HO-3867對胃癌細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲的影響及機制

曹亮，周艷，劉寒旸，耿翔，魏憶，陳帥，湯黎明

(南京醫科大學附屬常州二院，江蘇常州213003)

胃癌是常見的惡性腫瘤之一，病死率在各種惡性腫瘤中排第三位[1]，嚴重威脅人類生命健康。胃癌的發生、發展及轉歸是個復雜、多基因、多因素參與的過程，其發病機制尚未完全明確，越來越多的學者關注胃癌的治療和預后。干預胃癌的增殖、侵襲、轉移和促進其凋亡是胃癌治療的突破點。HO-3867是一種新型合成的二芳基烯基哌啶酮(DAP)化合物，是一種姜黃素類似物，也是信號轉導與轉錄活化因子3(STAT3)選擇性抑制劑。研究表明，HO-3867對多種腫瘤細胞具有抑制增殖、遷移、侵襲和促進凋亡的作用，如卵巢癌[2]、子宮內膜癌[3]、胰腺癌[4]等，具有良好的抗腫瘤特性。然而，目前尚未有HO-3867對人胃癌細胞增殖、遷移和侵襲作用的報道。2017年12月～2018年8月，我們通過體外培養胃癌細胞株MGC-803，觀察HO-3867對MGC-803細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲的影響，并探討其作用機制，旨在為胃癌的治療提供更多的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 胃癌細胞株MGC-803購自上海中國科學院細胞庫。1640培養基、胎牛血清(FBS)購自GIBCO公司；HO-3867購自MCE公司；細胞計數試劑盒 8(CCK-8)購自日本Dojndo公司；Transwell小室購自BD公司；抗第10號染色體同源缺失性磷酸酶-張力蛋白(PTEN)、p-PTEN、B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)抗體購自Cell Signaling Technology公司；抗GAPDH、基質金屬蛋白酶2(MMP-2)、MMP-9、B淋巴細胞瘤-2相關蛋白(Bax)抗體購自Abcam公司；辣根過氧化酶標記的山羊抗兔IgG二抗、BCA蛋白濃度測定試劑盒、RIPA裂解液、PMSF、SDS-PAGE凝膠配制試劑盒購自上海碧云天生物技術研究所。

1.2 細胞培養 胃癌細胞株MGC-803在含10%FBS、1%青霉素(1×105U/L)和氯霉素(100 mg/L)的1640培養基中培養，至對數生長期，接種于10 cm培養皿中培養，置于37 ℃、5% CO2培養箱，孵育細胞，每天換一次培養基液，每兩天按3∶1傳代。

1.3 HO-3867劑量的確定 取對數生長期的細胞，以5×103/孔接種至96孔板，每組設置5個復孔，分別以1、2、4、6、8 μmol/L的HO-3867處理細胞，同時設置陰性對照孔(以等量血清培養基培養)，培養24 h后每孔中加入10 μL CCK-8試劑，孵育1 h，用酶標儀檢測細胞增殖能力。發現HO-3867濃度為1 μmol/L時，對細胞增殖沒有明顯影響；HO-3867濃度為8 μmol/L時，則引起細胞死亡；濃度為2、4、6 μmol/L時，細胞存活并出現不同的抑制增殖反應。因此選用2、4、6 μmol/L濃度進行后續實驗。

1.4 分組方法 將細胞分為HO-3867低劑量組、HO-3867中劑量組、HO-3867高劑量組以及未給藥的空白對照組，根據檢測方法設立相應的細胞濃度。

1.5 檢測指標

1.5.1 細胞增殖能力 采用細胞增殖實驗。將對數生長期的各組細胞，以5×103/孔接種至96孔板，每組設置5個復孔。HO-3867低、中、高劑量組分別以2、4、6 μmol/L的HO-3867處理細胞，空白對照組以等量血清培養基培養，培養24 h 后每孔中加入CCK-8試劑10 μL，孵育1 h，用酶標儀檢測細胞活力值。實驗重復3次。

