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左旋一叶萩碱诱导人非小细胞肺癌A549细胞自噬机制的研究



全 文 :◇ 基础研究 ◇
中国临床药理学与治疗学
中国药理学会主办
CN 34-1206/R,ISSN 1009-2501
http://www.cjcpt.com
2014Aug;19(8):851-855
2014-03-11收稿 2014-07-17修回
国家自然科学基金(81241102);安徽省卫生厅中医药课题
(2012zy59)
张刚,男,硕士研究生,研究方向:肿瘤化学及生物防治机理和临
床应用。
Tel:15855976955 E-mail:921950782@qq.com
吉兆宁,通信作者,男,教授,硕士研究生导师,研究方向:肿瘤化
学及生物防治机理和临床应用。
Tel:0553-5739060 E-mail:jzning@163.com
左旋一叶萩碱诱导人非小细胞肺癌
A549细胞自噬机制的研究
张 刚,陈冬云,程 静,吉兆宁
皖南医学院附属弋矶山医院肿瘤内科,芜湖241001,安徽
摘要 目的:研究左旋一叶萩碱诱导人非小细胞
肺癌A549细胞自噬的机制。方法:常规体外培
养人非小细胞肺癌 A549细胞株,取对数生长期
的细胞传代24h后加入不同浓度(6.25、12.5、
25、50、100、200μmol/L)左旋一叶萩碱处理,分
别继续培养24、36、48h后,用CCK-8法测定细
胞增殖活性;倒置显微镜下观察对照组和各实验
组的 细 胞 形 态 变 化;分 别 用 不 同 浓 度 (0、
20μmol/L)左旋一叶萩碱作用 A549细胞48h
后,进行单丹磺酰尸胺(monodansylcadaverine,
MDC)染色,分别通过荧光显微镜检测细胞自噬
发生情况;荧光定量RT-PCR法检测Beclin 1在
mRNA水平表达变化情况。结果:左旋一叶萩
碱可以抑制 A549细胞增殖,并且呈浓度和时间
依赖性(P<0.05)。其中,21.204μmol/L左旋一
叶萩碱作用A549细胞48h后,细胞死亡率接近
50%;倒置显微镜观察到药物作用后细胞形态发
生了明显变化;随着左旋一叶萩碱剂量增加,
MDC阳性细胞的荧光强度及细胞内 MDC荧光
颗粒数目明显增加。另外,研究还发现随着药物
浓度的上升,自噬基因Beclin 1的表达明显增强。
结论:左旋一叶萩碱具有抑制人非小细胞肺癌
A549细胞增殖、诱导细胞自噬性凋亡,其作用具
有浓度和时间依赖性。左旋一叶萩碱上调自噬基
因Beclin 1mRNA 的表达水平可能是其诱导
A549细胞自噬性凋亡的机制之一。
关键词 左旋一叶萩碱;非小细胞肺癌;A549细
胞;自噬
中图分类号:R73-36+2
文献标志码:A
文 章 编 号:1009-2501(2014)08-0851-05
Beclin 1是自噬的正向调控基因。对肿瘤来
说,自噬是一把“双刃剑”[1],适度的自噬可促进细
胞生存,而过度的自噬(即自噬性细胞死亡)将诱
导肿瘤细胞死亡。Beclin 1与肿瘤之间的关系正
如自噬与肿瘤之间的关系,Beclin 1对肿瘤也发
挥双重调节作用。一方面,Beclin 1作为一种抑
癌蛋白[2],可抑制肿瘤的发生、发展和诱导肿瘤细
胞死亡;另一方面,在实体瘤中,当新生血管还未
形成时,肿瘤细胞往往缺乏营养,Beclin 1的适度
表达可诱导有限的自噬水平,为肿瘤细胞提供必
要的物质和能量而促进肿瘤的生长和生存[3]。
肺癌是全球范围内最常见、致死人数最多的
恶性肿瘤之一[4],也是我国第一大癌症,其发病率
及死亡率增长最为迅速[5]。我国的肺癌居恶性肿
瘤死亡的第一位,约占22.7%,其中非小细胞肺
癌(non-smal cel lung cancer,NSCLC)约占肺癌
的80%[6]。目前肺癌的主要治疗手段是化疗,但
化疗的毒副作用如骨髓抑制等却限制了其应用。
因此,研发新型活性高、毒副作用小的抗肺癌药物
·158·
一直是肿瘤治疗领域的重要任务。一叶萩碱(se-
curinine)又被称为一叶碱、叶萩碱,是大戟科植
物叶底珠Securinega suff ruticosa(Pal)Rehd嫩
枝叶或根的主要生物碱。该生物碱最早由原苏联
学者从俄罗斯乌苏里地区植物中分离获得,但其
化学结构却是由我国学者从本土资源提取分离并
最终确定了。一叶萩碱在一叶萩植物中的生物合
成具有十分独特的旋光现象,分为左旋一叶萩碱
(图1)和右旋一叶萩碱2种旋光异构体。有报道
称左旋体的药理活性较强,约为右旋体的10
倍[7]。早期,Typo B等的初步研究认为其是一
种主要作用于脊髓的中枢兴奋药,对再障、面部
神经麻痹及伴有抑郁的神经衰弱等有一定疗
效[8-9]。最新的研究结果表明,一叶萩碱还具有抗
