葛根素對人皮膚鱗狀細胞癌中PI3K/AKT信號通路激活狀態的干預作用

段強 馮群燕

[摘要]目的：研究葛根素對人皮膚鱗狀細胞癌（CSCC）中磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信號通路激活狀態的干預作用。方法：收集人CSCC組織（52例）及正常皮膚組織（35例），培養人CSCC細胞株SCL-1、A431、HSC-5和人永生化角質形成細胞株HaCaT細胞，檢測p-PI3K、p-AKT的表達水平;SCL-1細胞進行分組，用不同劑量葛根素（20μmol/L、40μmol/L、80μmol/L）處理，轉染陰性對照（NC）質粒或PI3K質粒，檢測細胞增殖活力、侵襲數目及p-PI3K、p-AKT的表達水平;BALB/c-nu裸鼠皮下注射SCL-1細胞建立移植瘤模型，100 mg/kg葛根素灌胃處理3周后檢測移植瘤質量、體積及p-PI3K、p-AKT的表達水平。結果：人CSCC組織中p-PI3K、p-AKT的表達水平高于正常皮膚組織（P<0.05）;人CSCC細胞株中p-PI3K、p-AKT的表達水平高于HaCaT細胞且SCL-1中p-PI3K、p-AKT表達上調最顯著（P<0.05）;不同劑量葛根素處理后，SCL-1細胞的增殖活力、侵襲數目及p-PI3K、p-AKT的表達水平均降低（均P<0.05）;轉染質粒后，PI3K質粒+80μmol/L葛根素組SCL-1細胞的增殖活力、侵襲數目高于NC質粒+80μmol/L葛根素組（P<0.05）;葛根素組裸鼠的移植瘤質量、體積及p-PI3K、p-AKT的表達水平均低于對照組（P<0.05）。結論：PI3K/AKT信號通路過度激活與CSCC發病有關，葛根素通過抑制該通路發揮抗CSCC作用。

[關鍵詞]皮膚鱗狀細胞癌;葛根素;增殖;侵襲;PI3K/AKT信號通路

[中圖分類號]R739.5? ? [文獻標志碼]A? ? [文章編號]1008-6455（2022）04-0105-04

Activation Status of PI3K/AKT Signaling Pathway in Human Cutaneous Squamous Cell Carcinoma and the Intervention Effect of Puerarin

DUAN Qiang，FENG Qunyan

（Department of Dermatology，Xianyang Central Hospital，Xianyang 712000，Shaanxi，China）

Abstract： Objective To study the intervention effect of puerarin on the activation status of phosphatidylinositol-3 kinase （PI3K） / protein kinase B （AKT） signaling pathway in human? cutaneous squamous cell carcinoma（CSCC）. Methods human CSCC tissues （52 cases）and normal skin tissues （35 cases） were collected， human CSCC cell lines SCL-1， A431， HSC-5 and human immortalized keratinocyte line HaCaT were cultured. Then the expression levels of p-PI3K and p-AKT were detected. SCL-1 cells were divided into groups， treated with different doses of Puerarin （20 μmol/L， 40 μmol/L， 80 μmol/L）， and transfected with negative control （NC） plasmid or PI3K plasmid. Then the proliferation viability， invaded numbers， the expression levels of p-PI3K and p-AKT were detected. The transplanted tumor model was established by subcutaneous injection of SCL-1 cells into BALB /c-nu nude mice， 100 mg/kg puerarin was given by gavage for 3 weeks and the weight and volume of transplanted tumor， the expression levels of p-PI3K and p-AKT were detected. Results The expression levels of p-PI3K and p-AKT in human CSCC tissue were higher than those in normal skin tissue （P<0.05）， the expression levels of p-PI3K and p-AKT in human CSCC cell line were higher than those in HaCaT cell line （P<0.05）， and the expression levels of p-PI3K and p-AKT in SCL-1 were up-regulated most significantly（P<0.05）. After different doses of puerarin treatment， the proliferation viability， invaded number and the expression levels of p-PI3K and p-AKT in SCL-1 cells decreased （all P<0.05）.After plasmid transfection， the proliferation viability， invaded number of PI3K plasmid+80 μmol/L puerarin group were higher than those in NC plasmid+80 μmol/L puerarin group（P<0.05）. The weight and volume of transplanted tumor and the expression levels of p-PI3K and p-AKT in puerarin group were lower than those in control group （P<0.05）. Conclusion The overactivation of PI3K/AKT signaling pathway relates to the pathogenesis of CSCC. Puerarin exerts its anti CSCC effect by inhibiting this pathway.

