法接種細胞,細胞貼壁后,除調零組外,每孔加入泛caspase抑制劑 (Z-VAD-FMK)30 μm于CO2培養箱中孵育30 min后,再加入不同濃度加拿大蓬揮發油,每孔補加培養基98 μL,使揮發油的終質量濃度分別為0(溶劑對照)、12.5、25、50和100 mg/L;陽性對照、空白對照均按1.2.3方法設定,測定OD值后,計算細胞的活力.

1.2.5 AO/EB熒光染色觀察細胞凋亡的形態 細胞培養至對數生長期,用胰酶消化離心,稀釋細胞至1×105個/mL,取2 mL細胞懸液接種于6孔板,培養過夜,細胞貼壁后,實驗組加入不同濃度的加拿大蓬揮發油溶液,使其最終質量濃度分別為0(溶劑對照)、12.5、25、50和100 mg/L;陽性對照組加入FU(80 mg/L).培養24 h后,胰酶消化后收集全部細胞,用PBS洗滌后離心倒棄PBS,再加100 μL PBS制成細胞懸液,加入2 μL AO/EB染液,充分混勻,染色2 min,取10 μL滴在載玻片上,輕蓋蓋玻片,鏡檢拍照.

2 結果與分析

2.1 加拿大蓬揮發油對Hela細胞生長活力的影響 Hela細胞經不同濃度加拿大蓬揮發油處理不同時間后,細胞活力通過MTT法測定,溶劑對照組細胞活力為100%,以質量濃度80 mg/L FU處理Hela細胞作為陽性對照,與溶劑對照組相比,所有實驗組均有顯著性差異(P<0.05).如圖1所示,加拿大蓬揮發油對體外培養Hela細胞具有顯著的抑制細胞增殖作用,且隨著處理濃度的增加和處理時間的延長,Hela細胞生長活力逐漸降低.8、24和48 h 處理組的IC50質量濃度分別為22.72、18.06和6.78 mg/L.

2.2 泛caspase抑制劑對加拿大蓬揮發油抑瘤活性的影響 未經泛caspase抑制劑(Z-VAD-FMK)預處理和經泛caspase抑制劑預處理的Hela細胞,用不同濃度加拿大蓬揮發油處理24 h后,細胞活力通過MTT法測定,結果如圖2所示,在各濃度處理組中,未加泛caspase抑制劑與加泛caspase抑制劑相比,細胞活力均有顯著差異,*表示P<0.05,**表示P<0.01.經泛caspase抑制劑處理,質量濃度12.5 mg/L揮發油處理Hela細胞24 h后,細胞活力從66.44%上升到86.38%;其他質量濃度處理其細胞活力從29.5%、9.31%、5.63%分別上升到49.17%、26.68%、14.27%(P<0.05).經過泛caspase抑制劑處理后,加拿大蓬揮發油對Hela細胞的抑制效果明顯降低.說明泛caspase抑制劑能明顯緩解加拿大蓬揮發油對Hela細胞的抑制,加拿大蓬揮發油可能誘導了Hela細胞凋亡從而發揮抑制細胞生長的作用.

2.3 加拿大蓬揮發油對Hela細胞形態的影響 圖3中,A、B、C、D揮發油處理質量濃度分別為0、12.5、50、100 mg/L,處理時間為8 h;F、G、H、I揮發油處理質量濃度分別為0、12.5、50、100 mg/L,處理時間為24 h;K、L、M、N揮發油處理質量濃度分別為0、12.5、50、100 mg/L,處理時間為48 h;E、J、O質量濃度分別為80 mg/L FU處理8、24、48 h.圖3中箭頭表示凋亡小體.如圖3所示,加拿大蓬揮發油處理Hela細胞8、24、48 h,經AO/EB著色后,對照組全為著色均勻、圓形或橢圓形的活細胞(圖3A、F、K);12.5 mg/L處理組出現著色不均勻的早期凋亡細胞,細胞核皺縮、核內見明亮斑點,并出現凋亡小體(圖3B、G、L);50 mg/L處理細胞核進一步固縮,染色質皺縮裂解,凋亡小體數升高(圖3C、H、M);100 mg/L處理組幾乎全為晚期凋亡細胞,細胞核畸變、碎裂(圖3D、I、N).隨著揮發油處理濃度升高和處理時間增加,正常Hela細胞減少,凋亡細胞增多.

