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球药隔重楼凝集素的抗肿瘤活性及机制研究



全 文 :·论  著·
球药隔重楼凝集素的抗肿瘤活性及机制研究*
袁志平1,张 巍2,牟华平1,王立帅1,王 秋1
(1.四川省宜宾市第二人民医院肿瘤科,四川宜宾644000;2.四川大学
生物治疗国家重点实验室,四川成都610041)
  摘 要:目的 探讨球药隔重楼中分离得到的球药隔重楼凝集素(PFL)的肿瘤细胞毒性及其可能的机制。方法 用交换层
析法纯化PFL同源二聚体;通过噻唑蓝(MTT)法、形态学观察、乳酸脱氢酶(LDH)法、糖蛋白阻断分析等方法分析PFL对肿瘤细
胞增殖的抑制情况及其机制。结果 PFL对宫颈癌 HeLa、肝癌 HepG2以及鼻咽癌CNE-2细胞增殖都有抑制作用。PFL的糖结
合位点被甲状腺球蛋白阻断后对肿瘤细胞生长的抑制活性明显降低,表明PFL是通过识别CNE-2细胞表面的糖链作用于细胞,
并诱导细胞凋亡。半胱氨酸蛋白酶(caspase)家族抑制剂的研究表明PFL是通过经典的caspase途径诱导CNE-2细胞凋亡。结
论 PFL可通过caspase途径诱导肿瘤细胞凋亡。
关键词:球药隔重楼;凝集素;细胞凋亡;caspase途径
doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2014.13.005 文献标识码:A 文章编号:1671-8348(2014)13-1549-03
Analysis of antineoplastic activity of PFL and its possible mechanism*
Yuan Zhiping1,Zhang Wei2,Mu Huaping1,Wang Lishuai1,Wang Qiu1
(1.Department of Oncology,the Second People′s Hospital of Yibin,Yibin,Sichuan644000,China;
2.State Key Laboratory of Biotherapy,Sichuan University,Chengdu,Sichuan610041,China)
  Abstract:Objective To explore the antineoplastic activity of paris fargesi franch lectin(PFL)and its mechanism.Methods 
PFL was purified by exchange chromatography;MTT method,cel morphological analysis,LDH activity-based cytotoxicity assays
and caspase inhibitors analyses were adopted to analyze the objects mentioned above.Results PFL exhibited remarkable inhibitory
effect on HeLa,HepG2and CNE-2cels and significantly decreased CNE-2cel apoptosis in dose-dependent manner.The cytotoxici-
ty was abruptly decreased when the carbohydrate binding-specific activity was inhibited,suggesed a significant correlation between
carbohydrate binding-specific activity and the antineoplastic mechanism.The research of caspase in bibitory shnoed that PEL in-
duced apoptosis of CNE-2cels through the dassic caspase pathway.Conclusion PFL induces the cancer cel apoptosis,and caspase
may play an important role in this apoptotic mechanism.
Key words:paris fargesi franch;lectin;cel apoptosis;caspase pathway
  凝集素在自然界中分布极为广泛,在生物体内发挥着重要
