全 文 :纳米雄黄混悬液诱导 Siha细胞凋亡及对
HPV16E6/E7表达的影响
刘 嵘1,2,濮德敏1,赵立波3,程艳香1,尹 伶1,李 天1
(1.华中科技大学 同济医学院 附属同济医院 妇产科,湖北 武汉 430030;
2.解放军457医院 妇产科,湖北 武汉 430012;
3.华中科技大学 同济医学院 基础医学院 药理学系,湖北 武汉 430030)
[摘要] 目的:探讨纳米雄黄混悬液对人宫颈癌Siha细胞的抑制增殖、诱导凋亡作用及其对 HPV16E6和 E7
致瘤基因的影响。方法:采用微射流法制备纳米雄黄混悬液,应用不同质量浓度(625,125,25,50mg·L-1)的纳
米雄黄混悬液作用于Siha细胞不同时间(12,24,48,72h),光镜和透射电镜观察实验组(不同质量浓度的纳米雄
黄混悬液处理组)和对照组(不加药物的细胞)细胞的形态学变化;琼脂糖凝胶电泳观察凋亡细胞 DNALadder形
成;MTT比色法测定细胞生长抑制情况;流式细胞仪检测细胞凋亡率及细胞周期改变;RTPCR方法检测 HPV16E6
和E7的表达。结果:纳米雄黄混悬液25~50mg·L-1处理Siha细胞48,72h后,细胞存活率降低,凋亡增加,作用
呈时间剂量依赖关系。电镜显示细胞呈典型的凋亡形态学改变,琼脂糖凝胶电泳显示凋亡细胞DNALadder形成;
流式细胞术检测证实细胞凋亡率与纳米雄黄混悬液作用浓度呈明显相关,与对照组相比,差异有极显著意义(P<
001),且细胞呈G0G1期阻滞。RTPCR检测显示随着纳米雄黄混悬液作用浓度的增加,HPV16E6和E7的表达不
同程度地受到抑制。结论:纳米雄黄混悬液对于 Siha细胞具有诱导凋亡、抑制增殖的作用,其机制可能与其抑制
HPV16E6和E7致瘤基因的表达有关。
[关键词] 纳米雄黄混悬液;Siha细胞;细胞凋亡;HPV16E6;HPV16E7
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)01005405
[收稿日期] 20070410
[基金项目] 湖北省科技攻关项目(2007AA301B383)
[通讯作者] 濮德敏,Tel:(027)67160578,Fax:(027)833629
65,Email:liurongdoctor@163.com
雄黄是中医内治外用常用药之一。近年来,雄
黄在临床上用于治疗急性早幼粒细胞白血病
(APL)、慢性粒细胞白血病(CML)等恶性血液系统
疾病的疗效已得到国内外肯定。有研究表明,雄黄
对实体肿瘤亦有治疗作用。宫颈癌是一种严重危害
全世界妇女健康和生命的恶性肿瘤,它的发病与高
危性人乳头瘤病毒(humanpapilomavirus,HPV)感
染有关,其中 HPV16,HPV18感染是宫颈癌发生发
展的首要因素,病毒的早期基因 E6,E7的表达产物
在宫颈上皮细胞的恶性转化和维持恶性表型中起着
重要作用。作者采用微射流法制备纳米雄黄混悬
液,通过其对宫颈癌 Siha细胞生长、形态学以及细
胞周期等影响,研究了纳米雄黄的凋亡诱导效应及
对HPV16E6和E7表达的影响,为纳米雄黄治疗实
体肿瘤的临床应用提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 药物与试剂 雄黄购于湖北省药材公司,产地
湖南石门,经本校中药鉴定教研室鉴定,为硫化物类
矿物药雄黄族雄黄(realgar),四硫化四砷(As4S4)纯
度为923%。宫颈癌细胞株 Siha购于美国典型物
种保藏中(ATCC),胎牛血清(杭州四季青),DMEM
培养基(美国Gibco公司),四甲基偶氮唑蓝(MTT)、
二甲基亚砜(DMSO),碘化丙啶(PI),RNA酶(Sigma
公司),Trizol试剂(Invitrogen公司),RTPCR试剂
盒(Promega公司)、引物(上海生工),PCRmarker
(武汉生命技术有限公司),其他试剂均为国产分析
纯。
1.2 仪器 M-110EH型微射流制粒机为上海鲤
跃精密机械贸易有限公司产品,Nicomp380ZLS型
粒度测定仪为美国 ParticleSizingSystems粒度分析
仪公司生产,GE2000-5型相差显微镜为日本 Ni
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kon公司生产,H-600型透射电镜为日本Hitachi公
