姜黃素對前列腺癌PC-3細胞體外生長的影響

程繼 高丹 付國 董青川

(陜西省人民醫院泌尿外科， 陜西 西安 710068)

前列腺癌(Prostate cancer)是常見的惡性腫瘤，手術切除、放療和化療是目前常用的臨床治療手段[1-2]。但常規化療藥物和放射治療引起的副作用，嚴重影響了患者術后的康復和生活質量[3-5]。研究前列腺癌的病理學進程，不斷探尋其發病的分子機制，尋找新的治療靶點和治療手段，是目前臨床急需解決的問題。姜黃素(Curcumin)是一種多酚類物質，提取于姜黃、郁金等姜科植物中[6]。國內外的研究均已證實[7-8]，姜黃素具有抗氧化、抗炎等作用，同時還有抑制腫瘤生長的效應。但姜黃素對前列腺癌生物學行為的影響，以及參與上述調控進程的相關信號通路分子，目前依然不完善，需要進一步的體內外研究來證實。Notch1分子與前列腺癌的增殖密切相關，可以通過其下游的PI3K-AKT-mTOR和MEK-ERK途徑，分別影響腫瘤血管生成和體外生長的過程[9]。但是否姜黃素通過影響Notch1分子，調控前列腺癌的發生和發展過程，目前相關報道鮮少，仍有待進一步的研究。 本實驗以人前列腺癌PC-3細胞為研究對象，通過給予不同濃度的姜黃素處理，觀察前列腺癌細胞增殖和凋亡的變化，同時分析姜黃素對Notch1分子表達水平的影響，觀察是否姜黃素影響前列腺癌PC-3細胞體外生長，進一步闡明姜黃素抑制前列腺癌生長的分子機制，為臨床前列腺癌的化療提供新的策略和實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料和細胞培養 人前列腺癌PC-3細胞株購于美國ATCC公司。姜黃素(Curcumin)購于 Sigma公司。DMEM培養液和胎牛血清均購于Invitrogen公司。人前列腺癌PC-3細胞，參考文獻常規培養，37℃孵箱，95%O2和5%CO2，DMEM培養液包括10%滅活血清。

1.2 對細胞增殖的影響 常規培養人前列腺癌PC-3細胞，接種于96孔培養板，密度為5×103/孔，給予不同濃度的姜黃素處理(溶于DMSO)，分別為500 nmol/L組、10 μmol/L組、100 μmol/L組和空白對照組(給予DMSO處理)。收集細胞，通過MTT法觀察姜黃素對PC-3細胞增殖的影響。PCNA mRNA可反應腫瘤細胞增殖水平，收集上述細胞，提取RNA，通過定量PCR法檢測PCNA mRNA水平的變化，觀察不同濃度姜黃素對PC-3細胞中PCNA mRNA的影響，分析各組間差異。

1.3 細胞凋亡的變化 收集不同處理組的細胞，與Annexin V/PI溶液室溫孵育30 min，通過流式細胞儀檢測不同處理組PC-3細胞凋亡率的變化，觀察不同濃度姜黃素處理3 d后，對PC-3細胞凋亡率的影響。Bcl-2分子mRNA水平可反應腫瘤細胞凋亡狀態，收集上述細胞，提取RNA，通過定量PCR法，檢測Bcl-2 mRNA水平的變化，觀察不同濃度姜黃素對PC-3細胞中Bcl-2 mRNA水平的影響，分析各組間差異。

1.4 Caspase活性檢測 收集不同處理組的細胞，按Caspase活性檢測試劑盒操作規范要求，處理細胞，離心20 min，2000轉/min，上清孵育60 min，測定各組樣品吸光度的變化，分析PC-3細胞中Caspase-3和Caspase-9活性的變化，觀察不同濃度姜黃素處理3 d后，對PC-3細胞中Caspase活性的影響。

