全 文 :雷公藤甲素通过抗 ER磷酸化抑制小鼠
4T1乳腺癌增殖作用研究
潘国凤1,高建莉2,张奇3,吕圭源2,陈素红3
(1首都医科大学 附属北京世纪坛医院 中医科,北京 100038;
2浙江中医药大学 药物研究所,浙江 杭州 310053;3温州医科大学 中药研究所,浙江 温州 325035)
[摘要] 雷公藤甲素(triptolide,TP)具有显著的抑制肿瘤作用。本研究采用MTT法和结晶紫染色法检测TP对小鼠乳腺
癌细胞4T1增殖的影响;流式细胞仪检测TP诱导的4T1细胞凋亡率;Westernblot检测4T1中相关蛋白雌激素受体α(estrogen
reporterα,ERα),磷酸化ERα(pERα),ERβ,pERβ,细胞外信号调节的蛋白激酶(ERK),pERK,p38,pp38,cJun氨基末端激
酶(SAPK/JNK),pSAPK/JNK的表达。给药30d后,活体荧光示踪技术观察TP对4T1Luc细胞接种的 BALB/c雌性小鼠乳
腺癌的荧光强度,同时检测肿瘤体积和质量,计算抑瘤率。肿瘤组织苏木素伊红(HE)染色后观察病理变化;免疫组织化学法
(IHC)分析肿瘤组织ERα及ERβ的表达情况。发现TP体外浓度为100,10,1,01μmol·L-1时可显著抑制4T1乳腺癌细胞
的增殖,诱导细胞凋亡。TP剂量为200μg·kg-1时能抑制小鼠乳腺癌的增殖,TP的抗乳腺癌增殖作用与降低ERα,ERβ的磷
酸化密切相关,但与MAPK通路的活化无明显相关性。
[关键词] 雷公藤甲素;小鼠4T1乳腺癌细胞;抑制增殖;雌激素受体;活体荧光示踪
[收稿日期] 20130830
[基金项目] 国家自然科学基金青年项目(81001564,81102852,
81303235);浙江省重点实验室项目(2012E10002);浙江省卫生高层
次创新人才培养工程项目(浙卫发〔2010〕190号)
[通信作者] 陈素红,Tel:(0571)86613601,Email:chensuhong06
@yahoocomcn;吕圭源,Email:lvgy@263com
[作者简介] 潘国凤,博士,Email:pangf1218@163com
传统中药雷公藤具有多种药理作用[1],研究表
明雷公藤有很好的抗肿瘤活性[2],主要抗肿瘤有效
成分是雷公藤甲素(triptolide,TP)。众多研究表明
TP是一种广谱肿瘤抑制剂,对乳腺癌[3]、T细胞淋
巴瘤[45]、肝细胞癌[67]、肺癌[8]、胰腺癌[9]、前列腺
癌[10]等多种肿瘤具有抑制作用,其中以直肠癌细胞
株HCT116和乳腺癌细胞株 MCF7最为敏感。许
多研究资料表明,内源性或外源性雌激素水平与乳
腺癌的发生、发展密切相关[1012]。细胞膜及胞浆上
的雌激素受体(estrogenreceptor,ER)与雌激素结合
后产生效应,靶器官不同,所产生的作用也不同,取
决于体内各个不同组织中 ER的含量[13]。本课题
拟研究雷公藤甲素对小鼠乳腺癌细胞4T1增殖的影
响,并进一步研究雌激素受体的活化水平与雷公藤
甲素抗乳腺癌细胞增殖的可能作用机制。
1 材料
11 细胞株与动物 小鼠乳腺癌细胞株4T1及荧
光素酶标记的4T1Luc细胞由美国芝加哥大学何通
川教授惠赠。细胞用 DMEM完全培养基(含10%
胎牛血清、青霉素1×105U·L-1、链霉素100mg·
L-1),在37℃、饱和湿度及5%CO2的细胞培养箱内
培养,每1~2d传代1次。整个实验过程中用台盼
蓝染色实验检测细胞活性。雌性BALB/c小鼠,体重
18~22g,60只。许可证号SCXK(沪)20080016,SPF
级,购于上海西普尔必凯实验动物有限公司。
12 试剂 TP(上海同田生物技术股份有限公司,
纯度≥98%,批号 12120521);阳性对照药阿霉素
(浙江省肿瘤医院,批号0QL0073);DMEM高糖培
养液,025% Trypsin,002% EDTA,025% 胰酶溶
液(吉诺生物医药技术有限公司);噻唑蓝(MTT),
二甲基亚砜(DMSO)(Sigma公司);04% 台盼蓝溶
液,高效 RIPA组织/细胞裂解液(Solarhio);FITC
AnnexinVApoptosisDetectionKitI(BDPharmin
gen);ERα(C311),pERα(Ser118),ERβ(H150),
pERβ(Ser87)(SantaCruz公司);MAPKFamilyAn
tibodySamplerKit,PhosphoMAPKFamilyAntibody
