



〔摘要〕 目的 探討白花蛇舌草多糖(Hedyotis diffusa Willd. Polysaccharide,HDP)對乳腺癌MDA-MB-231細胞增殖、遷移和侵襲的影響以及對CXCL12/CXCR4軸的調控機制。方法 將乳腺癌細胞分為對照組,CXCL12/CXCR4抑制劑組(AMD 3100組),HDP低、中、高劑量組(HDP-L組、HDP-M組、HDP-H組),HDP高劑量+CXCL12組(HDP-H+CXCL12組);通過CCK-8檢測細胞增殖情況;劃痕實驗、Transwell實驗分別測定細胞的遷移和侵襲能力;Western blot分析細胞中上皮鈣黏蛋白(E-cadherin)、波形蛋白(Vimentin)、CXCL12、CXCR4蛋白的表達;建立BALB/c-nu雌性裸鼠MDA-MB-231異種移植瘤模型并觀察各組腫瘤生長情況,采用HE染色觀察裸鼠移植瘤細胞的形態學特征。結果 與對照組相比,AMD 3100組和HDP各劑量組細胞增殖活性、遷移和侵襲數以及Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白表達顯著抑制(Plt;0.05,Plt;0.01),而E-cadherin蛋白表達水平明顯升高(Plt;0.01);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組細胞的增殖活力、遷移和侵襲數以及Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白表達水平明顯升高(Plt;0.01),E-cadherin蛋白表達水平被顯著抑制(Plt;0.01)。此外,動物實驗表明,與模型組相比,AMD 3100組和HDP各劑量組的腫瘤重量明顯降低(Plt;0.05,Plt;0.01);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組裸鼠腫瘤重量明顯增加(Plt;0.01);HE染色顯示,AMD 3100組和HDP各干預組腫瘤組織壞死與凋亡細胞增多。結論 HDP可以通過抑制CXCL12/CXCR4軸進而抑制MDA-MB-231細胞的增殖、遷移及侵襲。
〔關鍵詞〕 白花蛇舌草多糖;乳腺癌;異種移植瘤;CXCL12/CXCR4軸;遷移;侵襲
〔中圖分類號〕R285.5" " " " "〔文獻標志碼〕A" nbsp; " " " 〔文章編號〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2024.05.009
Effects of Hedyotis diffusa polysaccharide on proliferation, migration, and invasion of breast cancer cells by regulating CXCL12/CXCR4 axis
QIN Ni1,2, LIU Yijiang1, WANG Wanping1, HUANG Liyin1, QIN Wenhui1, HU Zhengguo3, LU Shiyin1,2*
1. Department of Pharmacy, Liuzhou Hospital of Chinese Medicine (Liuzhou" Hospital of Zhuang Medicine), Liuzhou, Guangxi 545026, China; 2. Preparations, Engineering Technology Research Center for the Development of Chinese Medicine (Zhuang and Yao) Preparations, Liuzhou Key Laboratory for Preparation Development of Chinese Medicine (Zhuang and Yao), Liuzhou Hospital of Chinese Medicine (Liuzhou Hospital of Zhuang Medicine), Liuzhou, Guangxi 545026, China; 3. Department of Oncology, Liuzhou Hospital of Chinese Medicine (Liuzhou Hospital of Zhuang Medicine), Liuzhou, Guangxi 545026, China