Key words： cutaneous squamous cell carcinoma; puerarin; proliferation; invasion; PI3K/AKT signaling pathway

人皮膚鱗狀細胞癌（Cutaneous squamous cell carcinoma，CSCC）是常見的皮膚惡性腫瘤之一，起源于表皮角質形成細胞，發病率呈逐年升高趨勢。其惡性程度高、生長迅速，發病受到多種因素的影響，涉及復雜生物信號網絡的異常激活[1-2]。磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphatidylinositol-3 kinase，PI3K）/蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB，又稱AKT）通路是調控細胞增殖、侵襲等生物學行為的重要信號通路，該通路的異常激活與食管鱗狀細胞癌、宮頸鱗狀細胞癌的發生密切相關[3-4]。CSCC相關的細胞實驗證實PI3K/AKT通路抑制劑LY294002對CSCC細胞的增殖和侵襲具有抑制作用[5]，提示PI3K/AKT通路是CSCC潛在的治療靶點。

葛根是臨床上應用廣泛的中藥材，其活性成分葛根素被證實具有抗腫瘤作用，國內李冰的研究證實葛根素對食管癌細胞的增殖和侵襲具有抑制作用，抑制PI3K/AKT通路是與之相關的分子機制[6]。目前，CSCC發病過程中PI3K/AKT通路的變化及葛根素的治療價值均不清楚。因此，本研究將通過一系列細胞實驗及動物實驗來探究CSCC中PI3K/AKT信號通路的狀態及葛根素對該通路的干預作用。

1? 材料和方法

1.1 臨床樣本：人CSCC組織為2017年4月-2020年6月在筆者醫院手術切除的標本，均經術后病理診斷為CSCC且術前未接受過放化療;人正常皮膚組織為同期在筆者醫院接受植皮手術的患者，均為全厚皮片。人CSCC組織共52例，其中男性患者34例、女性患者18例，年齡42～67歲、平均（58.69±10.28）歲;人正常皮膚組織共35例，其中男性18例、女性17例，年齡36～60歲、平均（52.03±11.31）歲。臨床樣本的收集及檢測均取得筆者所在醫院倫理委員會批準。

1.2 細胞株及動物：人CSCC株SCL-1、A431、HSC-5和人永生化角質形成細胞株HaCaT細胞（ATCC公司，美國）;BALB/c-nu裸鼠、雄性、8～10周齡、16只[菲諾克生物科技有限公司，上海，生產許可SCXK（滬）2018-0005]。

1.3 試劑與儀器：葛根素、結晶紫（Sigma公司）;陰性對照（Negative control，NC）質粒、PI3K質粒（生工生化公司，上海）;MTS細胞增殖檢測試劑盒（Promega公司，美國）;PI3K、AKT、p-PI3K、p-AKT一抗（CST公司，美國）;顯微鏡（尼康公司，日本）;凝膠電泳系統及成像系統（Bio-rad公司，美國）;酶標儀（ABI公司，美國）。

1.4 方法

1.4.1 細胞培養及分組：SCL-1、A431、HSC-5、HaCaT細胞在含有10%胎牛血清的培養基中進行貼壁培養，細胞鋪滿90%后用0.25%胰蛋白酶進行消化傳代，接種在培養板內用于p-PI3K、p-AKT表達的檢測。

另取消化傳代的SCL-1細胞進行分組。為驗證葛根素的調控作用，SCL-1細胞分為對照組及不同劑量葛根素組，對照組用不含藥物的培養基處理，不同劑量葛根素組分別用含有20 μmol/L、40 μmol/L、80 μmol/L葛根素的培養基處理。為驗證PI3K/AKT通路在葛根素發揮調控作用中的意義，SCL-1細胞分為轉染NC質粒的NC質粒組、轉染NC質粒并用80 μmol/L葛根素處理的NC質粒+80 μmol/L葛根素組、轉染PI3K質粒并用80 μmol/L葛根素處理的PI3K質粒+80μmol/L葛根素組。

