香附超臨界CO2提取物體外抗肝癌作用

宋必衛，章方珺，劉潔瓊，楊軼安，付再林

(浙江工業大學 藥學院，浙江 杭州 310014)

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香附超臨界CO2提取物體外抗肝癌作用

宋必衛，章方珺，劉潔瓊，楊軼安，付再林

(浙江工業大學 藥學院，浙江 杭州 310014)

為研究香附超臨界CO2萃取物(XF)的體外抗肝癌活性，采用MTT比色法研究XF對人肝癌細胞HepG2、人正常肝細胞LO2的殺傷作用及其量-效和時-效關系；采用Annexin V-EGFP/PI雙染、Rh123染色測定線粒體膜電位(Δψ)分析細胞凋亡及其機制.結果表明：XF對HepG2細胞具有強力殺傷作用，且呈明顯的量-效和時-效關系.相比對腫瘤細胞和正常細胞均有較大毒性的陽性藥順鉑(cis-Dichlorodiamineplatinum，DDP)，XF對LO2細胞毒性較小，相對安全.Annexin V-EGFP/PI雙染結果顯示XF誘導細胞凋亡.Rh 123熒光染色檢測表明XF引起Δψ崩潰.表明XF具有良好的體外抗肝腫瘤作用，其機制是破壞線粒體導致內源性凋亡，值得開發成安全有效的抗肝腫瘤藥.

超臨界CO2萃取；香附；抗腫瘤；HepG2細胞

腫瘤嚴重威脅人類健康，抗腫瘤藥物的研究與開發具有非常重大的意義.傳統的化療藥物毒副作用大，易產生耐藥性.從中草藥中發現、篩選抗癌藥已成為目前國內外研究的熱點.

香附為莎草科植物莎草Cyperus rotundus L.的干燥根莖.有疏肝解郁，理氣寬中，調經止痛功效.其藥理作用廣泛，具有抗炎鎮痛[1]、抗抑郁[2]、降血糖[3]和抑制血小板聚集[4]等多種作用.文獻報道香附醇提物有抗癌作用[5]，但未進行深入研究.本實驗采用超臨界CO2萃取技術對香附的有效成分進行提取，研究其對肝癌細胞HepG2的抗瘤活性和作用機制.

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 細胞株

人肝癌細胞HepG2購自南京凱基生物科技有限公司；正常人肝細胞LO2購自上海中科院細胞所.

1.1.2 試 劑

香附購自杭州中藥飲片廠；DMEM高糖培養液、RPMI.1640培養液、0.25%胰蛋白酶和PBS購自吉諾生物醫藥技術有限公司；MTT(噻唑蘭)、DMSO和Rhodamine123：SIGMA公司；澳洲胎牛血清(Fetal Bovine Serum，FBS)購自CLARK Bioscience公司；注射用順鉑(凍干型)購自齊魯制藥有限公司，批號H20023461；Annexin V-EGFP細胞凋亡檢測試劑盒購自南京凱基生物技術有限公司.

1.1.3 儀 器

HA221-50-03型超臨界萃取裝置(南通華安超臨界萃取有限公司)、生物安全柜(Nuaire，NU-425-400S)、CO2培養箱(Thermo electron corporation，NU-5510E)、倒置光學顯微鏡(Nikon eclipse，TS100-FDH1)、多功能酶標儀(BioTek，synergy HI)和離心機(Heraeus，LDZ5-2).

1.2方 法

1.2.1 超臨界CO2流體萃取香附揮發油(以下簡稱XF)

將香附粉碎成粗粉，稱取粉末1 000 g裝入萃取釜Ⅰ(2 L)中萃取[6-7]：溫度55 ℃，壓強20 MPa，時間4 h.計算萃取率為

萃取率=(XF質量/原料質量)×100%

1.2.2 MTT法檢測細胞活力

抑制率=(1-實驗組吸光度/陰性對照組吸光度)×100%

1.2.3 Annexin V-EGFP/PI雙染法檢測細胞凋亡

取對數生長期的HepG2細胞[12-14]以1×104個/孔接種于24孔板，培養24 h，再分為4個組：正常對照組不做任何處理；XF組(據預實驗，終質量濃度為100 μg/mL)分別在加藥3，6，12 h后，小心吸棄培養液并用冷PBS清洗3 次，每孔加入500 μL Binding Buffer + 5 μL Annexin-V-EGFP+5 μL PI，室溫下避光反應10 min，熒光顯微鏡觀察、拍照.

