全 文 :第33卷第2期
2014年4月
中 国 海 洋 药 物
CHINESE JOURNAL OF MARINE DRUGS
Vol.33 No.2
April,2014
孔石莼多糖及其硫酸酯化衍生物
抗肿瘤活性的体外实验研究△
*
王凯1,綦慧敏1,2*,李玉磊1,徐海亭1,刘顺梅1
(1.潍坊医学院,山东 潍坊,261053;2.天然药物活性物质与功能国家重点实验室,
中国医学科学院北京协和医学院药物研究所,北京100050)
摘 要:目的 研究孔石莼多糖(U)及其硫酸酯化衍生物(HU)对不同肿瘤细胞株生长的影响。方法 利用体外
细胞培养模型,应用CCK-8法分析孔石莼多糖U及其硫酸酯化衍生物对不同肿瘤细胞生长的影响。结果 孔
石莼多糖U及其硫酸酯化衍生物 HU对人肝癌细胞 HepG2、人肺癌细胞SPC-A-1、人胃癌细胞CDX2、人乳
腺癌细胞 MDA-MB-231均具有一定的抑制作用,但作用又有明显差异。对孔石莼多糖(U)进行硫酸酯化衍
生化后增强了对 HepG2、SPC-A-1、CDX2及 MDA-MB-231肿瘤细胞的抑制作用。结论 孔石莼多糖(U)及其
硫酸酯化衍生物(HU)对不同肿瘤细胞生长具有一定的抑制作用,硫酸酯化孔石莼多糖(HU)对肿瘤细胞的
抑制作用强于孔石莼多糖(U)。
关键词:孔石莼多糖U;硫酸酯化衍生物;抗肿瘤;体外细胞培养
中图分类号:Q-31 文献标志码:A 文章编号:1002-3461(2014)02-019-05
The study of Ulva Pertusa and its derivative on anti-Tumor activity in vitro
WANG Kai 1,QI Hui-min1,2,LI Yu-lei 1,XU Hai-ting1,LIU Shun-mei 1
(1.Weifang Medical University,Shandong,Weifang,261053;2.State Key Laboratory of
Bioactive Substance and Function of Natural Medicines,Institute of Materia Medica,Chinese
Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing100050)
Abstract:Objective To investigate the anti-tumor activities of Ulva pertusa(U)and its sulfated deriva-
tive(HU)on different tumor cel lines.Methods Based on cel culture model in vitro,CCK8test was
used to study the inhibitory effect of Ulva pertusa(U)and its sulfated derivative(HU)on tumor cel
lines.Results Ulva pertusa(U)and its sulfated derivative(HU)both showed inhibitory effect on
HepG2、SPC-A-1、CDX2and MDA-MB-231cel lines,but the influence was very different.The Ulva
pertusa sulfated derivatives exhibited more significant inhibitory effects on HepG2、SPC-A-1、CDX2and
MDA-MB-231cel lines.Conclusion Ulva pertusa (U)and its derivative(HU)could inhibit the cel
growth of certain cel lines.The derivatives(HU)showed stronger inhibitory effect on tumor than pol-
ysaccharide fromU.pertusa.
Key words:Ulva pertusa polysaccharide;sulfate derivative;anti-tumor;in vitro
* △基金项目:国家自然科学基金 (41206129);天然药物活性物质与功能国家重点实验室开放课题(GTZK201204);山东省自然科学
基金(ZR2012DL13);山东省高等学校科技计划项目(J12LM51、J10LC20)资助
作者简介:王凯 (1986-),男,硕士研究生,主要从事海藻化学与海洋药物的研究,Tel:0536-8462493E-mail:13626363791@139.