1.5.2 細胞克隆形成能力 采用細胞克隆形成實驗。HO-3867低、中、高劑量組分別以2、4、6 μmol/L的HO-3867處理細胞24 h，空白對照組以等量血清培養基培養。用胰酶消化后進行計數，每個培養皿種入200個細胞，置于37 ℃、5% CO2培養箱中，培養2周后，PBS清洗2次，甲醛固定，GIMSA染色后顯微鏡下拍照，觀察細胞克隆形成數。實驗重復3次。

1.5.3 細胞遷移能力 采用細胞遷移實驗。將對數生長期的各組細胞，以2×105/孔接種至6孔板，HO-3867低、中、高劑量組分別以2、4、6 μmol/L的HO-3867處理細胞，空白對照組以等量血清培養基培養。處理24 h后消化收集細胞，以5 000個/孔接種至Transwell小室內，小室上側為無血清培養液，下側為含20%FBS的培養液，48 h后用0.1%結晶紫染色，用濕棉簽擦去未發生遷移的細胞，然后顯微鏡下觀察拍照，取5個高倍鏡視野，觀察遷移穿膜細胞數量。重復3次實驗。

1.5.4 細胞侵襲能力 采用細胞侵襲實驗。用冷的無血清1640培養液與MatrigeITM膠以6∶1比例稀釋為凝膠，取100 μL加入Transwell小室中構建細胞體外侵襲模型。將對數生長期的各組細胞以2×105/孔接種至6孔板，HO-3867低、中、高劑量組分別以2、4、6 μmol/L的HO-3867處理細胞，空白對照組以等量血清培養基培養。消化收集各孔細胞，以2×105/孔接種至Transwell小室內，小室上側為無血清培養液，下側為含20%FBS的培養液，48 h后用0.1%結晶紫染色，用濕棉簽擦去未發生侵襲的細胞，顯微鏡下觀察拍照，取5個高倍鏡視野，觀察侵襲穿膜細胞數量。重復3次實驗。

1.5.5 細胞凋亡情況 采用細胞凋亡實驗。將對數生長期的各組細胞，以2×105/孔接種至6孔板，HO-3867低、中、高劑量組分別以2、4、6 μmol/L的HO-3867處理細胞24 h，空白對照組以等量血清培養基培養。消化收集各孔細胞，按照說明書進行AnnexinV及PI雙染色，上機檢測，觀察晚期凋亡(Q2)和早期凋亡(Q3)細胞的總凋亡數所占百分比計算總凋亡率。重復3次實驗。

1.5.6 抑癌基因PTEN蛋白表達 采用Western blotting法檢測抑癌基因PTEN蛋白的表達以及活化狀態的p-PTEN水平。按照蛋白提取步驟提取各組總蛋白，用BCA法測定總蛋白濃度，經SDS-PAGE點用后轉移到NC膜上，5%脫脂奶粉室溫封閉2 h，TBST洗滌后，分別加入1∶1 000抗PTEN、p-PTEN、GAPDH抗體，4 ℃孵育過夜，TBST洗滌后加入1∶5 000辣根過氧化物酶標記的羊抗兔二抗，37 ℃孵育1 h，再用TBST洗滌，化學發光并曝光成像。

1.5.7 細胞遷移、凋亡相關蛋白表達 采用Western blotting法檢測。提取總蛋白后，同上法檢測遷移相關蛋白MMP-9、MMP-2及凋亡相關蛋白Bcl-2、Bax的表達。

2 結果

2.1 各組細胞增殖能力比較 HO-3867低、中、高劑量組細胞活力值均低于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組的細胞活力值低于HO-3867劑量較低組(P均<0.05),見圖1。

注： *為P<0.001。

2.2 各組細胞克隆形成能力變化 空白對照組、HO-3867低劑量組、HO-3867中劑量組、HO-3867高劑量組細胞克隆形成數分別為(137.0±22.6)、(88.3±11.0)、(57±10.8)、(35.3±11.7)個，HO-3867低、中、高劑量組細胞克隆形成數均少于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組的細胞克隆形成數較少(P均<0.05)。見圖2。