〔Abstract〕 Objective To study the effects of Hedyotis diffusa Willd. Polysaccharide (HDP) on proliferation, invasion, and migration of breast cancer cells MDA-MB-231 and the regulatory mechanism of HDP on CXCL12/CXCR4 axis. Methods Breast cancer cells MDA-MB-231 were assigned into control group, CXCL12/CXCR4 inhibitor group (AMD 3100 group), and low-, medium-, and high-dose HDP groups (HDP-L group, HDP-M group and HDP-H group), and HDP-H+CXCL12 group (HDP-H+CXCL12 group). CCK-8 was used to determine cell proliferation. Scratch assay and Transwell assay were applied to evaluate the cell migration and invasion ability. Western blot was employed to examine the protein expressions of E-cadherin, Vimentin, CXCL12, and CXCR4. MDA-MB-231 transplanted tumor model of BALB /c-nu female nude mice were established and the tumor growth of mice in each group was observed. HE staining was used to observe the morphological changes of transplanted tumor cells in nude mice. Results Compared with the control group, the cell proliferation activity, migration, and invasion number, as well as the expression levels of Vimentin, CXCL12, and CXCR4 proteins in AMD 3100 group and HDP groups of various doses decreased, while the expression level of E-cadherin protein distinctly increased (Plt;0.05, Plt;0.01). Compared with the HDP-H group, the cell proliferation, migration, and invasion number, as well as the expression levels of Vimentin, CXCL12, and CXCR4 proteins in HDP-H+CXCL12 group were enhanced (Plt;0.01), while the expression level of E-cadherin protein decreased (Plt;0.01). Additionally, in xenograft tumor experiments, compared with the control group, the tumor weight of AMD 3100 group and HDP groups of various doses were significantly lower (Plt;0.05, Plt;0.01); the tumor weight of HDP-H+CXCL12 group was significantly higher (Plt;0.01). HE staining showed the increased necrosis and apoptosis of tumor tissue cells in each intervention group of AMD 3100 and HDP. Conclusion HDP may inhibit the proliferation, migration, and invasion of MDA-MB-231 cells by regulating CXCL12/CXCR4 axis.