com
*通讯作者:綦慧敏,副教授,硕士生导师,主要从事海藻化学与海洋药物的研究,Tel:0536-8462493E-mail:wfqihuimin@126.com
收稿日期:2013-10-21
DOI:10.13400/j.cnki.cjmd.2014.02.004
20 中 国 海 洋 药 物 33卷
孔石莼(Ulva pertusa Kjellm)属于绿藻门石
莼属,俗称海菠菜、海白菜等,广泛分布于西太平
洋沿海,是中国野生经济藻类中资源极为丰富的1
种,在黄渤海产量最大[1]。自古以来孔石莼在食
用和药用方面就有广泛的应用。《中华本草》记载
孔石莼“主风秘不通,五嗝气,并小便不利,脐下结
气”;“软坚散结,清热祛痰,利水解毒。用于喉炎,
颈淋巴结肿,水肿,疮疖及瘿瘤等”[2]。近年来发
现孔石莼多糖U在降血脂、抗病毒、抗氧化以及克
生作用等方面具有显著的生物活性。本课题组在
研究中发现孔石莼多糖 U 及其硫酸酯化衍生物
HU也具有一定的抗肿瘤活性。
采用体外培养细胞直接进行药物活性的检测
及相关作用机制的研究,是进行药物筛选最基本、
最常用的方法[3],因此本研究利用CCK-8法分析
测定孔石莼多糖 U及其硫酸酯化衍生物 HU 在
体外对肝癌细胞 HepG2、乳腺癌细胞 MDA-MB-
231、肺癌细胞SPC-A-1和胃癌细胞CDX2的抗肿
瘤活性。
1 材料
1.1 孔石莼藻体
新鲜孔石莼于2012年9月采自中国青岛第
二海水浴场,除去泥沙与杂藻,自来水冲洗干净,
风干,密封于塑料袋中,阴凉干燥处放置。海藻经
中国科学院海洋研究所陆宝仁研究员鉴定为绿藻
石莼科石莼属孔石莼。
1.2 细胞
人肝癌细胞株(HepG2)、人乳腺癌细胞株
(MDA-MB-231)、人肺癌细胞株(SPC-A-1)、人胃
癌细胞株(CDX2),均培养于含有10%胎牛血清的
RPMI1640培养液中,置37℃ CO2培养箱中,密
闭培养。
1.3 试剂及仪器
CO2培养箱,Revco EliteⅡ型,美国赛默飞世
尔科技公司 ;酶标仪,Multiskan MK3型,赛默飞
世尔科技有限公司;超净工作台,SW-CJ-1FD,苏
州净化设备工程有限公司;倒置显微镜,CK40型,
日本Olympus公司。RPMI1640培养基购自 Hy-
clone公司,新生牛血清购自杭州四季青生物工程
有限公司,胰蛋白酶购自索莱宝生物科技有限公
司,CCK-8试剂盒购自碧云天生物技术研究所,其
他试剂均为国产分析纯。
2 实验方法
2.1 孔石莼多糖U的制备
依据文献[4]的方法提取制备孔石莼多糖U。
2.2 硫酸酯化孔石莼多糖 HU的制备
依据文献[5-6]的方法,经适当的改进,制备硫
酸酯化孔石莼多糖 HU。硫酸酯化试剂的制备:
在三口烧瓶中加入300mL甲酰胺,然后将其置于
冰浴中,用滴液漏斗逐滴加入50mL的氯磺酸。
滴加完毕,撤去滴液漏斗,继续在冰浴中搅拌至室
温,静置30min。将得到的透明溶液,倒入干燥的
棕色瓶子中贮存备用。精确称取4g左右的孔石
莼多糖 U加入240mL的甲酰胺中,室温下搅拌
30min,使其溶解。少量多次加入硫酸酯化试剂,
在60℃ 下搅拌反应4h。反应完毕,在冷水浴中
冷却至室温,用30% NaOH进行中和。加入预先
冷却好的85%(最终浓度)乙醇中,沉淀过夜,无水
乙醇洗涤,再将沉淀溶于400mL 的水中。在
3 600Da(截留值)的透析袋中用自来水和蒸馏水
各透析48h,旋转浓缩,冷冻干燥得硫酸酯化孔石
莼多糖产品 HU。
2.3 孔石莼多糖 U及硫酸酯化孔石莼多糖 HU
的分析
孔石莼多糖 U 及硫酸酯化孔石莼多糖 HU
的总糖含量以鼠李糖为标准,采用苯酚-硫酸法
分析[7];硫酸根含量以K2SO4为标准,采用氯化钡
-明胶法分析[8];糖醛酸含量以葡萄糖醛酸为标
准,采用咔唑法分析[9];灰分(中国药典2000)与
酸不溶物 (中国药典2000)含量采用重量法分析,
N含量采用自动分析测定仪测定;取少量在干燥
器中干燥保存的孔石莼多糖及硫酸酯化孔石莼多
糖 HU与溴化钾混合、研磨后压制成1mm左右
后的薄片,在 NicoletAvatar 360型红外光谱仪上
进行红外分析。在 D2O介质中用JNM-ECP600
核磁共振仪进行13C NMR核磁共振波谱分析。
2.4 细胞培养
取对数生长期的细胞,制成1×104~1×105·
mL-1的细胞悬液,以每孔100μL的密度接种于
96孔板内。隔天待细胞完全贴壁后,在37℃、
5%CO2培养箱中分别培养24h,再向各孔中加