肿瘤的生物活性,对人结肠癌SW480细胞具有明
显的抑制作用[10],其中左旋一叶萩碱可通过上调
自噬基因Beclin 1从而诱导人结肠癌SW-480细
胞自噬性凋亡[11]。但关于一叶萩碱抗肺癌的研
究则鲜有报道。本研究根据已有研究结论,结合
当前抗肿瘤研究的新热点,观察左旋一叶萩碱是
否诱导人非小细胞肺癌A549细胞自噬及其可能
的分子机制。
图1 左旋一叶萩碱(L-securinine)化学结构图
1 材料与方法
1.1 主要试剂和仪器 左旋一叶萩碱由暨南大
学提供,结构式如图1所示,DMSO溶解配制成
100mmol/L的储存液,4℃ 保存备用;人非小细
胞肺癌系A549由皖南医学院附属弋矶山医院中
心实验室传代保存;青霉素、链霉素0.25% Trip-
sin-EDTA、PBS、CCK-8、单丹磺酰尸胺(mono-
dansylcadaverine,MDC)(南京凯基生物科技发展
有限公司);RPMI1640(美国 GIBCO );DMSO
(美国SIGMA);TRIzol(美国Invitrogen);cDNA
第一链合成试剂盒(Fermentas);Taq DNA Poly-
merase(DNA 聚合酶)(Fermentas)超净工作台
(中国 苏州净化);CO2 培养箱(日本SANYO );
生物倒置显微镜(日本OLYMPUS);荧光显微镜
(Leica DMIRB公司);台式低速离心机(中国上
海医疗器械股份有限公司医疗设备厂);酶标仪
(美国 BioTek);高速冷冻离心机(德国 Sor-
val,);紫外光度仪(日本 SHIMADZU);荧光定
量PCR循环仪(中国 中山达安)。
1.2 培养细胞 将符合细胞计数要求的 A549
细胞悬液分装入培养瓶内,将培养瓶放入37℃、
饱和湿度、5%CO2 培养箱中培养,培养液为含
10%~15%灭活小牛血清的RPMI1640,含1%的
双抗(青霉素及链霉素)。每2~3d传代一次,并
取对数生长期的细胞用于实验。
1.3 倒置显微镜观察A549细胞形态的变化 
用含10%新生牛血清的RPMI1640培养液配成
单细胞悬液,以每孔(0.8~1)×104 个细胞接种
于96孔培养板中。将培养板放入CO2 孵箱,在
37℃、5%CO2 及饱和湿度条件下培养。培养
24h后,使用平板离心机弃去上层培养液,每孔
加入用 1640 完全培养基配制成浓度为 10、
40μmol/L的左旋一叶萩碱200μL,每个浓度设
4个平行孔(阴性对照组加等量的1640完全培养
基)。放入CO2 孵箱继续培养36h后,倒置显微
镜下观察细胞生长状态及形态学改变。
1.4 CCK-8法检测细胞增殖 细胞消化、计数、
配制成浓度为5×104 个/mL的细胞悬液,96孔
细胞培养板中每孔加入100μL细胞悬液;将96
孔细胞培养板置于37℃、5%CO2 培养箱中培养
24h;弃去培养基,PBS清洗2次,用完全培养基
稀释药物至所需浓度,每孔加入200μL 相应的
含药培养基,同时设立阴性对照组;将96孔细胞
培养板置于37℃、5% CO2 培养箱中培养24、
36、48h;将 96 孔 板 进 行 CCK-8 染 色,λ=
450nm,测定OD值;每孔加入10μL CCK-8,在
培养箱继续培养3h;摇床10min轻轻混匀;λ=
450nm,酶标仪读出每孔的OD值,计算抑制率;
IR(%)=[(对照组OD值-实验组OD值)/对照
组OD值]×100%。
1.5 MDC荧光检测自噬 选择生长良好的
A549细胞接种于6孔板,培养24h后参照本实
验室以前的CCK-8试验结果,分别用含左旋一叶
萩碱浓度为0、20μmol/L 的培养液继续培养
·258· Chin J Clin Pharmacol Ther 2014Aug;19(8)
24h,取出后PBS洗2遍,每孔加入 MDC(终浓
度50μmol/L)于37℃、5%CO2,的恒温培养箱
中温育30min,再置于荧光显微镜下1h内观察
和摄片。
1.6 Real-time PCR法检测Beclin 1在mRNA的
表达水平 实验组加入左旋一叶萩碱浓度分别为
10、20、40μmol/L;紫外线分光光度计测OD280和
OD260值,对提取的 RNA纯度及总量进行计算。
取10μL PCR扩增产物,1.5%琼脂糖凝胶电泳,
完成电泳后经凝胶扫描仪扫描,并以GADPH校
正进行相对量分析,两者积分光密度的比值表示
其数值,3次重复试验后取平均值。PCR引物序
列由南京凯基生物科技发展有限公司验证并合
成,选择GAPDH为内参照。各基因引物序列如
表1所示。
表1 各基因引物序列
引物名称 序列 产物长度(bp)
β-actin 上游引物 5'GTCACCAACTGGGACGACATG 3'
