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生半夏、南星水提物对人胃癌BGC823细胞的侵袭力及HIF-1α mRNA蛋白表达的影响



全 文 :现代生物医学进展 www.shengwuyixue.com Progress inModern Biomedicine Vol.11 NO.10 MAY.2011
生半夏、南星水提物对人胃癌 BGC823细胞的侵袭力及
HIF-1αmRNA蛋白表达的影响
毛竹君 张慈安 武 峰 魏品康△
(第二军医大学附属长征医院中医科 上海 200003)
摘要 目的:观察生半夏、南星中药水提物对缺氧环境中人胃癌细胞株 BGC823细胞 HIF-1α蛋白表达和侵袭力的影响。方法:运
用 CoCl2(氯化钴)诱导 BCG823细胞缺氧,使得细胞中 HIF-1α蛋白表达升高.实验组加入生半夏、南星水提物对细胞进行预处
理,然后在进行缺氧诱导。通过甲基噻唑基四唑法(MTT)检测细胞活性,使用 Transwell检测细胞侵袭能力变化,RT-PCR、Weste-
rn blotting分别检测 HIF-1αmRNA及蛋白含量及变化。结果:生半夏、南星水提物能抑制人胃癌 BGC823细胞的增殖;生半夏、南
星水提物均能抑制缺氧诱导胃癌细胞的侵袭力,并且能降低 HIF-1αmRNA及蛋白表达。结论:生半夏、南星水提物可抑制人胃癌
BGC823细胞的增殖,抑制人胃癌 BGC823细胞侵袭力,可能通过降低 HIF-1α蛋白表达有关。
关键词:生半夏;南星;胃癌;侵袭;HIF-1α
中图分类号:R734.2 文献标识码:A 文章编号:1673-6273(2011)10-1861-04
Effects of Aqueous Extract of Chinese Medicine Raw Pinellia and Nanxing
on Human Gastric Cancer Cells BGC823
MAO Zhu-jun, ZHANG Ci-an , WU Feng, WEI Pin-kang△
(Department of Traditional Chinese Medicine, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China)
ABSTRACT Objective: To investigate the effects of the enthanol and nanxing extract from Rhizome Pinelliae Preparata on hypoxia-
inducible -1 alpha protein expression and aggressive influence in human gastric cancer cells BGC823. Methods: CoCl2 (chlorinated cob-
alt) was used to induce BCG823 cytopathic hypoxia approach, which leads the increasing the expression of hypoxia-inducible -1 alpha.
The cell viability was detected by MTT chromatometry and cell growth curve was generated; Transwell small room was used to detect
cells attack ability, RT-PCR, Western blotting was use to detect hypoxia-inducible-1 alpha mRNA expression and protein level. Results:
The extraction of enthanol and nanxing can inhibit the proliferation of cells BGC823 human cancer;.The enthanol and nanxing extract
can inhibit the aggressive ability of cells BGC823 human cancer cells, the cause of which may be the decreasing of the expression of
HIF-1 alpha mRNA and protein. Conclusion:Enthanol extract from Rhizome Pinelliae Preparata can inhibit the BGC823 cells proliferat-
ion and Restrain BGC823 human cancer cells aggressie influence by lowering hypoxia-inducible - 1 alpha mRNAand the protein
expression.
