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芒柄花素对不同亚型乳腺癌细胞增殖及细胞周期的影响



全 文 :doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2012.09.003
收稿日期:2012-02-22;修回日期:2012-06-06
基金项目:国家自然科学基金资助项目(81072816/
H2709)
作者单位:1.200032上海,上海中医药大学附属龙华医
院乳腺科;2.上海交通大学医学院附属第九人民医院中医科
通信作者:陈红风,E-mail:chhfluk@yahoo.com.cn
作者简介:周瑞娟(1983-),女,博士,主要从事中医药防
治乳腺癌的研究
芒柄花素对不同亚型乳腺癌细胞增殖及细胞
周期的影响
周瑞娟1,陈红风1,叶媚娜1,廖明娟2
Effects of Formononetin on Proliferation and Cel Cycle of Different Subtypes of Breast
Cancer Cel Lines
Zhou Ruijuan1,Chen Hongfeng 1,Ye Meina1,Liao Mingjuan 2
1.Department of Breast Surgery,Longhua Hospital,Shanghai University of Traditional Chinese
Medicine,Shanghai 200032,China;2.Department of Traditional Chinese Medicine,Shanghai Ninth
People′s Hospital Affiliated of Shanghai Jiaotong University School of Medicine
Corresponding Author:Chen Hongfeng,E-mail:chhfluk@yahoo.com.cn
Abstract:Objective To investigate the effects of formononetin on proliferation and cel cycle of three sub-
types of breast cancer cel lines:MDA-MB-468,MCF-7and SK-BR-3.Methods Three subtypes breast
cancer cel lines were treated with different concentrations of formononetin.Then cel proliferation,PCNA
expression,cel apoptosis and cel cycle were detected by MTT assay,Western blot,TUNEL method and
flow cytometry.Results Formononetin with concentration of exceeded 20μm could inhibit the cel prolif-
eration,decrease the protein expression of PCNA and induce G1phase cel cycle arrest in three subtypes
of breast cancer cel lines.Conclusion Formononetin inhibited proliferation of breast cancer cels through
down-regulaton of PCNA protein expression and arrest of the cel cycle at G1phase.
Key words:Formononetin;Breast cancer;Cel proliferation;Cel cycle;
摘 要:目的 研究芒柄花素对人乳腺癌细胞 MDA-MB-468、MCF-7、SK-BR-3的增殖及细胞周期影响。
方法 以三种乳腺癌细胞为研究对象,经 MTT法观察不同浓度芒柄花素对乳腺癌细胞的增殖抑制情
况;Western blot法检测增殖细胞核抗原(PCNA)表达情况;TUNEL法检测细胞凋亡情况;流式细胞仪
观察细胞周期的改变情况。结果 芒柄花素用药浓度大于20μM时,抑制3种乳腺癌细胞的增殖,降
