酯蟾毒配基通过RIP3介导的细胞坏死抑制结直肠癌的生长和转移

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背景与目的:2018年以美国的结直肠癌(colorectal cancer,CRC)群体为研究对象,结果显示该疾病中新发病例和死亡例数预计分别为140,250人和50,630人,分别占癌症发病和致死人数的8.1%和8.3%。2010年来,癌症已经成为我国疾病的首要死亡原因,2015年CRC发病数和死亡数分别达到376,300和191,000,均居癌症新发病例数和死亡例数的第五位。中药蟾酥自唐代《药性论》中就记载治疗痈疽疔疮、瘰疬等疾病。酯蟾毒配基(Resibufogenin)是蟾酥当中的有效活性成分,本次研究以酯蟾毒配基为主要研究对象,结果显示其具有防治结直肠癌的作用,阐明酯蟾毒配基调控细胞程序性坏死的作用机制,为临床治疗结直肠癌提供了潜在靶标。方法:利用结肠癌SW480细胞建立裸鼠异位瘤模型和小鼠脾内注射肝转移模型观察resibufogenin可以诱导细胞坏死,抑制肠癌的细胞生长和抑制肝转移。体外利用HCT116、SW480细胞,通过PI(propidium iodide,PI)进行染色,流式细胞术(flow cytometry,FCM)以及透射电镜(transmission electron microscope,TEM)等直观的看到药物作用后细胞的坏死情况。同时用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine,L-NAC)以及caspase抑制剂观察细胞的生存活力。在药物作用下受体相互作用3(receptor-interactingprotein 3,RIP3)敲除小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryo fibroblasts,MEF)可达到挽救细胞死亡的目的。在野生型与RIP3敲除小鼠胚胎成纤维细胞中观察RIP3介导的三种能量代谢酶的活性。体外细胞Transwell、划痕实验(wound healing)以及蛋白免疫印迹(western blot,WB)同时对上皮间充质转化(Epithelial-MesenchymalTransition,EMT)相关蛋白的表达进行检测以及统计值分析。结果:1.Resibufogenin在体内外抑制结肠癌生长。建立SW480细胞裸鼠皮下异位瘤模型,与模型组相比,resibufogenin处理后检测裸鼠体内的肿瘤体积,显示瘤体重量以及体积显著减轻。在HCT116、SW480细胞系上,MTT与平板克隆实验表明,resibufogenin显著降低了细胞的生存率与增殖能力,且与resibufogenin干预的时间以及干预的剂量呈明显的相关性。2.对结肠癌细胞进行resibufogenin给药处理,结果显示细胞均发生坏死。在电镜下观察到溶酶体、线粒体、内质网等细胞器肿胀崩解。PI染色阳性,出现亮红色荧光点。流式细胞术AnnexinV-PE/7AAD双染结果显示,resibufogenin诱导HCT116细胞发生坏死,坏死率显著高于空白对照组(P<0.05)。细胞乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)的活性显著升高,同时伴随着活性氧(reactive oxygen species,ROS)急剧增高。抗氧化剂L-NAC预处理5h后,加药组与空白组相比,生存率显著升高(P<0.05)。高浓度的resibufogenin可以诱导细胞发生炎症氧化应激反应,最终导致细胞死亡。3.Resibufogenin通过激活糖原磷酸化酶(lycogenphosphorylase,PYGL)、谷氨酰胺合成酶((glutamate-ammonia ligase,GLUL)、谷氨酸脱氢酶(glutamatedehydrogenase 1,GLUD1)诱导RIP3依赖性死亡。蛋白质免疫印迹、荧光定量PCR、免疫荧光染色显示RIP3在resibufogenin作用下显著升高。使用野生型与RIP3-/-小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)进一步研究RIP3在resibufogenin诱导的细胞死亡中的作用,在浓度为10μM、20μM的resibufogenin作用于24h后,RIP3-/-细胞生存率高于野生型细胞(P<0.05)。PYGL、GLUL、GLUD1在细胞内的表达,野生型细胞内的表达显著高于RIP3-/-细胞,尤其是在10μM药物处理24h后(P<0.05)。这些结果表明RIP3是resibufogenin诱导的细胞坏死所必不可少的元素。4.Resibufogenin抑制小鼠结直肠癌肝转移。研究用EGFP-MC38细胞建立C57小鼠脾内注射肝转移细胞模型。进行荧光成像分析,resibufogenin显著减少了肝脏转移灶,HE染色以及免疫荧光进一步证实了 resibufogenin抑制原发性结直肠癌小鼠肝脏转移。结论:Resibufogenin通过RIP3介导的细胞坏死抑制结直肠癌的生长和转移。
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