不同濃度褪黑素對人骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響

劉立峰，李俠，潘玉濤，陳滌，劉養洲，普星宇，王喆，李增春

（同濟大學附屬東方醫院創傷骨科，上海 200120）

不同濃度褪黑素對人骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響

劉立峰，李俠，潘玉濤，陳滌，劉養洲，普星宇，王喆，李增春

（同濟大學附屬東方醫院創傷骨科，上海 200120）

目的檢測不同濃度褪黑素對體外培養的人骨肉瘤細胞系MG?63細胞增殖的影響，為更好地應用褪黑素輔助治療骨科疾病提供一定的實驗基礎。方法在體外培養的MG?63細胞中，外源性加入1 nmol/L～10 mmol/L濃度褪黑素，用CCK?8的方法檢測不同濃度褪黑素對細胞增殖的影響，用PI染色流式細胞術檢測其對細胞周期分布的影響。結果CCK?8分析發現4～10 mmol/L濃度的褪黑素可以以一種時間依賴性和劑量依賴性的方式顯著抑制MG?63細胞的增殖，而1 nmol/L～2 mmol/L濃度的褪黑素對MG?63細胞的增殖沒有顯著影響。無論將MG?63細胞周期同步還是非同步，流式細胞儀的檢測顯示，4～10 mmol/L濃度褪黑素可以顯著增加細胞周期G0/G1期的比例，同時減少S和G2/M期的比例；而1 nmol/L～2 mmol/L濃度褪黑素對MG?63細胞周期的分布沒有顯著影響。結論褪黑素可以以一種時間依賴性和劑量依賴性方式抑制骨肉瘤MG?63細胞的增殖，這種抑制效應與細胞周期分布的改變和G0/G1期停滯有關。

褪黑素；骨肉瘤；增殖；細胞周期

網絡出版地址

骨肉瘤是一種最常見的原發惡性骨腫瘤。研究［1?2］顯示骨肉瘤的發生發展與青春期骨骼的快速生長和骨骼的成熟度密切相關。褪黑素是一種主要由松果體合成分泌的激素［3］，骨的代謝與體內褪黑素水平密切相關［4］，對成骨細胞和破骨細胞都具有調節作用［5?7］，骨髓細胞也可以從頭合成［8］。已經發現褪黑素在許多腫瘤細胞中具有抗腫瘤效應［9］，但PANZER等［10］認為褪黑素的抗腫瘤效應與細胞類型有關，對骨肉瘤細胞無效，鑒于褪黑素具有無毒、能增強許多化療藥物的抗腫瘤效應和減少化療藥物的毒副反應的特性［11］，故研究單獨應用褪黑素或者聯合其他化療藥物治療骨肉瘤具有重要的理論和實踐意義。本研究的目的是檢測不同濃度褪黑素對人骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響，探討褪黑素是否具有抑制人骨肉瘤MG?63細胞增殖的能力，為更好地應用褪黑素輔助治療骨肉瘤等疾病提供一定的理論和實驗依據。

1　材料與方法

1.1材料

人類骨肉瘤MG?63細胞系被培育在添加10%胎牛血清（HyClone公司）的DMEM培養基（Gibco公司）中，在含有5%CO2和37℃的條件下培養，每隔1 d更換1次培養基。MG?63細胞以104/cm2的密度接種到培養皿中，24 h后用于后續實驗。褪黑素的母液用含有100%的DMSO（Sigma公司）制備，隨后根據待檢測的濃度用培養基做1個梯度稀釋；在最后檢測時，保證對照組和實驗組的培養基中含有相同濃度的0.2%DMSO和10%胎牛血清。褪黑素和CCK?8試劑盒購買于Sigma公司。

1.2方法

1.2.1細胞增殖分析：用CCK?8染色的方法檢測不同濃度褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響。將MG?63細胞以4 000個/孔的密度接種到96孔板上，24 h后培養基換成含有1 nmol/L～10 mmol/L濃度褪黑素的培養基（對照組換成含有0.2%DMSO的培養基），再分別培養24 h、48 h和72 h。然后根據說明書指示，每孔加入20 μL的CCK?8溶液，并設立空白對照組（加了相應量細胞培養液、褪黑素和CCK?8溶液但沒有加入細胞的孔），在細胞培養箱內繼續孵育2 h，然后在450 nm測定吸光度。數據以對照組細胞OD值的百分比表示。

