全 文 :浙江理工大学学报(自然科学版),第35卷,第4期,2016年7月
Journal of Zhejiang Sci-Tech University(Natural Sciences)
Vol.35,No.4,Jul.2016
DOI:10.3969/j.issn.1673-3851.2016.07.024
收稿日期:2015-09-07
基金项目:国家自然科学基金项目(31400797);浙江省自然科学基金项目(LQ14C100001);浙江省省科技厅分析测试项目(2015C37031)
作者简介:赵雪芹(1983-),女,河南平顶山人,博士,主要从事肿瘤治疗方面的研究。
含羞草素对肝癌细胞QGY-7703周期同步化的作用
赵雪芹1,任 磊2,王大巾1,张永明1,陶斯杰1
(1.浙江理工大学生命科学院,杭州310018;2.厦门大学材料学院,福建厦门361005)
摘 要:恶性肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一。肿瘤的发生发展本质上就是细胞无限制的周期性生长、增
殖和分化的失调。细胞同步化是研究肿瘤发生发展及治疗的基础。实验以人肝癌QGY-7703细胞株为研究对象,考
察含羞草素阻断对周期同步化的作用。并与胸腺嘧啶脱氧核苷阻断法相对照,研究含羞草素阻断去除后对 QGY-
7703细胞周期的影响。结果显示:QGY-7703细胞在含羞草素阻断后释放的第10h进入S期,第20h进入G2/M
期,且最高同步率分别为G1期94.6%,S期86.0%。含羞草素能较好地使肝癌细胞株QGY-7703同步化于G1期和
S期。
关键词:含羞草素;肝癌细胞;细胞周期;同步化
中图分类号:TS195.644 文献标志码:A 文章编号:1673-3851(2016)04-0620-05 引用页码:070701
0 引 言
肝癌是全球最常见的五种恶性肿瘤之一。我国
原发性肝癌发病人数占全球的55%,死亡人数占
45%。虽然目前以外科手术、放疗、化疗为主的肝癌
基本治疗手段取得了一定发展,但由于肿瘤细胞对
化、放疗耐受等问题,其疗效甚微。研究发现,肿瘤
组织中生长着不同周期时相的肿瘤细胞。绝大多数
化疗药物与放疗手段对肿瘤细胞的杀伤作用依赖于
细胞周期特异性。喜树碱、丝裂霉素、氮芥、氟脲嘧
啶为S期特异性[1-3],而长春新碱、泰素和放疗具有
G2/M期特异性[4]。如何安排放、化疗的时程,最大
化治疗效果,仍是临床上有待解决的问题。
细胞同步化是研究肿瘤发生发展及治疗的基
础。同步化后再使用放疗或化疗药物作用于肿瘤,
能够起到协同增效作用。沙利度胺能够增强X射
线对胶质瘤U251细胞敏感性[5]。姜黄色素显著提
高人前列腺癌、胃癌细胞株SGC-7901与直肠癌的
放疗敏感性[6-8]。曲智锋等[9]利用多西他赛联合奥
沙利铂同步化放疗局部晚期非小细胞肺癌,提高了
临床治疗效果。此外,王雪卿等[10]发现同步化能加
强紫杉醇对肿瘤细胞的作用效果以及逆转其耐药
性。故此,利用同步化试剂,合理安排放疗、化疗的
时程,能达到最佳治疗效果。
含羞草素(L-mimosine)是从含羞草或银合欢中提
炼的植物氨基酸。它具有与胸腺嘧啶高度相似的化学
结构,可竞争性地与腺嘌呤结合[11-12],从而阻碍DNA
的合成,使细胞阻滞在G1/S点。研究表明含羞草素能
将PC-3细胞阻滞在 G1期,LNCaP细胞阻滞在S
期[13]。同时,含羞草能够抑制K562,7402等多种肿瘤
细胞生长,并可其诱导凋亡[14-15]。鉴于此,本研究以含
羞草素作为DNA合成抑制剂,从细胞周期角度出发,
探讨肝癌细胞QGY-7703对含羞草素的敏感性,并对
比胸腺嘧啶脱氧核苷(简称胸苷)阻断法,研究含羞草
素阻断去除后对QGY-7703细胞周期的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料与设备
RPMI-1640培养基、胎牛血清、双抗和胰酶为
美国 Hyclone公司产品。含羞草素(L-mimosine,
AR)购于美国Acros Organic公司。胸腺嘧啶脱氧
核苷(TdR,AR)、碘化丙啶(PI,AR),曲拉通X-100
(Triton X-100,AR)和胰核糖核酸酶(RnaseA)为美
国Sigma公司产品。流式细胞仪为美国BD公司
