免费文献传递   相关文献

总状绿绒蒿醇提物对人白血病K562细胞DNA损伤及细胞周期的影响



全 文 :  [文章编号] 1671-587Ⅹ(2013)04-0684-06  DOI:10.7694/jldxyxb20130409
[收稿日期] 2012-11-24
[基金项目] 青海省科技厅自然科学基金资助课题 (2011-Z-721)
[作者简介] 范 妤 (1977-),女,陕西省宝鸡市人,讲师,医学硕士,主要从事肿瘤分子病理学研究。
[通信作者] 范 妤 (Tel:029-38185115,E-mail:fans95950@sohu.com)
网络出版时间: 2013-07-02 14:07
网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/22.1342.R.20130702.1407.001.html
总状绿绒蒿醇提物对人白血病K562细胞DNA损伤及
细胞周期的影响
范 妤1,范建平2,3,李 涛1,马晓军1,杜军华2
(1.陕西中医学院组胚教研室,陕西 咸阳712046;2.青海师范大学细胞生物学教研室,青海 西宁810008;
3.陕西师范大学细胞生物学教研室,陕西 西安710062)
[摘 要] 目的:探讨传统藏药总状绿绒蒿体外对人慢性髓系白血病细胞株K562细胞增殖活性的影响,并阐明
其相关作用机制。方法:不同浓度(30、60、90、120和150mg·L-1)总状绿绒蒿醇提物作用于体外培养的白血
病K562细胞,同时设置空白对照组,MTT法检测各组细胞增殖抑制率,倒置显微镜观察细胞形态学改变,单
细胞凝胶电泳检测细胞DNA损伤,流式细胞术检测细胞周期时相变化。结果:作用于K562细胞24、48和72h
后,不同浓度总状绿绒蒿醇提物组K562细胞生长受到明显抑制,与空白对照组比较,其增殖抑制率明显增加
(P<0.05),并呈浓度和时间依赖性。倒置显微镜下观察,随着总状绿绒蒿醇提物浓度增加,K562细胞数量减
少,细胞形态不规则,轮廓模糊,细胞碎片增多。单细胞凝胶电泳(SCGE)检测,与空白对照组比较,60、90和
120mg·L-1总状绿绒蒿醇提物组K562细核内DNA片段化、TailDNA%升高,差异有统计学意义(P<0.05或
P<0.01)。细胞周期检测,60、90和120mg·L-1总状绿绒蒿醇提物作用于 K562细胞24h后,G0/G1 期、
S期细胞所占比例逐渐下降,G2/M 期细胞所占比例逐渐升高,分别为(1.88±0.30)%、(5.46±0.57)%和
(19.80±1.03)%,各浓度组与空白对照组[(1.10±0.12)%]比较差异均有统计学意义(P<0.05),总状绿绒蒿
醇提物组K562细胞周期发生了G2/M 期阻滞。结论:总状绿绒蒿醇提物对K562细胞有显著的增殖抑制作用,
其机制可能与诱导DNA损伤引发G2/M期阻滞有关联。
[关键词] 总状绿绒蒿;K562细胞;增殖抑制;DNA损伤;细胞周期阻滞
[中图分类号] R552  [文献标志码] A
Influence of Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract in DNA
injury and cel cycle of human leukemia K562cels
FAN Yu1,FAN Jian-ping2,3,LI Tao1,MA Xiao-jun1,DU Jun-hua2
(1.Department of Histology and Embryology,Shaanxi University of Chinese Medicine,Xianyang
712046,China;2.Department of Cel Biology,Qinghai Normal University,Xi’ning 810008,China;
3.Department of Cel Biology,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China)
Abstract:Objective To investigate the influence of Meconopsis racemosa Maxim.of a traditional Tibetan medicine
in the biological activity of human leukemia cel line K562cels in vitro and to clarify its related mechanism.
