虎杖苷通過蛋白激酶B信號通路影響胃癌細胞增殖凋亡

張翠翠，李強

作者單位：1棗莊礦業集團棗莊醫院消化內科，山東 棗莊277100；2棗莊市立醫院消化內科，山東 棗莊277100

胃癌是常見的消化系統惡性腫瘤，其嚴重影響著人類的生活質量，胃癌具有惡性程度高、易復發等特點，尋找有效的藥物治療胃癌是目前醫學工作者研究的熱點。虎杖苷是從虎杖中提取出來的芪類化合物，是白藜蘆醇同葡萄糖的結合產物，虎杖苷具有廣泛的藥理學作用，如平喘、鎮咳、降低膽固醇等。以前的研究表明，虎杖苷能夠抑制腫瘤生長，對于白血病、乳腺癌等腫瘤細胞具有抑制作用，并且可以誘導腫瘤細胞凋亡發生。虎杖苷抗腫瘤機制較為復雜，在研究虎杖苷誘導宮頸癌細胞凋亡的實驗研究中發現，其可以通過下調蛋白激酶B（Akt）信號通路的激活水平發揮抗腫瘤功效。目前對于虎杖苷在胃癌細胞增殖和凋亡中的作用和機制還不清楚。本次實驗于2018年1月至2019年4月用虎杖苷處理體外培養的胃癌細胞，通過MTT法等多種實驗技術手段探究虎杖苷對胃癌細胞增殖、克隆、周期、凋亡的作用和機制，為虎杖苷治療胃癌的臨床應用提供資料。

1 材料與方法

1.1 材料

胃癌細胞SGC-7901購自南京科佰生物科技有限公司；周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）抗體、Bcl-2相關X（Bax）蛋白抗體購自美國Sigma-Aldrich；剪切型胱天蛋白酶-3（Cleaved-caspase-3）抗體購自武漢博士德生物工程有限公司；虎杖苷購自北京索萊寶科技有限公司；膜聯蛋白V-異硫氰酸熒光素（Annexin V-FITC）/碘化丙啶（PI）凋亡檢測試劑盒購自江蘇凱基生物技術股份有限公司；細胞周期蛋白D1（cyclin D1）抗體購自美國Santa Cruz Biotechnology；磷酸化Akt（p-Akt）抗體購自美國Santa Cruz；Akt信號激活劑胰島素樣生長因子-1（IGF-1）購自美國Sigma。

1.2 MTT法測定虎杖苷處理后胃癌細胞增殖活性

胃癌細胞接種到96孔板中，分成兩組，依次為對照組和虎杖苷組，虎杖苷組分成5個濃度梯度分別為2、4、6、8、10 μmol/L，對照組為0 μmol/L。細胞培養48 h以后，分別在每個孔中添加10 μL的噻唑藍（MTT）溶液，繼續放在37℃的培養箱中孵育4 h。然后把孔內的液體棄掉，添加150 μL的二甲基亞砜（DMSO）溶液，震蕩反應10 min。以不含細胞的空白孔調零，檢測490 nm的吸光度。

1.3 平板克隆實驗測定虎杖苷處理后胃癌細胞克隆形成能力

胃癌細胞按照對照組和虎杖苷分組每個孔中添加250個細胞接種到6孔板中，放在細胞培養箱中培養14 d。添加磷酸鹽緩沖鹽溶液（PBS）洗滌細胞，然后以4%的多聚甲醛溶液固定20 min。將甲醛棄掉，添加10%結晶紫染色30 min。在室溫中晾干，在光學顯微鏡下觀察并計數細胞克隆形成數目。隨機選擇5個實驗，計算平均值。

1.4 PI單染法測定虎杖苷處理后胃癌細胞周期變化

收集培養處理48 h以后的對照組和虎杖苷組細胞，添加事先預冷后的PBS溶液，以1 000

g

離心10 min。把上清吸除，然后添加50 μL的PBS溶液，繼續加入70%的乙醇，放在4℃條件下反應12 h。1 000

g

離心10 min，吸棄上清，添加PI染色液500 μL，在37℃條件下反應30 min。流式細胞儀檢測細胞周期分布。

1.5 Annexin V

-

FITC/PI雙染法測定虎杖苷處理后胃癌細胞凋亡變化

收集培養處理48 h以后的對照組和虎杖苷組細胞，以PBS將細胞洗滌2次，以250 μL的結合緩沖液將細胞懸浮，細胞濃度為1×10個/毫升。收集1 mL細胞至流式管中，然后添加PI和Annexin V-FITC溶液各5 μL到細胞中，放在避光條件下結合15 min。添加400 μL的結合緩沖液，流式細胞儀檢測凋亡。