下游引物 5'GCCGTCAGGCAGCTCGTAGC 3' 510
Beclin 1 上游引物 5'CCGTGGAATGGAATGAGA 3'
下游引物 5'GTAAGGAACAAGTCGGTATC 3' 110
1.7 统计学处理 应用SPSS 18.0软件完成统
计学处理,实验数据以均数±标准差(x±s)表示,
组间分析比较采用t检验,以α=0.05为检验水
准,P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 对A549细胞增殖的影响 左旋一叶萩碱
作用A549细胞24h后,细胞生长均不同程度地
受到抑制,呈时间-浓度依赖性,随着药物剂量的
增加,抑制率呈上升趋势,与阴性对照组相比,差
异有统计学意义(P<0.05)。由图2可以看出,
随浓度增加和时间延长其抑制作用增强,48h抑
制率较24、36h明显增高(P<0.05)。48h时左
旋一叶萩碱的IC50=21.204μmol/L。
图2 左旋一叶萩碱对A549细胞生长抑制的影响
2.2 细胞形态学改变 阴性对照组:未用药的
A549细胞生长良好,形状不规则,呈梭形或多角
形,细胞核大,核异型,核质比高,可见异常核分
裂;浓度为10、40μmol/L左旋一叶萩碱加药组:
左旋一叶萩碱作用 A549细胞48h后与对照组
相比细胞形态发生明显变化,且高浓度组细胞形
态变化更加显著,用药后细胞贴壁能力明显下降,
细胞成悬浮生长状态,细胞变小变圆,且细胞内颗
粒明显增多,如图3所示。
图3 倒置显微镜下观察肺癌 A549细胞形态变化(×
100)
A:NC;B:10μmol/L左旋一叶萩碱;C:40μmol/l左旋一叶萩
碱。
2.3 MDC荧光染色检测自噬水平改变 如图4
所示,阴性对照组 MDC染色荧光强度很弱且点
状结构很少;左旋一叶萩碱20μmol/L 处理组
MDC染色荧光强度及点状结构均较阴性对照组
明显增加。
2.4 自噬基因Beclin 1表达的情况 用 Real-
time PCR在mRNA水平检测Beclin 1的表达变
·358·中国临床药理学与治疗学2014Aug;19(8)
化情况。结果发现,人非小细胞肺癌细胞中Bec-
lin 1表达基本缺失,但用不同浓度左旋一叶萩碱
处理48h后出现Beclin 1表达的上调,且随浓度
的增加表达增强(图5)。Beclin 1表达水平的变
化和细胞自噬活动的变化呈水平相关,说明左旋
一叶萩碱诱导A549细胞Beclin l基因的激活并
引起自噬。
图4 MDC荧光染色检测肺癌A549细胞自噬空泡的变
化(×400)
A:NC;B:20μmol/L左旋一叶萩碱。
图5 自噬基因Beclin 1表达的情况(x±s)
与NC组比较b P<0.05。
3 讨论
近年来研究表明,Beclin 1是抑制肿瘤发生、
发展的一个关键基因,表现在它可诱导肿瘤细胞
的自噬性死亡。细胞自噬是真核细胞中高度保守
的一种生理现象,并依赖于溶酶体[12]。过度的自
噬作用最终将导致细胞死亡,即自噬性细胞死亡
(autophagic cel death),称为Ⅱ型程序性细胞死
亡(凋亡被称为I型程序性细胞死亡)[13]。这种
形式的细胞死亡表现为细胞浆中出现大量包裹着
细胞浆和细胞器的空泡结构和溶酶体对空泡内成
分的降解。细胞中Beclin 1高表达可以诱导细胞
自噬,甚至诱导高水平的自噬性细胞死亡。在治
疗肿瘤的化疗药物中,它莫昔芬、神经酰氨都是通
过上调Beclin 1并抑制AKT激酶的活化从而上
调自噬水平,诱导自噬性细胞死亡发生[14]。Bec-
lin 1基因缺失或点突变将使细胞死亡能力明显
降低而导致肿瘤,Beclin 1在多种人类肿瘤中表
现为单个等位基因的缺失和低水平表达,已有报
道卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、人非小细胞肺癌、子
宫内膜癌、宫颈鳞癌细胞均存在Beclin 1单个等
位基因缺失或有不同程度的 Beclin 1表达下
调[15]。
左旋一叶萩碱作为一种植物提取的活性成
分,具有资源丰富的优点。最近大量研究表明,左
旋一叶萩碱对多种肿瘤细胞均具有抑制作用,但
有关左旋一叶萩碱抗肺癌作用的研究鲜有报道。
本研究首先使用不同浓度的左旋一叶萩碱作用
A549细胞不同时间,CCK-8法检测A549细胞增
殖抑制情况,结果表明左旋一叶萩碱呈浓度和时
间依赖性抑制 A549细胞增殖。通过 MDC染色
和荧光显微镜观察结果进一步证实了左旋一叶萩
碱可以诱导A549细胞自噬。本研究发现左旋一
叶萩碱可呈浓度依赖性上调自噬基因Beclin 1
mRNA的表达水平。
综上所述,本研究表明左旋一叶萩碱作为一
种天然存在的化合物,能够抑制肺癌 A549细胞
