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矢车菊黄素诱导A549细胞凋亡及机制研究



全 文 :收稿日期:2014-10-22
基金项目:漳州市科技局基金项目(Z2010091)
作者简介:付达华(1970—),男,博士,副教授,主要从事微生物与生化药学、肿瘤药理的研究。
矢车菊黄素诱导A549细胞凋亡及机制研究
付达华1a,熊典虹1b,刘志礼2
(1.漳州卫生职业学院a.药学系;b.临床医学系,福建 漳州363000;
2.南昌大学第一附属医院骨科,南昌330006)
摘要:目的 研究矢车菊黄素对A549细胞增殖及凋亡的影响及其机制。方法 采用 MTT法测定A549细胞增
殖,Hochest染色检测细胞凋亡,流式细胞仪分析细胞凋亡率及细胞周期,Western blot方法检测细胞中NF-κB P65
蛋白的表达。结果 矢车菊黄素剂量依赖性抑制A549细胞的增殖,半数抑制浓度(IC50)值为0.67μmol·L
-1;剂
量依赖性诱导A549细胞凋亡,0.15、0.30μmol·L
-1矢车菊黄素处理时诱导细胞发生G1期阻滞;剂量依赖性上
调A549细胞中NF-κB P65的表达。结论 矢车菊黄素能诱导A549细胞的凋亡,其促凋亡作用可能与 NF-κB信
号通路激活有关。
关键词:矢车菊黄素;A549细胞;NF-κB P65;凋亡
中图分类号:R961;Q813.1   文献标志码:A   文章编号:2095-4727(2015)01-0007-04
DOI:10.13764/j.cnki.ncdm.2015.01.003
Mechanism of Centaureidin-Induced Apoptosis in A549Cels
FU Da-hua1a,XIONG Dian-hong1b,LIU Zhi-li 2
(1a.Department of Pharmacy;1b.Department of Clinical Medicine,Zhangzhou Health
Vocational College,Zhangzhou363000,China;2.Department of Orthopaedics,the First
Affiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang330006,China)
ABSTRACT:Objective To investigate the effect of centaureidin on the proliferation and apopto-
sis of A549cels and its mechanism of action.Methods The proliferation of A549cels was meas-
ured by MTT assay,the apoptosis by Hochest staining,the apoptosis rate and cel cycle by flow
cytometry,and the expression of NF-κB P65by Western blot.Results Centaureidin treatment
suppressed proliferation,induced apoptosis and up-regulated NF-κB P65expression in A549cels
in a dose-dependent manner.The median inhibitory concentration(IC50)was 0.67μmol·L
-1.G1
phase arrest was found in A549cels treated with centaureidin at a concentration of 0.15or
0.30μmol·L
-1.Conclusion Centaureidin can induce apoptosis in A549cels via activating NF-
κB signal pathway.