1.6 蛋白質印跡法（Western blotting）測定虎杖苷處理后胃癌細胞中cyclin D1、CDK4、Bax、Cleaved

caspase

-

3、p

-

Akt蛋白水平

收集培養處理48 h以后的對照組和虎杖苷組細胞，在細胞中添加RIPA裂解試劑，放在冰上裂解20 min。然后根據BCA蛋白定量檢測試劑盒測定蛋白的濃度。制備8%的分離膠以及5%的濃縮膠，按照每孔中加入40 μg的蛋白樣品上樣，預染蛋白Marker上樣量為5 μL。在濃縮膠中設置80 V電壓電泳，在分離膠中設置110 V電壓電泳。將凝膠取出，以100 V電壓轉膜，將蛋白從凝膠上轉移至聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上，轉膜裝置放在冰上操作。PVDF膜置于封閉液（5%牛血清白蛋白溶液）中，于室溫孵育2 h。然后將PVDF膜放在一抗中，在低溫4℃條件下孵育12 h。最后把PVDF膜放在1∶2 000稀釋以后的二抗反應液中，在室溫中孵育2 h。將ECL超敏液滴加到PVDF膜上，以Bio-rad采集圖像，分析蛋白灰度值。內參為GAPDH，分析目的蛋白表達水平。

1.7 Akt信號激活劑IGF

-

1對虎杖苷調控胃癌細胞增殖、克隆、周期、凋亡的影響

以含有3 μg/L的Akt信號激活劑IGF-1和6 μmol/L的虎杖苷細胞培養液培養胃癌細胞，設置為虎杖苷+IGF-1組，以虎杖苷組為對照，以上述MTT、平板克隆實驗、PI單染、Annexin V-FITC/PI雙染以及蛋白質印跡法檢測細胞增殖、克隆、周期、凋亡和cyclin D1、CDK4、Bax、Cleaved-caspase-3、p-Akt蛋白水平。

2 結果

2.1 虎杖苷抑制胃癌細胞增殖

對照組、2、4、6、8、10 μmol/L虎杖苷組吸光度分別為（0.58±0.06）、（0.45±0.03）、（0.38±0.03）、（0.31±0.02）、（0.25±0.02）、（0.20±0.01），

F

=166.429，

P

＜0.001。胃癌細胞經過虎杖苷處理以后，細胞吸光度降低（

P

＜0.05）。6 μmol/L的虎杖苷對胃癌細胞抑制率接近50%，后續實驗選用6 μmol/L的虎杖苷處理胃癌細胞。

2.2 虎杖苷抑制胃癌細胞克隆形成并阻滯細胞周期

結果見表1和圖1，胃癌細胞經過虎杖苷處理以后，細胞克隆形成數目下降，G0/G1細胞比例升高，細胞中周期蛋白cyclin D1、CDK4表達水平下降。虎杖苷抑制胃癌細胞克隆形成并阻滯細胞周期。

表1 虎杖苷處理后胃癌細胞克隆形成數目、細胞周期分布以及細胞周期蛋白D1（cyclin D1）、周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）蛋白水平變化/±s

圖1 蛋白質印跡法檢測虎杖苷處理后胃癌細胞中細胞周期蛋白D1（cyclin D1）、周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）蛋白水平

2.3 虎杖苷誘導胃癌細胞凋亡

結果見圖2、圖3、表2，胃癌細胞經過虎杖苷處理以后，細胞凋亡率升高，細胞中凋亡蛋白Bax、Cleaved-caspase-3表達水平升高。虎杖苷誘導胃癌細胞凋亡。

圖2 流式細胞術測定虎杖苷處理后胃癌細胞凋亡變化 圖5 流式細胞術測定虎杖苷和蛋白激酶B（Akt）信號激活劑胰島素樣生長因子-1（IGF-1）共同處理后胃癌細胞凋亡情況

表2 虎杖苷處理后胃癌細胞凋亡率和Bcl-2相關X（Bax）、剪切型胱天蛋白酶-3（Cleaved-caspase-3）蛋白水平/±s

圖3 蛋白質印跡法測定虎杖苷處理后胃癌細胞中Bcl-2相關X（Bax）、剪切型胱天蛋白酶-3（Cleaved-caspase-3）蛋白水平

2.4 虎杖苷抑制胃癌細胞中Akt信號通路激活

結果見圖4，胃癌細胞經過虎杖苷處理以后，細胞中Akt信號通路蛋白p-Akt水平降低［（0.51±0.05）比（0.24±0.03），

t

=13.891，

P

＜0.001］。虎杖苷降低胃癌細胞中Akt信號通路激活水平。

圖4 蛋白質印跡法測定虎杖苷處理后胃癌細胞中磷酸化-Akt（p-Akt）蛋白表達

2.5 Akt信號激活劑IGF

-

1逆轉虎杖苷對胃癌細胞增殖、克隆、周期、凋亡的影響

結果見圖5、圖6、表3，Akt信號激活劑IGF-1可以提高虎杖苷作用條件下胃癌細胞吸光度和克隆形成數目，減少G0/G1期細胞比例，減少細胞凋亡，提高細胞中cyclin D1、CDK4蛋白表達水平，減少細胞中Bax、Cleaved-caspase-3蛋白表達，提高細胞中p-Akt/Akt水平。Akt信號激活劑IGF-1逆轉虎杖苷對胃癌細胞增殖、克隆、周期、凋亡的影響。

