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脫氧紫色桿菌素抑制結(jié)腸癌TH29細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)凋亡作用與機(jī)制

2017-06-09 08:58:46張海燕王少康邢新會(huì)孫桂菊
關(guān)鍵詞:結(jié)腸癌

張海燕,孫 勇,夏 惠,王 鋒,王少康,邢新會(huì),孫桂菊*,彭 景

(1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000;2.東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生系,教育部環(huán)境醫(yī)學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210009;3.清華大學(xué)化學(xué)工程系,工業(yè)生物催化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084;4.中國(guó)肉類食品綜合研究中心,北京 100068)

研究報(bào)告

脫氧紫色桿菌素抑制結(jié)腸癌TH29細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)凋亡作用與機(jī)制

張海燕1,2,孫 勇3,4,夏 惠2,王 鋒2,王少康2,邢新會(huì)3,孫桂菊2*,彭 景1*

(1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000;2.東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生系,教育部環(huán)境醫(yī)學(xué)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210009;3.清華大學(xué)化學(xué)工程系,工業(yè)生物催化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084;4.中國(guó)肉類食品綜合研究中心,北京 100068)

目的 探討脫氧紫色桿菌素(Deoxyviolacein)對(duì)人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞增殖抑制和誘導(dǎo)凋亡及其可能機(jī)制。方法 用不同濃度的脫氧紫色桿菌素處理HT29細(xì)胞,采用四甲基偶氮唑藍(lán)(MTT)比色法,檢測(cè)脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞的抑制率;流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期和凋亡;Western Blot法檢測(cè)凋亡相關(guān)蛋白Bax、Bcl-2和Caspase9表達(dá)的變化。結(jié)果 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞有明顯的增殖抑制作用;可提高G0/G1期細(xì)胞比例,降低S期細(xì)胞比例;細(xì)胞凋亡率升高,Bax和Caspase9蛋白表達(dá)升高,Bcl-2蛋白的表達(dá)降低。結(jié)論 脫氧紫色桿菌素抑制結(jié)腸癌HT29細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)凋亡,其凋亡機(jī)制可能作用于線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性通路。

脫氧紫色桿菌素;HT29細(xì)胞;凋亡

結(jié)直腸癌是最常見的惡性腫瘤之一,近年來發(fā)病率和死亡率總體呈上升趨勢(shì)[1],位列全球女性和男性常見惡性腫瘤的第二位和第三位[2]。目前,針對(duì)結(jié)腸癌的主要治療手段為手術(shù)切除,輔以放化療及生物治療等,但治療效果通常不理想,輔助治療產(chǎn)生的副作用大,預(yù)后較差[3]。脫氧紫色桿菌素作為一種藍(lán)紫色的微生物代謝產(chǎn)物,兼具抗腫瘤[4]、抗革蘭氏陽性菌[5]和抗植物致病菌[6]等活性,屬于低基因毒性物質(zhì)[7],在醫(yī)藥行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。已有文獻(xiàn)報(bào)道,紫色桿菌素和脫氧紫色桿菌素的混合物可以抑制人腫瘤細(xì)胞增殖[8, 9],但對(duì)于脫氧紫色桿菌素單獨(dú)作用腫瘤細(xì)胞的研究很少,其抗腫瘤作用機(jī)制尚不明確。本實(shí)驗(yàn)旨在研究脫氧紫色桿菌素對(duì)人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的抑制增殖與凋亡誘導(dǎo)作用,并進(jìn)一步探索脫氧紫色桿菌素影響HT29細(xì)胞凋亡的可能分子機(jī)制。脫氧紫色桿菌素結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 脫氧紫色桿菌素的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of deoxyviolacein

1 材料和方法

1.1 主要試劑和儀器

Centrifude 5424R小型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(德國(guó)Eppendorf公司);TDL-4臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);IX51倒置顯微鏡(日本OLYMPUS公司);RT-6000酶標(biāo)分析儀(美國(guó)雷杜公司);FACSCantoⅡ流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD (Becton, Dickinson)公司);電泳儀、電泳槽、水平搖床(北京六一廠);旋渦混勻器(江蘇海門其林貝爾公司);半干轉(zhuǎn)膜儀(美國(guó)Bio-rad公司);Image Master VDS凝膠自動(dòng)成像儀(瑞典Pharmacia公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)

結(jié)腸癌HT29細(xì)胞復(fù)蘇后于37 ℃、5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中,用含10%胎牛血清的McCoy’s 5A培養(yǎng)基(含100 U/mL青霉素、100 U/mL鏈霉素)培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)分組:對(duì)照組:用McCoy’s 5A培養(yǎng)基常規(guī)培養(yǎng)細(xì)胞;實(shí)驗(yàn)組:分別用含脫氧紫色桿菌素濃度為1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、38.4 μmol/L的McCoy’s 5A培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞。