〔Keywords〕 Hedyotis diffusa polysaccharide; breast cancer; xenograft tumor; CXCL12/CXCR4 axis; migration; invasion
乳腺癌是臨床最常見的惡性腫瘤之一,近年來發病率急劇攀升且呈現出年輕化趨勢,在惡性腫瘤發病率中占第一位,死亡率位居第5[1]。目前,臨床治療乳腺癌的常規方式為手術治療、內分泌治療、化學藥物治療和放射治療等[2],其中化學藥治療與放射治療最為常用,現有化學藥物治療藥物在發揮抗腫瘤作用的同時,存在局部復發和轉移的極大風險,威脅患者的生存質量與生命[3]。因此,積極探究安全有效、毒副作用小的創新輔助抗腫瘤藥物具有重要意義。
壯藥白花蛇舌草是茜草科植物白花蛇舌草Hedyotis diffusa Willd.的全草,收載于《廣西中藥志》,具有清熱解毒、消痛散結、利尿除濕之功效,壯族民間常用于腫瘤治療。現代藥理學研究表明,壯藥白花蛇舌草具有抗氧化、抗炎、免疫調節、神經保護等多種生物活性,尤其是抗腫瘤效果顯著[4-6],而白花蛇舌草多糖(Hedyotis diffusa Willd. Polysaccharide,HDP)是其主要成分和關鍵活性物質,有良好的抗腫瘤活性,在體內外均能抑制鼻咽癌、肺癌、結腸癌等多種惡性腫瘤的增殖和轉移[7-9],但目前HDP對乳腺癌細胞生物學行為的影響及其機制尚不清楚。本研究旨在探討HDP對人乳腺癌細胞MDA-MB-231增殖、遷移及侵襲的影響,為其抗腫瘤機制研究提供科學依據。
1 儀器與材料
1.1" 主要儀器
ACB-4A1型超凈工作臺(新加坡ESCO公司);XS205DU型電子分析天平(瑞士梅托勒公司);MI52-N型倒置熒光顯微鏡(廣州市明美光電技術有限公司);MULTISKAN MK3型酶聯免疫檢測儀(德國奧林巴斯公司);TGD-20MC型高速低溫離心機(長沙湘銳離心機有限公司);TDL-5A型臺式離心機(上海菲恰爾分析儀器公司);4590型包埋機(日本SAKURA精密技術公司);RM2235型病理組織切片機(德國徠卡公司);DYCZ-40D型蛋白電泳儀(北京六一生物科技有限公司);IMS-130型顆粒制冰機(常熟市雪科制冷設備有限公司);Azure 300型化學發光成像儀(美國Azure Biosystems公司);TS-8型搖床(江蘇其林貝爾儀器制造有限公司);HH-8型電熱恒溫水浴鍋(上海汗諾儀器公司);CLM-170B-8-CN型CO2培養箱(新加坡藝思高科技有限公司);GWB-1型純水機(北京普析通用儀器有限責任公司)。
1.2" 藥物與試劑
HDP(純度≥98%,批號:A20220213,南京澤朗醫藥科技有限公司);AMD 3100(批號:HY-10046)、胎牛血清(批號:ST200707,德國PAN-Biotech公司)、DMEM培養基(批號:20221208)、磷酸鹽緩沖液(批號:20220110)、電化學發光(ECL)試劑盒(批號:20230505)、電泳液(批號:20230505)、轉膜液(批號:20230505)購自江蘇凱基生物技術股份有限公司;CXCL12蛋白(批號:HYP73411,美國Med Chem Express公司);CCK-8細胞增殖檢測試劑盒(批號:22266783,北京Biosharp生物科技公司);結晶紫(批號:4230403001,北京索萊寶科技有限公司);Transwell 12孔板(上海雅吉生物科技有限公司);上皮黏蛋白(E-cadherin)抗體(批號:AF0131)、波形蛋白(Vimentin)抗體(批號:AF7013)、CXCL12抗體(批號:AF5166)、CXCR4抗體(批號:AF5279)、GAPDH(批號:AF7021)、HRP標記的山羊抗兔IgG 抗體(批號:S0001)均購自江蘇親科生物研究中心有限公司;HE染色試劑盒(批號:20221217);快速凝膠試劑盒(批號:050623230510)、RIPA裂解液(批號:090121211229)均購自上海碧云天生物技術有限公司。
1.3" 細胞株
人乳腺癌MDA-MB-231細胞,由武漢普諾賽生命科技有限公司提供,編號H9XX570KO8,第5代細胞。
1.4" 實驗動物