SamplerKit(CelSignaling);StreptavidinHerseradish
PeroxidaseConjugated(Thermoscientific);Chemilumi
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nescentdetectionreagent(advansta);牛血清白蛋白
(BSA)、磷酸盐缓冲液(PBS)、BCA蛋白浓度测定试
剂盒、Actin抗体(βactin)、生物素标记山羊抗兔IgG
(H+L)二抗、生物素标记山羊抗小鼠 IgG(H+L)
二抗、改进型抗原修复液(碧云天生物技术研究
所);DABPufertableten(默克公司)。苏木精伊红
(HE)染液(南京建成生物工程研究所)。
13 仪器 荧光倒置显微镜(OLYMPUS);转移电
泳槽(上海天能科技有限公司);酶联免疫检测仪
(美国BioTeR,美国);化学发光成像仪(北京赛智
创业科技有限公司);XENOGENIVISSystem(冷泉
港,美国)。
2 方法
21 细胞增殖能力检测 MTT法:取对数生长期
细胞,10×104个/孔接种于 96孔培养板,37℃,
5% CO2培养箱培养24h。设溶剂对照孔、空白孔、
不同浓度TP组,每组3个复孔。给药后培养48h,
每孔加入5g·L-1MTT20μL,继续培养4h后,终
止,每孔加入150μLDMSO,摇床低速振荡10min。
酶联免疫检测仪570nm波长下测定吸光度,实验重
复3次。存活率 =药物组平均吸光度/对照组平均
吸光度×100%,计算细胞的存活率。
结晶紫染色法:取对数生长期细胞,50×104
个/孔接种于24孔培养板,培养24h。设溶剂对照
孔、空白孔、不同浓度 TP组,每个剂量设3个复孔。
给药后培养 48h,弃去培养液,每孔加入 300μL
02%结晶紫染液,室温染色30min后洗去染料,用
20%的醋酸溶液溶解结晶,摇床振摇10min后,酶
联免疫检测仪540nm波长下测各孔吸光度。按上
述公式计算细胞存活率。
22 FITCAnnexinV/PI法检测细胞凋亡率 取对
数生长期细胞,制备浓度为1×106个/mL细胞悬液
接种于60mm培养皿中,置37℃,5% CO2培养箱
培养24h后,弃掉培养液,加入不同浓度的 TP,使
其终浓度为10,1,01μmol·L-1,同时设对照组,
继续培养24h后,025%胰蛋白酶消化,收集细胞
置离心管,1000r·min-1离心5min,冷 PBS清洗。
1×BindingBufer重悬细胞至 1×106个/mL,加入
FITCAnnexinV避光孵育15min,加10μLPI(250
mg·L-1)溶液染色15min后上机检测。
23 Westernbloting法检测相关蛋白表达 取对
数生长期细胞,不同浓度 TP处理2h后,025%胰
蛋白酶消化,收集细胞,冷PBS清洗后加裂解液300
μL(含 1%蛋白酶磷酸酶抑制剂混合液),4℃
12000r·min-1离心15min,吸取上清240μL;BCA
法测定蛋白浓度,将不同样品调至相同浓度,5×
Loadingbufer混合95℃煮沸5min充分变性蛋白。
10% SDSPAGE凝胶分离样品,400mA恒流 240
min转至PVDF膜,以相应的一抗和二抗孵育,将膜
置于凝胶成像系统中,ECL化学发光后成像。
24 动物模型建立、分组及给药 BALB/c雌性小
鼠腹部脱毛,用异氟烷吸入式麻醉,仰卧固定,在小
鼠右侧倒数第二对乳腺脂肪垫下接种 5×105个
4T1Luc细胞,建立小鼠乳腺癌转移模型。接种48
h后,观察肿瘤生长状况,随机分为 5组,每组 10
只,模型组(09%生理盐水)、Dox阳性药组(1mg·
kg-1)、TP低、中、高剂量组(100,200,400μg·
kg-1),另设未造模正常对照组。TP组分别灌胃给
予10,20,40mg·L-1的TP溶液,对照组、模型组按
体重进行灌胃给予含1% DMSO的生理盐水,灌胃
容积均为001mL·g-1体重,造模48h后开始给
药,每天灌1次,连续30d。阳性药 Dox按成人40
mg·m-2·d-1换算后以1mg·kg-1剂量腹腔注射
给药,隔日给药1次。实验期间自由采食饮水。
25 肿瘤体积、瘤重及肿瘤生长曲线检测 造模第
5天用游标卡尺第1次测量瘤体长径 L(mm)和短
径W(mm),之后每隔 2d测 1次,根据公式 V=