低PCNA蛋白的表达,G1期细胞比例均明显增多。结论 芒柄花素可将细胞周期阻滞于 G1期、减少
PCNA蛋白的表达,从而抑制乳腺癌细胞增殖。
关键词:芒柄花素;乳腺癌;细胞增殖;细胞周期
中图分类号:R73-36;R737.9  文献标识码:A  文章编号:1000-8578(2012)09-1051-05
0 引言
乳腺癌已成为全球女性发病率最高的恶性肿
瘤,现有的治疗方法主要包括手术治疗、化疗、放
疗、内分泌治疗、靶向治疗等,不同亚型乳腺癌的
诊治及预后亦存在差异[1]。芒柄花素(formonone-
tin)是黄芪、鸡血藤等中药中含有的异黄酮类化合
物,具有抑制肿瘤细胞增殖的作用[2],能够调控乳
腺癌细胞周期相关因子的表达引起细胞周期阻滞
的研究已有报道[3]。因此,本实验以不同分子亚
型人乳腺癌细胞 MDA-MB-468(ER阴性、PR阴
性、HER2 阴 性)、MCF-7(ER 阳 性、PR 阳 性、
HER2阴 性)和 SK-BR-3(ER 阴 性、PR 阴 性、
HER2过表达)作为研究对象,观察芒柄花素对细
胞增殖的影响,分析其对不同亚型乳腺癌效应的
异同,并进一步观察芒柄花素对细胞凋亡及细胞
周期的影响,初探其作用机制。
1 材料与方法
1.1 细胞株
人乳腺癌细胞株 MDA-MB-468、MCF-7、SK-
BR-3均购自中国科学院上海细胞库。
1.2 主要药物及试剂
化学成分标准品芒柄花素购自中国药品生物制
品检定所(批号:111703-200602),细胞用药均以二甲
基亚砜(methyl sulfoxide,DMSO)溶解。McCoy′s 5A、
·1501·肿瘤防治研究2012年第39卷第9期
DMEM低糖及L-15液体培养液、胎牛血清、胰酶、
PBS(磷酸盐缓冲液)均为Gibco公司产品;四甲基偶
氮唑蓝(methylthiazolyl tetrazolium,MTT)(CAS#:
298-93-1)及DMSO(CAS#:67-68-5)购自上海生工生
物有限公司。原位末端脱氧核苷酸转移酶标记(ter-
minal deoxynucleoitidyl transferase-mediated nick-end
labeling,TUNEL)试剂盒为日本 MBL公司产品
(CAS#:8445);碘 化 丙 啶 (propidium iodide,PI)
(CAS#:25535-16-4)和RNA酶(CAS#:9001-99-4)购
自Sigma公司;蛋白裂解液(04719956001)、蛋白酶抑
制剂(04693116001)购自ROCHE公司;BCA蛋白含
量测定试剂盒(23225)购自PIERCE公司;增殖细胞
核抗原(proliferation cel nuclear antigen,PCNA)单克
隆抗体(2586)购自CST公司。
1.3 MTT法测定细胞存活率
选取对数生长期细胞,以每孔4 000个的细胞
密度接种于96孔板,培养48h后分别加入不同浓
度芒柄花素含药培养液,作用48h时,加入20μl
MTT溶液(5mg/ml),37℃培养箱孵育4h,吸去
废液,加入150μl DMSO溶解细胞中的甲瓒,用酶
标仪在490nm波长处测定其吸光度值,计算细胞
存活率,观察芒柄花素对不同乳腺癌细胞增殖抑
制的现象。
1.4 Western blot法观察增殖细胞核抗原(PC-
NA)表达情况
分别选取对数生长期细胞,调整细胞密度为每毫
升2×104个,接种于25ml培养瓶中,每瓶5ml,培养
48h后分为3组:空白对照组、芒柄花素40μM组、芒
柄花素80μM组。药物作用48h后,抽提细胞总蛋
白,采用BCA试剂盒测定蛋白浓度,应用 Western
blot技术检测增殖细胞核抗原PCNA蛋白表达情况。
1.5 TUNEL法检测细胞凋亡情况
分别选取对数生长期细胞,调整细胞密度为每
毫升2×104个,在6孔板中进行细胞爬片,每孔
2ml,接种48h后分为3组:空白对照组、芒柄花素
40μM组、芒柄花素80μM 组。药物作用48h后,
进行TUNEL染色,观察细胞凋亡情况。TUNEL
法即原位末端转移酶标记技术,凋亡细胞的 DNA
双链断裂或一条链出现缺口,产生一系列3′-OH末
端,在脱氧核糖核苷酸末端转移酶(TdT)作用下,将
脱氧核糖核苷酸和生物素所形成的衍生物标记到
DNA的3′末端,从而进行凋亡细胞的检测。通过
与TUNEL阳性对照组对比(实验中加入Dnase 1