1.2.4 細胞線粒體膜電位(Δψ)的檢測

Rhodamine 123(Rh123)為膜電位敏感親脂性陽離子熒光染料，能選擇性地在活細胞線粒體內聚集，發出黃綠色熒光，其強度間接反映Δψ水平[11-12].取對數生長期HepG2細胞以5.0×103個/孔種于96孔板中，分為正常對照組、不同質量濃度XF組，每組6 個復孔.培養24 h后，棄去上清液，PBS清洗3 次，加入含10 mg/L Rh 123的無酚紅DMEM培養液，37 ℃孵育30 min，移棄培養液，PBS清洗多次至背景較淺，加入適量無酚紅DMEM培養液，熒光顯微鏡觀察.多功能酶標儀檢測熒光值，其中激發波長為488 nm，發射波長為530 nm.

1.2.5 統計學處理

各組實驗數據均采用GraphPad Prism軟件進行處理，數據用Mean±SD表示，采用One-way ANOVA檢測均數差異顯著性，以P<0.05為差異有顯著性意義[10].

2 結 果

2.1 XF超臨界CO2流體萃取

萃取得棕黃色XF為

萃取率=(10.45 g/1 000 g)×100%=1.045%

2.2 XF對細胞殺傷作用

2.2.1 一般形態學觀察

如圖1所示，正常對照組生長正常，細胞數量隨時間延長增加.XF作用于HepG2細胞，隨著時間延長和質量濃度增加，細胞數量減少，細胞皺縮變小變圓，出現凋亡特征性膜泡，部分細胞脫落懸浮，最終死亡、破碎.

圖1 光鏡觀察不同質量濃度的XF作用24 h對HepG2形態的變化(100倍)Fig.1 Effects of different concentrations of XF on morphological changes of HepG2 cells after 24h observed by light microscope

2.2.2 XF對HepG2細胞殺傷作用的時效和量效關系

分析表1數據可知：XF在12.5～200 μg/mL范圍內，均極顯著降低HepG2細胞活力，且隨時間延長和質量濃度增加，作用增強，呈明顯的質量濃度依賴性和時間依賴性.短時間(24 h)、高質量濃度(200 μg/mL)即達峰效應(99.9%)，而DDP(4 μg/mL，短時用藥作用僅達26.6%，連續使用72 h，抑制率為82.3%，遠不及XF的效果(P<0.001)，而此時DDP對LO2細胞抑制高達97.9%(表2)，如此毒性是臨床難以接受的.連續用藥72 h，100 μg/mL的XF作用與高質量濃度DDP(4 μg/mL)相當，但對LO2抑制率僅20.2%，臨床可以接受.本實驗證明，XF對正常細胞毒性比DDP小，抗癌效果明顯高于DDP.

表1 XF對HepG2細胞的殺傷作用的時-量-效關系(Mean±SD，n=6)

注: 1) 與正常對照組相比較，P<0.001；2) 與DDP同時間比較，P<0.001.

表2 XF作用24，48，72 h對LO2細胞的抑制率 (Mean±SD，n=6)

Table 2 Inhibition rate of XF against LO2 cells after 24, 48 and 72 h exposure(Mean±SD，n=6)

時間/hDDP/%4μg/mLXF/%100μg/mL140μg/mL200μg/mL2420．1±3．61)18．9±1．11)28．8±2．21)55．5±1．72)4853．7±1．31)8．1±2．72)30．6±4．52)94．7±2．42)7297．9±0．11)20．2±3．92)50．1±2．22)99．6±0．21)

注: 1) 與正常對照組相比較，P<0.001；2) 與DDP同時間比較，P<0.001.

2.2.3 XF對正常人肝細胞的毒性

如表2所示，XF與DDP對LO2細胞均有很強殺傷作用.但XF對LO2殺傷的質量濃度高于對肝癌細胞.考慮到：1) 抗癌治療現狀；2) 臨床上肝細胞死亡50%以上時才有明顯表現；3) 肝細胞再生能力強.XF在肝內質量濃度達到100～140 μg/mL(作用72 h，抑制率為20.2%～50.1%)，是可接受的選擇.XF高質量濃度(200 μg/mL)作用24 h，正常肝細胞抑制55.5%，提示短期沖擊療法，值得進一步研究.

2.2.4 XF殺傷HepG2細胞和LO2細胞的IC50

XF，DDP對HepG2細胞和LO2的IC50見表3.XF對LO2有一定的毒性，但所需的劑量更大.比較XF對兩種細胞的IC50值，24 h時對LO2是對HepG2的2.1 倍；72 h時對LO2是對HepG2的3.1 倍，說明XF對HepG2有較好選擇性.在較低

質量濃度時，對正常細胞相對安全.而陽性對照藥DDP對HepG2選擇性很小(該比值24 h接近1，72 h為1.4)，安全性遠差于XF.上述結果還表明：XF作用24 h即可極大殺傷癌細胞(99.9%)，對正常細胞的毒性相對小(55.5%)，提示XF可實施短期沖擊治療；而DDP需要作用72 h，此時對正常細胞毒性極大.

