TWS119對多發性骨髓瘤細胞增殖及凋亡影響機制研究*

李彥辰，鄒 露，熊福龍，戴世溧，張 昊，周 亮

(蘇州大學藥學院藥理系，江蘇 蘇州 215123)

統計數據表明，多發性骨髓瘤(MM)占腫瘤疾病的1%，是第二常見的惡性血液腫瘤，發病率為每年4.5例/10萬人～6.0例/10萬人。1990—2016年，由于人口增長、世界人口老齡化使得全球MM的發病率增長了1.26倍[1]。 MM難治愈、易復發，這使了解MM發病機制并研發相應藥物成了目前的研究熱點和難點。蛋白酶體抑制劑硼替佐米(Btz)是首個批準治療MM的藥物。作為一種緩慢可逆的抑制劑，Btz與26S蛋白酶體的催化位點結合，抑制β5亞基(糜蛋白酶樣活性)、β2亞基(胰蛋白酶樣活性)和β1 亞基(半胱氨酸蛋白酶樣活性)，導致蛋白的降解失衡從而誘導細胞凋亡[2-3]。但單一Btz用藥容易出現耐藥性，使得研發聯合用藥新策略成為目前研究的熱點。已有研究表明，Btz聯合免疫調節藥物來那度胺和組蛋白去乙?；缸钄鄤┡帘人舅?Panobinostat)，可很好地抑制MM細胞增殖，從而改善MM的臨床療效和預后[4]。

已有激酶抑制劑被應用于臨床上治療腫瘤，例如PI3K激酶抑制劑LY-317615正被用于治療復發性或難治性彌漫性大B細胞淋巴瘤[5]。但迄今為止，還沒有激酶抑制劑被批準用于MM治療。已有研究表明，TK抑制劑GSK1838705A、FAK/PYK2抑制劑VS-4718和VS-6062，以及p38抑制劑BIRB 796均可抑制MM細胞增殖[6-9]。另外，研究表明p38選擇性抑制劑SCIO-469和一種口服BTK抑制劑CC292，可以增強MM細胞Btz敏感性[10-13]，但是其內在作用機制還不是很清楚。caspase信號通路激活能夠促進MM細胞凋亡，抑制其增殖[14]。另外，caspase非依賴的凋亡通路在MM細胞凋亡中也有相關報道。例如，GSK1838705A能夠通過抑制胰島素樣生長因子-1受體和相關激酶而不是caspase，抑制MM細胞增殖，促進MM細胞凋亡[6]。本研究中，作者利用了糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)抑制劑TWS119，發現TWS119抑制MM細胞增殖，促進其凋亡的機制。

1 材料與方法

1.1實驗材料 GSK-3β抑制劑TWS119和蛋白酶體抑制劑Btz購于Selleck公司；caspase抑制劑z-VAD-fmk購于碧云天生物技術公司；Calpain抑制劑Calpeptin購于Santa Cruz公司；MM細胞系MM1.S和LP1購于BNCC公司；細胞培養使用胎牛血清(FBS)和1640培養基購于Gibco公司；0.25% 胰蛋白酶和青霉素/鏈霉素(100×)購于新賽美生物科技有限公司；MM細胞培養瓶購于NEST公司；細胞培養板購于Thermo Scientific公司； anti-PARP1抗體購于Cell Signaling Technology公司； anti-GAPDH抗體購于Proteintech公司；辣根過氧化物偶聯的二抗購于Jackson 免疫研究實驗室。

1.2方法

1.2.1細胞培養和藥物處理 LP1和MM1.S細胞使用1640培養基(10% FBS,1%青霉素/鏈霉素)進行培養。每2～3天進行細胞傳代。用于免疫印跡(WB)實驗的細胞接種在24孔板中，接著使用相應藥物處理后，收集細胞，進行后續WB實驗。用于細胞增殖實驗的細胞接種在96孔板中，接著使用相應藥物處理后，利用CCK-8增殖檢測試劑盒測量細胞增殖情況。

1.2.2WB實驗 細胞使用RIPA裂解緩沖液[150 mmol/L Nacl、1% 聚乙二辛基苯基醚(TritonX-100)、0.1% SDS、50 mmol/L Tris-base(pH 7.4)、 1mmol/L EDTA]裂解后，超聲破碎，添加5倍聚丙烯酰胺凝脈電泳(SDS-PAGE)蛋白上樣緩沖液[250 mmol/L Tris-HCL(pH 6.8)、10% SDS、0.25% 溴酚藍(BPB)、50% 甘油、5% β-巰基乙醇]，98 ℃處理5～10 min。利用10% 蛋白膠進行SDS-PAGE實驗，分離蛋白。轉膜后，利用10%脫脂牛奶(3 g脫脂奶粉、30 mL 1倍TBST緩沖液)封閉1 h，接著孵育相應一抗和二抗。最后采用凝膠成像系統Tanon 5200儀器采集圖片。