KEY WORDS:centaureidin;A549cels;NF-κB P65;apoptosis
  矢车菊黄素为类黄酮化合物,化学名为5,7,3′-
三羟基-3,6,4′-三甲氧基黄酮,可从欧蓍草、艾菊[1-2]
等多种菊科植物中分离提取。该化合物具有抗炎、
抗氧化、抗菌及抗疟原虫[3-6]等多种药理作用,同时
对 Hela细胞、MCF-7细胞、A431细胞、A2780细
胞、Fem-X细胞及K562细胞[6-7]等多种肿瘤细胞具
有较强的增殖抑制作用。本研究以肺腺腺癌细胞株
A549为实验对象,观察矢车菊黄素对A549细胞体
外增殖、凋亡及细胞周期的影响,以及对A549细胞
NF-κB P65表达的作用。
1 材料与方法
1.1 主要材料
人肺腺腺癌细胞株A549购自中国医学科学院
7南昌大学学报(医学版)2015年第55卷第1期 Journal of Nanchang University(Medical Sciences)2015,Vol.55No.1
肿瘤研究所;矢车菊黄素由鬼针草中分离提取并经
波谱学结构鉴定(另文发表);RPMI 1640培养基为
美国 Hyclone公司产品;胎牛血清(FBS)购自杭州
四季青生物工程材料有限公司;胰蛋白酶为美国
Amresco公司产品;二甲基亚砜(DMSO)、四甲基偶
氮唑蓝(MTT)、碘化丙锭(PI)及 Hochest 33342为
美国Sigma公司产品;蛋白定量试剂盒购自南京建
成生物工程公司;NF-κB P65一抗、组蛋白 H3一抗
购自美国CST公司;HRP标记羊抗兔IgG抗体、辣
根过氧化物酶化学发光底物AB液购自北京中衫金
桥生物技术有限公司。细胞培养箱(MDF-75型,日
本三洋);680型酶标仪、垂直电泳槽、半干转膜仪器
(美国Bio-Rad公司);CKX31倒置生物显微镜(奥
林巴斯,日本);TGL-16M 台式高速冷冻离心机(湘
仪离心机仪器有限公司,中国);EPICS XL型流式
细胞仪(Coulter,美国);细胞培养板(Costar产品);
PVDF膜(美国 Roche公司)。
1.2 方法
1.2.1 细胞培养
A549细胞复苏后培养于含10%胎牛血清的
RPMI 1640培养基中(培养条件为5%CO2、95%湿
度、37℃),待细胞刚刚长满细胞培养瓶底部后,弃
去旧培养基,以适量胰酶(0.25%胰蛋白酶0.02%
EDTA=11)消化,弃去消化液并加入适量含血清
培养基,反复轻轻吹打后制备单细胞悬液,计数,以
14的比例继续传代培养并取对数生长期细胞进
行实验。
1.2.2 MTT测定及分组
矢车菊黄素以适量DMSO溶解制备成0.1mol·
L-1的无菌储备液。临用前取适量储备液以无血清
1640培养基稀释100倍作为工作液。取对数生长
期的A549细胞,胰酶消化后以含血清培养基制成
细胞悬液并计数,调整细胞密度为5×104 个·
mL-1,接种于96孔细胞培养板中,每孔180μL,
5%CO2、95%湿度、37℃培养24h使细胞贴壁。取
适量矢车菊黄素工作液,按110的比例进行梯度
稀释,共设立5个浓度梯度。将各浓度梯度的药物
加入细胞培养板,每孔20μL,使各梯度药物终浓度
分别为10-4、10-5、10-6、10-7、10-8 mol·L-1,各梯
度均设立3个重复孔;设立本底组(只含培养基)、空
白对照组(含细胞)和0.5% DMSO 对照组。5%
CO2、95%湿度、37℃培养48h后,每孔中加入浓度
为5g·L-1的 MTT溶液20μL,继续培养4h。取
出细胞培养板,小心吸去各孔上清液后,各孔加入
DMSO 150μL,平板摇床振摇10min,使各孔中蓝
紫色结晶颗粒溶解,570nm波长处测定各孔光吸
收。按下列公式计算各浓度组药物对A549细胞增
殖的抑制率,并以药物浓度的负对数(-log[M])为横
坐标、抑制率为纵坐标,拟合增殖抑制曲线,计算矢车
菊黄素对A549细胞的半数抑制浓度(IC50)值。抑制
率=[1-(A实验组 -A本底)/(A空白对照组 -A本底)]×
100%
1.2.3 Hochest染色检测细胞凋亡
取对数生长期细胞,制备成细胞悬液,调整细胞
密度为5×104 个·mL-1。取6孔细胞培养板,各
孔中放入无菌盖玻片,将细胞悬液接种于6孔细胞