1.2.2細胞周期分析：將MG?63細胞以1×105/孔的密度接種到6孔板上，24 h后培養基被換成含有1 nmol/L～10 mmol/L濃度褪黑素的培養基（對照組換成含有相同0.2%DMSO的培養基），再培養24 h。然后細胞用胰酶消化離心，用冰冷的PBS溶液沖洗2次，固定在75%乙醇中，4℃條件下過夜。過夜后，細胞再次用PBS漂洗，懸浮在0.5 mL的PBS溶液中（還含有100 μg/mL PI、0.1%Triton X?100、0.003 7% EDTA和0.2 mg/mL DNase?free RNase），樣品在避光下室溫放置30 min，隨后每10 000個細胞進行流式細胞儀檢測，用Modfit LT 3.0軟件（BD公司）檢測樣品中G0/G1、S和G2/M期細胞的比例。

1.3統計學分析

應用SPSS 16.0軟件進行數據分析。雙因素方差分析用來評價褪黑素的劑量、暴露的時間和二者之間的相互作用造成的不同是否有意義，Bonferroni檢驗和Dunnett T3檢驗用來評價隨后的兩兩比較，polynomial contrast用來進行趨勢分析。單因素方差分析用來評價各個處理組之間的不同是否有意義。所有的數據用至少3次獨立實驗的x±s表示。P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1不同濃度褪黑素對增殖的影響

用CCK?8染色的方法檢測不同濃度（1 nmol/L～10 mmol/L）褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響。褪黑素在MG?63細胞上誘導了一種劑量依賴性和時間依賴性的抗增殖效應，這種效應與二者的相互作用有關（P均＜0.01），見圖1。

圖1　不同濃度褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響Fig.1　Effect of melatonin at various concentrations on the MG?63 cell proliferation

在4～10 mmol/L濃度時，褪黑素顯著地抑制了骨肉瘤MG?63細胞的增殖（雙因素方差分析為所有P＜0.01。單因素方差分析為24 h，所有P＜0.05；48 h，所有P＜0.01；72 h，所有P＜0.05），而1 mmol/L和2 mmol/L濃度褪黑素輕微的抑制了骨肉瘤MG?63細胞的增殖（雙因素方差分析為1 mmol/L，P=0.748；2 mmol/L，P=0.113。單因素方差分析為24 h，1 mmol/L，P=0.135，2 mmol/L，P=0.110；48 h，1 mmol/L，P= 0.301，2 mmol/L，P=0.112；72 h，1 mmol/L，P=0.181，2 mmol/L，P=0.071）。

1 nmol/L～100 μmol/L濃度的褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞的增殖沒有影響（P均＞0.05）。在檢測的24 h與48 h和72 h時間點之間，MG?63細胞的增殖表現出一種顯著的差異（P均＜0.05），且隨著細胞暴露到褪黑素時間的增加，其抑制效應增強（P＜0.01）。

2.2細胞周期非同步時不同濃度褪黑素對細胞周期分布的影響

為了檢測褪黑素在細胞增殖上的影響是否與細胞周期分布的改變有一定關系，本研究用流式細胞術檢測了MG?63細胞周期的分布情況。流式細胞儀分析顯示，在細胞暴露到不同濃度的褪黑素24 h以后，與對照組細胞相比，4～10 mmol/L濃度的褪黑素顯著地增加了細胞周期中G0/G1期細胞的比例，而同時減少了S期和G2/M期細胞的比例（P均＜0.01）。此外，1～2 mmol/L濃度的褪黑素誘導了一種抑制細胞周期進展效應，但是這種效應差異無統計學意義，見圖2。此外，1 nmol/L～100 μmol/L濃度的褪黑素對骨肉瘤細胞周期的分布沒有影響。

圖2　不同濃度褪黑素在未同步化的骨肉瘤MG?63細胞周期分布上的影響Fig.2　Effect of melatonin at various concentrations on cell cycle distribution in the unsynchronized MG?63 cells

2.3細胞周期同步后不同濃度褪黑素對細胞周期分布的影響

為了更好地觀察不同濃度褪黑素對人骨肉瘤MG?63細胞增殖的影響，本研究把人骨肉瘤細胞通過無血清培養36～48 h，使MG?63細胞被同步到G0期，再重復上述實驗后發現，上述的變化更明顯，見圖3。

