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肝细胞性肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是严重威胁人类健康的主要肿瘤之一。每年约有60-100万新发病例,死亡人数高达60万人次。目前HCC的主要治疗手段仍然是手术治疗,但治疗率低、复发性高,预后差。HCC疗效不尽如人意的最主要原因是诊断较晚。70%~80%的HCC病人发现时已到晚期,不能进行有效的根治性治疗。研究和应用有效的、可耐受的治疗肝癌的新药仍然是未来长期的持续性工作。
凋亡是参与维持机体生理平衡的重要机制,与机体生长发育和肿瘤等多种疾病的发生发展过程都有着紧密的联系。常用的化疗药物可以引起肿瘤细胞的凋亡,从而抑制肿瘤的生长。近年来,自噬作为另外一种细胞程序性死亡方式逐渐引起了人们的高度关注。自噬与凋亡一样有着复杂的分子机制和调控机制,两者之间存在着密切的联系。
从天然动植物中寻找低毒、高效的抗癌活性成分是近年来研究的热点之一。紫杉烷类的代表药物紫杉醇(paclitaxel,PTX)是从紫杉树树皮中提取的一种天然植物类抗肿瘤药物。通过研究和临床证实紫杉醇是乳腺癌和卵巢癌及非小细胞肺癌(NSCLC)的一线和二线治疗药物。维泰醇(alternol)是利用红豆杉树皮中分离、选育到的1株高产紫杉醇菌种发酵生产的新型单体化合物。体外抗肿瘤活性研究表明,维泰醇对20多种肿瘤细胞株的增殖具有抑制作用,杀伤率可达50%~99%不等;其抗瘤谱广,抑瘤效果显著。近年来紫杉烷类化合物化学研究焦点已转向发现新的天然产物并对已发现的化合物进行结构上的改造,以提高生物活性,增强疗效,降低毒副作用。维康醇是在紫杉醇发酵过程中获得的另一个化合物,其结构和维泰醇非常相似,它的抗肿瘤活性以及其可能的作用机制值得我们进行详细研究。
本研究拟以肝癌细胞HepG-2为模型,应用MTT法、流式细胞术、荧光染色、以及Westernblot等方法,探讨维康醇对肝癌的作用及其可能的作用机理。
材料和方法:
以不同浓度维康醇作用于HepG-2细胞一定时间后,利用MTT法检测其对细胞增殖的抑制率,流式细胞仪PI单染检测细胞周期分布的情况,流式细胞仪AnnexinV/PI双标记法检测细胞凋亡率,MDC荧光染色检测细胞自噬,以及WesternBlot技术检测ERK、P38、JNK.MAPKs和自噬相关蛋白MAP-LC3的表达。
实验结果:
1、维康醇对HepG-2细胞增殖的影响
HepG-2细胞经维康醇处理后,MTT法显示维康醇对HepG-2细胞具有明显的生长抑制作用并呈时间剂量依赖性。经检验,与对照组相比有明显差异,P<0.05或P<0.01。当维康醇浓度达到10μM时,细胞抑制率显著升高。
2、流式细胞法分析细胞周期和凋亡
流式细胞仪检测结果显示3μM、10μM、30μM维康醇作用于HepG-2细胞48h后,处于S期和G2/M期的细胞比例升高,同时伴随G1/G0期细胞比例下降,与对照组相比,差异有统计学意义(P<0.05或<0.01)。Annexin-V/PI染色检测显示,3μM、10μM、30μM维康醇作用于HepG-2细胞48h后的细胞凋亡率分别为7.52%、7.07和23.66%(溶剂对照组为7.21%)。
3、MDC荧光染色检测细胞自噬
荧光显微镜下观察到,不同浓度维康醇作用于HepG-2细胞48h后,细胞出现的自噬泡逐渐增加,药物浓度达到3μ时自噬泡的数量最多,继续加大浓度,自噬泡的数量减少。3-MA(2mM)预处理1h后再加入1μM的维康醇作用48h,可见空泡量明显减少。
4、蛋白质印迹检测相关蛋白水平的表达
Westernblot检测结果显示,10μM维康醇可以显著上调LC3-Ⅱ的表达水平,随着药物浓度的升高,p-P38和p-ERK蛋白水平的表达逐渐增高,但p-JNK没有显著变化。
结论:
1、维康醇抑制肝癌细胞HepG-2的增殖,并具有浓度和时间依赖性。
2、维康醇在低剂量时,诱导HepG-2细胞的自噬作用;在高剂量时诱导HepG-2细胞的凋亡,维康醇抑制HepG-2细胞的增殖是通过引起细胞周期阻滞和诱导细胞凋亡和自噬的途径来实现的。
3、维康醇对HepG-2细胞的作用可能与ERK和p38信号通路的激活有关。