表3 XF和DDP對HepG2和LO2細胞的IC50

Table 3IC50of XF and DDP against HepG2 and LO2 cells

時間/hDDP/(μg·mL-1)HepG2LO2XF/(μg·mL-1)HepG2LO22411．1813．982．14170．8482．662．7960．94152．0721．151．6343．44133．2

2.3 XF誘導HepG2細胞凋亡

如圖2(原圖為彩色，經灰度轉變為圖2，外圈暗灰色為原圖的細胞膜綠染，中間亮灰色為原圖的細胞核紅染)所示，正常對照組的細胞中有極少量暗灰色(極少量細胞膜綠染)；XF作用3 h后有少量暗灰色(少量細胞膜綠染)，顯示細胞凋亡早期的特征；6 h后部分細胞已呈外圈暗灰，中間亮灰色(部分細胞雙染)，細胞固縮但保持形態完整，提示部分細胞處于凋亡中晚期；12 h后細胞內的亮灰色更亮，提示大多細胞都進入了凋亡中晚期.本結果證明：1) 誘導細胞凋亡是XF抗癌的主要作用機制；2) 作用迅速.

圖2 Annexin V-EGFP/PI雙重熒光染色(HepG2細胞，200 倍)Fig.2 Fluorescence images of Annexin V-EGFP/PI double staining(HepG2 cells)

2.4 XF致HepG2細胞線粒體膜電位(Δψ)崩潰

圖3(原圖為綠色熒光圖，經灰度轉變為圖3)表示XF作用HepG2細胞24 h后Δψ崩潰，且隨著質量濃度的升高而加劇，呈一定的劑量依賴性.本結果表明：損傷線粒體、激活內源性凋亡通路而導致HepG2細胞凋亡是XF抗癌的主要作用機制.圖3(e)中：與正常對照組相比較，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001.

圖3 XF致HepG2細胞線粒體Δψ崩潰(Rh 123標記法)Fig.3 Inhibitory effect of XF on Δψ dissipation of HepG2 cells (labeled with Rh123 and detected by fluorescence microscope)

3 結 論

多數抗腫瘤藥物在殺死癌細胞的同時也對正常細胞產生嚴重毒性.篩選腫瘤藥物時，要求能選擇性毒殺腫瘤細胞而對正常細胞毒性小.本實驗采用超臨界CO2萃取技術對分離提取XF.預實驗表明：XF比醇提物抗癌活性更高，為更好地發揮XF抗癌作用提供了工藝路線.實驗發現XF對HepG2細胞具有選擇性殺傷作用，且隨藥物質量濃度和作用時間的增加而增強，呈現明顯的量-效和時-效關系.而臨床廣泛使用、療效確切的DDP對癌瘤細胞的選擇性差，故認為XF比順鉑更安全.Annexin V-EGFP/PI雙染及膜電位(Δψ)檢測結果證明XF損傷線粒體而誘導細胞凋亡是其抗癌作用主要機制.以上結果表明：XF具有高效體外抗腫瘤作用，相對安全，值得進一步研究開發成有自主知識產權的抗腫瘤新藥.

致謝：本文中超臨界CO2萃取部分工作得到藥學院錢俊青教授和郭輝副教授無私幫助和精心指導，謹致感謝！

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(責任編輯：陳石平)

Study on the anti hepatoma activity of cyperus rotundus by supercritical CO2fluid extraction in vitro

SONG Biwei, ZHANG Fangjun, LIU Jieqiong, YANG Yian, FU Zailin

(College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

This study was performed to investigate anti hepatoma activity of the effective component of rhizoma cyperi with the technique of supercritical CO2fluid extraction (XF) in vitro. The cytotoxicity of XF both on human hepatoma cells HepG2 and on normal human hepatocytes LO2 were evaluated by MTT assay. Annexin V-EGFP/PI double staining and Rhodamine123 (Rh123) staining were tested in the preliminary study of its mechanism. Results: XF showed a significant dose dependent and time dependent cytotoxicity to the tumor cells. Compared to the positive control drug cisplatin (DDP), which has a great toxicity on both tumor and normal cells, XF is less toxic to LO2 cells. Annexin V-EGFP/PI double staining showed that XF could strongly induce apoptosis. Rh123 method indicated that XF caused the loss of mitochondrial membrane potential. In Conclusion: XF has a remarkable anti hepatoma effect in vitro and is expected to be developed into an effective anti hepatoma drug.

supercritical CO2extraction; rhizoma cyperi; anti-tumor; HepG2 cell

2016-03-23

宋必衛(1956—)，男，安徽岳西人，教授，研究方向為神經分子藥理學，E-mail: bwsong@zjut.edu.cn.

R965

A

1006-4303(2016)06-0645-04