納米銀運載紫杉醇抑制肺癌A549細胞生長的機制研究

鄒建軍，蘇珊，曾云云，張賢蘭，謝亞琳，蘇寧，岑文昌

(廣州市胸科醫院，廣東 廣州 510095)

據世界衛生組織(World Health Organization,WHO)報告顯示，世界癌癥患者和死亡病例每年都在不斷增加，近一半新增癌癥病例出現在亞洲，而中國占大多數，并且新增癌癥病例高居全球首位[1-2]。肺癌是最常見的惡性腫瘤之一,目前全球原發性肺癌發病率位居癌癥發病第6位，死亡率位居癌癥死亡率第3位，極大地威脅著人們的生命和健康[3]。多數肺癌發現時已為晚期，不能手術切除[4]，所以化療是一種可供選擇的治療方法，然而，肺癌對化療藥物敏感性極低，其治療仍是臨床難點[5]。紫杉醇是一種常見的化療藥物，其較低劑量即可達到抑制癌基因的效果，然而紫杉醇最大的缺點是水溶性差、副作用大及低滲透性[6-7]。因此，尋找一種適合的載體以期能解決以上問題。納米銀(AgNPs)具有高穩定性和滲透性的特點，可作為良好的藥物載體[8]。因此，本研究設計將納米銀運載紫杉醇，使紫杉醇高效地進入細胞膜，并評估其抗癌效應。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

紫杉醇(PTX)、硝酸銀(AgNO3)、維生素C(vitamin C)、碘化丙啶(PI)、 DAPI染色液、噻唑藍(MTT)均購于美國Sigma公司；TUNEL試劑盒購于上海碧云天公司。主要使用的儀器為納米粒度電位儀(Zetasizer 3000HS,英國馬爾文公司)及透射電鏡(H-7650,日本日立公司)。

1.2 細胞培養

A549人肺癌細胞及HK-2人腎皮質近曲小管上皮細胞購于ATCC公司。細胞接種于含10%(φ)胎牛血清(Gibco，美國)和DMEM基礎培養基(Gibco，美國)，于37 ℃，5%(φ)CO2培養。

1.3 功能化納米銀的制備及表征

配制400 μg/mL的維生素C溶液， 取100 μL逐滴滴加到4 mL AgNO3溶液中，攪拌1.5 h后，透析純化得到AgNPs溶液。取上述AgNPs溶液，加入 PTX， 攪拌1 h后10 000 r/min 離心10 min，棄上清，沉淀用去離子水洗3遍，冷凍干燥后得到AgNPs運載PTX的納米載藥體系。采用納米粒度電位儀檢測AgNPs負載PTX的粒徑和電位； 透射電鏡用于觀察AgNPs負載PTX納米顆粒形貌變化。

1.4 AgNPs運載PTX對細胞毒性檢測

A549細胞和HK-2細胞于37 ℃，5%CO2培養。分別測定不同藥物組對A549及HK-2細胞的存活率。細胞存活率用MTT法進行測定。用0.25%胰酶消化細胞，以4×104個/mL和5×104個/mL接種于96孔板中，每孔100 μL。置37 ℃、5% CO2培養箱培養24 h后，加入含有不同藥物濃度的培養基各100 μL，繼續培養12 h。加入 MTT (5 mg/mL) 20 μL/孔，37 ℃孵育5 h后吸棄培養板孔中的液體，加入 DMSO 150 μL/孔，振蕩10 min，紫色結晶物充分溶解后，測定各孔A570值。以無任何處理的細胞組為對照組，其A570為100%，計算藥物處理組細胞存活率。細胞存活率(%)=(A570實驗組/A570對照組)×100%。

1.5 流式細胞術檢測細胞周期的變化

藥物處理后細胞周期的變化采用流式細胞術檢測。將6×104個A549細胞接種于6 cm 培養皿中，培養24 h，加入AgNPs、PTX、Ag@PTX，48 h后將細胞消化并和上清一同離心1 200 r/min,6 min,加入1 mL預冷的70%(φ)乙醇重懸， -20 ℃放置過夜固定。次日，離心收集細胞，PBS洗3次，加500 μL PI。工作液避光染色15 min。采用300目尼龍網過濾細胞懸液，用流式細胞儀檢測。

1.6 TUNEL法檢測細胞凋亡

藥物處理48 h后，用PBS洗滌1次，4%(φ)多聚甲醛固定細胞30 min，用PBS洗滌1次。 加入0.3%Triton X-100的PBS，室溫孵育5 min。然后樣品上加50 mL TUNEL檢測液，37 ℃避光孵育60 min， DAPI染色30 min。再用PBS洗滌3次，熒光顯微鏡下觀察結果。

1.7 統計學方法

所有實驗重復3次，數據統計采用SPSS13.0軟件分析，不同處理組之間細胞生存率的比較采用多個樣本率的卡方檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 Ag@PTX體系的制備和表征

如圖1。A圖為電鏡下觀察AgNPs、PTX修飾的納米銀(Ag@PTX)，可見Ag@PTX為均勻、分散的球狀顆粒。B圖為兩種組分的粒徑大小，C圖是兩種組分的電位分析，其中Ag@PTX為正電位，有利于進入細胞。B圖和D圖的大小分布圖，提示Ag@PTX在30 d內能穩定于2～2.5 nm大小，此小尺寸將同樣有利于顆粒進入細胞發揮作用。