圖3　不同濃度褪黑素在同步化的骨肉瘤MG?63細胞周期分布上的影響Fig.3　Effect of melatonin at various concentrations on cell cycle distribution in the synchronized MG?63 cells

3　討論

褪黑素可以在許多生物調節過程中發揮作用，如生物周期節律、睡眠、衰老、生殖、骨生理和腫瘤的生長等［12］。越來越多的證據顯示，褪黑素水平的下降與腫瘤的發生、發展和惡化密切相關。另外，褪黑素可以減緩化療藥物所誘導的無力、口腔炎、神經毒性和心臟毒性等副作用。1個隨機對照的meta分析［11］指出，褪黑素作為一種輔助治療可以明顯延緩腫瘤的進展、提高1年生存率和減緩放化療所引起的副反應。研究［1?4］顯示，體內褪黑素水平的下降可能是引起骨肉瘤發生和發展的原因之一。但有研究［10］已經指出，褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞的生長、形態和細胞周期分布沒有影響。本研究發現雖然1 nmol/L～2 mmol/L濃度的褪黑素不能有效地抑制骨肉瘤MG?63細胞的增殖，但4～10 mmol/L濃度的褪黑素可以顯著地誘導細胞周期停滯。本研究的結果指出了探索用褪黑素輔助治療骨肉瘤的可能性。

與先前研究［10］一致的是，1 nmol/L～10 μmol/L濃度的褪黑素沒有顯著影響骨肉瘤MG?63細胞的生長和細胞周期的分布；而4mmol/L～10 mmol/L濃度的褪黑素對骨肉瘤MG?63細胞誘導了一種顯著的劑量依賴性和時間依賴性抑制效應，表明褪黑素具有抑制骨肉瘤細胞增殖的能力，與其使用的濃度有關。關于引起這種有趣現象的原因，筆者認為當褪黑素的濃度達到某個閾值時，一些潛在的信號通路被激活，導致骨肉瘤MG?63細胞增殖被抑制。褪黑素的這種抑制骨肉瘤MG?63細胞增殖的可能潛在機制是值得進一步深入研究的。

1 mmol/L濃度的褪黑素誘導了正常成骨細胞系hFOB 1.19細胞周期的停滯［5］，但是沒有顯著地抑制骨肉瘤MG?63細胞的增殖，表明在正常成骨細胞和異常成骨細胞之間有顯著的不同。引起這種現象的原因目前還不清楚，值得進一步研究。

本研究發現4 mmol/L濃度的褪黑素可以通過調控細胞周期的G0/G1、S和G2/M期的分布誘導細胞周期停滯。同樣，當細胞暴露到4 mmol/L及更高濃度的褪黑素中，G0/G1期細胞的比例被明顯地增加，而S和G2/M期細胞的比例被相應減少。

本研究結果表明，褪黑素具有抑制骨肉瘤MG?63細胞增殖的能力。褪黑素對某些腫瘤細胞沒有抑制作用的原因可能是由于其使用的濃度不恰當。因此，褪黑素的抗腫瘤效應很大程度上取決于其使用濃度，并且更高濃度的褪黑素也應該在其他腫瘤細胞中被檢測。

［1］FRIEBELE JC，PECK J，PAN X，et al.Osteosarcoma：a meta?analy?sis and review of the literature［J］.Am J Orthop，2015，44（12）：547-553.

［2］MIRABELLO L，PFEIFFER R，MURPHY G，et al.Height at diagno?sis and birth?weight as risk factors for osteosarcoma［J］.Cancer Causes Control，2011，22（6）：899-908.DOI：10.1007/s10552?011?9763?9762.

［3］STEHLE JH，SAADE A，RAWASHDEH O，et al.A survey of molec?ular details in the human pineal gland in the light of phylogeny，structure，function and chronobiological diseases［J］.J Pineal Res，2011，51（1）：17-43.DOI：10.1111/j.1600?079X.2011.00856.x.

［4］SáNCHEZ?BARCELó EJ，MEDIAVILLA MD，TAN DX，et al.Sci?entific basis for the potential use of melatonin in bone diseases：os?teoporosis and adolescent idiopathic scoliosis［J］.J Osteoporos，2010，2010：830231.DOI：10.4061/2010/830231.

［5］LIU L，ZHU Y，XU Y，et al.Melatonin delays cell proliferation by in?ducing G1and G2/M phase arrest in a human osteoblastic cell line hFOB 1.19［J］.J Pineal Res，2011，50（2）：222-231.DOI：10.1111/ j.1600?079X.2010.00832.x.