SPF級BALB/c-nu雌性裸鼠,7~8周齡,體質量(20±2) g,購于廣東維通利華實驗動物技術有限公司,使用許可證號SCXK(粵)2022-0063。動物飼養于SPF級實驗動物房的小鼠獨立通氣籠(individually ventilated cages, IVC)中,室溫(25±2) ℃,相對濕度55%±5%,自然晝夜節律光照環境下自由進食飲水,適應性喂養1周后開始實驗。
2 方法
2.1" 細胞培養
將人乳腺癌細胞系MDA-MB-231細胞用含有10% 胎牛血清、1%雙抗的DMEM培養基于37 ℃、5% CO2培養箱中培養,待細胞長滿至瓶底90%后進行傳代,將傳至第3代的細胞用于后續研究。
2.2" CCK-8檢測HDP對細胞的毒性
將細胞懸液按每孔100 μL均勻接種至96孔板(5 000個/孔)中,24 h后用不同濃度(0、50、100、200、400、800 mg/L)的HDP干預細胞48 h,每孔加入10 μL的CCK-8試劑,置于37 ℃條件下孵育1 h。采用酶標儀450 nm處檢測每孔的吸光度值,計算HDP的IC50值。
2.3" 細胞分組和處理
將MDA-MB-231細胞分為對照組、CXCL12/CXCR4抑制劑組(AMD 3100)、HDP-L組、HDP-M組、HDP-H組、HDP-H+CXCL12組。對照組細胞用含10% FBS的DMEM培養基培養,CXCL12/CXCR4抑制劑組用AMD 3100濃度為10 μg/mL的培養基培養,HDP低、中、高劑量組分別用HDP濃度為150、300、600 mg/L的培養基培養,HDP-H+CXCL12組用含有600 mg/L的HDP和100 ng/mL的CXCL12的培養基聯合培養,另設空白孔(不加細胞)。
2.4" 細胞增殖抑制率檢測
將細胞懸液按每孔100 μL均勻接種至96孔板(5000個/孔)中,培養24 h后,去掉舊培養基,分別按“2.3”項進行分組處理,每個濃度設置5個重復孔,分別繼續培養12、24、48、72 h后,每孔加入10 μL CCK-8試劑孵育1 h,使用酶標儀檢測每孔450 nm波長處吸光度值,計算細胞增殖抑制率。
2.5" 遷移實驗
取生長狀態良好的MDA-MB-231細胞均勻接種于6孔板(1×105個/孔)中,常規培養24 h待細胞生長融合至約80%,用移液器槍頭垂直培養皿底部劃間隔為5 mm的平行橫線,PBS緩慢沖洗3次后,按“2.3”項方法分組干預,并將培養基更換為相應的不含FBS的培養基繼續培養48 h,倒置顯微鏡下觀察細胞遷移狀況并拍照,通過Image J 軟件測量細胞間距離并分析。
2.6" 侵襲實驗
取生長狀態良好的MDA-MB-231細胞,將細胞均勻接種至基質膠包被的Transwell小室(1×104個/孔)中,按“2.3”項下方法將下室更換為含10% FBS的不同條件的培養液,共800 μL,置于細胞培養箱中培養48 h后,取出小室,濕棉球擦掉小室上層未穿出細胞,加入甲醇固定10 min,然后加入0.1%結晶紫染色液染色,使用PBS輕輕沖洗后,200×顯微鏡下隨機選取5個視野區計數細胞侵襲數目。
2.7" Western blot檢測細胞中E-cadherin、Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白的表達水平
收集分組培養48 h后的細胞。加入RIPA裂解液提取總蛋白,采用BCA法測定蛋白濃度。蛋白樣品電泳后轉至PVDF膜,將PVDF膜放入5%脫脂奶粉封閉液中室溫封閉1 h后,將膜清洗后與一抗稀釋液(E-cadherin、Vimentin、CXCL12、CXCR4稀釋比例為1∶2 000)在4 ℃下孵育過夜。再分別與羊抗兔IgG二抗稀釋液(1∶1 000)在室溫下孵育1 h后用ECL試劑顯色。在凝膠成像儀中檢測蛋白條帶,以GAPDH為內參,ImageJ軟件分析蛋白條帶灰度值。
2.8" 建立裸鼠乳腺癌移植瘤模型
取生長狀態良好的人乳腺癌MDA-MB-231細胞,采用生理鹽水制成細胞濃度為2.5×107個/mL的懸液。每只裸鼠腋部皮下注射0.2 mL細胞懸液,完成接種后用消毒棉簽輕壓片刻。每天觀察裸鼠與腫瘤的生長情況。待腫瘤體積達到米粒大小[3],隨機分為模型組、CXCL12/CXCR4抑制劑組(AMD 3100)、HDP-L組、HDP-M組、HDP-H組、HDP-H+CXCL12組,每組8只。2周后用1%戊巴比妥鈉麻醉裸鼠,眼底靜脈處采血,放進小鼠CO2處死箱處理后剝離腫瘤組織。血液室溫靜置后,以3 500 r/min離心(半徑5 cm)15 min取血清,于-80 ℃超低溫冰箱保存待檢。腫瘤抑制率=(對照組瘤重均值-實驗組瘤重均值)/對照組瘤重均值×100%。