作用,他们与细胞间黏附、细菌感染宿主、受体介导的胞饮、胚
胎发育和机体代谢的调节控制、宿主清除入侵细菌、分子传递、
植物防御病原体等生理过程密切相关[1-2]。近来,多种凝集素
还被证明具有血小板凝集、抗病毒、促进淋巴细胞分裂、抗菌和
保护造血干细胞的功能[3],同时还具有抗肿瘤、诱导肿瘤细胞
凋亡和自噬的作用[4]。在抗肿瘤方面,植物凝集素体现在抑制
肿瘤细胞的增殖,抑制方式主要包括促肿瘤细胞凋亡和细胞毒
性[5-6]。这些作用为凝集素在医学上的研究和应用指明方向,
开辟更广阔的领域。
重楼是多年生草本,具有清热解毒、消肿等功效。此外,还
有祛痰抑菌、抗癌止血的作用。重楼属植物是宫血宁、云南白
药和季德胜蛇药片等多种药物的主要原料。因为其突出的药
用价值,近年来成为研究重点和热点。目前研究较多的是重楼
的小分子物质:甾体皂苷,该物质具有止痛、止血、抗肿瘤、免疫
调节和阻孕等多种生理活性[7]。目前国内外对重楼活性成分
的研究主要集中于皂苷分子,而对活性蛋白的报道却很少。因
此,本研究分离得到球药隔重楼凝集素(paris fargesi franch iec-
tin,PFL)的基础上,对其抗肿瘤活性进行详细分析,为其以后更
深入的研究和应用打下基础。本文所研究的球药隔重楼取自四
川彭州,主要生长于常绿阔叶林、竹林、杂木林或者灌丛中。
1 材料与方法
1.1 材料 球药隔重楼块状根茎采于四川彭州;鲜兔血采于
市场;宫颈癌细胞株 HeLa,肝癌细胞株 HepG2和鼻癌细胞株
CNE-2均购自美国ATCC公司;离心机购自美国Bechman公
司;MALDI-TOF-MS质谱购自 Waters公司;电泳仪 Power-
Pac300购自Bip-RAD公司。主要试剂:DEAE-Sepharose,CM-
Sepharose,Sephacryl S-100均购自Pharmacia公司;十二烷基
硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)低分子量蛋白购自
Takara公 司;蛋 白 抑 制 剂 z-IETD-fmk、z-DEVD-fmk和 z-
VAD-fmk购自Seleck公司。
1.2 方法
1.2.1 PFL的分离纯化 球药隔重楼根茎打成粉末,用生理
盐水浸泡24h,过滤后离心(10 000r/min,10min),收集上清
液。上清液用pH 8.5,40mmol/L Tris-HCl充分透析并用此
pH条件DEAE-Sepharose层析,用0~0.5mol/L的 NaCl溶
液进行梯度洗脱。兔血细胞检测并收集活性部分,再用pH
4.8,20mmol/L醋酸钠缓冲液进行充分透析,以此pH 条件
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* 基金项目:2012年四川省宜宾市科技自主创新专项基金资助项目(2012ZSF004)。 作者简介:袁志平(1973-),副主任医师,博士,主要
从事肿瘤临床研究。
CM-Sepharose离子交换层析,用0~0.5mol/L的 NaCl溶液
进行梯度洗脱,洗脱过程同样以兔血细胞检测活性,收集活性
部分。活性蛋白溶液用pH 7.0,20mmol/L磷酸盐缓冲液
(PBS)透析,并以相同的缓冲液平衡Sephacryl S-100凝胶过滤
柱。样品液以0.5mL/min的流速上柱,以兔血细胞检测活
性,收集活性部分,透析,冷冻干燥。
1.2.2 分子量测定 用 MALDI-TOF-MS质谱精确测定PFL
的分子量;用SDS-PAGE进行不连续变性和非变性的Tricine-
SDS-PAGE,测定凝集素亚基的分子量。
1.2.3 蛋白基本性质 凝血活性的测定:用20μL样品与20
μL生理盐水进行倍比稀释,再加入红细胞悬液,震荡5min,在
室温放置1h后,显微镜观察结果。凝血活性的最高稀释倍数
的倒数为凝血活性单位[8]。糖抑制实验:将糖或糖蛋白用生理
盐水倍比稀释,加入PFL,振荡混匀30min后,每孔依次加入
2%的兔血红细胞悬液,振荡30min,检测凝血活性。PFL初
始量为8个凝集活性单位。
1.2.4 抗肿瘤活性 采用 MTT方法,观察 PFL对宫颈癌细
胞株 HeLa,肝癌细胞株 HepG2和鼻癌细胞株CNE-2的细胞
毒性。取对数生长期的各种细胞,接种于培养板中,每孔100
μL(1 104cel/mL),培养24h,加入不同浓度的 PFL(PFL
组),置培养箱中48h。后每孔加入10μL(5mg/mL)MTT,培
养4h。弃培养基,后在570nm处测吸光度(A)值。细胞存活
率(%)=PFL组A值/对照组A值×100%,其中,对照组为未
经任何处理的细胞。