Methods The K562cels were treated with different concentrations (30,60,90,120,150 mg·L-1)of
Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract in vitro,meanwhile blank control group was set up.MTT assay was
486
第39卷 第4期
2013年7月
吉 林 大 学 学 报 (医 学 版 )
Journal of Jilin University(Medicine Edition)
Vol.39 No.4 
Jul.2013
used to detect the growth inhibitory rates of K562cels treated with Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract.
The morphological changes of K562cels were observed by inverted microscope.DNA injury was evaluated by
single cel gel electrophoresis assay (SCGE).The changes of cel cycle were detected using flow cytometry.
Results The inhibitory rates of K562cels proliferation in Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract groups
were significantly higher than those in blank control group after 24,48and 72h(P<0.01)in dose-dependent and
time-dependent manner.The numbers of K562cels was reduced,and the cels shapes were irregular with cuntour
fuzzy under inverted microscope.The SCGE results showed that nucleus DNA fragmentation and TailDNA% were
increased after treated with 60,90,and 120mg·L-1 Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract,there were
significant differences compared with blank control group(P<0.05,P<0.01).The cel cycle detection results
showed that in 60,90and 120mg·L-1 Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract groups,the percentages of
K562cels at G0/G1phase and S phase were decreased,the percentages of K562cels at G2/M phase were increased
(1.88%±0.30%,5.46%±0.57%,19.8%±1.03%),they were significantly higher than that in blank control
group(1.10%±0.12%)(P<0.05),which suggested a G2/M cel cycle arresting in Meconopsis racemosa Maxim.
alcohol extract groups.Conclusion  Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract could obviously inhibit the
proliferation of K562cels,and the mechanism may be related to inducing DNA injury of K562cels and arresting
cel cycle in G2/M phase.
Key words:Meconopsis racemosa Maxim.;K562cels;proliferation inhibition;DNA injury;cel cycle arrest
  现代研究[1-2]证明:多种中草药具有不同程度
的抗肿瘤作用,中药以其攻补兼施、毒副反应小及
注意整体的优越性而在肿瘤治疗中得到广泛认可或
重视。罂粟科绿绒蒿属(Meconopsis Vig.)植物是
一类具有较高经济价值的高山植物,全球共49种,
中国有38种,其中32种集中分布于青藏高原地
区,资源丰富,在藏医药应用中被作为具有多种疗
效的民族药物[3]。藏医药典籍《四部医典》[4]、《晶
珠本草》[5]对其有详细的记载,且延用至今。总状
绿绒蒿(Meconopsis racemosa Maxim.)是绿绒蒿属
植物之一,藏药中称为“才完”,味淡,微寒,其全
草具有消炎、止骨痛作用,用于治疗头伤和骨
折[6]。近年来有关总状绿绒蒿化学成分研究的报道
较多,但未见其抗肿瘤活性的相关文献。为研究其