入U 药物溶液。所考察的药物浓度为0.8、0.4、
2期 王凯,等:孔石莼多糖及其硫酸酯化衍生物抗肿瘤活性的体外实验研究 21
0.2、0.1、0.05、0.025、0.012 5、0.006 25mg·
mL-1。同时考察相同浓度的 HU 的药物溶液。
以不加药的培养基作为阴性对照液,同时设置空
白对照组。培养48h,吸出药物溶液,PBS洗涤2
遍。加入10%的CCK8液,继续培养1~3h。用
酶联免疫检测仪于450nm处测定光密度值[10]。
实验测定3次,计算其抑制率。
抑制率=(1-A实验/A对照)×100%
3 结果
3.1 孔石莼多糖 U及硫酸酯化孔石莼多糖 HU
的分析
孔石莼多糖 U 及硫酸酯化孔石莼多糖 HU
的总糖、糖醛酸、硫酸根、灰分、酸不溶物、N含量
分析结果如表1图1。
表1 U 和 HU的化学成分分析
Table 1 Chemical analysis of U and HU /% 干重
总 糖
Total sugar
糖醛酸
Uronic-acid
硫酸根
Sulfate
酸不溶物
Acid-insoluble
灰分
Ash
N含量
N content
U 47.0 23.2 19.5 0.32 29.9 1.0
HU 49.1 20.2 32.8 0.51 39.8 0.9
图1 孔石莼多糖U和硫酸酯化孔石莼
多糖 HU的红外图谱
Fig.1 Infrared absorption spectra of the U and HU
如图1所示3 478cm-1左右为羟基吸收峰,
2 940cm-1为C-H伸缩振动,1 641cm-1左右为
C-6位上糖醛酸中C=O伸缩振动吸收峰,850和
1 260cm-1是硫酸根的特征信号。通过测定硫酸
根的含量,可确定硫酸酯化的反应是成功的。而
且,硫酸酯化孔石莼多糖 HU与孔石莼多糖 U相
比没有出现新的吸收峰。这就说明,除了发生硫
酸酯化反应没有其它的反应发生。
孔石莼多糖U和硫酸酯化孔石莼多糖 HU在
硫酸酯化后,与硫酸根直接相连的碳原子会向低场
方向移动,而C-1和 C-4则位移到较高的区域。
HU的13C NMR表明,硫酸酯化后在74.7,76.1和
78.9出现了3个新的峰,它们可以分别归属于碳的
硫酸酯化基团,C-2(R and R′),C-2(I)和C-3(I)。
另外在70.3,72.1和72.9分别属于未被取代的C-
2(R and R′),C-2(I)and C-3(I)也可以被观察到。
这些结果表明C-2(R,R′and I)和C-3(I)的羟基
部分被硫酸酯化[11-12]。
表2 孔石莼多糖U及硫酸酯化孔石莼多糖 HU的13 C核磁共振波谱
Table 2 13 C NMR of U and HU(δ)
样 品
Samples
糖残基
Residuesa
化学位移
Chemical shifts
C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 C-2b C-3b
U G 106.4 76.8 76.8 81.5 78.4 178.3
R 100.4 71.5 81.5 79.0 70.4 19.6
I 104.1 74.0 74.8 81.1 74.0 178.3
R' 101.1 71.5 81.5 79.0 70.4 19.6
HU G 106.0 76.8 76.8 81.7 78.2 178.0
R 99.2 70.3 80.7 79.7 70.5 19.5 74.7
I 103.0 72.1 72.9 80.4 72.1 178.2 76.1 78.9
R′ 100.1 70.3 80.7 79.7 70.5 19.5 74.7
aG:β(1→4)-D-葡萄糖醛酸;R:α(1→4)L-鼠李糖-3-硫酸盐(-β-d-葡萄糖醛酸):I:(1→4)-α-L-艾杜糖醛酸;R′:1→4-α-L-鼠李糖-3-硫酸
盐(-α-L-艾杜糖醛酸);b修饰峰信号。
aG:β(1→4)-linkedβ-D-glucuronic acid;R:α(1→4)-linkedα-l-rhamnose-3-sulfate(linked withβ-d-glucuronic acid);I:(1→4)-linked
α-l-iduronic acid;R′:(1→4)-linkedα-l-rhamnose-3-sulfate(linked withα-l-iduronic acid).
b Signals of modified groups.