2.9" HE染色觀察裸鼠腫瘤組織的病理學改變
取黃豆大小腫瘤組織置于10%甲醛中固定過夜,經程序梯度脫水、透明,石蠟包埋制片,3 μm連續切片后浸入二甲苯脫蠟,梯度乙醇浸泡水化后,浸泡于水中,然后按試劑盒操作說明書進行HE染色。在光學顯微鏡下觀察分析腫瘤細胞的形態變化。
2.10" 統計學分析
采用SPSS 20.0軟件進行數據統計分析,計量資料以“x±s”表示。所有資料均作正態性與方差齊性檢驗,滿足正態分布,多組間比較滿足方差齊性時采用單因素方差分析檢驗,各組間均數多重比較采用Tukey檢驗;當方差不齊時,采用Welch和Dunnett's T3檢驗,Plt;0.05表示差異具有統計學意義。
3 結果
3.1" HDP對MDA-MB-231細胞毒性的影響
與對照組相比,50、100、200、400、800 mg/L的HDP干預48 h后細胞的增殖活力均明顯降低(Plt;0.05,Plt;0.01),同時顯示HDP干預MDA-MB-231細胞后的IC50為308 mg/L。因此,本實驗選擇濃度為150、300、600 mg/L作為后續實驗中HDP的低、中、高劑量組(圖1A)。
3.2" HDP對MDA-MB-231細胞增殖活性的影響
與對照組相比,AMD 3100組和HDP各劑量組細胞的增殖活力顯著降低,且HDP呈現良好的劑量依賴性(Plt;0.05,Plt;0.01),與AMD 3100組相比,HDP-H組無統計學意義(Pgt;0.05),HDP-H+CXCL12組細胞的增殖活力明顯增強(Plt;0.05,Plt;0.01);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組細胞的增殖活力明顯增強(Plt;0.01)。詳見圖1B。
3.3" HDP對MDA-MB-231細胞遷移能力的影響
劃痕實驗結果顯示,與對照組相比,AMD 3100組與HDP不同劑量組細胞遷移率顯著降低(Plt;0.01),且AMD 3100組與HDP-H組差異無統計學意義(Pgt;0.05);與HDP-H組相比,HDP+CXCL12組細胞的遷移率明顯升高(Plt;0.01)。詳見圖2A、2C。
3.4" HDP對MDA-MB-231細胞侵襲能力的影響
與對照組相比,AMD 3100組和HDP不同劑量組細胞的侵襲數明顯減少(Plt;0.01),AMD 3100組與HDP-H組差異無統計學意義(Pgt;0.05);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組細胞的侵襲數增多(Plt;0.01)。詳見圖2B、2D。
3.5" HDP對MDA-MB-231細胞中E-cadherin、Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白表達的影響
與對照組相比,AMD 3100組和HDP各劑量組細胞中Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白表達水平均明顯下降(Plt;0.05,Plt;0.01),E-cadherin蛋白表達水平顯著升高(Plt;0.01),且AMD 3100組與HDP-H組無統計學意義(Pgt;0.05);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組細胞中Vimentin、CXCL12、CXCR4蛋白表達水平均顯著提升(Plt;0.01),而E-cadherin蛋白表達水平明顯下降(Plt;0.01)。詳見圖3。
3.6" HDP對MDA-MB-231細胞異種移植瘤生長的影響
與模型組相比,AMD 3100組和HDP各劑量組大鼠腫瘤體質量、腫瘤體積均顯著減小(Plt;0.05,Plt;0.01);與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組裸鼠腫瘤重量明顯增加(Plt;0.01)。詳見表1。
3.7" HDP對移植瘤裸鼠腫瘤組織形態的影響
模型組裸鼠腫瘤組織中腫瘤細胞密集排列無序,腫瘤細胞呈不規則的團塊狀或條索狀、彌散性分布,腫瘤細胞異型性明顯,細胞核呈圓形或卵形,細胞核增大、深染,未顯現壞死灶;AMD 3100組和HDP各劑量組腫瘤細胞數量明顯減少,腫瘤細胞細胞質破裂、細胞核溶解,腫瘤細胞壞死區域較大,出現明顯細胞凋亡;與HDP-H組相比,HDP-H+CXCL12組腫瘤細胞數量較多,且凋亡細胞較少。詳見圖4。
4 討論