现代药用价值,开发藏药资源,本研究以人慢性髓
系白血病细胞株K562细胞为模型,初步探讨总状
绿绒蒿的体外抗肿瘤作用及其机制,为绿绒蒿属植
物在临床治疗中的应用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材 料 总状绿绒蒿采于自青海省玉树藏族
自治州杂多县境内,海拔4 232m,由青海师范大
学生命与地理科学学院杜军华副教授鉴定为总状绿
绒蒿全草。取全草粉碎,称取500g,用体积分数
为0.95的乙醇50℃浸泡过夜,超声处理1h,负
压抽吸过滤,滤液用旋转蒸发仪回收乙醇至无醇
味,超低温冷冻干燥后得棕黑色浸膏,-20℃保
存。实验前以少量 DMSO 助溶后用基础培养基配
制成终浓度为20g·L-1的溶液,0.22μm微孔滤
器过滤除菌,分装,-20℃保存备用。DMSO 终
浓度小于0.05%。
1.2 试剂及仪器 RPMI-1640培养基购自美国
Gibco公司;胎牛血清购自兰州民海生物工程有限
公司;胰蛋白酶、四甲基偶氮唑盐(MTT)、溴化
乙锭(EB)购自Sigma公司;细胞周期检测试剂盒
购自碧云天生物技术研究所。生物安全柜购自新加
坡ESCO公司;二氧化碳培养箱购自德国Bind公
司;倒置显微镜购自重庆奥特光学仪器有限责任公
司;倒置荧光数码显微镜购自日本 Nikon公司;
全自动酶标仪购自美国Bio-Tek公司;流式细胞仪
购自美国BD公司。
1.3 细胞培养 人慢性髓系白血病细胞株 K562
细胞(陕西中医学院形态学实验中心传代保种),在
含10%胎牛血清的RPMI-1640培养基中置于体积
分数为 5%CO2、37℃ 培养箱中培养传代,每
1~2d传代1次。
1.4 MTT比色法检测总状绿绒蒿醇提物对K562
细胞的生长抑制作用 取生长状态良好的对数生长
期K562细胞,调整细胞浓度至1×105 mL-1,设
空白对照组(加入溶剂对照处理)和不同浓度药物处
理组(总状绿绒蒿醇提物终浓度分别为30、60、
90、120和150mg·L-1),混匀后接种于96孔板
中,每孔100μL,每组4个复孔,5%CO2、37℃
培养箱中继续培养24、48和72h后,每孔加入
586范 妤,等 . 总状绿绒蒿醇提物对人白血病K562细胞DNA损伤及细胞周期的影响
5g·L-1 MTT溶液20μL,继续培养4h后,每
孔加入三联液100μL,37℃培养箱中放置18h,
用酶标仪在570nm波长处测定吸光度(A)值,用
以下公式计算总状绿绒蒿醇提物对肿瘤细胞生长抑
制率:生长抑制率(%)=[1-(药物组加MTTA值-
药物组无MTTA 值)/对照组加MTTA 值-对照组无MTT
A值]×100%。实验重复3次。
1.5 倒置显微镜下观察细胞形态学变化 取对数
期生长的K562细胞,以1×105 mL-1浓度接种于
6孔板中,每孔加入细胞悬液1mL,设空白对照
组和不同浓度药物处理组(60、90和120mg·L-1
总状绿绒蒿醇提物),作用24h后,在倒置显微镜
下(×400倍)观察并照相,记录细胞形态变化。
1.6 单细胞凝胶电泳(SCGE)观察细胞核损伤 
SCGE即彗星电泳,是用于检测外在因素导致细胞
核DNA 损伤程度的实验方法。当细胞核受到损
伤,核内DNA断裂时,细胞核在电泳条件下,其
断裂DNA片段的移动速度将高于细胞核部分,从
而形成彗星状图形;尾部越长或面积越大,表明细
胞核DNA 损伤程度越高,而没有DNA损伤的细
胞核成圆形[7]。细胞处理同1.4步骤,药物处理
4、8和12h后,分别离心收集细胞,PBS重悬
后,取30μL细胞悬液和90μL、37℃的低熔点琼
脂糖溶液在混匀,用移液枪灌注到镀膜后搭建成
“品”字型的玻片缝隙中,4℃放置,待胶凝固后取
下盖玻片,制成含细胞胶层,依次放入4℃预冷的
裂解液(pH=13)中裂解1h,解旋液(pH=10)中
避光解旋20min,25V、200~250mA条件下低
温避光电泳20min,室温下中和液(pH=7.5)中浸
泡5min,放入梯度酒精中固定,晾干后每张胶板
上滴加20μL溴化乙锭(20mg·L
-1),加盖盖玻
片,荧光显微镜下观察拍照。CASP分析软件对图
像进行分析,每张玻片至少计数25个细胞,观察
指标 为 尾 部 DNA 百 分 率 (TailDNA%),即
TailDNA含量的百分率。
1.7 流式细胞术检测细胞周期 K562细胞处理同
上,24h后收集细胞,用乙醇4℃固定过夜,离心
去除固定液,冷 PBS 洗2次,每管细胞加入冷
PBS 425μL、RNA 酶50μL、PI 25μL 混匀,
37℃避光放置30min,采用流式细胞仪检测,计
数5 000个细胞,检测细胞周期的分布。结果以细
胞周期各时相中细胞的百分率表示。
1.8 统计学分析 采用SPSS 13.0统计软件包进
行统计学处理,细胞增殖抑制率、TailDNA%及细
胞周期时相分布比率以x±s表示,组间比采用方
差分析。
2 结 果
2.1 不同浓度总状绿绒蒿醇提物组 K562细胞的
增殖抑制率 MTT结果显示:不同浓度总状绿绒
蒿醇提物(30、60、90、120和150mg·L-1)体外
作用于K562细胞24、48和72h后,对 K562细
胞的增殖有明显的抑制作用,与空白对照组比较差
异均有统计学意义(P<0.05),并呈现浓度和时间
依赖性。见表1。
表1 各组K562细胞的增殖抑制率
Tab.1 Inhibitory rates of proliferation of K562cels in various groups [n=3,η/(x±s)%]
Group
Inhibitory rate
(t/h)  24  48  72
Blank control  0.00  0.00  0.00
Meconopsis racemosa Maxim.