1.2.3CCK-8細胞增殖實驗 具體步驟參考CCK-8增殖檢測試劑盒說明書。在96孔板上接種MM細胞，接種密度為每孔1 000個細胞/200 μL培養基。接著使用相關藥物處理，培養指定時間后，加入20 μL的CCK-8溶液(5 mg/mL)。接著繼續培養2 h，最后使用酶標儀測定吸光度值(450 nm)。每個實驗進行3～4次生物學重復。

1.2.4具體操作 (1)首先使用TWS119處理LP1和MM1.S 24 h后，收集細胞，并且進行WB實驗。作者使用經典的凋亡信號分子人聚(ADP核糖)聚合酶1(PARP1)來考察MM細胞凋亡。同時，為了研究MM細胞增殖情況，使用TWS119處理LP1和MM1.S細胞6 d，運用CCK-8試劑盒檢測細胞增殖情況。(2)已有研究表明，10 μmol/L z-VAD-fmk處理細胞24 h就能夠比較好地阻斷細胞內caspase信號通路，進而抑制細胞凋亡[15-16]，同時10 μmol/L TWS119處理24 h能夠比較好地誘導細胞凋亡[17]?；诖?，本研究采用10 μmol/L z-VAD-fmk預處理LP1細胞30 min，接著使用10 μmol/L TWS119處理LP1細胞24 h，利用WB實驗及CCK-8試劑盒檢測LP1細胞凋亡、增殖。(3)為進一步證明，利用蛋白酶體抑制劑Btz來誘導LP1細胞凋亡。采用10 μmol/L z-VAD-fmk預處理LP1細胞30 min，接著使用10 μmol/L Btz處理LP1細胞24 h，利用WB實驗檢測LP1細胞凋亡。另外，已有研究表明蛋白水解酶Calpain能夠切割PARP1[18]，本研究利用Calpain抑制劑Calpeptin(10 μmol/L)來預處理LP1細胞，進而使用10 μmol/L TWS119處理LP1細胞24 h，利用WB實驗檢測LP1細胞凋亡。(4)本研究進一步研究了TWS119和Btz在人源MM中聯合用藥的效果。通過聯合10 μmol/L TWS119和10 μmol/L Btz處理LP1細胞24 h，利用WB實驗及CCK-8試劑盒檢測細胞凋亡和增殖。

1.3統計學處理 采用GraphPad Prism Version 6.02軟件進行統計學分析，進行t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1TWS119對MM細胞凋亡及增殖影響 TWS119分別處理LP1和MM1.S細胞24 h、6 d后，顯著誘導LP1和MM1.S中PARP1切割(圖1A、C)，即誘導細胞凋亡；顯著抑制LP1和MM1.S細胞增殖(圖1B、D)。與對照組[二甲基亞砜(DMSO)]比較，TWS119促進LP1和MM1.S細胞凋亡及抑制LP1和MM1.S細胞增殖均差異有統計學意義(P<0.05)。見圖1。

2.2TWS119通過caspase非依賴方式影響MM細胞凋亡及增殖 caspase抑制劑z-VAD-fmk不能抑制TWS119誘導的LP1細胞凋亡(圖2A)，即TWS119誘導MM細胞凋亡是通過caspase非依賴方式。 另外，caspase抑制劑z-VAD-fmk也不能緩解TWS119對LP1細胞增殖的抑制作用(圖2B)，即TWS119抑制MM細胞增殖是通過caspase非依賴方式。caspase抑制劑z-VAD-fmk能夠顯著抑制Btz誘導的LP1細胞凋亡(圖2C)。與z-VAD-fmk、Btz比較，TWS119促進LP1細胞凋亡及抑制LP1細胞增殖均差異有統計學意義(P<0.05)。另外，Calpain抑制劑Calpeptin不能抑制TWS119誘導的LP1細胞凋亡(圖2D)，即TWS119誘導MM細胞凋亡是通過caspase和Calpeptin非依賴方式。與Calpeptin比較，TWS119促進LP1細胞凋亡及抑制LP1細胞增殖均差異無統計學意義(P>0.05)。見圖2。

A、C.LP1、MM1.S細胞使用TWS119處理24 h后，進行WB實驗檢測凋亡；B、D.LP1和MM1.S細胞使用TWS119處理6 d后，進行CCK-8實驗檢測增殖；TWS119與DMSO比較，a P<0.05。