的增殖,并诱导其自噬,可为左旋一叶萩碱应用于
肺癌的临床治疗提供实验依据。
参 考 文 献
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L-Securinine induced the human non smal cel lung cancer A549 cel
autophagy and its molecular mechanism
ZHANG Gang,CHEN Dong-yun,CHENG Jing,JI Zhao-ning
Cancer Center,Yijishan Hospital of Wannan Medical College,Wuhu 241001,Anhui,China
ABSTRACT AIM:To explore the mechanism
of L-securinine induced autophagy of human non
smal cel lung cancer A549cel autophagy.
METHODS:A549cel lines were cultured in
vitro and L-securinine at different concentrations
(6.25,12.5,25,50,100,200μmol/L)was added
24hafter cel lines were transferred.Then the
plates were cultured for 24,36and 48h.CCK-8
method was used to detect the antitumor effect
of human non smal cel lung cancer A549 in
vitro.Inverted microscope was used to observe
A549cels treated with L-securinine morphologi-
cal changes.The A549cels were treated with
different concentrations(0,20μmol/L)of L-se-
curinine for 24h.Then autophagy was analyzed
by fluorescence microscope folowing staining
with monodansylcadaverine(MDC).The mR-
NA levels of Beclin-1were detected using real-
time RT-PCR pre and post-treatment of L-se-
curinine.RESULTS:The generation depression
effects of A549cels cultured in vitro were de-
tected by CCK-8method(P<0.05),and there
were dosage-time dependent relationships.The
morphology of cels become smal and round,
the process of cel division got less were ob-
served. L-securinine-treated cels exhibited
higher fluorescent density and more MDC-la-
beled particles in A549cels compared with the
control group.Beclin-1 expression enhanced
with L-securinine concentration increased.CON-
CLUSION:L-securinine has an anti-tumor effect
against human non smal cel lung cancer A549
cel.The L-securinine can induce striking auto-
phagy in A549cel in vitro.The autophagy in-
duced by L-securinine is related with upregulat-
ing the expression of autophagy gene Beclin-1.
KEY WORDS L-securinine;non smal cel lung
cancer;A549cel;autophagic
本文编辑:储冀汝
·558·中国临床药理学与治疗学2014Aug;19(8)