1.5 分析Notch1和PI3K的變化 PC-3細胞經不同濃度姜黃素處理3 d后，收集上述經過姜黃素處理的細胞，提取RNA，通過定量PCR法，檢測PC-3細胞中Notch1和PI3K mRNA水平變化，分析各組間差異；同時，PC-3細胞經不同濃度姜黃素處理3 d后，收集上述各組細胞，提取總蛋白，BCA法測定蛋白濃度，通過蛋白質電泳檢測PC-3細胞中Notch1和PI3K蛋白表達的變化。

2 結果

2.1 姜黃素對PC-3細胞增殖的影響 500 nmol/L組、10 μmol/L組和100 μmol/L組其存活率均顯著低于空白對照組(P<0.05)；而與500 nmol/L組比較，10 μmol/L組和100 μmol/L組對PC-3細胞增殖的影響差異有統計學意義(P<0.05)，提示姜黃素影響PC-3細胞增殖的效應具有一定的劑量依賴性。實驗結果還發現，姜黃素抑制PC-3細胞增殖的效應具有一定時間依賴性，PC-3細胞經低劑量姜黃素處理3 d后，細胞增殖水平受到顯著抑制。500 nmol/L組其PCNA mRNA水平降低，與空白對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。10 μmol/L組和100 μmol/L組中PCNA mRNA水平顯著低于500 nmol/L組(P<0.05)，提示姜黃素降低PCNA mRNA水平，抑制PC-3細胞增殖，并體現一定的劑量依賴性。見表1、圖1。

表1 姜黃素對前列腺癌PC-3細胞存活率的影響Table 1 Effect of Curcumin on PC-3 cell proliferation

2.2 姜黃素對PC-3細胞凋亡率的影響 500 nmol/L組凋亡率高于空白對照組(P<0.05)；與500 nmol/L組比較，10 μmol/L組、100 μmol/L組對PC-3細胞凋亡率的影響差異有統計學意義(P<0.05)，提示姜黃素影響PC-3細胞凋亡率的效應具有一定的劑量依賴性。PC-3細胞中Bcl-2 mRNA水平較高，500 nmol/L組Bcl-2 mRNA水平降低，與空白對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。10 μmol/L組和100 μmol/L組細胞中Bcl-2 mRNA水平顯著低于500 nmol/L組(P<0.05)，提示姜黃素降低Bcl-2 mRNA水平，誘導PC-3細胞凋亡，并體現一定的劑量依賴性。見表2、圖2。

表2 姜黃素對PC-3細胞凋亡率的影響Table 2 Effect of Curcumin on PC-3 cell apoptosis

2.3 姜黃素對PC-3細胞中Caspase活性的影響 500 nmol/L組Caspase-3和Caspase-9活性高于空白對照組(P<0.05)。同時，姜黃素對Caspase-3和Caspase-9活性的影響，也體現一定的劑量依賴性，10 μmol/L組和100 μmol/L組PC-3細胞中Caspase-3和Caspase-9活性顯著高于500 nmol/L組(P<0.05)。見圖3、圖4。

2.4 姜黃素對PC-3細胞中Notch1水平的影響 PI3K-AkT-mTOR是Nototh1分子下游信號途徑，Notch1通過上述途徑調控腫瘤細胞的體外生長狀態。500 nmol/L組Notch1和PI3K 蛋白表達降低，與空白對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。10 μmol/L組和100 μmol/L組PC-3細胞中Notch1和PI3K蛋白表達顯著低于500 nmol/L組(P<0.05)，提示姜黃素可抑制Notch1和PI3K蛋白表達，并體現一定的劑量依賴性。PC-3細胞中Notch1和PI3K mRNA水平較高，500 nmol/L組Notch1和PI3K mRNA水平降低，與空白對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。10 μmol/L組和100 μmol/L組PC-3細胞中Notch1和PI3K mRNA水平顯著低于500 nmol/L組(P<0.05)，提示姜黃素可抑制Notch1 和PI3K mRNA的水平，并體現一定的劑量依賴性；此外，姜黃素通過Notch1途徑調控PI3K mRNA水平，影響PC-3細胞體外生長。見圖5、圖6、圖7。

