DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25090983
中图分类号:R739.5;|R285.5
莫芷欣1?, 于涵宁1?, 王孟宇1, 王晓晖2, 胡静燕3, 刘文清3, 胡秀华1
| 【作者机构】 | 1北京中医药大学生命科学学院; 2北京中医药大学中药现代研究中心; 3北京中医药大学中药学院 |
| 【分 类 号】 | R739.5;R285.5 |
| 【基 金】 | 精准经方标准创新与精准化开发研究项目(2020110031000381)。 |
黑色素瘤是一种恶性程度高、易转移和治疗抵抗的皮肤肿瘤,晚期患者的5年生存率不足20%[1-2]。尽管手术、靶向治疗和免疫治疗等联合治疗方案将生存率提升至50%,但肿瘤异质性和药物耐药性导致约40%的患者治疗无效[3-7]。大柴胡汤源自《伤寒论》,其“外解少阳、内泻阳明”之功与黑色素瘤“毒邪内蕴、气滞血瘀、阳明热结”的病机契合。
现代研究显示,大柴胡汤可通过多靶点调控抗炎、免疫及肿瘤微环境来发挥抗肿瘤功效[8-9]。在此基础上配伍黄芪与天花粉,既可增强原方疏肝利胆、通腑泄热之效;又能益气养阴、托毒生肌,弥补扶正不足之力,形成攻补兼施的配伍特点。现代药理学研究认为,大柴胡汤可能通过调控Bcl-2/Bax比例,激活Caspase级联反应,诱导线粒体途径的凋亡[10]。此外,黄芪中的黄芪多糖呈剂量依赖性地通过内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)增强阿霉素在肝癌细胞中诱导的凋亡[11];天花粉中的天花粉蛋白在肺腺癌中可通过增加MICU3介导的线粒体钙内流促进肿瘤细胞死亡[12]。黑色素瘤细胞中的高频基因突变可导致蛋白稳态失衡,由此产生过度激活的ERS可通过PERK-CHOP通路诱导细胞凋亡,进一步支持上述配伍在黑色素瘤治疗中的潜在机制[13]。本研究旨在通过分子生物学技术,探讨大柴胡汤化裁方是否通过调控ERS促进黑色素瘤细胞凋亡,为其临床应用提供依据。
人恶性黑色素瘤细胞A375购自厦门逸漠生物科技有限公司[生产批号:(IMMOCELL)IM-H332)];人正常肝细胞L-02购自中国科学院细胞库(生产批号:1101HUM-PUMC001138)。
柴胡(生产批号:20230225)、黄芩(生产批号:22042801)、大黄(生产批号:220120004)、炙枳实(生产批号:220813002)、白芍(生产批号:23021501)、姜半夏(生产批号:20221205)、生姜(生产批号:198210601)和大枣(生产批号:22111404)均购自河北橘井药业有限公司;黄芪(生产批号:22120501)和天花粉(生产批号:22071901)购自北京同仁堂药业有限公司。
超高灵敏度化学发光成像系统(型号:734BR0376)购自美国Bio-Red公司;倒置显微镜(型号:CKX53)购自日本Olympus公司;全波段酶标仪(型号:SynergyⅡ)购自美国Bio-Tek公司;共聚焦显微镜(型号:FV3000)购自日本Olympus公司。
细胞增殖及毒性检测试剂盒(货号:MA0218-2)购自美仑云(北京)细胞生物科技有限公司;结晶紫染色液(货号:G1063)和0.1% DAPI溶液(货号:C0065)购自北京索莱宝科技有限公司;细胞周期与细胞凋亡检测试剂盒(货号:C1052)、钙含量显色检测试剂盒(货号:S1063S)购自上海碧云天生物技术股份有限公司;活性氧(reactive oxygen species,ROS)测定试剂盒(货号:E004-1-1)购自南京建成生物工程研究所;Caspase 3抗体(货号:19677-1-AP)、p53抗体(货号:10442-1-AP)、Bcl-2抗体(货号:12789-1-AP)、Bax抗体(货号:50599-2-Ig)、β-actin抗体(货号:HRP-66009)均购自武汉三鹰生物技术有限公司。