司产品。
1.3 药物制备 将经过500目筛的雄黄样品3g,
加蒸馏水至300mL,磁力搅拌器搅拌30min,加入
M-110EH型微射流制粒机,30000r·min-1,10个
循环,最后1次5000r·min-1。超声30min,再过
022μm微孔滤器除菌,密封避光4℃保存。用分
光光度法测定其浓度[1],在 Nicomp380ZLS型粒度
测定仪上测定粒度。使用时用含15%胎牛血清的
DMEM培养基稀释至工作浓度。
1.4 细胞培养 Siha细胞培养于含10%胎牛血清
的DMEM培养基中,在含5%CO2,37℃饱和湿度的
培养箱中培养。根据预试验结果设定用药剂量,实
验选用对数生长期细胞。
1.5 细胞形态学观察 每瓶(25cm2)接种15×
105个/mL细胞,24h后分别加入不同质量浓度
(625,125,25,50mg·L-1)的纳米雄黄混悬液作
为实验组,不加药物的细胞为对照组。每天用相差
显微镜观察并照相记录实验组和对照组的细胞形态
变化。电镜观察凋亡细胞超微结构:收集 1×107
个/mL实验组和对照组的 Siha细胞,PBS洗 2次,
4%戊二醛4℃固定24h,PBS洗2次,丙酮梯度脱
水,环氧树脂包埋,LKB超薄切片机切片,铅铀双染
色后在H-600型透射电镜下观察。
1.6 DNA电泳 收集实验组作用48h的 Siha细
胞和对照组细胞,按照DNA提取试剂盒说明书提取
基因组DNA,行琼脂糖凝胶电泳,用凝胶成像分析
系统进行拍照分析。
1.7 MTT法测定纳米雄黄混悬液对Siha细胞的生
长抑制效应 取96孔板,每孔接种5×104个/mL细
胞,培养 24h后分别加入不同质量浓度(625,
125,25,50mg·L-1)的纳米雄黄混悬液,继续培养
12,24,48,72h后,每孔加入 20μLMTT(5mg·
mL-1,用001mol·L-1PBS配制),再在同样条件
下培养4h,弃去 MTT,加入150μLDMSO,振荡均
匀10min,在酶标仪上读取波长为450nm的吸光度
(A)值,根据如下公式计算细胞生长抑制率。
细胞生长抑制率(%)=(对照组A-实验组A)/对照组
A×100%
1.8 流式细胞仪检测细胞凋亡 取对数生长期的
Siha细胞,传代接种24h后,分别加入不同质量浓
度(625,125,25,50mg·L-1)的纳米雄黄混悬
液,继续培养48h后,消化收集细胞;PBS洗2次,
1000r·min-1离心5min,将70%冷乙醇缓慢滴入
试管,并不停摇动试管,使细胞分散固定,-20℃过
夜;PBS洗涤,离心10min(1500r·min-1),弃上
清;预冷的(-20℃)70%乙醇于-20℃固定过夜。
取固定后的细胞用 PBS洗涤 2次并悬浮,加入终质
量浓度为100mg·L-1RNaseA和 50mg·L-1PI
染液,摇匀,避光静置1h后上流式细胞仪进行细胞
周期分析,采用CELLQuest软件进行数据处理。
1.9 HPV16E6/E7基因的表达 分别收集对照组
和不同质量浓度(625,125,25,50mg·L-1)纳米
雄黄混悬液作用48h的Siha细胞,用 Trizol试剂提
取细胞中的总RNA,紫外分光光度仪测其纯度及浓
度,所有样品的 A260/A280比值均 >180。引物序列
如下:HPV16E6(298bp)上游引物:5′TTACCA
CAGTTATGCACAGA3′,下 游 引 物:5′ACAGTG
GCTTTTGACAGTTA3′;HPV16E7(315bp)上游引
物:5′AGAAACCCAGCTGTAATCAT3′,下游引物:
5′TTATGGTTTCTGAGAACAGA3′,内参照 GAPDH
(540bp)上游引物:5′GTGGGGCGCCCCAGGCAC
CA3′,下 游 5′CTCCTTAATGTCACGCACGATTT
C3′。引物用碳酸二乙酯(DEPC)水稀释成 15
pmol·L-1,4℃保存。RTPCR反应条件:13μL
DEPC水,5×bufer6μL,HPV16E6/E7和 GAPDH
上、下游引物各 3μL,MMLV逆转录酶(1μL)及
TaqDNA聚合酶共15μL,逆转录反应条件如下:逆
转录46℃ 40min,灭活94℃ 2min。PCR扩增条
件如下:变性94℃30s,退火55℃60s,延伸72℃