1.2.5 乳酸脱氢酶(LDH)活力测定 将CNE-2细胞接种于
孔培养板,12h后加入不同浓度的PFL,培养24h收集细胞,
加入LDH底物(pH 8.2,0.2mmol/L Tris-HCl 10mL中各组
分浓度为:PMS 0.28mmol/L,L(+)-乳酸0.5mmol/L,INT
0.66mmol/L,NAD+1.3mmol/L),分别测定上清液中各指
数。坏死指数:LDH 数量(LDHn);凋亡指数:悬浮细胞中的
LDH数量(LDHa);细胞内LDH 指数:培养板中贴壁细胞中
的LDH 数量(LDHi)。计算公式为:凋亡率(%)=LDHa/
(LDHa+LDHn+LDHi)×100%,坏 死 率 (%)=LDHn/
(LDHa+LDHn+LDHi)×100%。
1.2.6 PFL作用于肿瘤细胞后的形态观察 取处于对数生
长期的CNE-2细胞,接种于培养板中(1.0×104/mL),培养24
h后,在倒置显微镜下观察。对照组加培养基,实验组加入
PFL(浓度2pmol/L),培养24h,用碘化丙啶(propidium io-
dide,PI)染色,荧光显微镜下观察。
1.2.7 糖蛋白抑制后的抗肿瘤活性 取对数生长期的CNE-
2细胞,接种于培养板(每孔100μL,1×10
4/mL),培养24h,
加入被糖蛋白抑制凝血活性后的PFL(2pmol/L),继续培养
24h,用 MTT法测定A值,计算细胞抑制率。
1.2.8 蛋白抑制剂对抗肿瘤活性的影响 取对数生长期的
CNE-2细胞,接种于培养板(每孔100μL,1×10
4/mL,培养24
h,加入蛋白抑制剂(z-IETD-fmk、z-DEVD-fmk和z-VAD-fmk)
作用1h,加入PFL,继续培养24h,用 MTT法测定A值。
2 结  果
2.1 基本性质 S-100层析检测出天然状态PFL表观分子量
约为 33×103,Tricine-SDS-PAGE 表 明 PFL 的 分 子 量 为
13.2×103 和19.1×103 的2个亚基组成,质谱分析PFL亚基
的分子量分别为12.75×103 和18.99×103,结果综合表明该
凝集素是由两个不同分子量的亚基组成的同源二聚体,亚基间
以二硫键的形式连接。凝血活性研究 PFL在浓度为0.01
pmol/L时仍能凝集兔红细胞,具有很强的凝血活性;糖抑制实
验结果显示甲状腺球蛋白能抑制该凝集素的凝血活性,且完全
抑制4个凝集活性单位的甲状腺球蛋白最低浓度为0.58
pmol/L。
2.2 抗肿瘤活性 PFL对鼻癌细胞CNE-2细胞抑制活性更
强,在浓度为2pmol/L时能达到48.1%的抑制率;同浓度下
对宫颈癌 HeLa细胞和肝癌 HepG2细胞分别达到28.3%和
19.1%的抑制率,见图1。在所测定的细胞系中,PFL对CNE-
2细胞抑制活性最强,故选取其作进一步的研究对象。
2.3 PFL作用于肿瘤细胞后的形态观察 在细胞形态上,对
照组细胞连接紧密,大小均匀,发出均匀的荧光;而加PFL组
的细胞变圆,细胞皱缩,荧光变得致密,细胞正处于形成凋亡小
体的过程中。说明PFL可以诱导CNE-2细胞凋亡,见图2。
图1  MTT法测定PFL的细胞毒性
  A:对照组;B:PFL组。
图2  CNE-2细胞的形态观察
2.4 LDH活性测定 细胞死亡的方式有坏死(necrosis)和凋
亡(apoptosis)两种。本研究通过测定不同时间后LDH 的活
力,来确定PFL诱导CNE-2细胞的死亡方式。测定的结果显
示,当培养24h,PFL 的浓度为2pmol/L,细胞凋亡率为
35.2%,细胞坏死率为13.5%;48h后,细胞的凋亡率为
53.2%,而细胞的坏死率仅为19.1%,见图3。可见,PFL作用
于肿瘤细胞以诱导凋亡为主。
图3  LDH活性测定分析图
2.5 PFL诱导细胞凋亡机理的初步研究
2.5.1 糖结合位点被阻断后对肿瘤细胞凋亡的影响 PFL
的糖结合位点被甲状腺球蛋白抑制后对肿瘤细胞生长的抑制
活性如图4所示,当糖结合位点被糖蛋白半抑制后,PFL对
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CNE-2细胞生长的抑制活性明显降低,抑制率降为13.2%,全
抑制后,抑制率仅为4.1%。可见,PFL是通过识别CNE-2细
胞表面的糖链作用于细胞,并诱导细胞凋亡。
2.5.2 蛋白抑制剂对PFL诱导的CNE-2细胞凋亡的影响 
caspase-8和caspase-3以及整个caspases家族的抑制剂(z-
IETD-fmk、z-DEVD-fmk和z-VAD-fmk)对PFL诱导的细胞凋
亡的影响如图5所示。分别加入caspase-8和caspase-3的抑