(L+W)LW(02618)[14],计算瘤体积 V(mm3),绘
制各组肿瘤生长曲线。末次给药后24h,称动物体
重后颈椎脱臼处死,观察腹部两侧血管的粗细,拍
照。剖取移植瘤体组织称重。计算抑瘤率 =(1-
治疗组平均瘤重/对照组平均瘤重)×100%。
26 活体荧光成像和肺部转移灶的计数 给药第
30天,每组选取5只小鼠,每只注射荧光素酶底物
01mL,吸入式麻醉后进行活体荧光成像检测。末
次给药后24h,剖取肺,10%福尔马林溶液灌注后固
定,48h后计数肺表面的转移瘤结节数。
27 苏木素伊红染色(HE) 每组选取3个肉瘤
组织用多聚甲醛固定,最大切面取材,切片机切片
(厚度为8μm),进行HE染色。普通光学显微镜观
察各组病理表现和特点,数码相机采集图像。
28 免疫组化染色 石蜡切片经二甲苯、梯度乙醇
处理后,PBS(pH74)冲洗 3次,每次3min。切片
置于改进型柠檬酸钠抗原修复液(pH80)中,微波
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处理 15min,室温冷却,PBS冲洗 3次,每次 5min。
随后加入 50L的3% H2O2去离子水室温孵育 10
min,以消除内源性过氧化物酶活性。封闭后加入相
应一抗,37℃孵育 4h,PBS冲洗 3次,加入生物素
标记的二抗,孵育15min,PBS冲洗后加Streptavidin
HerseradishPeroxidaseConjugated工作液,孵育 15
min,PBS冲洗后,加入新鲜配置的 DAB显色溶液,
显色 5~10min。自来水冲洗,苏木素复染 15min。
分化液分化5s,自来水冲洗,脱水后树胶封片,光学
显微镜观察。
29 统计学处理 采用统计分析软件 SPSS170
进行统计学处理。连续型变量用 珋x±s表示,分别采
用单因素方差分析(OnewayANOVA)、两两比较的
Student′sttest分析实验结果,P<005为有显著性
差异。
3 结果
31 TP对小鼠乳腺癌细胞4T1增殖的影响 MTT
法和结晶紫法分别检测 TP对4T1细胞增殖的抑制
作用。MTT法结果显示,TP在01~100μmol·L-1
均可显著性抑制 4T1细胞增殖(P<005,P<
001),IC50为 100μmol·L
-1,呈明显的浓度依赖
性。结晶紫法染色发现,TP在 001~100μmol·
L-1,对4T1细胞有抑制增殖作用(P<001),TP1
μmol·L-1时,存活率仅为对照组的11%。
32 TP对肿瘤生长和转移的抑制作用 与模型组
比较,TP各剂量组与 Dox组从给药第4天开始,肿
瘤体积大小有显著性差异(P<005,P<001)。给
药4~28d,中剂量组一直具有较强的抑制肿瘤生长
的作用(P<005,P<001)。与模型组相比,Dox
阳性对照组(P<001)和 TP中剂量组(P<005)
瘤重轻于模型组的瘤重。而 TP低、高剂量组瘤重
无显著降低。Dox阳性对照组、TP低、中、高剂量组
的抑 瘤 率 分 别 为 3834%,1440%,1617%,
326%。Dox阳性对照组、TP中、低剂量组的肺部
转移灶数量少于模型组,TP高剂量组的肺部转移灶
数量率多于模型组,但都无统计学差异,见表1。
表1 TP对4T1乳腺癌小鼠肿瘤生长的影响(珋x±s,n=10)
Table1 TheefectofTPonmice4T1tumorgrowth(珋x±s,n=10)
组别
剂量
/μg·kg-1
肿瘤体积/mm3
给药4d 给药16d 给药28d 瘤重/g
抑瘤率
/%
转移灶
/个/只
对照 - - - - - - -
模型 - 5501±603 52996±10607 132715±21093 101±016 - 620±415
阳性 1000 4276±18291) 35384±68092) 85893±115682) 062±0092) 3834 520±327
TP 100 4243±9462) 42656±15536 125441±24765 086±018 1440 500±485
200 4443±11642) 39319±52292) 112928±207281) 084±0141) 1617 280±415
400 4054±12682) 47017±22773 140150±50867 097±016 326 780±763
注:与模型组相比1)P<005,2)P<001。