60s,30个循环,最后1个循环在72℃延伸10min,
PCR产物在 18%的琼脂糖凝胶上进行分析并拍
照。
1.10 统计学处理 全部数据以 珋x±s表示,采用 t
检验及方差分析做组间数据比较。数据统计分析由
SPSS120软件完成。
2 结果
2.1 Siha细胞凋亡的形态学变化 光镜下观察细
胞形态学,正常情况下,Siha细胞形状不规则,可为
多角形、梭形等,核仁 2~3个,贴壁生长。25mg·
L-1纳米雄黄混悬液作用 Siha细胞24h,即可见少
量细胞变圆;48h后细胞之间距离增大,变圆的细
胞数量增多,可见细胞皱缩,染色质凝集,并有凋亡
小体形成;72h后凋亡细胞数进一步增加,见细胞
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脱落悬浮于培养基中,部分细胞体积增大,膜破裂呈
细胞坏死状。50mg·L-1的纳米雄黄混悬液处理
Siha细胞,上述变化出现的更早、更显著。透射电镜
下Siha细胞形态学改变,呈现细胞凋亡特征性的形
态学变化:实验组细胞表现为细胞体积变小,细胞微
绒毛消失,胞内大量空泡形成;常染色质增加,核质
比例减小;部分细胞呈典型的凋亡改变:核膜内陷,
不规则,细胞染色质边集,固缩,紧靠核膜,聚居于细
胞核核膜下,呈境界分明的团块状、花瓣状,细胞核
碎裂细胞核固缩,胞质呈片状脱落。随着药物浓度
的增加及时间的延长愈加明显。对照组凋亡现象不
明显,染色质分布均匀。见图1。
图1 不同质量浓度纳米雄黄混悬液作用Siha细胞48h后的形态学变化(×400)
1~4.分别为50,25,125,625mg·L-1的纳米雄黄混悬液处理组;5.对照组
2.2 DNA片断化分析 提取细胞基因组 DNA经
琼脂糖凝胶电泳。50mg·L-1组可见比较明显的梯
状DNA条带形,DNA形成180~200bp碎片,而正
常对照组和625~125mg·L-1为一条完整的条
带。见图2。
图2 宫颈癌Siha细胞DNA片断化分析结果
M.DNA分子质量标准;1~4.分别为50,25,125,625mg·L-1
的纳米雄黄混悬液组;5.对照组
2.3 对Siha细胞的增殖抑制效应 纳米雄黄混悬
液对Siha细胞具有明显的抑制增殖作用,纳米雄黄
混悬液对Siha细胞的这种作用呈时间和剂量依赖
关系。125mg·L-1纳米雄黄混悬液对 Siha细胞
的增殖抑制作用不明显,25~50mg·L-1纳米雄黄
混悬液处理Siha细胞24,48,72h后细胞增殖抑制
率均随浓度的增加而升高。见图3。
图3 不同质量浓度纳米雄黄混悬液处理Siha细胞
不同时间后的细胞增殖抑制率
2.4 流式细胞仪分析结果 625mg·L-1纳米雄
黄混悬液处理 Siha细胞48h后,未出现亚 G1期凋
亡峰;25mg·L-1纳米雄黄混悬液处理Siha细胞48
h后,即可出现明显凋亡峰,凋亡率为2683%。随
着用药浓度增加,凋亡峰逐渐加大,凋亡率相应增
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加,50mg·L-1纳米雄黄混悬液处理Siha细胞48h
后,凋亡率为3302%。不同质量浓度纳米雄黄混
悬液处理Siha细胞48h后,其细胞周期和凋亡率变
化见表1。
表1 不同质量浓度纳米雄黄混悬液作用48hSiha细胞周期和凋亡率比较(珋x±s,n=5)
组别 剂量/mg·L-1 G0G1 S G2M 凋亡率/%
对照 - 5878±381 2809±345 1332±311 161±024
纳米雄黄 625 5923±435 2918±372 1156±325 238±032
125 6349±374 2550±461 1104±248 574±081
25 6753±251 1909±356 1029±343 2683±067
50 7518±2461) 1127±4831) 856±2311) 3302±1592)
注:与对照组比1)P<005,2)P<001
2.5 抑制 Siha细胞 HPV16E6/E7mRNA的表达
与对照组比较,625mg·L-1纳米雄黄混悬液处理
Siha细胞48h后,HPV16E6/E7mRNA的表达无明
显改变,125mg·L-1纳米雄黄混悬液处理 Siha细
胞48h后,HPV16E6/E7mRNA表达明显受到抑制,