22 中 国 海 洋 药 物 33卷
3.2 孔石莼多糖U及其硫酸酯化衍生物 HU对
肿瘤细胞的抑制作用
由表3知U和 HU对人肝癌细胞 HepG2、人
肺癌细胞SPC-A-1、人胃癌细胞CDX2、人乳腺癌
细胞 MDA-MB-231均具有一定的抑制作用,但作
用又明显差异。在所考察的剂量下,本研究发现
除HU对SPC-A-1的抑制作用呈现剂量依赖关系
之外,U 和 HU 对 HepG2、CDX2、MDA-MB-231
没有明显的剂量依赖关系。
从表中可以看出 U 和 HU 对 HepG2、SPC-
A-1、CDX2及 MDA-MB-231作用效果虽然不同,
但是在给受试药物的最大剂量下,其细胞抑制率
均<50%,说明 U 和 HU 对 HepG2、SPC-A-1、
CDX2及 MDA-MB-231没有明显的细胞毒作用。
另外,从表中还可以看出,在相同的剂量下 HU对
HepG2、SPC-A-1、CDX2及 MDA-MB-231的抑制
作用 强 于 U,在 剂 量 是 50 μg/mL 时,HU
(45.73%)对肝癌细胞 HepG2的抑制作用明显强
于U(22.11%)(P<0.01)。在剂量100μg/mL,
HU(34.21%)对肺癌细胞的抑制作用明显强于U
(24.20%)(P<0.01),这说明对孔石莼进行硫酸
酯化衍生化后增强了其对 HepG2、SPC-A-1、
CDX2及 MDA-MB-231细胞的抑制作用。
表3 U和 HU对 HepG2、SPC-A-1、CDX2、MDA-MB-231体外培养细胞抑制率(n=3,x±SD)
Table 3 The cel inhibition rate of U and HU on HepG2、SPC-A-1、CDX2、MDA-MB-231
受试样品
Samples
剂量/μg·mL
-1
Dose
细胞抑制率Cel inhibition/%
HepG2 SPC-A-1 CDX2 MDA-MB-231
孔石莼多糖U
800 35.91±1.10 43.26±3.28 42.49±4.16 38.19±4.02
400 32.19±6.09 29.92±6.01 40.21±1.07 43.81±8.01
200 25.14±2.52 22.74±7.29 20.71±5.03 25.36±5.75
100 34.52±1.92 24.20±1.80 17.75±6.62 22.37±7.94
50 22.11±0.96 19.58±2.67 12.52±7.40 28.65±1.31
25 26.66±4.34 17.25±4.46 32.49±4.56 24.61±2.32
12.5 24.00±4.83 15.43±3.29 28.53±1.97 23.68±6.99
6.25 30.59±6.92 14.78±7.31 30.70±6.20 21.39±2.56
孔石莼多糖硫
酸酯化衍生物
HU
800 47.53±8.76 46.52±4.01 45.60±7.81 38.85±2.77
400 49.69±3.29 43.21±2.54* 45.19±7.08 37.82±0.79
200 42.09±7.03 37.80±8.72 37.50±7.89* 33.27±5.47
100 50.47±5.19* 34.21±1.79** 42.60±6.19 31.75±1.07
50 45.73±2.04** 25.28±8.14 38.97±11.49* 24.65±0.67*
25 39.54±7.56 24.62±6.10 28.69±5.43 32.50±1.87*
12.5 31.05±4.59 21.33±1.56 27.38±4.15 40.95±7.57
6.25 22.08±1.68 12.59±9.62 20.07±9.13 35.71±4.35**
与孔石莼多糖组相比*P<0.05,**P<0.01。
4 讨论
癌症是严重威胁人类生命的常见病和多发
病,其死亡率仅次于心血管病而位居第二[13]。对
抗肿瘤药物的研究是当今的1个热点,随着分子
肿瘤学研究的深入,抗肿瘤天然药物研发过程中
体外抗肿瘤实验已成为必不可少的一部分。在本
实验中,选用4种与临床应用有较好一致性的肿
瘤细胞株进行细胞毒性试验,以提高孔石莼多糖
抗肿瘤研究的可信度。在研究中发现在体外培养
条件下孔石莼多糖 U 及其硫酸酯化衍生物 HU
2期 王凯,等:孔石莼多糖及其硫酸酯化衍生物抗肿瘤活性的体外实验研究 23
对人肝癌细胞 HepG2、人肺癌细胞SPC-A-1、人胃
癌细胞CDX2、人乳腺癌细胞 MDA-MB-231均具
有一定的抑制作用。这与卞俊[14]等发现的孔石莼
多糖在小鼠体内具有显著的抗肿瘤作用相一致。
孔石莼多糖是从绿藻孔石莼中提取的1种天然的
海洋植物多糖,在剂量分别为50、25、12.5μg/mL
时,发现硫酸酯化孔石莼多糖 HU对人胃癌细胞
的抑制率分别为38.97%、28.69%、27.38%,其结
果均高于孙雅洁[15]等在研究青蒿素对人胃癌细胞
时的抑制率(34.62%、25.52%、23.30%)。在剂
量分别为100、50、25、12.5、6.25μg/mL时,孔石
莼多糖 U和硫酸酯化孔石莼多糖 HU对肝癌细
胞的抑制率都明显强于符涛[16]等在研究姜黄素对
人肝癌细胞时的抑制率。本研究结果表明,对孔
石莼多糖进行硫酸酯化后,明显增强了其抗肿瘤
效应,这说明本实验通过改造孔石莼多糖的结构
来增强其抗肿瘤效应是切实可行的,但还需要进
行更深入的研究,以阐明其抗肿瘤的作用机制。
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