3 討論

許多植物的揮發油對癌細胞增長有明顯的抑制效果.如莪術[Curcuma(zedoaria) Christm Rosc.]揮發油及其3種成分能顯著抑制子宮內膜癌細胞和肝癌細胞的增長[9];姜黃(CurcumalongaL.)揮發油能抑制人白血病細胞HL260和人肝癌細胞HepG2的增長[10],本研究結果表明,加拿大蓬揮發油對Hela細胞的增殖有明顯的抑制效應,隨著揮發油濃度增高和處理時間延長,這種抑制效應明顯增強,表現出明顯的濃度和時間雙重效應,其處理8、24、48 h的IC50分別為22.72、18.06和6.78 mg/L.與李美[11]對野胡蘿卜(DaucuscarotaL.)揮發油處理人宮頸癌Hela細胞6、12、24 h的IC50質量濃度183.88、108.22、99.58 mg/L相比,加拿大蓬揮發油對體外培養Hela細胞的抑制效果優于野胡蘿卜揮發油.與陽性對照FU相比,加拿大蓬揮發油對Hela細胞的抑制效果更強.由此可見,加拿大蓬揮發油中具有抗腫瘤活性物質.根據楊莉[12]對加拿大蓬揮發油成分分析表明,檸檬烯的含量超過一半,檸檬烯對腫瘤細胞具有顯著的抑制效應,臨床上已經進入Ⅰ期試驗[3],本研究中加拿大飛蓬揮發油所表現出的對Hela細胞增殖的抑制作用是否是因其含有檸檬烯還有待進一步探索.

細胞凋亡是細胞在受到外界刺激后,由特定基因控制和一系列蛋白參與的主動死亡過程,主要表現為細胞核固縮碎裂,染色質凝聚,出現凋亡小體[13].在細胞凋亡過程中,天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶(caspase)起重要作用[14].Z-VAD-FMK能阻斷凋亡,是一種能透過細胞膜不可逆轉的泛caspase抑制劑[15].本研究表明Z-VAD-FMK預處理能有效降低加拿大蓬揮發油對Hela細胞增殖的抑制作用,由此推測加拿大蓬揮發油對細胞增長的抑制作用可能是通過激活caspase蛋白酶,從而引起細胞凋亡.AO/EB雙染結果表明,Hela細胞經加拿大蓬揮發油處理后,細胞皺縮、染色加深、并出現凋亡小體,隨著處理質量濃度的增加,晚期凋亡細胞數增加.

由此可見,加拿大蓬揮發油可能是通過誘導細胞凋亡來抑制人宮頸癌Hela細胞增長.由于加拿大蓬揮發油是混合物,在后續的實驗中,本研究室將對其抗腫瘤主效成分及其抗腫瘤機制進行深入研究.

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(編輯 鄭月蓉)

Primary Studies on in Vitro Antitumor Activities of Essential Oil fromErigeronCanadensisL. on Hela Cells

DU Runyuan, LIAO Ying, MA Danwei, ZHU Xiaohuan, WANG Yanan

(College of Life Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, Sichuan)

To investigate the anti-tumor activity of the essential oil fromErigeronCanadensisL., the inhibitory effect of the oil was studied by MTT assay on human cervical cancer Hela cells. The morphologic changes in Hela cells induced by the essential oil were observed by AO/EB staining. The results showed that: the essential oil inhibited HeLa cells’ proliferation significantly in a dose and time -dependent manner. The IC50of essential oil on Hela cells for 8,24,48 h were 22.72,18.06,6.78 mg/L. The inhibitory effect was relieved after adding the pan-caspase inhibitor (Z-VAD-FMK), and IC50was increased to 29.9 mg/L at 24 h, indicating that the essential oil may activate the caspase in Hela cells. Typical morphologic changes of apoptosis were observed after the treatment with the essential oil fromErigeronCanadensisL. in Hela cells by using AO/EB staining. By inference, the essential oil fromErigeronCanadensisL.. may inhibit the proliferation of Hela cells possibly by inducing apoptosis.

ErigeronCanadensisL.; essential oil; Hela; proliferation inhibition; apoptosis

2015-07-17

四川省教育廳重點科研項目(14ZA0024)

R737.33

A

1001-8395(2016)06-0911-04

10.3969/j.issn.1001-8395.2016.06.025

*通信作者簡介：廖 穎(1976—),女,副教授,主要從事植物提取物抗腫瘤活性及環境生態與健康的研究,E-mail:421135278@qq.com