3 討論

姜黃素作為一種傳統的植物藥物，已在中國和印度有超過2000年的應用歷史。在多種慢性疾病的治療中，姜黃素已被證實具有重要的藥理效應，包括炎癥，風濕，代謝紊亂，肝臟疾病，肥胖，神經退行性疾病和一些惡性腫瘤[10-12]。截止2018年，在國內外已發表的姜黃素有關的研究論文中(來源于pubmed檢索)，37% 的文章都是與腫瘤相關的研究[13]。腫瘤是目前發達國家位居第一位的死亡因素，盡管近年來早期診斷和多種治療措施的應用，有效降低了腫瘤引起的死亡率，但腫瘤耐藥性等因素依然是目前面臨的巨大難題，嚴重影響了臨床的治療效果。研究已發現，姜黃素自身具有一定的抗腫瘤效應，同時聯合應用姜黃素，還可以顯著提高其他抗腫瘤手段的臨床治療效果，通過影響不同的信號通路，增加放療敏感性或化療敏感性[14-16]。體內外實驗表明[17]，姜黃素可以顯著抑制肝癌細胞的增殖，影響細胞周期和細胞凋亡。此外，研究[18]還發現，姜黃素能夠影響血管的生成，從而可以調控腫瘤血管生成的過程。據報道，姜黃素可調控p53、NF-kB、MAPK、Nrf2等信號通路，影響結腸癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、口腔癌等惡性腫瘤的病理進程。姜黃素可以顯著降低IkB 激酶的磷酸化水平，阻止NF-kB亞單位p65的核轉錄作用，減少IL-6和IL-11等細胞因子的分泌，抑制NF-kB活性，影響腫瘤細胞的凋亡，增殖等過程。前列腺癌是常見的惡性腫瘤，研究前列腺癌的分子機制，尋找新的治療靶點和治療手段，提高臨床療效，減輕常規化療藥物和放射治療引起的副作用，對于改善患者生存質量，具有重要的臨床意義。

研究[19-20]證實，在腫瘤的發生和發展過程中，Notch信號通路參與調控腫瘤細胞的增殖、凋亡等過程，相關的分子在上述通路中扮演著重要的作用。Notch受體是以異源二聚體形式存在的膜蛋白分子[21]。研究[22]還發現，Notch1分子在腫瘤細胞中表達增高，針對腫瘤細胞的增殖、分化、凋亡等，Notch分子均參與調控上述過程。在淋巴瘤的發展進程中，Myc可以與Notch1相互協同，促進腫瘤細胞的體外增殖，這一過程與MAML突變有關。此外，PI3K-AKT-mTOR 和MEK-ERK途徑與Notch1分子的表達水平密切相關，影響腫瘤的生長。PI3K-AKT-mTOR是Notch1分子下游信號途徑，Notch1通過上述途徑調控腫瘤細胞的體外生長狀態。因此，尋找與Notch1分子作用相關的多酚類物質，有望影響腫瘤細胞的體外增殖等過程，具有一定的臨床意義。但是否姜黃素可以影響前列腺癌細胞中Notch1分子的水平，調控前列腺癌的發生和發展過程，目前尚未見相關報道，其分子機制有待進一步闡明。

本研究結果發現，不同劑量的姜黃素可以抑制PC-3細胞的增殖，并具有一定的劑量依賴性。此外，姜黃素可以誘導PC-3細胞凋亡的發生，顯著增加PC-3細胞凋亡率，這一效應可能與Caspase活性有關。經過姜黃素處理的PC-3細胞，其Caspase-3和Caspase-9活性顯著增加。我們的結果還證實，PC-3細胞中Notch1 和PI3K mRNA高表達。PC-3細胞中Notch1和PI3K mRNA水平較高，經過姜黃素處理的PC-3細胞，可顯著降低Notch1 和PI3K mRNA水平和蛋白表達，體現一定的劑量依賴性。提示，姜黃素可能通過對Notch1分子的抑制效應，調控PI3K水平，影響前列腺癌細胞的體外生物學特點，但具體的分子機制仍需要進一步的研究來證實。

4 結論

本研究結果表明，姜黃素可以影響前列腺癌細胞增殖、凋亡等過程，可能為臨床前列腺癌的化療提供新的策略和實驗依據。