1.4.2 p-PI3K、p-AKT表達的檢測：取CSCC組織及正常皮膚組織，加入RIPA裂解液提取組織中的蛋白;收集培養板內的細胞，加入RIPA裂解液提取細胞內的蛋白。采用BCA法測定蛋白濃度，根據測定結果取20μg蛋白進行Western blot實驗。在SDS-聚丙烯酰胺凝膠內電泳分離不同分子量的蛋白，轉膜至PVDF膜后封閉1 h、孵育一抗過夜，分別使用1：1 000稀釋的p-PI3K及p-AKT一抗、1：2 000稀釋的PI3K、AKT一抗、1：5 000稀釋的β-actin一抗。次日，孵育二抗1 h，最后在凝膠系統內顯影，得到p-PI3K、p-AKT、PI3K、AKT、β-actin的條帶及吸光值，計算p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT作為p-PI3K、p-AKT的表達水平。

1.4.3 細胞增殖活力的檢測：SCL-1細胞接種在96孔培養板內，按照1.4.1的方法分組干預24 h，采用MTS細胞增殖檢測試劑盒進行增殖活力的檢測，按照試劑盒說明書進行染色后在酶標儀上檢測每個細胞孔490 nm波長的吸光值A490。

1.4.4 細胞侵襲的檢測：收集分組干預后的SCL-1細胞，用無血清培養基重懸并接種在Transwell上層小室內，將含有10%胎牛血清的培養基放入Transwell下層小室內以趨化上層小室內的SCL-1細胞侵襲，12 h后取上層小室膜，4%多聚甲醛固定后用結晶紫染色，在顯微鏡下觀察并對侵襲細胞進行計數。

1.4.5 成瘤能力的動物實驗：取BALB/c-nu裸鼠，在右背部皮下注射SCL-1細胞密度為5×107個/毫升的細胞懸液100 μl。接種第15天時，移植瘤直徑約4 mm，將移植瘤裸鼠隨機分為對照組和葛根素組，對照組給予20 ml/kg生理鹽水灌胃、1次/天，葛根素組給予含有100 mg/kg葛根素的生理鹽水（體積20 ml/kg）灌胃、1次/天，連續3周后解剖移植瘤并稱重、測量長寬，計算移植瘤體積=0.5×長×寬2。

1.5 統計學方法：采用SPSS 21.0軟件錄入數據，實驗數據均為計量資料且經正態性檢驗符合正態分布，兩組間比較采用t檢驗，多組間比較采用方差分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2? 結果

2.1 人CSCC組織與正常皮膚組織中p-PI3K、p-AKT表達的比較：人CSCC組織中p-PI3K、p-AKT的表達水平高于正常皮膚組織，差異有統計學意義（P<0.05）。見圖1。

2.2 人CSCC細胞株和人永生化角質形成細胞株中p-PI3K、p-AKT表達的比較：SCL-1、A431、HSC-5細胞中p-PI3K、p-AKT的表達水平高于HaCaT細胞，差異有統計學意義（P<0.05），且SCL-1細胞中p-PI3K的表達水平高于A431、HSC-5細胞，差異有統計學意義（P<0.05），且p-AKT的表達水平高于HSC-5細胞，差異有統計學意義（P<0.05），與A431細胞比較，差異無統計學意義（P>0.05）。見圖2。

2.3 不同劑量葛根素對SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT表達的影響：20 μmol/L、40 μmol/L、80 μmol/L葛根素處理后，SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT的表達水平均低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見圖3。

2.4 不同劑量葛根素對SCL-1細胞增殖、侵襲的影響：20 μmol/L、40 μmol/L、80 μmol/L葛根素處理后，SCL-1細胞的A490水平、侵襲數目均低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見圖4。

2.5 過表達PI3K對80 μmol/L葛根素抑制SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT表達的影響：與NC質粒組比較，NC質粒+80μmol/L葛根素組SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT的表達水平降低，差異有統計學意義（P<0.05）;與NC質粒+80 μmol/L葛根素組比較，PI3K質粒+80 μmol/L葛根素組SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT的表達水平增加，差異有統計學意義（P<0.05）。

2.6 LY294002對葛根素抑制SCL-1細胞增殖、侵襲的影響：與NC質粒組比較，NC質粒+80 μmol/L葛根素組SCL-1細胞的A490水平、侵襲數目降低，差異有統計學意義（P<0.05）;與NC質粒+80 μmol/L葛根素組比較，PI3K質粒+80μmol/L葛根素組SCL-1細胞的A490水平、侵襲數目增加，差異有統計學意義（P<0.05）。

2.7 葛根素對SCL-1細胞體內成瘤能力的影響：與對照組比較，葛根素組移植瘤小鼠的移植瘤體積及質量均明顯降低，差異有統計學意義（P<0.05）。

2.8 葛根素對移植瘤中p-PI3K、p-AKT表達的影響：與對照組比較，葛根素組移植瘤小鼠的移植瘤中p-PI3K、p-AKT的表達水平明顯降低，差異有統計學意義（P<0.05）。