植物多糖具有豐富且復雜的結構特點,其在抗腫瘤領域越發受到廣泛關注。在機體代謝活動中,多糖不僅作為能量儲存與來源的功能,還與細胞的轉化和凋亡、免疫功能調節、抗氧化等生物過程密切相關,發揮重要的生理生化調節作用[10]。當多糖類與免疫細胞的表面多糖受體結合時,通過激活細胞的信號轉導途徑,促進巨噬細胞生成細胞因子,從而觸發與調控生物體免疫反應,抑制腫瘤細胞的生長增殖、遷移及侵襲[11]。HDP為壯藥白花蛇舌草的主要活性成分,已有多項研究證實HDP具有抗氧化、免疫調節、抗腫瘤等多種藥理活性[12-14],HDP具有抑制腫瘤細胞增殖、侵襲、轉移,誘導腫瘤細胞凋亡等抗腫瘤作用途徑[8,15],但其對乳腺癌的作用尚未闡明。本研究利用人乳腺癌MDA-MB-231細胞模型及其BALB/c-nu雌性裸鼠異種移植瘤模型,探討HDP對MDA-MB-231細胞的影響及對荷瘤裸鼠的抑瘤作用。
本實驗使用MDA-MB-231細胞探討了HDP對乳腺癌的作用,結果顯示HDP處理組細胞的增殖活性顯著低于對照組,增殖抑制作用隨著劑量增加而增大,提示HDP可以通過抑制MDA-MB-231細胞的增殖,從而阻止乳腺癌的進展。據研究證實,上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)作為一種可塑性表型過程,促使上皮細胞在乳腺癌的進展中具有遷移和侵襲的特性,從而導致癌細胞從原發部位遷移并侵入血管或其他組織[16]。E-cadherin水平異常下調和Vimentin含量異常增加是EMT發生的標志,且E-cadherin和Vimentin可通過介導癌細胞的增殖、遷移和侵襲影響腫瘤的發生發展[17]。本研究通過Transwell小室和Western blot實驗發現,與對照組相比,HDP干預組細胞的遷移和侵襲數減少,E-cadherin蛋白表達水平顯著升高,Vimentin蛋白表達水平明顯降低,提示HDP可能通過抑制上皮細胞向間充質轉化來阻滯MDA-MB-231細胞的遷移和侵襲,從而阻止乳腺癌轉移,但具體的分子機制還尚未被證實。
研究表明,趨化因子作為具有獨特性質的蛋白質,能系統調控免疫細胞的趨化作用,參與細胞的增殖、遷移和凋亡等重要生物學過程。在眾多趨化因子受體中,CXCR4對促進乳腺癌生成、增殖、轉移等多個過程發揮關鍵作用[18]。CXCL12為一種細胞外穩態趨化因子,其作為CXCR4配體,兩者相互作用后能夠加劇乳腺癌細胞遷移、侵襲并抑制其凋亡[19]。而臨床研究也證實,高水平CXCR4的乳腺癌患者具有更高的腫瘤復發率與轉移率[20]。CXCL12/CXCR4信號軸的激活可以促進EMT,誘導癌癥的侵襲和轉移,從而導致預后不良[21]。AMD 3100是美國食品藥品監督管理局批準上市的CXCR4特異抑制劑,其可有效阻滯CXCL12/CXCR4軸而發揮抗癌作用[22]。本研究結果表明,與對照組相比,HDP干預組的細胞明顯抑制CXCL12、CXCR4蛋白的表達明顯被抑制,且CXCL12/CXCR4軸抑制劑AMD 3100組的細胞增殖活力、遷移和侵襲細胞數以及CXCL12、CXCR4蛋白含量均與HDP-M組無統計學意義,提示HDP可能與AMD 3100的作用途徑相同,通過抑制CXCL12與CXCR4結合發揮抗腫瘤作用。在HDP-H劑量組中加入CXCL12后,HDP抑制MDA-MB-231細胞增殖、遷移、侵襲的作用被明顯逆轉,這進一步提示了HDP可能是通過阻斷CXCL12/CXCR4信號軸來抑制MDA-MB-231細胞增殖、遷移和侵襲的。此外,本研究探討了HDP對異種移植瘤的抑制作用,與模型組相比較,HDP各劑量組可明顯抑制裸鼠腫瘤重量的增加,腫瘤組織HE染色顯示經HDP干預可誘導腫瘤細胞的凋亡,表明HDP在體內也可有效抑制乳腺癌的發展。
綜上所述,HDP可以通過阻斷CXCL12/CXCR4軸抑制MDA-MB-231細胞增殖、侵襲和遷移。本研究可為壯藥白花蛇舌草中的多糖成分用于乳腺癌治療的臨床應用提供科學依據。此外,有研究表明[23],CXCL12/CXCR4軸與下游諸多調節細胞生長的信號通路密切相關,如PI3K/AKT/mTOR。因此,該信號軸在乳腺癌中的具體調控機制有待進一步深入研究。
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(本文編輯" 蘇" 維)
〔收稿日期〕2023-08-24
〔基金項目〕廣西自然科學基金項目(2020GXNSFBA297032);廣西中醫藥大學自然科學基金面上項目(2020MS055);柳州市科技攻關與新產品試制(2020NBAA0802)。
〔通信作者〕*陸世銀,男,碩士,副主任藥師,E-mail:1175463199@qq.com。