制剂 z-IETD-fmk、z-DEVD-fmk 和 z-VAD-fmk 后,PFL 对
CNE-2细胞生长的抑制率明显降低,表明抑制剂的加入可抑
制细胞凋亡,就说明PFL是通过激活caspases家族而诱导细
胞凋亡的,caspase-8和caspase-3参与了PFL诱导的 CNE-2
细胞的凋亡。
图4  糖结合位点被阻断后的PFL对CNE-2
细胞凋亡的影响
图5  caspase抑制剂对PFL诱导的CNE-2细胞
凋亡的影响
3 讨  论
重楼作为药用价值突出的中药材,成为近年来的研究重点
和热点。目前,国内外对于重楼的活性成分,特别是对甾体皂
苷做了充分的研究,证明其具有止痛、止血、抗肿瘤、免疫调节
和抗生孕等多种生理活性。然而,对重楼活性蛋白的报道却很
少见。本研究从球药隔重楼中分离得到一种活性蛋白PFL。
该蛋白是由两个不同相对分子质量12.75×103 和18.99×103
的亚基组成的同源二聚体,此结构在凝集素中较为罕见。由于
重楼属于百合科植物,曾有报道表明从百合科土茯苓根茎纯化
出来的土茯苓凝集素也分别是由相对分子质量为15×103 和
17×103 的2个亚基组成[9],这两种凝集素的分子亚基构成上
具有很大的相似性。凝血活性研究表明,PFL在浓度为0.36
μg/mL时仍能凝集兔红细胞,与其他凝集素相比,显示很强的
凝血活性;糖抑制实验结果显示甲状腺球蛋白能抑制该凝集素
的凝血活性。
最近的一些研究显示,植物凝集素具有显著的抗肿瘤活
性,这使得学术界对于凝集素抗癌的机制给予了更多的关注。
鉴于PFL强凝血活性和特殊的分子结构,作者着重研究了其
抗肿瘤活性。MTT法检测表明PFL对宫颈癌 HeLa株、肝癌
HepG2株以及鼻咽癌CNE-2细胞株的生长都有抑制作用;而
对不同细胞系抑制作用的不同,可能与不同肿瘤细胞表面的糖
蛋白结构和构象的不同有关。PFL对CNE-2细胞呈现明显的
细胞毒性,且能通过时间依赖性和剂量依赖性的方式引起
CNE-2细胞凋亡。当PFL的糖结合位点被甲状腺球蛋白全抑
制后对肿瘤细胞生长的抑制活性明显降低,提示PFL是通过
识别CNE-2细胞表面的糖链而作用于细胞,并诱导细胞发生
凋亡。
细胞凋亡在多细胞动物进化过程中扮演着极其重要的作
用。因此,如果能研究清楚抑制肿瘤生长的细胞凋亡分子机制
或信号通路,对于开发抗肿瘤药物至关重要[10]。有研究显示,
凝集素的糖结合位点以及其他一些位点具有诱导细胞凋亡活
性[11]。ConA是第一个报道的具有抑制肿瘤细胞活性的豆类
凝集素。它能通过caspase依赖途径和线粒体凋亡途径诱导
A375细胞程序性死亡[12]。黄精凝集素作为甘露糖结合凝集
素,能通过线粒体介导途径诱发肿瘤细胞的凋亡和自噬[13]。
本研究揭示PFL能通过典型的caspase依赖型的细胞凋亡诱
发肿瘤细胞,该过程有3个caspase抑制因子参与,特别是
caspase-3和caspase-8的抑制因子。caspases激活级联反应在
凋亡调控中占核心作用,它有2条主要途径:线粒体依赖途径
和死亡介导途径[14]。不同刺激信号经各自途径启动不同的
caspases级联反应,进而激活下游的效应caspases,诱发细胞凋
亡。不过,鉴于PFL本身结构和性质的特殊性,其诱发肿瘤细
胞凋亡的机制目前还不如甘露糖结合凝集素或豆类凝集素清
楚。因此,后续的研究应该关注于阐述该凝集素诱导凋亡的具
体过程。
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1551重庆医学2014年5月第43卷第13期
房和(或)左房伞盘开始持续的压迫心房壁或主动脉壁。至于
发生压迫原因可能是由于,伞盘开始失去可塑性,另外,封堵后
心房容积减小,这些可能是导致影响接触型到间断压迫型改变
的原因。但是新的内膜形成可以阻止患者主动脉磨损,认为间
断压迫的危险性较低。仍然存在争议的是什么形状的封堵器
带来磨损的危险性。在较大的主动脉边缘患者中,一些作
者[11-14]认为主动脉边缘张开,那么磨损的危险性降低,在选择
的主动脉边缘缺乏,由于封堵器较大,磨损的危险性就较大。
本组研究中,主动脉侧张开的形状随时间推移变为紧贴
型。这些病例可能比刚置入时就紧贴的封堵器较日后的磨损
危险性大,刚置入时封堵器在主动脉侧呈张开形状,可以减少
对冠状静脉窦壁的磨损,但它可能增加上方心房壁的磨损。如
果置入即刻封堵器会持续压迫心房壁和(或)主动脉壁,就要换
小一点的封堵器。因此在封堵器置入后,对封堵器和主动脉壁
和心房壁关系的观察是必要,这样才能预防封堵器对心房壁、
主动脉壁的磨损。
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