25~50mg·L-1纳米雄黄混悬液处理组,HPV16E6/
E7mRNA的表达完全受到抑制。RTPCR检测结果
以各泳道目的条带与 GAPDH条带比值作为
HPV16E6/E7mRNA表达的相对值。实验结果显
示:对照组、625mg·L-1纳米雄黄混悬液组相比,
无明显差异;625,125mg·L-1组与25,50mg·
L-1组比较,差异有统计学意义(P<001),见图4。
图4 RTPCR检测纳米雄黄混悬液抑制Siha细胞
HPV16E6/E7mRNA表达
M.540bp的标准DNAladder;1~4.分别为50,25,125,
625mg·L-1的纳米雄黄混悬液处理组;5.对照组
3 讨论
雄黄是一种含砷的化合物,很早以前雄黄就以
复方形式用于治疗宫颈糜烂、宫颈癌及尖锐湿
疣[2]。现代研究表明,雄黄无论在临床应用上,还
是在基础研究方面都已经取得一定进展。但是,随
着治疗病例的增加,应用范围的扩大,雄黄的毒副作
用及用药剂量较大是目前需要解决的问题。传统的
制作工艺一定程度上可以降低雄黄的毒副作用,但
由于雄黄的主要成分为 As4S4/As2S2,其水溶性极
低,胃肠道吸收差,致使雄黄生物利用度低、临床用
药剂量大阻碍了临床应用的推广。王晓波等[3]采
用球磨法制备纳米级雄黄粉体,发现纳米雄黄与传
统雄黄比较,生物利用度等方面具有明显优势。宁
凝等[4]采用溶剂接力法制备雄黄纳米混悬液有诱
导HL60和K562细胞凋亡和坏死的双重作用。詹
秀琴等[5]应用微射流法制备超细微雄黄颗粒与水
飞法、气流粉碎制备的雄黄颗粒从粉体表征、药代动
力学参数、体内外抑瘤作用等方面进行了比较,得出
微射流法制备的超细微雄黄颗粒优于其他2种方
法。根据前人的经验,作者对雄黄进行纳米处理,研
究其体外抗宫颈癌作用。研究显示[6],45%以上的
宫颈癌组织可以检测到HPVDNA,高危型HPV持续
感染是导致宫颈癌的主要病因。在宫颈癌中,
HPV16DNA检出率最高,在60%以上。HPV的致癌
机制与病毒DNA整合于宿主基因组有关,E6,E7蛋
白能够改变机体角蛋白细胞的终末分化,破坏细胞
周期的负调控,诱导细胞进入S期,从而使上皮细胞
绕过正常细胞周期检测点,最终发生细胞永生化。
有研究表明[7],E6,E7蛋白不仅在上皮细胞的恶性
转化中起着重要的作用,对肿瘤的恶性表型的维持
也起着重要的作用。体外实验显示[8],E6和E7可
以转化人上皮细胞,也证实了表达高危型HPV的宫
颈癌细胞株在阻断 E6,E7的情况下可以发生恶性
表型的逆转。这些研究结果表明,阻断 HPV的 E6,
E7基因表达有可能成为治疗HPV相关性肿瘤的有
效途径。Siha细胞是 HPV16DNA阳性的宫颈癌细
胞株,它活性表达HPV16E6和E7蛋白。
本研究结果显示,低浓度纳米雄黄混悬液可抑
制Siha细胞增长,诱导其凋亡,随着纳米雄黄混悬
液浓度的增高,Siha细胞出现明显的 G0G1期阻滞,
这种凋亡诱导作用与其抑制Siha细胞HPV16E6,E7
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基因表达有一定关系。吕秀宁等[9]研究结果显示,
2μmol· L-1 As2O3处理 Hela细胞 48h后,
HPV18E6mRNA表达明显受到抑制,5μmol·L-1及
以上浓度处理组的E6mRNA表达完全被抑制,低浓
度As2O3通过抑制 HPV致瘤基因表达来诱导肿瘤
细胞凋亡[10,11]。本研究结果表明,纳米雄黄混悬液
处理Siha细胞48h后,125mg·L-1处理组的E6/
E7mRNA表达受到明显抑制;25~50mg·L-1处理
组的 E6/E7mRNA表达受到完全抑制,纳米雄黄混
悬液抑制HPV致瘤基因表达可能是其诱导宫颈癌
细胞凋亡的机制之一。
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RealgarnanometersuspensioninducingapoptosisofSihaceland
itsefectonexpressionofHPVE6/E7oncogene
LIURong1,2,PUDemin1,ZHAOLibo3,CHENGYanxiang1,YINLing1,LITian1