1.2.2 細(xì)胞增殖抑制率檢測(cè)

采用MTT比色法。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HT29細(xì)胞,以2×104/L濃度接種于96孔板,每孔接種150 μL,不同組別均設(shè)不加細(xì)胞、只加培養(yǎng)液的調(diào)零孔,培養(yǎng)24 h后吸棄上清,按照不同組別處理加入培養(yǎng)基,每孔150 μL,以培養(yǎng)12、24、36、48 h為檢測(cè)點(diǎn),每孔加入MTT溶液20 μL繼續(xù)培養(yǎng)4 h后吸棄上清,加DMSO溶液150 μL,振蕩10 min。以對(duì)應(yīng)的調(diào)零孔數(shù)值調(diào)零,在酶標(biāo)儀上讀取每孔490 nm處的OD值,根據(jù)以下公式計(jì)算細(xì)胞增殖抑制率。

Progress and application of sub-step in vitro testing methods for skin whitening materials 1 1

增殖抑制率=(1-OD實(shí)驗(yàn)/OD對(duì)照)×100%

1.2.3 細(xì)胞周期和凋亡檢測(cè)

采用流式細(xì)胞術(shù)。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期HT29細(xì)胞,以1×105/L濃度接種于6孔板,每孔接種2 mL,培養(yǎng)24 h后吸棄上清,加入脫氧紫色桿菌素濃度為0、2.4、9.6、38.4 μmol/L的培養(yǎng)基,培養(yǎng)48 h,收集細(xì)胞,按照試劑盒操作、染色,流式細(xì)胞儀檢測(cè)。

1.2.4 凋亡蛋白檢測(cè)

采用蛋白免疫印跡(Western-Blot)法。細(xì)胞培養(yǎng)處理同1.2.3,每孔加200 μL RIPA裂解液,提取蛋白,行SDS-PAGE凝膠電泳,轉(zhuǎn)膜,室溫下用含5%脫脂奶粉的TBS封閉2 h。加一抗4 ℃搖床孵育過夜,次日用TBS洗3次,每次10 min,加辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔IgG抗體,室溫孵育1 h,TBS洗膜3次,每次10 min,ECL顯色,凝膠成像系統(tǒng)檢測(cè)雜交信號(hào),以條帶灰度值比間接代表各蛋白表達(dá)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖2 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞增殖的抑制率Fig.2 Inhibition rate of deoxyviolacein on proliferation of HT29 cells

2 結(jié)果

2.1 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞的增殖抑制作用

脫氧紫色桿菌素對(duì)結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的增殖抑制作用與濃度及作用時(shí)間呈相關(guān)性,隨著脫氧紫色桿菌素濃度的增加、作用時(shí)間的延長(zhǎng),脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用增強(qiáng)(圖2)。當(dāng)濃度為9.6 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞24 h后,抑制率可達(dá)26.0%,在作用時(shí)間不變的情況下,抑制率不再隨藥物濃度的增加而升高;濃度為38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞48 h后,抑制率可高達(dá)到56.3%(圖2)。以上結(jié)果表明,脫氧紫色桿菌素在體外具有較好的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的效果。

2.2 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞周期的影響

流式細(xì)胞儀結(jié)果顯示,隨著脫氧紫色桿菌素濃度的增加,處于G0/G1期的細(xì)胞比例增加,處于S期細(xì)胞的比例減少。與對(duì)照組相比,2.4 μmol/L和38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞48 h后,G0/G1期細(xì)胞比例顯著性增加(P< 0.05);2.4~38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用48 h后,可使處于S期的HT29細(xì)胞比例顯著降低(P< 0.05)(圖3)。以上結(jié)果說明,脫氧紫色桿菌素可使結(jié)腸癌HT29細(xì)胞發(fā)生G0/G1期阻滯,使DNA復(fù)制受阻,從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

2.3 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞凋亡率的影響

通過Annexin V/PI雙染色檢測(cè)HT29細(xì)胞的凋亡程度,結(jié)果見圖4。與對(duì)照組相比,脫氧紫色桿菌素可顯著增加HT29細(xì)胞的凋亡率(P< 0.05),且呈明顯的劑量相關(guān)性;濃度為38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用48 h后,HT29細(xì)胞的凋亡率高達(dá)34.7%。以上結(jié)果表明,脫氧紫色桿菌素可以增加HT29細(xì)胞凋亡比例,誘導(dǎo)HT29細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。