Key words: Raw Pinellia; Nanxing;Gastric cancer; Attack; HIF-1α
Chinese Library Classification(CLC): R734.2 Document code: A
Article ID:1673-6273(2011)10-1861-04
作者简介:毛竹君(1982-),女,博士,医师,主要从事消化系统肿瘤
的防治工作,E-mail: czzyk@smmu.edu.cn,
△通讯作者:魏品康,E-mail: czzyk@smmu.edu.cn
(收稿日期:2011-03-07 接受日期:2011-03-31)
前言
在常见的恶性肿瘤中,胃癌位居第 4 [1]。近几年,虽然外科
根治手术、化疗等方法使胃癌治疗水平已经有了很大的提高,
但总体上胃癌患者生存率低。因此,抗胃癌的复发、侵袭转移是
中晚期胃癌患者最重要治疗方向 [2-3]。中国古代医家提出肿瘤
与中医学的病理产物“痰”关系密切,魏品康教授通过总结前人
的经验,及自身四十余年的实验研究及临床实践成果,在中医
痰证学说的基础上提出了胃癌痰证理论,并以消痰散结法为治
则,创立以南星、半夏两味药为君药的消痰散结方[9],经实验研
究和临床观察证明,通过清化痰浊污染,可有效抑制肿瘤侵袭、
转移和复发,延长病人生存期[4]。缺氧是一种重要的病理状态,
其与肿瘤生长微环境的关系更是近年的热点[5-6],缺氧诱导因子
-1α(HIF-1α)基因由 Semenza 和 Wang在 1992年首次发现[7],
被认为是在哺乳类细胞中调控缺氧反应基因的主要转录因子,
在恶性肿瘤的发生和发展等个环节中发挥重要作用[8]。为深入
研究消痰散结方抗肿瘤的机制,本实验采用消痰散结方君药半
夏、南星的水提物和 BGC823细胞进行体外肿瘤抑制实验,观
察其对人胃癌 BGC823细胞侵袭力的影响及可能存在的调控
机制。
1 材料和方法
1.1 实验材料
1.1.1 药物 生半夏,生半夏各 100g由长征医院药材科提供,产
地明确,经第二军医大学药学院生药学教研室鉴定。
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DOI:10.13241/j.cnki.pmb.2011.10.054
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1.1.2 主要试剂 RPMI 1640培养基、0.25%胰蛋白酶和胎牛血
清(PAA公司产品);甲基噻唑基四唑(3-(4,5-dimethylthiazol-2-
yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide, MTT)(美国 Sigma 公司);
BGC-823细胞购于中科院上海细胞所,细胞培养皿等耗材为
Conrning公司产品;Trizol为 Invitrogen公司产品;反转录试剂
Reverse Transcriptase M-MLV、RNase Inhibitor、Oligo d(T)18、
dNTP Mixture和 RealTime PCR检测试剂盒均为 TaKaRa公司
产品;蛋白提取定量试剂盒为 pierce公司产品;蛋白一抗、二抗
均为 santacruz 公司产品;ECM554 细胞侵袭检测试剂盒购于
Chemicon公司。氯化铬,Sigma公司。
1.1.3 主要仪器及设备 细胞培养箱,日本(三洋;离心机、紫外
分光光度计、荧光分光光度计和酶标仪,均钩于美国 Thermo公
司;梯度 PCR和 Real time PCR仪均为日本 TaKaRa公司产品;
凝胶电泳槽和蛋白检测仪器均为上海 TANON公司产品;倒置
相差显微镜,日本 Olympus公司产品。
1.2 实验方法
1.2.1 模拟缺氧环境 缺氧组细胞在完全培养基中(RPMI
1640+10%FBS)加入终浓度为为 100μmol/L 氯化铬,37℃和
5%CO2条件培养;
1.2.2 药物制备与分组 将生半夏、南星各 100g粉碎后,旋转蒸
发仪煎煮成水煎剂,按照不同体积比例加入完全培养基。实验
时将细胞分为空白组、缺氧组药物干预组(分别加入不同体积
浓度药物:0.05v/V,0.1v/V,0.15v/V,0.2v/V,0.25v/V),其中空白组
使用不含药物的 RPMI完全培养基培养,正常条件培养 4小时
后,药物干预组加入氯化铬,正常条件继续 24小时,收集细胞
样本进行 mRNA及蛋白含量检测,取缺氧处理后不同时间点
细胞样本进行细胞活性检测
1.2.3 BGC823细活性检测 将对数生长期的 BGC823 细胞使
用胰酶消化 1分钟,1000×g离心 5分钟收集细胞沉淀,使用含