(1.DepartmentofObstetricsandGynecology,TongjiHospital,TongjiMedicalColegeofHuazhongUniversityof
ScienceandTechnology,Wuhan430030,China;
2.DepartmentofObstetricsandGynecology,LiberationArmy457Hospital,Wuhan430010,China;
3.EpartmentofPharmacology,TongjiMedicalColegeofHuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430030,China)
[Abstract] Objective:Tostudythegrowthinhibitoryandapoptosisinducingefectsofrealgarnanometersuspensioninhuman
carcinomacervicalcelSihaline,andtheefectonHPV16E6/E7oncogeneexpression.Method:A"microjeteflux"strategywas
usedforthepreparationofrealgarnanometersuspension.Sihacelsweretreatedwithvariousconcentrations(625,125,25,50mg
·L-1)ofrealgarnanometersuspensionfordiferenthours(12,24,48,72h).TheefectofrealgarnanometersuspensiononSiha
celgrowthsuppressionwasdetectedbyMTTmethod.Specialmorphologicalchangesofapoptosiswereobservedbylightandtransmis
sionelectronmicroscopy(TEM)andDNAfragmentselectrophoresis.Theapoptoticrateswerequantifiedbyflowcytometry(FCM).
TheexpressionofHPV16E6/E7mRNAwasassayedbyRTPCR.Result:Afterbeingtreatedwith2550mg·L-1realgarnanometer
suspensionfor48,72h,thesurvivalofSihacelsdecreased,andtherateofapoptosismarkedlyincreasedWithTEMandDNAelec
trophoresis,thespecialmorphologicalchangeswerefound.TheapoptoticratesofSihacelstreatedwithrealgarnanometersuspension
weresignificantlyhigherthanthoseinthecontrolgroup(P<001)G0G1phasearestappearedfolowingthetreatmentwithrealgar
nanometersuspensionin25and50mg·L-148hRTPCRassayrevealedthatrealgarnanometersuspensionreducedHPV16E6/E7
geneexpression.Conclusion:RealgarnanometersuspensioncaninhibittheproliferationofhumancarcinomacervicalcelSihaline
andinducethecelapoptosis.ThemechanismmayberelatedtothedownregulationofHPV16E6/E7oncogeneexpression.
[Keywords] realgarnanometersuspension;Sihacel;apoptosis;HPV16E6oncogene;HPV16E7oncogene
[责任编辑 古云侠]
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