注:與對(duì)照組相比,*P < 0.05。圖3 脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞48h后對(duì)周期的影響Note. Compared with the control group,*P < 0.05.Fig.3 Effect of deoxyviolacein on cell cycle of HT29 cells

注:與對(duì)照組相比,*P < 0.05。圖4 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞的凋亡的影響Note. Compared with the control group,*P < 0.05.Fig.4 Effect of deoxyviolacein on apoptosis of HT29 cells

2.4 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響

經(jīng)Western-Blot對(duì)HT29細(xì)胞內(nèi)相關(guān)凋亡蛋白的表達(dá)水平分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著脫氧紫色桿菌素濃度的增加,Bax和Caspase9蛋白表達(dá)升高,Bcl-2蛋白表達(dá)降低。與對(duì)照組相比,濃度為38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素可明顯增加凋亡蛋白Bax和Caspase9的表達(dá)水平(P< 0.05);濃度為9.6 μmol/L和38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素可顯著降低Bcl-2蛋白的表達(dá)水平(P< 0.05),詳見表1。從上述結(jié)果可知,脫氧紫色桿菌素可以上調(diào)促凋亡蛋白Caspase9和Bax的表達(dá),下調(diào)細(xì)胞存活促進(jìn)因子Bcl-2的表達(dá),從而促進(jìn)HT29細(xì)胞的凋亡。

表1 脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞蛋白表達(dá)的影響

注:與對(duì)照組相比,*P< 0.05。

Note. Compared with the control group,*P< 0.05.

圖5 不同濃度脫氧紫色桿菌素Caspase9、Bax、Bcl-2蛋白表達(dá)的影響Fig.5 Effect of deoxyviolacein on expression of Caspase9, Bax and Bcl-2 in different concentration

3 討論

結(jié)直腸癌是由環(huán)境、飲食以及生活方式與遺傳因素等協(xié)同作用的結(jié)果[10-12],近年來,隨著膳食結(jié)構(gòu)和生活飲食習(xí)慣的改變,我國(guó)結(jié)腸癌的發(fā)病率也不斷上升。5-氟尿嘧啶(5-Fu)作為第一個(gè)用于治療結(jié)直腸癌的化療藥物,可降低術(shù)后結(jié)腸癌復(fù)發(fā)率,已被應(yīng)用于結(jié)直腸癌化療領(lǐng)域20余年[13-15]。已有文獻(xiàn)報(bào)道顯示,192 μmol/L的5-Fu作用于HT29細(xì)胞24 h和48 h后,抑制率分別可達(dá)14.49%和27.79%[16];而本研究通過MTT實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),濃度僅為9.6 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞24 h和48 h后,就可以使HT29細(xì)胞的增殖抑制率分別高達(dá)26.0%和48.0%,顯然脫氧紫色桿菌素對(duì)結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的增殖抑制效果要明顯高于常規(guī)化療藥物5-Fu。

細(xì)胞無限增殖及凋亡受阻是腫瘤發(fā)病的癥結(jié)所在。細(xì)胞增殖源于細(xì)胞周期的有序進(jìn)行,受G1/S、G2/M兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)控;細(xì)胞凋亡是由基因控制的細(xì)胞自主有序的主動(dòng)死亡,腫瘤細(xì)胞減弱或失去了凋亡能力。干擾細(xì)胞周期的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生已經(jīng)成為抗癌藥物作用的新靶點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)以不同濃度的脫氧紫色桿菌素處理結(jié)腸癌HT29細(xì)胞,結(jié)果顯示脫氧紫色桿菌素可將HT29細(xì)胞阻滯在G0/G1期,使DNA合成受阻,不能進(jìn)行有絲分裂,抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的無限增殖。濃度在2.4~38.4 μmol/L的脫氧紫色桿菌素作用HT29細(xì)胞48 h后,可使早凋及中晚期凋亡的細(xì)胞比例均明顯增加,且凋亡比例隨濃度的升高而增加。由此可見,脫氧紫色桿菌素在體外對(duì)結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用,可能是通過阻滯細(xì)胞周期、誘發(fā)細(xì)胞凋亡來實(shí)驗(yàn)的。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡主要有內(nèi)部線粒體介導(dǎo)和外部死亡受體介導(dǎo)兩種途徑[17, 18]。為了進(jìn)一步探索脫氧紫色桿菌素對(duì)HT29細(xì)胞的凋亡機(jī)制,選用Western-Blot法檢測(cè)內(nèi)部線粒體途徑相關(guān)蛋白Caspase9、Bax和Bcl-2。Caspase9屬于半胱氨酸蛋白酶家族,是細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)因子。Bax和Bcl-2屬于Bcl-2家族,通過調(diào)節(jié)線粒體通透性以及細(xì)胞色素C釋放介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。其中,Bcl-2是最主要的抗凋亡蛋白,可以穩(wěn)定線粒體膜功能,阻止線粒體釋放細(xì)胞色素C等[19];Bax是最早發(fā)現(xiàn)的促凋亡家族成員,主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,受到凋亡刺激后轉(zhuǎn)位到線粒體,引起細(xì)胞色素C的釋放。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示隨著脫氧紫色桿菌素濃度升高,Caspase9和Bax蛋白表達(dá)隨之升高,而Bcl-2的蛋白表達(dá)隨之下降,認(rèn)為脫氧紫色桿菌素可通過內(nèi)部線粒體途徑誘導(dǎo)HT29細(xì)胞凋亡。