10%FBS的 RPMI 1640培养基重悬细胞沉淀并调整细胞浓度
至 5×104个 /mL。接种于 96孔板,每组设 5个平行孔,每孔加入
100μl细胞悬液,正常条件培养,每隔 24小时,对细胞进行
MTT检测。每孔加入 20μ浓度为 15 mg/ml的MTT,缓慢晃动
培养板其在培养基均匀分布,正常条件共孵育 4小时,去上清
液,每孔加入 150ul的 DMSO溶液,37℃和 100rpm震荡培养
板,使用酶标仪进行吸光值检测,检测波长为 570nm。
1.2.4 Realtime-PCR 测定 HIF-1α mRNA 含量 BGC823 各组
细胞培养 24小时,收集细胞样本,进行 mRNA含量检测。使用
Trizol法提取细胞样本的 Total RNA,琼脂糖凝胶电泳观察条
带完整性,紫外分光检测 RNA 纯度及浓度。每样本取 1μg
RNA,使用 M-MLV逆转录体系及 Oligo(dT)18 Primer引物逆
转 录 制 备 cDNA。 选 取 β-actin 作 为 内 参(GenBank,
NM_0011101.3),设计用于定量检测的 PCR引物,检测 HIF-1α
mRNA(GenBank,NM_001530.3)相对含量。引物要求跨内含子
设计。引物序列如下:HIF-1a-Forward primer: 5’-GCGCGAAC-
GACAAGAAAAAGATAA-3’HIF-1a-Reverse primer: 5’- CAC-
ACGCAAATAGCTGATGGTAAG-3’;β-actin-Forward primer:
5’-CCTGTACGCCAACACAGTGC-3’β-actin-Reverse primer:
5’-ATACTCCTGCTTGCTGATCC-3’,PCR 产物长度分别为
191bp和 211bp。PCR引物设计好之后,PCR验证引物扩增效
率和引物特异性,然后使用荧光染料法(SYBR)进行 PCR 反
应。反应结束后,获得实验曲线和数据,进行数据分析,以看家
基因β-actin mRNA作为对照,通过 Ct值进行数据分析。Ct值
通过交点法计算获得,即通过扩增曲线与阈值线的交点来计算
Ct值(ThermalCyclerDICE Real Time System analysis software)。
相对定量的结果则通过△△Ct法来进行解析,目的基因相对于
内参基因的表达量为 2ΔCt =2Ctm-Ctn,标本之间的基因表达量
差异则通过 2ΔΔCt=2ΔCt1-ΔCt2计算分析。
1.2.5 Western blot 检测 HIF-1α 蛋白的表达 BGC823 各组细
胞培养 24小时,收集细胞样本,进行蛋白含量检测。使用细胞
总蛋白提取试剂盒进行总蛋白提取,BCA法进行蛋白浓度检
测。然后进行Western blot检测:制胶,配制 10%的分离胶和
4%浓缩胶,蛋白样本 10μl上样。80V恒压,样品跑至分离胶,改
120V恒压样品跑到底,终止电泳,进行转膜。转膜完成后,使用
5%脱脂奶粉的 TBST封闭液进行封闭,一抗 4℃过夜孵育,二
抗室温反应一小时。将 ECL发光液滴加到 PVDF膜上,静置 1
分钟,然后使用 X光片曝光,显影、定影。蛋白实验选择
GAPDH作为参照,一抗稀释比例分别为:GAPDH(sc -48166)
为 1:500,HIF-1α(sc-13515),二抗稀释比例均为 1:5000。扫描底
片,使用分析软件 TotalLab v1.10对目的条带进行光密度值分
析。
1.2.6 胃癌细胞 BGC823侵袭力检测 使用胰酶消化法制备细
胞悬液,用不含血清的 RPMI 1640重悬细胞并调整细胞浓度为
1×105个 /mL取 200μl细胞悬液加入 Transwell小室,每孔添加
500μl,下室加入 500μl含有 10%FBS的 RPMI 1640培养基,每
组设 6个平行样,37℃ 5% CO2温箱孵育 24 h。使用手术刀切
取 Transwell小室底膜,一部分进行染色拍照,一部分进行荧光
检测。使用细胞裂解缓冲液 /染色试剂 (Lysis Buffer/DyeSolu-
tion) 裂解膜上的细胞,用 4X裂解缓冲液以 1:75的比例稀释
CyQuant GR染料,向已含有 225μl细胞脱落试剂及侵袭透过
膜的细胞的孔中加入 75μl稀释后的裂解液,室温孵育 15分
钟;使用荧光分光光度计进行荧光检测,检测条件:激发波长为
480nm,发射波长为 520nm。
1.3 统计学方法
数据以表示。采用方差分析(ANCOVA)及 LSD两两比较
法。应用 SAS9.1.3软件进行方差分析及总体比较;SPSS 13.0
进行 LSD两两比较法得出 P值,P<0.05认为有统计学意义,