 alcohol extract(mg·L-1)
  30  28.60±5.34* 38.35±4.27* 46.29±4.12*
  60  31.31±3.48* 44.89±3.56* 59.48±3.79*
  90  35.21±6.32* 64.92±4.46* 70.07±5.36*
 120  54.44±5.63* 82.05±4.75* 86.17±4.41*
 150  82.40±3.70* 94.73±3.98* 94.62±5.74*
  * P<0.05 vs blank control group.
2.2 不同浓度总状绿绒蒿醇提物组 K562细胞形
态 倒置显微镜下观察:空白对照组细胞生长状态
好,生长旺盛,轮廓清晰,折光均匀且透明,核膜
轮廓明显。60mg·L-1总状绿绒蒿醇提物组细胞
数量减少,大小不均匀,部分细胞皱缩变小,轮廓
模糊,折光性差;90mg·L-1总状绿绒蒿醇提物
686 吉林大学学报(医学版) 第39卷 第4期 2013年7月
组细胞数量明显减少,轮廓模糊,出现细胞碎片;
120mg·L-1总状绿绒蒿醇提物组细胞形态不规
则,细胞碎片较多。随各组总状绿绒蒿醇提物浓度
增加,K562细胞生长抑制现象逐渐明显。见图1。
图1 各组K562细胞形态学(×400)
Fig.1 Morphology K562cels in various groups(×400)
A:Blank control group;B-D:60,90,and 120mg·L-1 Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract groups.
2.3 SCGE检测各组 K562细胞的细胞核损伤 
空白对照组细胞未受损伤,细胞核圆形,无拖尾现
象;当不同浓度总状绿绒蒿醇提物 (60、90和
120mg·L-1)作用于K562细胞后,细胞核出现不
同程度损伤,出现明显的彗星状拖尾,且尾部荧光
强度逐渐增强 (图2,见插页一)。TailDNA%检
测结果显 示:与 空 白 对 照 组 比 较,60、90 和
120mg·L-1总状绿绒蒿醇提物组 TailDNA%升
高,差异有统计学意义 (P<0.05,P<0.01),且
表现出时间和浓度的依赖性关系。见表2。
表2 各组K562细胞的TailDNA%检测结果
Tab.2 Results of TailDNA%of K562cels in various groups [η/(x±s)%]
Group
TailDNA%
(t/h)  4  8  12
Blank control  0.010 0±0.003 8  0.010 0±0.002 1  0.010 0±0.002 3
Meconopsis racemosa Maxim.
 alcohol extract(mg·L-1)
  60  4.460 0±1.340 0* 3.880 0±1.350 0* 3.890 0±1.790 0*
  90  8.830 0±3.540 0** 15.150 0±5.010 0** 21.730 0±6.680 0**
 120  13.250 0±4.750 0** 27.970 0±8.310 0** 38.130 0±14.860 0**
  * P<0.05,**P<0.01 vs blank control group.