A、B.caspase抑制劑z-VAD-fmk預處理LP1細胞，接著使用TWS119進行處理，行WB、CCK-8實驗檢測凋亡和增殖；C.caspase抑制劑z-VAD-fmk預處理LP1細胞，接著使用Btz進行處理，行WB實驗檢測凋亡；D.Calpain預處理LP1細胞，接著使用TWS119進行處理，行WB實驗檢測凋亡；聯合Btz和z-VAD-fmk與單獨Btz比較，a P<0.05；聯合TWS119和z-VAD-fmk或Calpeptin與單獨TWS119比較，b P>0.05。

2.3TWS119增加MM細胞Btz敏感性 聯合用藥在促進LP1細胞凋亡方面具有最明顯的效果(圖3A)，TWS119能夠顯著增加Btz誘導的細胞凋亡。聯合10 μmol/L TWS119和2 μmol/L Btz能夠顯著抑制LP1細胞增殖(圖3B)，TWS119能夠顯著增強Btz對MM細胞增殖的抑制作用。與Btz比較，TWS119增加Btz誘導的細胞凋亡及增強Btz對MM細胞增殖差異均有統計學意義(P<0.05)。見圖3。

A、B.LP1細胞使用TWS119和(或)Btz處理后，行WB、CCK-8實驗檢測凋亡和增殖；聯合TWS119和Btz與單獨TWS119和單獨Btz比較，a P<0.05。

3 討 論

本研究中，作者利用蛋白PARP1切割來證明MM細胞凋亡，在2種人源MM細胞中發現GSK-3β小分子抑制劑TWS119能夠促進MM細胞的凋亡。同時利用CCK-8細胞增殖檢測試劑盒發現TWS119能夠顯著抑制2種MM細胞的增殖。最后，聯合TWS119和臨床上用于治療MM的藥物Btz處理MM細胞，證明TWS119能夠顯著增加MM細胞Btz敏感性。

分子機制上已有研究表明，誘導caspase激活能夠促進MM細胞凋亡并且抑制其增殖[14]。 因此，作者考慮了caspase通路在TWS119殺傷MM細胞中的作用。但本研究發現，caspase抑制劑z-VAD-fmk能夠顯著抑制Btz的毒性，但是并不能夠抑制TWS119在MM細胞中的毒性。這說明TWS119不是通過激活caspase通路來抑制MM細胞增殖，促進MM細胞凋亡。已有研究表明，通過穩定p53和抑制STAT3信號通路也能夠誘導骨髓瘤細胞周期停滯和凋亡[19]。

caspase的激活能夠切割PARP1，同時已有研究表明，Calpain和Cathepsin等蛋白酶也能夠切割PARP1，進而調控細胞凋亡[20]。這些caspase非依賴的PARP1切割和凋亡，是否參與了TWS119在MM細胞中的毒性作用，針對這一問題，作者利用Calpain抑制劑Calpeptin預處理LP1細胞，發現Calpeptin也不能抑制TWS119誘導的PARP1切割，這說明TWS119誘導的細胞凋亡不依賴于Calpain通路?？梢?，本研究證明了TWS119誘導的MM細胞凋亡不依賴于經典的caspase和Calpain通路，其內在的具體通路還需要進一步研究。

Btz能夠明顯促進MM細胞凋亡，抑制其增殖，從而被臨床應用于治療MM，但單一Btz用藥容易產生耐藥性。研究表明，長期Btz處理可能影響Btz與PSMB5的結合，從而產生耐藥性[21]。另外，也有文獻報道長期單一使用Btz所產生的耐藥性也與絲氨酸的合成增加有關[22]。如何增加Btz敏感性，是目前基于Btz治療中亟待解決的問題。本研究中，作者聯合TWS119和Btz處理MM細胞，對比單一TWS119和Btz用藥，聯合TWS119和Btz用藥在促進MM細胞凋亡和抑制其增殖方面效果最為明顯。這說明TWS119能夠增加MM細胞Btz敏感性。Btz誘導的MM細胞毒性依賴于caspase通路，而TWS119誘導的MM細胞毒性不依賴于caspase通路，這使得在MM細胞中聯合Btz和TWS119用藥，能夠通過caspase依賴和非依賴的方式促進MM細胞凋亡，并且抑制其增殖。本研究為二者聯合用藥提供了一定的理論基礎。

總之，本研究發現GSK-3β小分子抑制劑TWS119可促進MM細胞凋亡，抑制其增殖。同時也證明了TWS119能夠顯著增加MM細胞Btz敏感性。聯合TWS119和Btz處理MM細胞的實驗結果為MM疾病治療提供了新思路和新策略。