3? 討論

多數CSCC可以通過手術切除獲得根治、預后良好，但也有少部分CSCC患者會發生復發和轉移[7-8]，因此需要尋找有效的輔助治療手段以抑制CSCC細胞的增殖和侵襲。本研究將具有抗腫瘤作用的葛根素用于CSCC的治療，以PI3K/AKT信號通路為切入點，通過細胞實驗和動物實驗探究了葛根素的抗CSCC作用。

PI3K/AKT信號通路是目前已知在多種惡性腫瘤發病及病理進展中起重要作用的通路。PI3K和AKT是該通路中主要的信號分子，以磷酸化的形式發生級聯激活，進而啟動下游cyclinD1、c-myc、β-catenin等原癌基因表達并促進癌細胞增殖及侵襲、促進腫瘤生長和轉移[9-10]。在食管鱗癌[3]、宮頸鱗癌[4]、頭頸部鱗癌[11]等鱗狀細胞癌的病灶內，p-PI3K、p-AKT的表達均明顯增加。本研究以正常皮膚組織為對照，檢測到CSCC組織中p-PI3K、p-AKT的表達明顯增加;以人永生化角質形成細胞株HaCaT為對照，檢測到三種CSCC細胞株中p-PI3K、p-AKT的表達明顯增加，表明PI3K/AKT通路的異常激活與CSCC的發病有關。

在三種CSCC細胞株中，SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT表達增加最顯著，因此本研究繼續在該細胞株中觀察了葛根素的抗CSCC作用。鱗狀細胞癌相關的研究證實，葛根素對食管鱗癌細胞[6]、宮頸鱗癌細胞[12]的增殖、侵襲及細胞中PI3K/AKT通路的激活具有抑制作用。本研究將不同劑量的葛根素用于CSCC細胞株SCL-1的干預，結果顯示葛根素顯著抑制SCL-1細胞中p-PI3K、p-AKT的表達，同時也使細胞的增殖活力及侵襲數目降低，表明葛根素具有抗CSCC作用且這一作用可能與抑制PI3K/AKT通路激活有關，與既往文獻在其他類型鱗癌中觀察到的葛根素抗腫瘤作用及相關機制吻合。

PI3K/AKT通路的激活在惡性腫瘤的發生發展中起到促增殖、促侵襲作用。已有國內外相關的研究證實，該通路的抑制劑LY294002顯著抑制多種鱗狀細胞癌細胞的增殖及侵襲[5，13-15]。本研究已經證實葛根素抑制CSCC細胞增殖、侵襲及PI3K/AKT通路的激活，進一步通過轉染質粒、過表達PI3K的方式驗證PI3K/AKT通路在葛根素抑制CSCC細胞增殖、侵襲中的作用，過表達PI3K后p-PI3K、p-AKT的表達均增加，同時葛根素抑制SCL-1細胞增殖及侵襲的作用明顯減弱，表明葛根素至少部分通過抑制PI3K/AKT通路抑制SCL-1細胞的增殖及侵襲。最后，本研究還通過移植瘤小鼠驗證了葛根素抗CSCC的作用，皮下注射建立CSCC移植瘤模型后給予葛根素灌胃干預，結果發現移植瘤體積、質量及p-PI3K、p-AKT的表達均降低，表明葛根素能夠抑制CSCC移植瘤的生長及PI3K/AKT通路的激活。

目前葛根素的臨床應用主要集中在心血管疾病領域，葛根素注射液用于冠心病、心力衰竭的治療能夠改善血液流變學、抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統[16-17]，但葛根素注射液在惡性腫瘤患者中的應用尚缺乏臨床證據。盡管如此，本研究的上述細胞實驗及動物實驗證實葛根素具有抗CSCC作用，在細胞水平葛根素顯著抑制CSCC細胞的增殖和侵襲，在動物水平葛根素顯著抑制CSCC移植瘤的生長;同時，葛根素顯著抑制CSCC細胞及移植瘤中PI3K/AKT通路的激活，這是葛根素發揮抗CSCC作用的分子機制之一。未來，葛根素有望成為治療CSCC的備選藥物，但仍需更多的研究來將其推廣至臨床應用。

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[收稿日期]2021-03-03

本文引用格式：段強，馮群燕.葛根素對人皮膚鱗狀細胞癌中PI3K/AKT信號通路激活狀態的干預作用[J].中國美容醫學，2022，31（4）：105-109.