2.4 不同浓度总状绿绒蒿醇提物组细胞周期的变
化 流式细胞术检测,总状绿绒蒿醇提物作用于
K562细胞24h后,随着药物浓度升高,G0/G1
期、S期细胞所占比例逐渐下降,G2/M 期细胞所
占比例逐渐升高,不同浓度总状绿绒蒿醇提物组与
空白对照组比较差异均有统计学意义 (P<0.05)。
表明总状绿绒蒿醇提物可将K562细胞分裂阻滞于
G2/M期,且对细胞周期的影响呈现剂量依赖性。
见图3和表3。
3 讨 论
本研究初步探讨了总状绿绒蒿醇提物诱导人白
血病K562细胞的 DNA损伤作用及其分子机制,
结果表明:总状绿绒蒿醇提物能有效抑制K562细
胞的体外增殖,并呈现出明显的时间-剂量依赖关
系;形态学观察发现:伴随总状绿绒蒿醇提物的浓
度增加,K562细胞数量减少,轮廓模糊,细胞核
固缩,核形态不规则,细胞碎片增多。形态学变化
与细胞增殖抑制实验结果相符,表明总状绿绒蒿醇
提物能够抑制K562细胞的增殖,具有体外抗肿瘤
活性。同时本研究结果显示:总状绿绒蒿醇提物能
诱导K562细胞的 DNA 损伤,随给药浓度升高
DNA的损伤程度增强;总状绿绒蒿醇提物作用
K562细胞后,细胞周期阻滞于G2/M 期,显示其
诱导的K562细胞的DNA损伤和细胞周期时相分
布的改变具有关联性。
786范 妤,等 . 总状绿绒蒿醇提物对人白血病K562细胞DNA损伤及细胞周期的影响
图3 各组K562细胞周期流式细胞图
Fig.3 Flow cytometry graph of cel cycle of K562cels in various groups
A:Blank control group;B-D:60,90,and 120mg·L-1 Meconopsis racemosa Maxim.alcohol extract groups.
表3 各组K562细胞周期时相分布
Tab.3 Time-course distribution of cel cycle of K562cels in various groups [n=3,η/(x±s)%]
Group
Percentage of K562cels
G0/G1 S  G2/M
Blank control  52.25±1.34  46.65±1.72  1.10±0.12
Meconopsis racemosa Maxim.
 alcohol extract(mg·L-1)
  60  49.61±1.61  48.51±1.75  1.88±0.30
  90  47.86±2.15  46.68±2.06  5.46±0.57*
 120  42.93±2.48* 37.26±1.91* 19.80±1.03**
  * P<0.05,**P<0.01 vs blank control group.
  细胞周期是细胞分裂过程的完整体现,分为
G1 期即 DNA 合成前期、S 期即 DNA 合成期、
G2 期即 DNA 合成后期和 M 期即细胞分裂期,
G0 期为暂时离开细胞周期,停止细胞分裂,执行
一定生物学功能的细胞所处的时期[8-9],这一过程
受到细胞周期蛋白依赖性激酶 (Cdks)与由G1/S
期、S期和 G2/M 期3个检测点的细胞周期素
(cyclin)组成的复合物调控,其中G2/M 期检测点
主要由CyclinB/Cdk1复合物调节[10-11]。肿瘤细胞
DNA在细胞周期运行过程中若持续受到损伤因素
作用,引起DNA损伤后能激活细胞周期损伤检验
点,如果在进入有丝分裂之前对受损伤的DNA修
复失败或者损伤因素积累,就可能导致细胞死
亡[12-14]。本研究中SCGE及流式细胞术结果表明:
K562细胞DNA受到损伤,G2/M 调控点异常阻
滞,其机制可能是能力及关卡基因 (ATM)蛋白
识别DNA断裂点并迅速磷酸化激活,然后通过磷
酸化激活p53、Chk2及Chk1等下游底物起作用,
其过程与干扰Cdks的抑制性磷酸化Tyr-15位点的
脱磷酸化有关,最终使细胞不能通过检测点 “关
卡”导致细胞周期阻滞[7,15]。总状绿绒蒿醇提物诱
导的K562细胞周期阻滞具有两方面的意义:一方
面为受损伤DNA的修复提供了缓冲时间,同时另
一方面也增加了DNA及其修复系统暴露于外界刺
激的时间和几率。K562细胞DNA损伤与修复失
衡可能是总状绿绒蒿醇提物诱导其DNA损伤加重
并趋向凋亡的重要环节[16]。本实验结果提示:总
状绿绒蒿醇提物通过诱导K562细胞DNA损伤来
改变细胞周期时相的分布,并通过细胞周期G2/M
期的阻滞引起K562细胞DNA损伤的进一步加重。
综上所述,总状绿绒蒿醇提物对人白血病细胞
株K562细胞有显著的增殖抑制作用,其作用机制
可能与诱导K562细胞DNA损伤引起G2/M 期阻
滞有关,其具体机制还有待通过进一步的研究。
[致谢:衷心感谢陕西师范大学生命科学院刘全宏教授
对本研究给予的帮助]
[参考文献]
[1] 张明庆,龚惠明.抗肿瘤中草药的临床应用 [M].北京:人
民卫生出版,1998.