室温孵育15min,PBS清洗3次,加入TUNEL re-
action mixture孵育,荧光显微镜观察可见细胞呈绿
色荧光染色并与DAPI染色重合,表明该 TUNEL
试剂盒稳定可用)。
1.6 流式细胞仪检测细胞周期改变
细胞接种及分组用药同1.4。药物作用48h
后,胰酶消化收集细胞,PBS洗2遍,以预冷70%乙
醇固定24h,PBS洗2遍,0.5ml PBS重悬细胞,并
加入PI和 RNaseA至终浓度50μg/ml,37℃ 孵育
30min,应用流式细胞技术检测细胞周期的变化。
1.7 统计学方法
采用SPSS 16.0统计分析软件进行处理,计量
资料数据均以x±s表示。先对各组数值变量进行
正态性分析,不符合正态分布的数据采用非参数检
验。符合正态分布的数据,近一步检验方差齐性。
方差齐时两组间数据比较采用独立样本t检验,多
组数据间的比较采用单因素方差分析LSD-t法检
验。方差不齐时,两组间数据比较采用非参数检验,
多组数据间的比较采用单因素方差分析Dunnett′s
T3法检验。
2 结果
2.1 芒柄花素具有抑制乳腺癌细胞增殖作用
不同浓度芒柄花素干预48h后,经 MTT法检
测结果显示:芒柄花素大于20μM 时对三种乳腺癌
细胞生长均呈现出抑制作用。而且随浓度的增大,
其抑制效果明显增强,呈浓度依赖关系,见图1。
Breast cancer cels were treated with formononetin for 48h.
Final concentrations of formononetin was shown.Cel viabil-
ity was determined by MTT assay.Compared with the con-
trol group,*:P<0.05;**:P<0.01
图1 不同浓度的芒柄花素作用48h后三种乳腺癌细胞的
细胞活性情况
Figure 1 Effects of formononetin for 48hon cel prolifera-
tion of three different breast cancer cel types treated by dif-
ferent concentration
2.2 芒柄花素可降低乳腺癌细胞PCNA的表达
芒柄花素作用48h时,三种乳腺癌细胞增殖
细胞核抗原PCNA蛋白表达均明显降低,其表达
量随着芒柄花素药物浓度的增高而降低,见图2。
2.3 芒柄花素无促进乳腺癌细胞凋亡作用
芒柄花素作用48h后,经TUNEL法检测,发现
芒柄花素浓度为80μM和40μM时对三种乳腺癌细
·2501· 肿瘤防治研究2012年第39卷第9期
胞均无明显的促凋亡作用。但DAPI染色显示,随着
浓度增加,同一倍数视野下的细胞数目逐渐减少,表
明芒柄花素具有抑制细胞增殖的作用,见图3。
2.4 芒柄花素具有诱导乳腺癌细胞G1期阻滞作用
不同浓度芒柄花素作用48h后,经流式细胞仪检
测结果显示:三种乳腺癌细胞G1期比例均明显增多;且
随着浓度的增高,G1期细胞比例也随之增加,见图4。
3 讨论
国内外许多学者观察到黄芪中含有多种抗肿瘤
成分[4-6];能多方位调节免疫功能,进而发挥抗肿瘤
效应[7];能降低血管内皮生长因子蛋白表达[8],从而
抑制血管生成和肿瘤转移[9-10];对放化疗还有着增
效减毒及逆转耐药的作用[11-14];并可延长乳腺癌患
者生存期、提高生存质量[15],从而起到抑制肿瘤生
长、提高生存率的目的。本研究的前期实验结果,也
表明黄芪注射液及主要成分能够减少Akt的表达,
抑制乳腺癌细胞 MDA-MB-468增殖[17-18];但其有
效单体和可能的机制尚未明确,因此,本实验进一步
观察黄芪的主要单体之一—芒柄花素对三种不同亚
型乳腺癌细胞的作用。芒柄花素又名刺芒柄花素、
芒柄花黄素,作为黄芪中一种重要的化合物,其抗
肿瘤作用得到了广泛研究。文献报道芒柄花素具
有抑制结肠癌细胞的增殖和促进其凋亡的作
用[2],亦有研究发现其具有芳烃受体抑制剂作用,
而芳烃受体的活性是调控细胞周期和细胞凋亡重
要因素,其EC50(半数最大效应浓度)为1.3×10-7
mol/L[19];另外,芒柄花素作为一种弱植物雌激素
对乳腺癌的防治表现为两方面的作用:(1)竞争雌
激素受体,拮抗雌激素作用[20];(2)促进 T细胞表
达IL-4,从而增强免疫反应[21]。既往研究证实了
芒柄花素可通过多种途径起到抗肿瘤的作用,但
不同分子表型细胞是否存在不同效应,其作用的