培养板中,每孔2mL。培养72h后,弃去旧培养
基,分别加入矢车菊黄素浓度为0.00、0.15、0.30、
0.60μmol·L
-1的新鲜培养基,作用48h后终止培
养。取出细胞爬片,以PBS洗涤3次,再以预冷的
70%乙醇固定30min。以预冷PBS洗涤固定好的细
胞爬片2次,用 Hochest33342(终浓度为100ng·
mL-1)染色液于暗处染色15min,再以预冷PBS洗
涤,封片。紫外光340nm波长激发,荧光显微镜下
观察细胞凋亡情况。
1.2.4 流式细胞术分析细胞周期及细胞凋亡
同1.2.3法制备细胞悬液,将细胞悬液接种于
6孔细胞培养板中,每孔2mL。培养72h后,弃去
旧培养基,分别加入矢车菊黄素浓度为0.00、0.15、
0.30、0.60μmol·L
-1的新鲜培养基,作用48h后
终止培养。将各孔中的细胞制备成单细胞悬液,预
冷PBS洗涤并分散细胞后,70%冷乙醇固定30min
以上。上机检测前1 000r·min-1离心去除固定液,
以PBS洗涤细胞2次后,细胞悬液中加入50μg·
mL-1 RNase A,37℃孵育30min,再加入20μg·
mL-1 PI,室温暗处染色15min;以200目尼龙膜过
滤后上机检测细胞周期及细胞凋亡情况。每个分析
样品中细胞计数不少于106 个。
1.2.5 Western blot分析NF-κB P65的表达
取对数生长期的 A549细胞,弃去旧培养基后
分别加入药物浓度为0.00、0.30、0.60μmol·L
-1
的新鲜培养基,培养48h后倾去药液,以预冷PBS
小心洗涤细胞。以RIPA细胞裂解液(含60μg·
mL-1 PMSF)裂解细胞,用细胞刮刀收集细胞,4℃
10 000r·min-1离心10min去除细胞碎片,用蛋白
定量试剂盒测定各组样品上清液中总蛋白浓度,并
以RIPA细胞裂解液调整浓度,使各组样品总蛋白
浓度一致,分装后-80℃ 冻存。SDS-PAGE电泳
8 南昌大学学报(医学版)2015年2月,第55卷第1期
(每泳道上样30μg蛋白)后用半干转膜仪将凝胶上
的蛋白转移至0.2μm PVDF膜上,5%脱脂奶粉封
闭液封闭。根据 Marker判断PVDF膜上内参(组
蛋白 H3)和靶蛋白(NF-κB P65)所在位置,小心将
膜剪开,分别加入11 000稀释的组蛋白 H3一抗
和 NF-κB P65一抗,4℃冰箱中孵育过夜。次日用
TBS洗膜3次,再加入1200稀释的辣根过氧化
物酶标记二抗,室温孵育2h,用TBS洗膜3次后加
入辣根过氧化物酶的显色底物,凝胶成像。
1.3 统计学方法
应用SPSS12.0软件进行统计学分析,计量资
料用x±s表示,采用双侧t检验。以P<0.05为差
异有统计学意义。
2 结果
2.1 矢车菊黄素对A549细胞体外增殖的影响
MTT实验结果显示:不同浓度矢车菊黄素作
用于体外培养的 A549细胞后,细胞生长情况受到
的影响明显不同。药物浓度低时对细胞存活率几乎
无影响(药物浓度分别为10-8、10-7 mol·L-1时细
胞存活率均超过90%);随着药物浓度越高,细胞存
活率显著越低,当药物浓度达10-6 mol·L-1时,细
胞存活率降至约38%,而当药物浓度达10-5 mol·
L-1时,细胞存活率仅为10%左右。用 OriginPro
7.5软件以药物浓度的负对数为横坐标,抑制率为纵
坐标拟合增殖抑制曲线,矢车菊黄素对 A549细胞
的IC50值为0.67μmol·L
-1(图1)。
-Log[M]
图1 矢车菊黄素对A549细胞体外增殖的抑制作用
2.2 矢车菊黄素对A549细胞凋亡的影响
Hochest染色及流式细胞仪检测结果显示,矢
车菊黄素能诱导 A549细胞凋亡,呈浓度依赖性。
药物作用48h后,阴性对照组(0.00μmol·L
-1)细
胞凋亡率很低,约为1%;而0.15、0.30μmol·L
-1
组相差不大,细胞凋亡率分别为(11.4±2.7)%及
(13.6±2.8)%,但0.60μmol·L
-1组细胞凋亡率
则高达(42.8±5.2)%。流式细胞仪分析结果显示:
阴性对照组G1期细胞比例为(52.6±5.4)%;在药
物浓度较低时,G1期细胞比例增加较多,0.15、