P<0.01认为有极显著性差异。
2 结果
2.1 BGC-823细胞增殖率检测
通过MTT检测可以发现,含不同药物体积的培养液均能
不同程度的抑制 BGC细胞的生长与增殖,且培养液内药物含
量越高,培养时间越长,细胞生长受到的抑制作用也越明显。见
表 1。不仅与对照组相比具有统计学差异(P<0.01),而且高浓
度药物组相比低浓度药物组的抑制率,也有明显统计学差异
(P<0.01)。见图 1。提示,南星、半夏水提物具有抑制 BGC细胞
生长增殖的作用。使用公式法求出南星、半夏水提物对于
BGC823细胞的 IC50:各药物浓度组的生长抑制率(%)=(1-实
验孔平均 OD值 /对照孔平均 OD值)×100%,IC50=lg-1[Xm-i
(ΣP-0.5)],重复 3次,取平均值约为 7.930%。
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图 1 半夏、南星水提物对 BGC细胞抑制的作用
Figure 1 Effects of water extract of Raw Pinellia and Nan Sing on
inhibition of BGC cell line
2.2 BGC823细胞 HIF-1α mRNA表达
通过 Rt-PCR 检测可发现,两组进行缺氧造模的细胞,
HIF-1αmRNA的表达明显高于对照组细胞,而使用半夏、南星
水提物的 48小时 IC50浓度干预细胞后,HIF-1αmRNA的表
达则相比较未行药物干预的缺氧组升高程度明显减少(P<
0.05)。提示,南星、半夏水提物具有抑制 BGC细胞在缺氧环境
下上调 HIF-1α基因表达的作用(P<0.05),从而减弱细胞在缺
氧环境下的生存能力(表 2,图 2)。
表 2 BGC823细胞 HIF-1α mRNA表达
Table 2 Expression of HIF-1α mRNA in BGC823 cells
* P<0.05 vs control group, ▲P<0.05 vs hypoxia group
图 2 BGC823细胞 HIF-1α mRNA表达
Figure 2 Expression of HIF-1α mRNA in BGC823 cells
2.3 Western—blotting试验
缺氧诱导后胃癌 BGC-823细胞 HIF-1α蛋白表达的较前
增加(见图 5)。使用南星半夏水提物干预 48小时后,BGC-823
细胞 HIF-1α蛋白表达较缺氧组下降与 RT-PCR结果基本一致
(见图 3)。
图 3 胃癌 BGC-823细胞 HIF-1α蛋白表达
Fig.3 Expression of HIF-1α protein in BGC823 cells
2.4 细胞侵袭力实验(Transwell小室检测)
氯化钴缺氧诱导后细胞侵袭力明显高于正常环境细胞培
养组(P<0.05),使用南星半夏水提物干预 48小时后,侵袭力较
缺氧诱导组下降,差异显著(P<0.05)。见表 3及图 4。
表 3 Transwell小室细胞数检测
Table 3 Cell number counted by transwell chamber model
* P<0.05 vs control group, ▲ P<0.05 vs hypoxia group
图 4 细胞侵袭检测(左,0%FBS;右 10%FBS)放大倍数均为 200×;
A:对照组;B缺氧环境组;C:缺氧环境 +IC50组
Fig.4 Cell invasion assay was assessed by using transwell chamber model
(left, 0%FBS;right,10%FBS) amplification: 200×;
A :Control group;B:Hypoxia group; C :Hypoxia+IC50 group
表 1 半夏、南星水提物对 BGC细胞增殖的影响(OD x±s)
Table 1 Effects of water extract of Raw Pinellia and Nan Sing on
proliferation of BGC cell line(OD x±s)
Group N OD Value Inhibition%
Control 5 0.850±0.036 0.000
0.01v/V 5 0.809±0.007 4.81±3.26
0.02v/V 5 0.741±0.017*▲ 12.76±4.04
0.05v/V 5 0.555±0.056*▲ 34.73±5.32
0.1v/V 5 0.394±0.028*▲ 53.62±4.32