注：A為空白對照組；B為HO-3867低劑量組；C為HO-3867中劑量組；D為HO-3867高劑量組。

2.3 各組細胞遷移、侵襲能力比較 HO-3867低、中、高劑量組侵襲、遷移穿膜細胞數均少于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組的侵襲、遷移穿膜細胞數少于HO-3867劑量較低組(P均<0.05)，見表1。

表1 各組細胞遷移和侵襲細胞數比較(個,

注：與空白對照組相比，*P<0.05；與HO-3867低劑量組比較，#P< 0.05；與HO-3867中劑量組比較，&P<0.05。

2.4 各組細胞凋亡情況比較 空白對照組、低劑量組、中劑量組和高劑量組細胞的總凋亡率分別為1.43%±0.33%、4.55%±0.38%、5.64%±0.17%、8.56%±0.92%，HO-3867低、中、高劑量組總凋亡率均高于空白對照組(P均<0.05)，見圖3。

2.5 各組遷移及凋亡相關蛋白表達比較 HO-3867低、中、高劑量組MMP-2、MMP-9、Bcl-2 蛋白表達均低于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組MMP-2、MMP-9蛋白表達低于HO-3867劑量較低組(P均<0.05)。HO-3867低、中、高劑量組Bax蛋白表達均高于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組Bax蛋白表達高于HO-3867劑量較低組(P均<0.05)。見表2。

注：A為空白對照組；B為HO-3867低劑量組；C為HO-3867中劑量組；D為HO-3867高劑量組。

2.6 各組細胞PTEN、p-PTEN蛋白表達比較 HO-3867低、中、高劑量組PTEN、p-PTEN蛋白表達均高于空白對照組(P均<0.05)，且HO-3867劑量較高組PTEN、p-PTEN蛋白表達高于HO-3867劑量較低組(P均<0.05)。見表3。

表2 各組MMP-2、MMP-9、Bcl-2、Bax蛋白表達比較

注：與空白對照組相比，*P<0.05；與低劑量組比較，#P<0.05；與中劑量組比較，&P<0.05。

表3 各組PTEN、p-PTEN蛋白表達比較

注：與空白對照組相比，*P<0.05；與低劑量組比較，#P<0.05；與中劑量組比較，&P<0.05。

3 討論

胃癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一，而且其早期診斷率低、發現時多已發生淋巴及遠處轉移，常常在患者就診時就已經失去了根治性手術的機會，目前尚無對胃癌療效好、不良反應小的治療藥物。HO-3867是二芳基哌啶酮(DAP)化合物，是姜黃素類似物的一種，是通過將哌啶酮連接到β-二酮結構和取代苯基上的氟而得到的。HO-3867的化學設計包括添加兩個特定的基團，一個氮氧基團和一個羥胺基團。這些基團有助于化合物的活化，特別是在癌細胞富含氧化還原的環境中，使其成為還原的氮氧化合物[5]。研究表明，HO-3867能抑制卵巢癌細胞增殖、遷移和侵襲，并選擇性地對癌細胞有毒性作用，誘導癌細胞凋亡[6～8]。Tierne等[3]研究表明，HO-3867可上調P53蛋白表達以及下調Bcl-2、Bcl-xL、Caspase-3、Caspase-7和多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)蛋白表達，誘導子宮內膜癌細胞G2/M阻滯。另外，Hu等[4]研究發現，HO-3867能通過活性氧依賴性內質網應激誘導胰腺癌細胞凋亡。然而，目前尚無HO-3867在胃癌中作用的報道。