［6］KOTLARCZYK MP，LASSILA HC，O′NEIL CK，et al.Melatonin os?teoporosis prevention study（MOPS）：a randomized，double?blind，placebo?controlled study examining the effects of melatonin on bone health and quality of life in perimenopausal women［J］.J Pineal Res，2012，52（4）：414-426.DOI：10.1111/j.1600?079X.2011.0095 6.x.

［7］CLAFSHENKEL WP，RUTKOWSKI JL，PALCHESKO RN，et al.A novel calcium aluminate?melatonin scaffold enhances bone regenera?tion within a calvarial defect［J］.J Pineal Res，2012，53（2）：206-218.DOI：10.1111/j.1600?079X.2012.00989.x.

［8］CONTI A，CONCONI S，HERTENS E，et al.Evidence for melatonin synthesis in mouse and human bone marrow cells［J］.J Pineal Res，2000，28（4）：193-202.

［9］ZAMFIR CHIRU AA，POPESCU CR，GHEORGHE DC.Melatonin and cancer［J］.J Med Life，2014，7（3）：373-374.

［10］PANZER A，LOTTERING ML，BIANCHI P，et al.Melatonin has no effect on the growth，morphology or cell cycle of human breast cancer（MCF?7），cervical cancer（HeLa），osteosarcoma（MG?63）or lymphoblastoid（TK6）cells［J］.Cancer Lett，1998，122（1/2）：17-23.

［11］WANG YM，JIN BZ，AI F，et al.The efficacy and safety of melato?nin in concurrent chemotherapy or radiotherapy for solid tumors：a meta?analysis of randomized controlled trials［J］.Cancer Chemoth?er Pharmacol，2012，69（5）：1213-1220.DOI：10.1007/s00280?012?1828?8.

［12］REITER RJ，TAN DX，FUENTES?BROTO L.Melatonin：a multi?tasking molecule［J］.Prog Brain Res，2010，181：127-151.DOI：10.1016/S0079?6123（08）81008?4.

（編輯于溪）

Influence of Melatonin at Different Concentrations on Cell Proliferation in Human MG?63 Osteosarcoma Cells

LIU Lifeng，LI Xia，PAN Yutao，CHEN Di，LIU Yangzhou，PU Xingyu，WANG Zhe，LI Zengchun

（Department of Trauma Orthopaedics，Shanghai East Hospital，Tongji University School of Medicine，Shanghai 200120，China）

ObjectiveTo investigate the in vitro effect of melatonin at various concentrations on cell proliferation in human MG?63 osteosarcoma cells，so as to provide an experimental basis for the better application of melatonin in the treatment of diseases in Department of orthopedics.Meth?odsMelatonin at 1 nmol/L?10 mmol/L concentrations was exogenously added to in vitro cultured MG?63 cells，and the CCK?8 method was used to analyze the effect of melatonin at various concentrations on cell proliferation and flow cytometry with PI staining was used to detect their effect on cell cycle distribution.ResultsCCK?8 analysis indicated that melatonin at 4?10 mmol/L significantly inhibited the proliferation of MG?63 cells in a time?and dose?dependent manner，and melatonin at 1 nmol/L?2 mmol/L has no significant action on the proliferation of MG?63 cells.Flow cytom?etry assay showed that melatonin at 4?10 mmol/L significantly increased the proportion of G0/G1phase of the cell cycle while simultaneously re?duced the proportion of the G2/M and S phases；however，melatonin at 1 nmol/L?2 mmol/L has no significant effect on MG?63 cell cycle distribution regardless after MG?63 cell cycle synchronization or non?synchronization.ConclusionMelatonin can inhibit the proliferation of MG?63 cells in a time?dependent and dose?dependent manner，which is related to the change of cell cycle and the G0/G1phase arrest of cell cycle.

melatonin；osteosarcoma；proliferation；cell cycle

R816.8

A

0258-4646（2016）11-1017-05

10.12007/j.issn.0258?4646.2016.11.014

上海市浦東新區衛生系統優秀青年醫學人才培養（PWRq2013?15）；上海市衛生局面上項目（20134212）；同濟大學青年優秀人才培養行動計劃（1507219028）

劉立峰（1978-），男，講師，博士.

李增春，E-mail：drlizc@163.com

2016-04-27

網絡出版時間：