FACSVantage SE型产品。QGY-7703细胞株为本
室保存的,来源于上海细胞库的细胞。
1.2 试验方法
1.2.1 细胞培养
将肝癌细胞株 QGY-7703接种于 RPMI-1640
培养基(含100U/mL青霉素,100U/mL链霉素和
10%胎牛血清)。于37℃,5% CO2 的恒温培养箱
中进行培养。48~72h传代1次。
1.2.2 细胞同步化方法
a)含羞草素阻断法:用含300μM 含羞草素的
培养液培养24h,弃去培养液,PBS清洗2次除去残
余药物,换正常培养基继续培养若干小时,以流式细
胞术(FCM)检测药物去除后细胞的同步化程度。
b)胸苷单阻断法:加入含2mM胸苷的1640培养
液处理24h后,除去培养液,PBS清洗数次,再将细胞
放在含有10%小牛血清的1640培养液中继续培养设
定时间。每隔2h收集细胞。收集的细胞用PBS洗涤
后以预冷的70%乙醇固定细胞,放置于4℃冰箱过夜。
1.2.3 细胞周期检测
用 FCM 检测 QGY-7703 细胞不同时相的
DNA含量。向收集的各组样本中,加入2mL预冷
的70%乙醇固定细胞过夜。检测前,离心去乙醇,
PBS清洗后加入0.5mL碘化丙啶染料(50μg/mL
PI,100μg/mL RNaseA,0.2% Trixon-100),室温
避光染色30min,收集碘化丙啶荧光信号。使用
CelQuest软件分析细胞各周期时相比率。
2 结果分析
2.1 含羞草素作用后细胞同步化结果
本实验将含羞草素作用于人肝癌QGY-7703细胞
株,研究其对QGY-7703细胞株的同步化作用效果。
以FCM检测DNA荧光标识细胞各时相的变化。
单次含羞草素阻断后各时点的流式图见图1。
从图1可看出:含羞草素同步化处理后的绝大部分细
胞被阻断在预期的时相,而未加药物处理的对照组细
胞中处于预期时相的细胞比例较低,大多数处于非同
步化生长状态。又由图1(a)知,未同步化的 QGY-
7703细胞各时相分别为G1期占65.8%,S期占20.
7%,G2/M期占12.7%。通过计算可得出:细胞G1
期时长为13.2h,S期为4.1h,G2/M期为2.5h。
图1 含羞草素作用QGY-7703细胞后不同时点的流式周期分布
为了便于观察各周期时相的变化规律,将多次
同步化结果汇总成图2。可发现:含羞草素处理细
胞24h后,各周期时相所占的百分率依次由少量向
高峰过渡。在含羞草素作用结束后的第0h,G1期
126第4期 赵雪芹等:含羞草素对肝癌细胞QGY-7703周期同步化的作用
与S期细胞比率占到总数的90%,这说明大多数
QGY-7703细胞被阻断在G1期末(图1(b));继续
培养8h后,G1期细胞逐渐减少,S期细胞逐渐增
多,第8h细胞 G1期达到最大值,为96.4%(图1
(c)),且在第0~10h内保持80%以上同步率;第
20h细胞S期达到最大值为82.9%;随后G2/M期
细胞逐渐增加。这表明含羞草素能够可逆的作用于
QGY-7703细胞,并可获得同步化效果较好的 G1
期和S期细胞。此外,由含羞草素处理后的 G1期
曲线可发现,G1期最高值94.6%与最低值7.9%分
别出现在去除药物后的第8h和第20h,相差12h,
与未同步化的G1期时长(13.2h)相似。并且,各曲
线在20h处,均出现拐点,推测含羞草素基本不影
响QGY-7703细胞周期总时长。
图2 含羞草素阻断后细胞周期分布
2.2 胸苷作用后细胞同步化结果
胸苷是DNA的特异前体,氚标记胸苷渗入法
是目前常用的细胞增殖检测方法。故此,本研究采
用胸苷阻断后 QGY-7703细胞各时相的变化来对
比研究含羞草素的作用效果。
胸苷处理后(图3),在前8h内G1期细胞逐渐
减少,S期细胞逐渐增多,第8h细胞G1期达到最
图3 胸腺嘧啶脱氧核苷阻断细胞周期分布
小值29.0%,S期达到最大值75.7%;随后 G2/M
期细胞逐渐增加,第10h细胞G2/M期达到最大值
为41.9%。此外,细胞G1期的两个峰值分别为2h
的52.2%和22h的87.2%,两峰值间隔20h,表明
实验条件下该细胞周期约为20h。G2/M 期曲线8
~12h出现峰,推测G2/M期时长4h。S期曲线2
~10h出现峰,推测S期时长8h。与按空白细胞
推测的各期时间长度不同(图1a),可能是细胞种植
密度过大,接触抑制造成G1期延长。
含羞草素与胸苷都是通过调控细胞G1/S时点