33 TP给药30d对4T1Luc荷瘤小鼠肿瘤组织荧
光强度的影响 给药 30d后,活体荧光成像显示
TP各剂量组肿瘤部位的发光强度都小于模型组,但
是无统计学差异。造模小鼠可见肺部活体荧光信
号,提示出现肺部转移灶,见图1。
34 TP诱导 4T1细胞凋亡 FITCAnnexinV/PI
法对不同浓度雷公藤甲素处理24h的4T1小鼠乳
腺癌细胞进行染色,流式细胞仪对细胞凋亡率进行
分析,结果显示雷公藤甲素10,1,01μmol·L-13
个浓度都显著诱导4T1细胞的凋亡,凋亡率分别为
638%,496%,233%(对照组凋亡率为199%)。
各造模组可见原位肿瘤接种和肺部转移灶部位的荧光,图中从左至
右依次为模型组、阳性对照组、TP中剂量组。
图1 TP给药30d后小鼠活体荧光成像
Fig1 BioluminescenceimagingofTPtreatedtumorbearing
miceafter30dtreatment
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TP显著增强凋亡晚期细胞和坏死细胞的比例,凋亡
晚期细胞比例由对照组的77%分别上升为120%
(TP为01μmol·L-1),215%(TP1μmol·L-1)
和267%(TP10μmol·L-1);坏死率由对照组的
09%分别上升为 52%(TP01μmol·L-1),
179%(TP1μmol· L-1)和 307% (TP10
μmol·L-1)。
35 TP抑制4T1荷瘤小鼠在体肿瘤增殖和肺部转
移 病理切片显示,模型组肿瘤细胞较大,细胞核
大,排列密集。TP(200μg·kg-1)组肿瘤组织中细
胞明显较疏散,细胞核较小,坏死区域增加。肺组织
切片可见,模型组小鼠肺转移瘤病灶区域(图中黄
色阴影标记部分)较大,转移灶处细胞密集,且明显
大于正常肺组织细胞。TP各给药组肺组织中均可
见肺转移瘤病灶,其中TP(200μg·kg-1)转移瘤病
灶面积最小,TP(100μg·kg-1)次之,见图2。
黄色部分显示为肺组织中的转移部位。
图2 组织HE染色结果及肿瘤组织中ERα,ERβ的表达情况
Fig2 Hemotoxylin&EosinstainingoftumortissuesandtheERαandERβexpressionintumortissues
36 TP抑制肿瘤组织中 ERα,ERβ的表达,抑制
ERα,ERβ磷酸化 与模型组比较,TP中剂量组的
ERα,ERβ表达明显减弱,特别是 ERα的表达。西
点法的结果显示,与对照组相比,TP各给药组ERα,
ERβ,pERα,pERβ的蛋白表达都随着浓度的增加
而下调,TP1μmol·L-1处理细胞 2h后,ERα,
ERβ,pERα,pERβ的蛋白表达水平分别降低至对
照组的75.6%,562%,640%,927%。TP对4T1
细 胞 ERK,pERK,p38,pp38,SAPK/JNK 及
pSAPK/JNK的表达水平无影响,见图3。
4 讨论
BALB/c小鼠移植4T1乳腺癌转移模型类似于
高侵入性人类IV期转移性乳腺癌,采用荧光报告基
团标记细胞构建此模型,结合活体动物体内荧光成
像技术,可实时活体观测动物体内肿瘤细胞的生长
和转移。本研究采用以上技术,研究雷公藤甲素对
4T1乳腺癌荷瘤小鼠肿瘤生长及转移的作用,并进
一步从雌激素受体水平与 MAPK信号传导通路探
索其可能的作用机制。
研究证实TP对小鼠乳腺癌细胞4T1有明显的
与对照组相比1)P<0.05,2)P<0.01。
图3 TP对 4T1细胞 ERα,ERβ,pERα,pERβ,ERK,
pERK,p38,pp38,SAPK/JNK,pSAPK/JNK表达的影响
Fig3 ERα,ERβ,pERα,pERβ,KRK,pERK,p38,pp38,
SAPK/JNK,andpSAPK/JNKexpressioninTPtreated4T1cels
抑制增殖作用,能诱导细胞凋亡。动物实验结果表
明,雷公藤甲素也能抑制4T1小鼠乳腺癌细胞在体
的增殖。此外,与模型组比较 TP各给药组小鼠肺
转移瘤病灶区面积减小,其中中剂量组面积最小。
提示TP剂量为200μg·kg-1时可能具有潜在的抑
制肿瘤转移的作用。
有报道指出,TP对 ERα蛋白介导的人乳腺癌
细胞 MCF7增殖抑制作用的机制可能与下调 ERα
表达、诱导细胞凋亡相关[15]。本研究也显示,TP抑