0.2v/V 5 0.162±0.037*▲ 80.86±4.75
*P<0.05 vs control group, ▲P<0.05 vs 0.01v/V group
Group HIF-1α/actin
Control group 0.014±0.003
Hypoxia group 074±0.016*
Hypoxia+IC50 group 0.048±0.009*
Group HIF-1α/actin
Control group 0.014±0.003
Hypoxia group 074±0.016*
Hypoxia+IC50 group 0.048±0.009*
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(下转第 1880页)
3 讨论
《黄帝内经》最早提出了痰浊与肿瘤的相关性,如《灵枢·刺
节真邪篇》中提到“有所结,气归之,津液流之,邪气中之,凝结
日以益甚,连以聚居,为兮瘤,以手按之坚”等,又言“癌瘤者,非
阴阳正气所结肿,乃五脏瘀血浊气痰滞而成”。魏品康教授在前
人研究的基础上,结合自身长期的实践成果,总结并提出了胃
癌痰证组学。该理论认为胃癌的产生是由于六淫入侵(环境恶
变)、饮食失宜(致癌物质)、七情内伤(精神抑郁)造成的气机阻
滞(细胞信号传导异常),进而津液停滞(细胞代谢紊乱),郁而
化浊,痰浊内蕴(肿瘤循环代谢物质表达异常),淫浸细胞,最
终造成细胞突变,产生肿瘤[9]。在此理论指导下,魏品康教授立
消痰散结法为治则,采用以导痰汤化裁而来的消痰散结方为主
要方药治疗胃癌,其组方中的君药就是半夏和南星。
掌叶半夏(Pinellia ternate (Thunb)Breit)为天南星科草本植
物掌叶半夏的干燥块茎,具有燥湿化痰、消痞散结、降逆止呕的
功效[10]。由于生半夏、南星由于其味辛辣、麻舌而刺喉,具有“戟
人咽”的刺激性,属于有毒中药[14],研究证实其有效提取物能对
人肝癌细胞(QGY7703-3和 7402)、艾氏腹水癌和腹水型肝癌细
胞,而对正常细胞无影响,但需要尽可能消除其毒性对人体的
危害 [11]。刘喜平等使发现以半夏为主药的半夏泻心汤对胃癌
BGC823细胞有明显的抑制作用,中药天南星(Rhizoma Arisae-
matis)属天南星科天南星属植物,天南星味、苦、辛、性温有毒,
具有燥湿化痰、祛风止疼、散结消肿等功效[12]。天南星是近几年
来临床上常用的抗癌组方药物,张志林等研究发现天南星醇提
物对体内移植的小鼠肉瘤株(S180)和小鼠肝癌细胞株(H22)具
有显著的抑制肿瘤增殖活性作用[13]。通过实验发现,生半夏、南
星水提物对 BGC823细胞的抑制,明显与药物干预时间和药物
浓度成正比,提示生半夏、南星水提物物具有抗胃癌细胞
BGC823增殖与生长的作用。
恶性肿瘤的生长依赖于宿主的氧气和营养物质的供应,肿
瘤的异常增殖和过度生长使肿瘤组织缺氧虽然缺氧对肿瘤生
长不利,但是肿瘤细胞会发生一系列基因和代谢改变得以存活
并增殖。HIF-lα作为细胞氧平衡和缺氧诱导基因表达的中心调
节子,能接受多种条件的刺激,同时又能调节多个酶或生长因
子,促使肿瘤细胞在缺氧状态下获得更多的能量和血液供应。
进而促进肿瘤的生长和转移,目前已 HIF-lα为靶点的基因治
疗药物已经在研制中[15-19]。研究发现缺氧有助于各种实体瘤包
括胃癌在内对于放化疗药物的抵抗,同时也是促进胃癌的浸润
性生长及远处转移的主要原因之一[20]。张鹏飞[21]等研究显示,胃
癌组织 HIF-1α与 VEGF的表达存在正相关性。提示缺氧与在
胃癌的发生发展中具有重要作用,本课题组前期的研究发现,
运用 CoCl2(氯化钴) 诱细胞缺氧的方法对五种胃癌细胞
(NCI-N87、HGC-27、MGC80-3、SGC-790l、BCG823) 进行缺氧
诱导,发现 BCG823细胞的 HIF-1α升高最为明显,在此次试验
中,本研究中运用 CoCl2诱细胞缺氧的方法使得 BCG823细胞
的 HIF-1α升高,再用生半夏、南星水提物干预 BGC823细胞
48小时后,通过流式细胞仪检测发现,含不同药物体积的培养
液均能不同程度的抑制 BGC细胞的生长与增殖,且培养液内
药物含量越高,培养时间越长,细胞生长受到的抑制作用也越
明显,Transwell小室检测结果显示缺氧诱导后细胞侵袭力明
显高于正常环境细胞培养组使用南星半夏水提物干预 48小时
后,侵袭力较缺氧诱导组下降,这不仅提示生半夏、南星胃癌细
胞的侵袭力作用是其治疗胃癌的重要机制,更是通过拆方研究
进一步明确了消痰散结方的抗肿瘤疗效,也是对胃癌从痰论治
理论的从实验层次的有力支持。
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