2.2 Ag@PTX對A549細胞活性的抑制作用

用MTT法檢測經AgNPs、 PTX及 Ag@PTX處理后的A549細胞增殖情況。圖2A是各藥物組處理后的細胞形貌變化，可以看出，Ag@PTX組明顯抑制細胞增殖，細胞皺縮變圓，細胞數量減少。經AgNPs、PTX及Ag@PTX處理后，A549細胞存活率分別為： 83%、75%及27%。經2.5、5、10 μg/mL不同濃度Ag@PTX處理后，A549細胞組存活率分別為65%， 26%及13%，HK-2細胞存活率分別為97%、95%及94%。經統計，HK-2細胞比A549細胞生存率高，表明Ag@PTX對肺癌A549細胞有抑制作用，但對HK-2細胞抑制較弱。此外，不同藥物組HK-2細胞生存率差異無統計學意義(P>0.05)，表明Ag@PTX對正常細胞毒性低。

AB252015105Number/%總數Ag@PTX?104AgNPsAgNPsAg@PTX20151050-1002001000100011000D/nm3.02.52.01.51.00.50D/nm0248102030U/mVt/dCDAg@PTXAgNPs

A、B、C、D分別是AgNPs、Ag@PTX的透射電鏡、電位、粒徑分布及穩定性圖。

圖1Ag@PTX的表征
Figure1Characterization of Ag@PTX

ControlAgNPsPTXAg@PTX1209060300細胞生存率/%ConAgNPsPTXAg@PTXA549HK-2Con2.5510ABC*********ρ(Ag@PTX)/(μg?mL-1)

A.不同組分在顯微鏡下觀察到的細胞形貌; B.不同處理組細胞存活率(其中AgNPs的濃度是2.5 μg/mL,PTX的濃度為5 μg/mL)； C.不同濃度的Ag@PTX處理后的細胞存活率。與對照組比較：*P<0.05,**P<0.01。

圖2Ag@PTX對A549細胞存活率作用
Figure2Effects of Ag@PTX on the growth of A549 cells

2.3 細胞周期阻滯與DNA片段化改變

細胞凋亡晚期，內源性核酸酶被激活，胞內DNA降解并溢出胞外，胞內總DNA降低。通過碘化丙啶染色，運用流式細胞術分析Ag@PTX 細胞凋亡及周期分布的影響。從圖3A數據可以看出，經AgNPs、PTX及Ag@PTX處理后， Sub-G1期分別上升為13.1%、21.8%、27.4%，說明Ag@PTX能有效誘導A549細胞凋亡。

細胞凋亡過程發生染色質濃縮、DNA斷裂，產生大量DNA片段。TUNEL能與DNA 3′末端特異性結合，產生綠色熒光，細胞核在DAPI染色后呈藍色熒光。如圖3B所示，經AgNPs、PTX及Ag@PTX處理后，Ag@PTX較其他處理組A549細胞出現更明顯綠色熒光，說明DNA發生降解；細胞核在藍色熒光DAPI染色后提示細胞核發生固縮。以上結果說明Ag@PTX能有效誘導A549細胞凋亡。

ControlAgNPsPTXAg@PTXControlAgNPsPTXAg@PTXTUNELDAPIMergeAB

A.用流式細胞術分析不同組分藥物處理后，A549細胞凋亡及周期分布的影響； B.染色質濃縮和DNA斷裂程度。(DAPI染色)

圖3Ag@PTX誘導A549細胞凋亡
Figure3A549 cell apoptosis induced by Ag@PTX

3 討論

納米科技和納米醫學研究具有廣闊的應用前景[9]，常用于抗菌、抗病毒、抗腫瘤藥物及示蹤劑等。納米顆粒擁有宏觀物質所不具有的優良特性，如小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應，顯示出不同于常規材料等特性。國內外對AgNPs在抗菌作用方面的研究報道較多[10],AgNPs作為金屬納米材料的代表，普遍運用在醫療領域[11]。在臨床泌尿外科、婦科、骨外科、皮膚科和燒燙傷外科治療中[11]，AgNPs具有持久高效的抗環境病原菌作用，然而AgNPs作為抗腫瘤藥物載體的研究報告還比較少。PTX是細胞周期非特異的細胞毒性藥物[12]，有較強的廣譜抗癌作用，并且在低濃度即可發揮抗癌效應。然而PTX的應用受限于其水溶性差、低滲透性和嚴重的副作用[13]。

本研究將AgNPs運載PTX，制備出了形貌規則、小粒徑、分散均勻的Ag@PTX納米顆粒(2～2.5 nm)，使PTX更容易、更高效地進入細胞膜。MTT實驗中發現在相同PTX濃度下Ag@PTX比單獨PTX更有效地抑制A549細胞增殖。而通過對正常細胞的control組和不同濃度Ag@PTX處理組間細胞活性的統計分析，發現各組間差異無統計學意義，說明AgNPs運載的PTX對正常細胞的毒性低。此外，Ag@PTX處理組細胞形態表現出較多A549細胞體積變小、皺縮、變圓及脫落，在細胞凋亡過程發生染色質濃縮、DNA斷裂，產生大量DNA片段。TUNEL能與DNA 3′末端特異性結合，產生綠色熒光，細胞核在DAPI染色后呈藍色熒光。Ag@PTX較PTX組A549細胞出現更明顯綠色熒光，表明Ag@PTX有效誘導A549細胞凋亡。進一步細胞周期實驗中Ag@PTX組凋亡峰也比單獨的PTX組更明顯。這些結果均表明Ag@PTX比單獨PTX更有效抑制細胞生長，誘導A549細胞凋亡。

總之，Ag@PTX納米顆粒能有效抑制A549細胞增殖，誘導A549細胞凋亡是其重要機制。 Ag@PTX有可能成為抗腫瘤治療一個新的候選。