将细胞阻滞于G1期末,但由图3、图2中的 G1期
曲线可发现:胸苷组在第2h开始减少(图3,G1期
2h处);而含羞草素处理的在第8h开始减少(图
2,G1期8h处),相较于胸苷组延后6h。同样,对
比两种药物处理组的S期曲线,可发现:胸苷组在第
8h开始减少(图3,S期8h处);而含羞草素处理的
在第20h开始减少(图2,G1期20h处),相较于胸
苷组延后12h。则含羞草素使 QGY-7703细胞S
期延后6h。Park等[16]发现含羞草素可使人宫颈
癌Hela细胞株的S早期延后4h。故此推测,本实
验条件下QGY-7703细胞对含羞草素的作用敏感,
用药后细胞进入正常周期的时间延后6h,且S早
期也延后6h。
3 讨 论
肿瘤的发生发展本质上是细胞周期的失调。大
部分抗肿瘤药物具有细胞周期特异性。同步化是研
究细胞周期调控与药物特异性作用最重要的方法。
细胞分裂是细胞最基本的生理活动。细胞周期
的运行遵循着严格的时相次序。体外培养细胞根据
细胞来源不同选用不同阻断方法是细胞停止在细胞
周期的某一时相。目前报道的主要有血清饥饿、药
物抑制、低温、照射、机械振动收集分裂细胞等[17]。
其中,药物阻断法是体外培养细胞人工同步化最常
用的方法。该阻断法要求对细胞周期的阻断是可逆
的,即去除药物加入培养基后细胞仍可正常生长。
目前应用最多的合成抑制剂是胸苷[16-17]。白瑞
霞等[18]通过胸苷阻断人肝癌细胞株 HepG2获得了
同步率60%以上的 G1期和G2期。胸苷阻断法的
优点是细胞同步化效率高,且适用于任何体外培养
的细胞体系,缺点是容易造成细胞的不均等生长。含
羞草素与胸腺嘧啶具有高度相似性化学结构,可竞争
性地与腺嘌呤结合,将细胞同步于G1晚期,并且研究
表明含羞草素对多种肿瘤细胞有抑制作用,可作为放
226 浙 江 理 工 大 学 学 报 2016年 第35卷
射增敏剂增加对肿瘤的疗效[19-22]。本实验条件下,含
羞草素不仅能同步肝癌细胞QGY-7703,而且获得的
高G1期同步率(80%以上)能够持续10h,这将便于
应用于耗时较长的生物物理方面的研究。
4 结 论
a)QGY-7703细胞在阻断结束后第0~10h内
G1期的同步率均维持在80%以上,第10h进入S
期,第20h进入G2/M期。
b)可实现的G1、S期最高同步率分别为94.6%
和86.0%。且同步率稳定可靠。
c)含羞草素能造成 QGY-7703细胞 G1期阻
滞,并可使S期延后6h。
参考文献:
[1]GORCZYCA W,GONG J,ARDELT B,et al.The cel
cycle related differences in susceptibility of HL-60cels
to apoptosis induced by various antitumor agents[J].
Cancer Research,1993,53(13):3186-3192.
[2]罗贤雯,刘仁刚,周洁萍,等.高温阻滞 HeLa细胞于G1
期并引起G1期细胞凋亡[J].华中科技大学学报:医学
版,2005,34(1):17-19.
[3]王昱,卢仲毅,许峰,等.羟基脲对体外 Hela细胞周期同
步化作用的研究[J].重庆医学,2010,39:3331-3332.
[4]张鹏.化疗药物细胞周期特异性的重新评估[D].武汉:
华中科技大学,2006.
[5]于静萍,孙美玲,孙苏平,等.沙利度胺增强X射线对胶
质瘤U251细胞辐射敏感性机制的研究[J].辐射研究与
辐射工艺学报,2010,6:368-372.
[6]ZHU H P,ZHANG Q A, MU S U,et al.,
Experimental study on sensibility of radiotherapy for
human prostate cancer cel lines PC-3with curcumin[J].
China Journal of Modern Medicine,2014,24(18):27-30.
[7]吴宏,闫国诚,王双全,等.姜黄素对胃癌细胞放疗增敏
作用的研究[J].陕西医学杂志,2014(2):137-139.
[8]王东,裘建明,杨关根,等.姜黄素对直肠癌细胞放疗增
敏的机制研究[J].中华胃肠外科杂志,2015,18(6),602-
605.