机制如何尚待进一步研究。本研究发现,芒柄花
素对三种乳腺癌细胞 MDA-MB-468、MCF-7和
SK-BR-3的存活率均具有抑制作用,并能够降低
乳腺癌细胞增殖核抗原(PCNA)蛋白的表达,对三
种不同亚型乳腺癌细胞效应相似,故进而从阻滞
细胞周期及诱导细胞凋亡两方面初步探讨其作用
机制。
细胞的增殖与其核抗原PCNA有着重要的关
系。研究表明,PCNA的表达与乳腺癌的恶性程度
和预后明显相关。PCNA是一种相对分子质量为
36kD的蛋白质,在细胞核内合成,并存在于细胞核
内。PCNA可形成一个同源三聚体环围绕DNA双
螺旋结构,并作为分子平台招募蛋白质用以合成
DNA、细胞周期调控及 DNA损伤与修复。PCNA
与细胞DNA合成关系密切,在细胞增殖的启动上
起重要作用[22]。在静止细胞中量很少,G1晚期开始
增加,S期达到高峰,G2、M 期明显下降,其量的变
化与 DNA合成一致。检测PCNA在细胞中的表
达,是反映细胞增殖状态的良好指标[23]。本实验结果
Dose-dependent effect of formononetin on PCNA was exsited at 40and 80μM.Compared with the control group,
*:P<0.05;**:P<0.01,n=3
图2 不同浓度芒柄花素作用48h后三种乳腺癌细胞的PCNA表达情况
Figure 2 Effects of formononetin on PCNA protein in three different breast cancer cels types
·3501·肿瘤防治研究2012年第39卷第9期
After untreated and treated with 40μM and 80μM formononetin for 48h,cels were stained with TUNEL folowed by
fluorescence microscopy.A:apositive control;B:there was no significant cel apoptosis in three different types breast
cancer cels after treated with 40μM and 80μM formononetin for 48h
图3 芒柄花素作用48h后三种细胞的TUNEL染色情况
Figure 3 Effects of formononetin on cel apoptosis in three different breast cancer cels types
A:after untreated and treated with 40μM and 80μM formononetin for 48h,cels were stained with PI folowed by flow cytometric a-
nalysis;B:dose-dependent effect of formononetin on cel cycle was shown
图4 芒柄花素作用48h后三种乳腺癌细胞的细胞周期改变情况
Figure 4 Effects of formononetin on cel cycle in three different breast cancer cels types
·4501· 肿瘤防治研究2012年第39卷第9期
显示,随着芒柄花素浓度的增加,三种乳腺癌细胞的
PCNA蛋白表达均随之减少,体现了细胞增殖能力
随之降低。细胞周期运行过程中有3个调控点
(check point),及G1/S调控点、G/M调控点和纺锤
体组装调控点。其中以 G1/S调控点最为重要,细
胞一旦通过了此限制点,将会自主完成细胞周期而
不再依赖外源性增殖分裂信号的刺激[24]。本研究
显示,芒柄花素作用于三种乳腺癌细胞后,G1期细
胞增加,S期细胞减少,表明芒柄花素主要是作用于
G1/S节点,能抑制乳腺癌细胞DNA的合成,减少S
期细胞数量的比例,使细胞停滞于G1期,与已有的
报道相一致[3]。另外,以TUMNEL法检测,未发现
凋亡现象。由此我们推测,G1期阻滞可能是芒柄花
素导致细胞增殖抑制的原因。
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[编辑校对:刘红武]
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