[2] 国家药典委员会.中华人民共和国药典 (一部) [M].
北京 :中国医药科技出版社,2010.
[3] 吴海峰,丁立生,王 环,等.绿绒蒿属植物化学成分及药
理活性研究进展 [J].天然产物研究与开发,2011,23 (1):
163-168.
[4] 帝玛尔·丹增彭措.晶珠本草 [M].上海:上海科技出版
886 吉林大学学报(医学版) 第39卷 第4期 2013年7月
社,1986:117-118.
[5] 宇妥·元丹贡布.四部医典 [M].北京:人民卫生出版社,
1983:359-360.
[6] 青海生物研究所,同仁县隆务诊疗所.青藏高原药物
图鉴 [M].西宁:青海人民出版社,1972:246-247.
[7] 丁 兰,董 刚,周启银,等.虎刺醛对人早幼粒白血病细
胞 HL-60的生长抑制、周期阻滞、凋亡诱导及 DNA 损伤
作用 [J].西北师范大学学报:自然科学版,2012,1 (48):
84-90.
[8] 刘婷婷,俞 星,韩春姬.发酵轮叶党参提取物清除DPPH
自由 基 的 作 用 [J].吉 林 大 学 学 报:医 学 版,2011,
37 (6):1088-1090.
[9] 俞 星,李 林,韩春姬,等.轮叶党参总皂苷对 HepG-2
细胞凋亡的研究 [J].吉林大学学报:医学版,2011,
37 (6):1090-1093.
[10]Stark GR,Taylor WR.Control of the G2/M transition [J].
Mol Biotechnol,2006,32 (3):227-248.
[11]Charrier-Savournin FB,Chateau MT,Gire V,et al.p21-
mediated nuclear retention of cyclinB1/CDK1in response to
genotoxic stress[J].Mol Biol Cel,2004,15 (9):3965-
3976.
[12]刘小群,乔田奎.ATM与肿瘤的关系研究进展 [J].中国
癌症杂志,2011,21 (12):973-977.
[13]张瑞涛,史惠蓉.G2~M 期 DNA损伤检验点与卵巢癌的关
系 [J].国际妇产科学杂志,2008,12 (35):453-455.
[14]王丽娜,曾建明,李 沫,等.5-Aza-2′-cdR对 K562细胞
甲基化酶及 miR-146a、miR-29b表达的影响 [J].中国实验
诊断学,2013,17 (4):625-627.
[15]俞 星,韩春姬,朴惠善,等.党参皂苷D对 HepG22细胞
增殖时间效应和细胞周期的影响 [J].吉林大学学报:医学
版,2012,38 (2):236-239.
[16]雷 澄,罗晓亮,侯 杰.姜黄素诱导视网膜母细胞瘤细胞
株 Hxo-rb44细胞DNA损伤和细胞周期时相变化 [J].临床
眼科杂志,2009,17 (6):558-560.
986范 妤,等 . 总状绿绒蒿醇提物对人白血病K562细胞DNA损伤及细胞周期的影响