[9]曲智锋,王培,穆双锋,等.多西他赛联合奥沙利铂同步
化放疗治疗局部晚期非小细胞肺癌临床观察[J].医药
论坛杂志,2010,18:40-42.
[10]王雪卿,尹婕,毛宁,等.细胞周期同步化逆转卵巢癌对
紫杉醇耐药的研究[J].现代妇产科进展,2009,18(2):
109-112.
[11]KUBOTA S,FUKUMOTO Y,ISHIBASHI K,et al.
Activation of the pre-replication complex is blocked by
mimosine through reactive oxygen species-activated
ATM without DNA damage[J].Journal of Biological
Chemistry,2014,289(9):5730-5746.
[12]MLADENOV E,ANACHKOVA B.DNA breaks
induction by mimosine [J]. Zeitschrift Für
Naturforschung C,2014,58(9-10):732-735.
[13]CHUNG L C,TSUI K H,FENG T H,et al.L-
Mimosine blocks cel proliferation via upregulation of
B-cel translocation gene 2and N-myc downstream
regulated gene 1in prostate carcinoma cels[J].
American Journal of Physiology Cel Physiology,2012,
302(4):C676-C685.
[14]HE X J,GONG J P,SHEN Y,et al.Roles of
roscovitine and minosine in Fas-mediated leukemia cel
apoptosis and the possible mechanism[J].Chinese
Journal of Cancer Biotherapy,2008,15(5):464-469.
[15]QIAO S, MURAKAMI K, ZHAO Q,et al.
Mimosine-induced apoptosis in C6glioma cels requires
the release of mitochondria-derived reactive oxygen
species and p38,JNK activation[J].Neurochemical
Research,2012,37(2):417-427.
[16]PARK S Y,IM J S,PARK S R,et al.Mimosine
arrests the cel Cycle prior to the onset of DNA
replication by preventing the binding of human Ctf4/
And-1to chromatin via Hif-1αactivation in HeLa cels
[J].Cel Cycle,2012,11(4):761-766.
[17]高世勇,曲笑莹.细胞周期同步化研究进展[J].中国药
理学通报,2014,30(1):17-21.
[18]白瑞霞,王文礼,李丽梅.TdR诱导肝癌细胞株 HepG2
细胞周期同步化的效果[J].科学技术与工程,2008,8
(1):164-165.
[19]VACKOVI,ENGELOVáM,MARINOV I,et al.
Cel cycle synchronization of porcine granulosa cels in
G1stage with mimosine[J].Animal Reproduction
Science,2003,77(3-4):235-245.
[20]LI H,ZHAO W,SHI Y,et al.Retinoic acid amide
inhibits JAK/STAT pathway in lung cancer which
leads to apoptosis[J].Tumor Biology,2015,36(11):
8671-8678.
[21]ZALATNAI A.Review:potential role of cel cycle
synchronizing agents in combination treatment modalities
of malignant tumors[J].Vivo,2005,19(1):85-91.
[22]DIPEV V,GOTARDO A T,HARAGUCHI M,et al.
Mimosine and cyclophosphamide:a potential new
combination therapy used to prevent tumor
development[J].Brazilian Archives of Biology &
Technology,2012,55(6):871-876.
326第4期 赵雪芹等:含羞草素对肝癌细胞QGY-7703周期同步化的作用
Cyecle Synchronization of Human Hepatoma Cel QGY-7703
Induced by L-mimosine
ZHAO Xueqin1,REN Lei2,WANG Dajin1,ZHANG Yongming1,TAO Sijie1
(1.Colege of Life Sciences,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China;
2.Colege of Materials,Xiamen University,Xiamen 361005,China)
Abstract:Cancer is one of diseases which severely threaten human health.In essence,tumorigenesis
and tumor progression result from a disorder of unlimited periodic growth,proliferation and differentiation
of cels.Cel synchronization is the foundation of researches on tumorigenesis,tumor progression and
treatment.Here,we investigated the effect of L-mimosine blocking on cycle synchronization by taking
human.hepatoma cel QGY-7703.Furthermore,compared with thymidine blocking,the effect of L-
mimosine blocking removal on cel cycle of QGY-7703cels was investigated.The results show that QGY-
7703cels enter Sphase at the 10th hour and enter G2/M phase at the 20th hour after release from the L-
mimosine.The highest synchronization rate is 94.6%in G1phase and 86.0%in S phase cels.In
conclusion,QGY-7703cel can be successfuly synchronized in G1phase and S phase by the L-mimosine
treatment.
Key words:L-mimosine;human hepatoma cel;cel cycle;synchronization
(责任编辑:许惠儿)
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