将柴胡24 g、黄芩9 g、大黄6 g、炙枳实12 g、白芍9 g、姜半夏12 g、生姜15 g、大枣12 g、黄芪15 g和天花粉9 g常规中药煎煮法煎煮1 h,复煎30 min后将两次药液混合浓缩至浓度为2 g/ml[14-15]。药液经1 000 r/min离心20 min(离心半径10 cm),取上清液,4 ℃保存。
取对数生长期A375和L-02细胞,以8 000个/孔接种于96孔板,37 ℃、5% CO2培养过夜。A375细胞分别加入含梯度浓度大柴胡汤化裁方药液(0、0.01、0.06、0.25、1.00、4.00、16.00、64.00 mg/ml)的10% FBS培养基,对照组仅加完全培养基,每组重复6次[14];48 h后加入CCK8溶液,37 ℃孵育1 h,测定450 nm波长处吸光度并计算IC0、IC25、IC50值。随后以3种浓度分别处理2种细胞,分组为低剂量组、中剂量组、高剂量组,同法检测吸光度。
将对数生长期细胞以2 000个/孔接种于6孔板中,37 ℃、5% CO2培养过夜后,以3种浓度分别处理A375细胞,每48小时换液1次,持续培养15 d。多聚甲醛固定20 min后,0.5%结晶紫染色15 min,ddH2O洗涤,干燥后拍照。每组重复3次。
A375细胞种板后以3种浓度分别处理,培养48 h后收集细胞,70%乙醇4 ℃固定过夜,PBS洗涤,按试剂盒说明染色,流式细胞仪检测。每组重复3次。
将A375细胞以每孔1.5×105个的密度接种于6孔板中,37 ℃、5% CO2培养过夜后,加入3种浓度药液的培养基处理细胞48 h,多聚甲醛固定20 min后,用0.1% DAPI溶液对固定后的细胞染色10 min,PBS洗涤3次,使用荧光显微镜观察细胞。每组重复3次。
A375细胞以4×105/孔接种于6孔板,37 ℃、5% CO2培养过夜后,以3种浓度处理48 h。RIPA裂解液提取蛋白,BCA定量后经10% SDS-PAGE分离,转至PVDF膜。5%脱脂奶封闭后,依次加入Caspase 3、Bcl-2、Bax、p53及β-actin一抗(1∶2 000,4 ℃孵育过夜)和二抗(室温孵育1 h),ECL显影后Image J分析条带灰度值。每组重复3次。
取对数生长期的A375细胞,调整至4×105个/孔接种至6孔板,细胞贴壁后,按照分组加入对应药物,每组重复3次,作用48 h后与DCFH-DA探针37 ℃避光孵育,PBS洗涤,在激发波长485 nm和发射波长435 nm下检测荧光强度,荧光显微镜拍照分析ROS含量。
细胞裂解液冰浴超声破碎,1 000 r/min离心10 min(离心半径为10 cm),上清液与钙显色液(1∶5)37 ℃避光孵育;不同浓度标准品(0、0.312 5、0.625 0、1.250 0、2.500 0 mmol/L)同步处理,双波长(650/800 nm)测定ΔA值,按公式计算钙含量(mmol/106 cells)。钙含量(mmol/106 cells)=(ΔA样本-ΔA空白)/(ΔA标准-ΔA空白)×标准品浓度×稀释倍数÷细胞数(×106)。
A375细胞(4×105/孔)经IC50药液处理48 h后,按试剂盒步骤提取RNA后逆转录为cDNA。qPCR采用SYBR Green法扩增,每组重复3次。在冰上配制20 µl反转录反应体系,包含1 µg RNA模板、4 µl All-in-One MasterMix GIV、1 µl dsDNase,并用无核酸酶水补足至总体积;反应程序为50 ℃孵育15 min,85 ℃孵育5 s使酶失活,4 ℃保持,所得cDNA用于后续qPCR检测。采用SYBR Green法进行RT-qPCR检测,反应体系总体积为20 µl,包含10 µl 2×SuperStar Universal SYBR Master Mix、0.4 µl 正向引物(10 µmol/L)、0.4 µl反向引物(10 µmol/L)、2 µl cDNA模板,ddH2O补足至20 µl;扩增程序为95 ℃预变性30 s,95 ℃变性5~15 s,60 ℃退火/延伸10~30 s,共40~45个循环,熔解曲线分析程序为95 ℃ 15 s,60 ℃ 1 min,95 ℃ 1 s。目标基因表达量经内参基因校正后,采用2-ΔΔCt法计算,其中ΔΔCt=(Ct实验组目标基因-Ct内参基因)-(Ct对照组目标基因-Ct内参基因)。引物列表见表1。