增殖、凋亡、侵襲和遷移是惡性腫瘤細胞基本特征，與腫瘤發生和發展密切相關，能否抑制胃癌細胞增殖、侵襲和遷移和誘導其凋亡，是HO-3867抗胃癌的關鍵。因此本研究用HO-3867處理胃癌細胞MGC-803后，觀察其增殖、凋亡、侵襲和遷移功能改變，探討HO-3867是否具有抗胃癌的作用。本研究發現，HO-3867低、中、高劑量組細胞活力值均低于空白對照組，提示用HO-3867處理細胞后，MGC-803細胞增殖能力明顯降低；HO-3867低、中、高劑量組細胞克隆形成數少于空白對照組，提示HO-3867可明顯抑制胃癌細胞克隆形成能力；HO-3867低、中、高劑量組侵襲、遷移穿膜細胞數均少于空白對照組，提示HO-3867可明顯抑制胃癌細胞的侵襲、遷移能力；HO-3867低、中、高劑量組總凋亡率均高于空白對照組，提示HO-3867能明顯促進胃癌細胞凋亡，以上結果表明，HO-3867具有抑制胃癌細胞MGC-803增殖、侵襲和遷移并促進其凋亡的能力。

胃癌的發生發展與腫瘤遷移和侵襲密切相關。基質金屬蛋白酶(MMPs)是蛋白水解酶中的一種，能夠降解細胞外基質，在腫瘤細胞的侵襲和遷移的過程中起著重要作用。MMP-2、MMP-9蛋白是MMPs家族中重要成員，在多種腫瘤中表達上調，參與腫瘤的浸潤和轉移過程[9,10]。本研究發現，HO-3867低、中、高劑量組MMP-2、MMP-9、Bcl-2 蛋白表達均低于空白對照組，表明HO-3867抑制MGC-803細胞的侵襲和遷移能力可能是通過下調MMP-9、MMP-2蛋白表達實現的。

凋亡是細胞自然死亡的過程，在腫瘤細胞的生物學行為中起著重要的作用[11]。因此誘導胃癌凋亡是抗胃癌的重要途經。Bcl-2和Bax是經典的抑制凋亡和促進凋亡基因，兩者構成比是凋亡調控的關鍵因素。Bcl-2過表達與Bax形成異源二聚體抑制細胞凋亡，Bax過表達與Bcl-2 構成同源二聚體促進細胞凋亡[12]。本研究發現，HO-3867低、中、高劑量組Bcl-2蛋白表達均低于空白對照組，Bax蛋白表達均高于空白對照組，提示HO-3867可促進胃癌細胞凋亡，推測HO-3867可能通過調節Bcl-2和Bax蛋白水平來誘導胃癌細胞MGC-803凋亡。

PTEN是張力蛋白同源磷酸酶基因，位于染色體10q23.31，能編碼具有磷脂和蛋白質雙重磷脂酶活性的蛋白，即為PTEN蛋白[13]。PTEN在多種癌癥中表達缺失或低表達，是一個抑癌基因，被認為與癌癥的進展密切相關[14]。在多項研究結果顯示，PTEN對STAT3具有負性調節作用，抑制腫瘤生長和轉移，促進腫瘤細胞凋亡[15,16]。而HO-3867是STAT3選擇性抑制劑，HO-3867是否能通過調節PTEN來調節胃癌細胞增殖、凋亡以及遷移和侵襲功能尚不明確。本研究發現，與空白對照組相比，HO-3867處理后的MGC-803細胞中PTEN、p-PTEN蛋白水平明顯上調，表明HO-3867可上調PTEN基因的表達并促進PTEN磷酸化活化，可能是其抑制胃癌細胞MGC-803的增殖能力、遷移和侵襲，并誘導胃癌細胞凋亡的機制之一。

綜上所述，HO-3867能抑制胃癌細胞株MGC-3867的增殖、克隆形成、侵襲和遷移，并促進其凋亡，其機制可能是通過調節PTEN、Bcl-2、Bax、MMP-2以及MMP-9等基因表達來發揮作用的，這可能為胃癌治療提供新的依據。但HO-3867對于胃癌的具體作用機制尚未完全明確，未來尚需要更深入的研究。