0.30μmol·L
-1组 G1期细胞比例分别为(63.9±
4.5)%和(59.2±5.6)%;药物浓度为0.60μmol·
L-1时,G1期细胞比例下降,仅为(38.8±3.5)%
(图2A)。推测药物浓度较低时,药物主要诱导细胞
发生G1期阻滞,而药物浓度较高时较多细胞发生
早期凋亡。Hochest染色结果显示:药物作用48h
后,阴性对照组(0.00μmol·L
-1)细胞核亮染几乎
不见,0.15、0.30μmol·L
-1组细胞核亮染部分可
见,0.60μmol·L
-1组细胞核亮染明显增多(图
2B),提示发生早期凋亡的细胞数目明显增加。
  A:流式细胞仪分析不同浓度矢车菊黄素(0.00、0.15、0.30、
0.60μmol·L-1)作用于A549细胞48h后对细胞凋亡和细胞周期
的影响;斜纹柱表示凋亡细胞的百分比,空白柱表示G1期细胞百分
比。B:Hochest染色分析不同浓度矢车菊黄素(0.00、0.15、0.30、
0.60μmol·L-1)作用于 A549细胞48h后细胞核染色情况(160
×)。暗色代表正常细胞的细胞核,亮染代表凋亡细胞的细胞核。
图2 矢车菊黄素对A549细胞凋亡的影响
2.3 矢车菊黄素对A549细胞NF-κB P65蛋白表
达的影响
Western blot实验结果表明,矢车菊黄素能上
9付达华等:矢车菊黄素诱导A549细胞凋亡及机制研究
调A549细胞中NF-κB P65蛋白的表达,这种调节作
用呈浓度依赖性。分别以0.00、0.30、0.60μmol·
L-1的矢车菊黄素处理 A549细胞48h后,用凝胶
成像仪对 Western blot分析得到的 NF-κB P65蛋
白条带进行灰度扫描,与阴性对照组相比,、0.30、
0.60μmol·L
-1组分别为127.4%和140.3%(图
3)。
图3 不同浓度矢车菊黄素处理后A549
细胞NF-κB P65蛋白的表达
3 讨论
  NF-κB是一种广泛存在于各种细胞、具有多种
调节作用及高度保守的转录因子,能与多种基因的
启动子或增强子发生位点特异性结合而促进转录。
NF-κB P65(或称RelA)与其他4个成员(P50、P52、
c-Rel和RelB)共同构成NF-κB/Rel蛋白家族,该蛋
白家族与其抑制物IκB家族共同构成 NF-κB信号
系统。NF-κB信号通路调控失常与炎症、自身免疫
疾病、癌症、哮喘、肌营养不良等疾病存在着密切联
系。有研究[8]证明,肿瘤细胞中NF-κB呈高表达并
导致GADD45α和γ联合表达下调,这是很多肿瘤
细胞逃逸凋亡机制的关键步骤。NF-κB信号通路
的活化是一个复杂的网络系统,包括许多上游和下
游基因的共同参与,涉及凋亡基因与抗凋亡基因的
相互作用及其平衡。许多抗肿瘤药物能影响肿瘤细
胞中NF-κB的表达,有的能抑制 NF-κB的表达,有
的则通过激活NF-κB信号通路发挥抗肿瘤作用,后
者主要是通过 NF-κB P65在P53介导的细胞凋亡
过程中发挥重要作用[9],从而抑制肿瘤的发生发展。
本研究中,采用矢车菊黄素处理A549细胞后,细胞
中NF-κB P65蛋白表达上调,呈剂量依赖性;同时,
药物处理后的细胞产生凋亡现象,呈剂量依赖性。
从这些实验结果可得出如下结论:矢车菊黄素激活
了A549细胞中NF-κB信号通路,并最终诱导细胞
凋亡,导致了细胞体外增殖抑制现象。
  矢车菊黄素为微管聚合抑制剂,其作用靶点与
微管蛋白特异性药物———秋水仙素一样,能占据微
管蛋白的CBS(colchicine binding site,秋水仙素结
合位点),从而抑制微管蛋白的聚合,阻止微管的形
成,导致有丝分裂阻滞,最终诱导细胞凋亡。但尚未
有文献报道矢车菊黄素与其靶蛋白结合后,是通过
何种途径激活 NF-κB信号通路的。本研究所得实
验证据尚不足,还无法对矢车菊黄素激活NF-κB信
号通路的途径做出推测。但作为一个活性较好的细
胞毒化合物,矢车菊黄素有潜力成为一种抗肿瘤的
明星药物。
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(责任编辑:周丽萍)
01 南昌大学学报(医学版)2015年2月,第55卷第1期