表1 引物序列
基因名称引物序列(5’→3’)引物长度(bp)PERK正向引物:GTCCCAAGGCTTTGGAATCTGTC23反向引物:CCTACCAAGACAGGAGTTCTGG22 EIF2S1正向引物:GCCTTTCTGTCCTCAGTCAAGC22反向引物:CTCTCCATCTGCCTCGCAAGTT22 ATF4正向引物:TTCTCCAGCGACAAGGCTAAGG22反向引物:CTCCAACATCCAATCTGTCCCG22 DDIT3正向引物:GGTATGAGGACCTGCAAGAGGT22反向引物:CTTGTGACCTCTGCTGGTTCTG22 HSP90AA1正向引物:TGAACTGGCGGAAGATAA17反向引物:CAGAGGCAGATGTGTAGT18 MAPK1正向引物:TACACCAACCTCTCGTACATCG22反向引物:CATGTCTGAAGCGCAGTAAGATT23 ACTB正向引物:CATGTACGTTGCTATCCAGGC21反向引物:CTCCTTAATGTCACGCACGAT21
采用GraphPad Prism 8.0统计学软件进行数据分析。计量资料用均数±标准差(
)表示,多组间比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
CCK8实验结果显示,当大柴胡汤化裁方浓度 ≥4.00 mg/ml时,其对A375细胞活力的抑制率呈显著性差异(P<0.01)。基于剂量-效应曲线计算,大柴胡汤化裁方对A375细胞的IC50值为19.91 mg/ml,IC25和IC0分别为13.30、0.65 mg/ml。与对照组比较,中、高剂量组A375细胞活力降低(P<0.01);高剂量组L-02细胞活力降低(P<0.01)。平板克隆实验结果显示,与对照组比较,低、中、高剂量组细胞克隆数量减少(P<0.01)。见图1。
图1 大柴胡汤化裁方对细胞增殖的影响
流式细胞术检测结果显示,与对照组比较,中剂量组中S期与G2/M期出现阻滞,高剂量组Sub G1凋亡峰显著升高(P<0.01)。与对照组比较,中、高剂量组细胞凋亡率升高(P<0.01)。免疫荧光结果显示,药物处理48 h的A375细胞出现典型的凋亡形态学特征,包括核染色质边缘化、核浓缩及新月体形成。Western blot法检测结果显示,与对照组比较,中剂量组p53、Bax蛋白表达升高,Bcl-2蛋白表达降低(P<0.05或P<0.01);高剂量组p53、Bax蛋白表达升高(P<0.01)。见图2。
图2 大柴胡汤化裁方对细胞周期与凋亡的影响(n=3)
与对照组比较,低、中、高剂量组HSP90AA1、MAPK1 mRNA表达降低,PERK、EIF2S1、ATF4 mRNA表达升高(P<0.05或P<0.01);中、高剂量组DDIT3 mRNA表达升高(P<0.01)。见图3。
图3 大柴胡汤化裁方对HSP90AA1靶点及PERK-eIF2α-ATF4通路的影响(n=3)
大柴胡汤化裁方各剂量组处理后A375细胞的绿色荧光强度较对照组增强,以高剂量组最为显著。与对照组比较,低、中、高剂量组钙、ROS含量升高(P<0.01)。见图4。
图4 大柴胡汤化裁方对ROS含量及钙含量的影响(n=3)
