抗结肠癌功能益生菌筛选及其诱导HT-29细胞凋亡机制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangqiding
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结肠癌是威胁人类健康和生命的恶性疾病,其发病率和死亡率均很高。导致人结肠癌发病的原因很多,其中最重要的诱发因素是饮食。资料表明高脂肪、高蛋白和低纤维的饮食导致人结肠癌的发病率上升,而摄入益生菌对结肠癌有预防和抑制作用。但是,对于益生菌抑制结肠肿瘤的生长作用机理尚不十分清楚。  本论文以本实验室人员先前从中国西部地区传统发酵食品及婴儿、成人粪便中分离出的138株益生菌为供试菌株,以标准菌株 Lactobacillus rhamnosus GG(ATCC43121,USA)为阳性对照,采用MTT实验法初步筛选出活菌体具有显著抑制结肠癌HT-29细胞增殖能力的益生菌11株。又基于益生功能(包括黏附于肠上皮细胞能力、耐受模拟胃液和模拟肠液能力)对11株益生菌进行筛选,获得4株益生菌(M5、X11、X12和K14),其黏附能力、耐酸能力和耐胆盐能力显著高于阳性对照 LGG(P<0.05)。经16S rDNA种属鉴定,M5和X12属于副干酪乳杆菌,X11和K14属于干酪乳杆菌。  进一步对菌株M5、X11、X12和K14细胞壁和细胞质成分进行抗结肠癌能力筛选,同样以LGG菌株为阳性对照。通过MTT实验筛选出菌株M5、X11、X12、K14菌体细胞壁和M5、K14菌体细胞质具有显著抑制HT-29细胞增殖的能力(P<0.05)。继续对菌体成分进行诱导HT-29细胞凋亡能力实验,采用SCGE实验、DNA ladder实验、Annexin-V与PI染色、细胞周期分析、细胞膜电势检测、透射电镜观察细胞形态等凋亡指标进行筛选,最终获得菌株X12、M5和K14的细胞壁能显著诱导HT-29细胞DNA损伤和凋亡(P<0.05),而其对正常细胞(Vero)毒性作用很小,显著低于结肠癌HT-29细胞(P<0.05)。  以菌株X12、M5和K14细胞壁肽聚糖为研究目标,检测其抑制HT-29细胞增殖的能力。以5-Fu为阳性对照,通过MTT和TBE实验确定菌株X12和M5肽聚糖具有抑制HT-29细胞增殖的能力(P<0.05)。SDS-PAGE分析证实了X12和M5肽聚糖的存在,其分子量均约为14.4 kDa。通过对X12和M5肽聚糖氨基酸组分分析发现,其基本氨基酸组成为丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸和赖氨酸。电镜观察显示X12和M5细胞壁肽聚糖保留了原菌体细胞的骨架结构。经过Annexin-V与PI染色分析和细胞周期分析,确定了X12和M5细胞壁肽聚糖可诱导HT-29细胞凋亡。  最后,对X12和M5肽聚糖诱导HT-29细胞凋亡途径进行研究。流式细胞仪分析结果显示,肽聚糖降低了HT-29细胞线粒体膜电势(?m),并诱导胞内活性氧(ROS)的堆积。相对于阴性对照组,80μg/mL和160μg/mL的M5肽聚糖组△?m分别下降了13.63%和16.23%;而80μg/mL和160μg/mL的X12肽聚糖组则分别下降了27.79%和30.60%。M5肽聚糖诱导胞内ROS堆积的最佳剂量为160μg/mL,比阴性对照高了42.10%;而X12肽聚糖诱导胞内ROS堆积的最佳剂量是320μg/mL,比阴性对照高了近66.71%。ELISA实验结果显示,X12和M5肽聚糖均促进了HT-29细胞色素C(Cyto-C)从线粒体释放到胞浆中。RT-PCR实验结果显示,X12和M5肽聚糖上调HT-29细胞促凋亡基因Bax和Bad的mRNA表达,下调抗凋亡基因Bcl-xl的mRNA表达,并激活了Caspase-3,而且其诱导作用在本研究剂量范围内呈剂量依赖性关系。另外,Western blot实验结果也显示,X12肽聚糖上调了HT-29细胞Bax蛋白表达,下调了Bcl-2蛋白表达,促进无活性的Procaspase-3(32 kDa)转变成有活性的Caspase-3。同样,X12和M5的肽聚糖对正常细胞(Vero)没有毒性效应。  总之,本论文通过各项抑癌指标的筛选,最终获得具有抑癌功效的益生菌X12和M5肽聚糖,并表明益生菌肽聚糖可呈剂量依赖性地诱导HT-29细胞凋亡,其诱导细胞凋亡是通过凋亡线粒体途径来实现的。
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