當(dāng)前,結(jié)腸癌治療面臨轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)和對(duì)放化療產(chǎn)生抗性等主要問題[20],進(jìn)一步明確結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,通過誘導(dǎo)癌變細(xì)胞凋亡是癌癥治療需要研究的熱點(diǎn)問題。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果印證,脫氧紫色桿菌素可抑制結(jié)腸癌HT29細(xì)胞,并干擾細(xì)胞周期,誘發(fā)細(xì)胞凋亡,上調(diào)Caspase9和Bax蛋白表達(dá)、下調(diào)Bcl-2蛋白表達(dá)可能是其作用機(jī)制之一。接下來,我們將進(jìn)一步觀察脫氧紫色桿菌素對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞其他凋亡通路的影響,為脫氧紫色桿菌素的未來臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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Effect of deoxyviolacein on inhibiting proliferation and inducing apoptosis of colon cancer HT29 cells

ZHANG Hai-yan1,2,SUN Yong3,4,XIA Hui2,WANG Feng2,WANG Shao-kang2,XING Xin-hui3,SUN Gui-ju2*,PENG Jing1*

(1.College of Food Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225001,China; 2.Key Laboratory of Environmental Medicine and Engineering, Ministry of Education, Department of Nutrition and Food Hygiene, School of Public Health, Southeast University, Nanjing 210009; 3.Key Laboratory of Industrial Biocatalysis, Ministry of Education, Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084,China; 4.China Meat Research Center, Beijing 100068)

Objective To evaluate the effect of deoxyviolacein on the apoptosis in HT29 cells and its possible mechanisms of anticancer effects. MethodsInvitro,human colon cancer HT29 cells were treated by deoxyviolacein in a series of concertrations.The absorbance value was detected by means of MTT assay and growth inhibition rate was calculate.Cell cycle and apoptosis was assessed by flow cytometry.The expression of Bax,Bcl-2 and Caspase9 were analyzed by Western blotting.Results Deoxyviolacein could inhibit the growth of human colon cancer HT29 cells.The cells at period G0/G1and the apoptosis rates were significantly increased,and the cells at period S were significantly decreased.The expression of Bax,Caspase9 were upregulated and Bcl-2 was downregulated by deoxyviolacein at 48 hours.Conclusions Deoxyviolacein could inhibit the growth and induce apoptpsis of human colon cancer HT29 cells.The mechanism may be associated with up-regulation of Bax and Caspase9 and down-regulation of Bcl-2 expression.

Deoxyviolacein; HT29 cells; Apoptpsis

張海燕(1991-),女,碩士研究生,研究方向:營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)。E-mail: zhyrita369@163.com

孫桂菊(1963-),女,博士生導(dǎo)師,研究方向:植物化學(xué)物與食品功效。E-mail: gjsun@seu.edu.cn; 彭景(1962-),女,副教授,研究方向:烹飪營(yíng)養(yǎng)學(xué)。E-mail: yzupj@163.com

R-33

A

1671-7856(2017) 05-0089-05

10.3969.j.issn.1671-7856. 2017.05.019

2017-01-18

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探究完整結(jié)腸系膜切除在結(jié)腸癌手術(shù)治療中的應(yīng)用
結(jié)腸癌切除術(shù)術(shù)后護(hù)理
腹腔鏡下結(jié)腸癌根治術(shù)與開腹手術(shù)治療結(jié)腸癌的效果對(duì)比
BAG4過表達(dá)重組質(zhì)粒構(gòu)建及轉(zhuǎn)染結(jié)腸癌SW480細(xì)胞的鑒定
中西醫(yī)結(jié)合治療晚期結(jié)腸癌78例臨床觀察
結(jié)腸癌合并腸梗阻41例外科治療分析
七葉皂苷鈉與化療藥聯(lián)合對(duì)HT-29 結(jié)腸癌細(xì)胞系的作用
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