ERS在肿瘤发生、发展中具有双重作用,具体表现为适度地激活可通过未折叠蛋白反应维持细胞稳态,而持续应激则会导致错误折叠蛋白累积,进而触发凋亡[16]。同时,这一过程可诱发Ca2+失衡及氧化应激等,进一步加剧凋亡的发生[17]。目前,针对ERS的抗肿瘤药物整体处于探索和发展阶段,虽然蛋白酶体抑制剂如硼替佐米已用于多发性骨髓瘤等癌症治疗,但较大的不良反应限制其广泛应用,且不同癌症对ERS的敏感性差异大,这可能是由于不同癌症对ERS“适度”发生与“过度”发生的界定值差异所致[16-19]。开发特异性更强及不良反应更小的靶向药物是临床亟须解决的问题。
本研究结果显示,大柴胡汤化裁方可通过促进A375细胞凋亡抑制黑色素瘤进展。大柴胡汤化裁方的有效成分均具有明确的药理活性,如黄酮类成分可通过激活内质网应激相关的未折叠蛋白反应,上调促凋亡因子CHOP和ATF4,从而诱导肿瘤细胞凋亡[20-22];酚酸类成分可通过ROS生成激活MAPK和ERS通路导致结肠癌细胞凋亡[23];生物碱类成分可通过上调促凋亡蛋白p53表达,抑制PI3K/Akt信号通路,从而达到抑制肿瘤增殖的作用[24]。多组分协同作用于内质网应激和死亡受体通路,可能构成大柴胡汤化裁方促进肿瘤细胞凋亡的核心机制。
研究显示,HSP90AA1与MAPK1是引起凋亡的潜在作用蛋白[23]。HSP90AA1作为热休克蛋白90家族的核心成员,是一种高度保守的分子伴侣,通过ATP依赖的机制参与客户蛋白的正确折叠和功能维持。在肿瘤发生、发展中,HSP90AA1通过调控MAPK家族成员如MAPK1、MAPK3、MAPK9等的构象稳定和功能活化,促进细胞周期进展并抑制凋亡[24-27]。Hu等[28]使用抑制剂阻断HSP90α功能后,细胞凋亡水平上升的同时自噬水平下降,提示HSP90AA1可能通过调节未折叠蛋白反应的平衡来影响细胞的存活与死亡。本研究结果显示,大柴胡汤化裁方抑制A375细胞中HSP90AA1与MAPK1的表达,并可通过提高Caspase 3、p53、Bax及降低Bcl-2表达,诱导细胞凋亡。HSP90AA1作为分子伴侣蛋白,与蛋白质正确折叠有关,而蛋白错误折叠增多促使细胞中内质网应激增加,导致PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路受到影响,CHOP通过抑制抗凋亡蛋白Bcl-2、促进促凋亡蛋白Bax的表达,激活线粒体凋亡途径,进而激活Caspase 3,最终引起细胞凋亡的发生[13,29-30]。据此,推测大柴胡汤化裁方可能通过PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路抑制黑色素瘤细胞增殖。
大柴胡汤化裁方能够在基因水平上影响HSP90AA1-MAPK1的相互作用进而促进PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路调控内质网应激的发生,最终导致细胞内钙含量升高,p53、Caspase 3和Bax等促凋亡蛋白增加导致细胞凋亡的发生。大柴胡汤化裁方具有加剧黑色素瘤细胞内质网应激的能力,是一种潜在的抗黑色素瘤的天然药物。
利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。
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Exploration of the effect of modified Dachaihu Decoction on the proliferation of melanoma cells based on the endoplasmic reticulum stressapoptosis pathway
莫芷欣(1999.10-),女,硕士;研究方向:中药抗肿瘤。于涵宁(2000.10-),女,北京中医药大学生命科学学院中西医结合基础专业在读硕士研究生;研究方向:中药抗肿瘤。
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