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制肿瘤组织中ERα,ERβ的表达,抑制 ERα,ERβ磷
酸化,但不影响 MAPK通路蛋白的磷酸化,提示雷
公藤甲素主要起到抑制肿瘤增殖的作用,其机制与
抑制ERα,ERβ的表达和磷酸化有关,但 TP的抑制
肿瘤增殖作用与MAPK通路的活化无关。
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Triptolideinhibitscelproliferationbydownregulatingphosphorylationof
estrogenreportersin4T1tumorbearingmice
PANGuofeng1,GAOJianli2,ZHANGQi3,LVGuiyuan2,CHENSuhong3
(1.TraditionalChineseMedicineDepartment,BeijingShijitanHospitalAfiliatedtoCapitalMedicalUniversity,Beijing100038,China;
2.InstituteofMaterialMedica,ZhejiangChineseMedicalUniversity,Hangzhou310053,China;
3.InstituteofChineseMedicine,WenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325035,China)
[Abstract] Inordertoinvestigatetheantiproliferativeefectsoftriptolide(TP)on4T1micebreastcancercellineinvitroand
inmousemodel,aswelasthepossiblemechanisms,wedetectedtheefectofTPoncelproliferationbyMTTassayorCrystalViolet
StaininginourresearchFlowcytometrycombinedwithFITCAnnexinV/PIstainingwereusedfordetectingTPinduced4T1celapop
tosisTheproteinexpressionofERα,pERα,ERβ,pERβ,ERK,pERK,p38,pp38,SAPK/JNK,andpSAPK/JNKwastested
bywesternblotingWealsocompareTPwithchemotherapydrugdoxorubicinin4T1tumorbearingBLAB/cmicemodel,theXenogen
bioluminescenceimaging,H&E,andIHCresultindicatedthatTPexhibitsananticancerproliferationactivityAsaresult,TPin100,
10,1,01μmol·L-1,alinhibitedtheproliferationof4T1celsbyMTTassayandCrystalVioletStainingTPwhichconcentrationsis
10,1,01μmol·L-1couldinducetheapoptosisof4T1celsandreducethecelproliferationTPin200μg·kg-1couldinhibitthe
tumorgrowthinvivoTheanticancerproliferationofTPwasinvolvedinitsefectonreducingexpressionofERα,pERα,ERβ,and
pERβ,butnothingtodowiththeactivationofMAPKsignalingpathway
[Keywords] triptolide;4T1micebreastcancer;tumorcelproliferation;estrogenreceptor;bioluminescenceimaging
doi:10.4268/cjcmm20132328
[责任编辑 张宁宁]
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