表3 虎杖苷和Akt信號激活劑胰島素樣生長因子-1（IGF-1）共同處理后胃癌細胞吸光度、克隆形成數目、周期分布、凋亡率和細胞周期蛋白D1（cyclin D1）、周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）、Bcl-2相關X（Bax）、剪切型胱天蛋白酶-3（Cleaved-caspase-3）、磷酸化-Akt（p-Akt）蛋白水平/±s

圖6 蛋白質印跡法測定虎杖苷和Akt信號激活劑胰島素樣生長因子-1（IGF-1）共同處理后胃癌細胞中細胞周期蛋白D1（cyclin D1）、周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）、Bcl-2相關X（Bax）、剪切型胱天蛋白酶-3（Cleaved-caspase-3）、磷酸化-Akt（p-Akt）蛋白水平

3 討論

虎杖苷是從虎杖中提取出來的一種單體，是一種羥基二苯乙烯類化合物，國內外的研究顯示，虎杖苷可以加強心肌舒張及收縮功能、抑制血栓形成、改善微循環、降血脂，對于結腸炎、子宮內膜異位癥導致的疼痛也具有改善作用。虎杖苷具有腫瘤預防和治療的作用，其對于小鼠移植性肝癌具有抑制作用，能夠明顯降低肺癌、宮頸癌等細胞生長速度。本次實驗顯示，虎杖苷處理后的胃癌增殖、克隆能力均下降，提示虎杖苷可以抑制胃癌細胞增殖，虎杖苷具有抗胃癌進展的作用。

本次實驗還發現虎杖苷處理后的胃癌細胞G0/G1比例升高，細胞凋亡增加，說明虎杖苷可能通過阻滯細胞周期和誘導細胞凋亡發揮抗腫瘤功效。細胞周期是細胞增殖的基礎，分裂間期是細胞增殖能力改變的關鍵。G0/G1期是DNA物質準備階段，受到細胞內多種蛋白的調控作用，cyclin D1是細胞周期素中與腫瘤關系最為密切的調節因子，其是CDK4的調控亞基，參與細胞從G0/G1期向S期轉變過程，cyclin D1可以與CDK4結合刺激細胞生長，影響細胞周期進展。細胞凋亡與細胞周期一樣，受到細胞內凋亡蛋白的表達調控作用，Caspase蛋白家族是目前研究最多的與細胞凋亡有關的直接調控因子，其含有多個蛋白成員，分別在細胞凋亡反應中發揮不同的作用，Caspase-3是位于凋亡級聯反應下游的執行因子，正常情況下以沒有活性的酶原形式存在，只有被激活形成Cleaved-caspase-3后才可以不可逆的誘導細胞凋亡發生。Bax是Bcl-2蛋白家族成員，其在細胞凋亡過程中發揮促進作用，是一種促凋亡蛋白。我們的實驗表明，虎杖苷處理后的胃癌細胞中cyclin D1、CDK4蛋白水平下降，Cleaved-caspase-3、Bax蛋白水平升高，提示虎杖苷阻滯細胞周期和誘導細胞凋亡作用，這與細胞周期和凋亡檢測結果一致，進一步證實了虎杖苷對胃癌細胞的作用。

目前對于虎杖苷抗腫瘤機制的研究表明，其可以通過下調細胞中Akt信號通路的激活水平抑制宮頸癌細胞生長。Akt信號通路具有多種作用，在人體組織中廣泛存在，對于細胞生長、凋亡等具有明顯的調控功能。研究報道證實，腫瘤組織中存在Akt信號通路過度激活現象，而抑制Akt信號激活可以抑制腫瘤細胞的惡性生長。p-Akt是Akt的磷酸化形式，其水平升高是Akt信號激活的標志。本次實驗顯示，虎杖苷處理后的胃癌細胞中p-Akt水平降低，并且Akt信號激活劑可以逆轉虎杖苷對胃癌細胞增殖、克隆抑制和細胞周期阻滯以及細胞凋亡促進作用，證實虎杖苷抗胃癌細胞惡性生物學行為機制與Akt信號有關。

總之，虎杖苷能夠在體外抑制胃癌細胞的惡性生長、阻滯細胞周期和誘導細胞凋亡，虎杖苷對于胃癌進展具有抑制作用，其作用機制與下調Akt信號激活水平有關。我們的結果為研究虎杖苷抗腫瘤機制提供了參考，為虎杖苷治療胃癌的臨床應用提供了理論資料。