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Allicin enhances cytotoxicity of CPT-11 to colon cancer LoVo cell in vitro

大蒜素及联合CPT-11对人结肠癌LoVo细胞的杀伤作用



全 文 :大蒜素及联合 CPT11对人结肠癌
LoVo细胞的杀伤作用
高勇,刘扬清,曹维克,邓之奎,刘华,徐丽娟,陈小飞
(南京医科大学 附属淮安医院 肿瘤内科,江苏 淮安 223300)
[摘要] 目的:探讨大蒜素对人结肠癌LoVo细胞增殖的影响及其与CPT11联合使用时的化疗增敏作用。方法:不同浓
度的大蒜素作用于体外培养的LoVo细胞,采用MTT法检测大蒜素对LoVo细胞增殖抑制能力;AnnexinVFITC标记流式细胞
术检测大蒜素对LoVo细胞的凋亡抑制率;流式细胞术检测大蒜素对LoVo细胞周期影响;40,80mg·L-1大蒜素联合 CPT
11使用,观察CPT11抗肿瘤活性的改变。结果:大蒜素可抑制LoVo细胞增殖,具有明显量效和时间依赖性,24,48,72hIC50
分别为3223,1074,658mg·L-1,大蒜素能够诱导LoVo细胞凋亡,作用24h细胞凋亡随着大蒜素浓度增高而增高,作用48
h凋亡作用峰值质量浓度为8mg·L-1,大蒜素作用LoVo细胞24h,质量浓度低于4mg·L-1时细胞周期被阻滞于 G2/M;而
高于4mg·L-1时细胞周期被阻滞于G2/M和G1期,40,80mg·L
-1大蒜素预处理24h后,CPT11作用LoVo细胞24hIC50
分别由单独使用的475mg·L-1下降为74,72mg·L-1,使CPT11杀伤肿瘤效率分别提高64,66倍。结论:大蒜素能够
诱导LoVo细胞凋亡,阻滞细胞周期,抑制细胞增殖;低剂量大蒜素与CPT11联合使用具有协同抗肿瘤作用。
[关键词] 大蒜素;结肠癌;LoVo细胞株;凋亡;细胞周期;CPT11
[收稿日期] 20090611
[基金项目] 江苏省淮安市科技支撑计划(HAS08009)
[通信作者] 陈小飞,主任医师,硕士生导师,Tel:013915107001,E
mail:gaoyong1976gy@hotmail.com
  细胞毒化疗药物对肿瘤细胞进行杀伤的同时对
正常细胞同样具有杀伤作用,这正是这类药物产生
不良反应的主要原因,也是临床上限制其发挥抗癌
作用的主要因素。因而,寻找能够协同化疗药物抗
肿瘤作用又不增加其不良反应的增敏剂的研究日益
受到重视。大蒜素是大蒜中主要生物活性成分的总
称,主要化学成分为二烯丙基三硫化物。以往的研
究表明大蒜素有抗真菌、抗细菌、降血脂、降血压、防
治动脉粥样硬化等作用[1],并具有良好的抗癌、防
癌的作用[2]。但目前大蒜素对化疗药物增敏作用
的研究较少。CPT11是近年来对大肠癌疗效较好
的新型化疗药物。本实验采用MTT比色法、流式细
胞仪分析法研究大蒜素在体外对人结肠癌 LoVo细
胞生长、凋亡及细胞周期的影响及大蒜素联合 CPT
11对LoVo细胞增殖的影响。
1 材料与方法
11 药物及试剂
大肠癌LoVo细胞(中国科学院细胞库);大蒜
素(上海禾丰制药,批号 071104),F12K培养基、
MTT(四氮唑蓝)、胰蛋白酶(美国 Sigma公司);An
nexinVFITC凋亡测定试剂盒(晶美公司);DNA
PREP试剂盒(美国 BD公司);StatFax2100全自动
酶标仪(美国);BeckmanCoulterEpicsXL流式细胞
仪 (德国)。
12 方法
121 细胞培养 LoVo细胞在含l0%胎牛血清的
F12K培养基(内含1%青霉素链霉素)中培养并置
于37℃,5%CO2饱和湿度的培养箱内备用。
122 MTT检测大蒜素对细胞增殖的影响 将对
数生长期LoVo细胞以025%胰酶消化后制成1×
105个/mL细胞悬液,于3个96孔板中每孔接种200
μL,37℃、5%CO2、饱和湿度的培养箱中培养24h
后,用不同浓度大蒜素处理细胞,设立空白对照组。
每个浓度设5个复孔,分别置于培养箱24,48,72h
后,每孔加入MTT20μL,继续培养4h,弃培养液,
加DMSO150μL,充分溶解10min。
全自动酶标仪(测定波长490nm、参比波长630
nm)测定吸光度 A,空白组 A<0005、实验组 A>
01为有效试验。抑制率 =(A对照组 -A药物组)/
A对照组 ×100%
[5]。绘增殖抑制曲线,测药物半数抑
制率(IC50)。
123 大蒜素对细胞凋亡的影响 调整LoVo细胞
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密度1×105个/mL,按3mL/孔接种至6孔培养板
上,培养24h后更换3mL含不同浓度的大蒜素培
养液,继续培养24h,025%胰酶消化细胞,4℃预
冷的PBS洗涤2遍,1000r·min-1离心,弃上清,
250μL结合缓冲液重悬细胞,调整细胞数至1×106
个/mL,取细胞悬液100μL于5mL流式管中,加入
5μLAnnexinVFITC和10μL碘化丙锭(20mg·
L-1)溶液,混匀后室温避光孵育15min,在反应管
中加 400μLPBS,流式细胞仪分析。实验重
复3次。
124 大蒜素对细胞周期的影响 收集经过不同
浓度大蒜素处理 LoVo细胞株及对照组细胞株,
1500r·min-1离心5min,用PBS洗2遍,加入预冷
70%乙醇固定,再用 PBS洗2遍,弃上清,细胞沉淀
中加入01% RNA酶 A溶液150μL,重悬细胞,4
℃孵育30min,再加入01% PI染色液120μL混
匀,4℃避光孵育10min,将细胞悬液混匀,用200
目尼龙膜过滤细胞到流式细胞管中,进行流式细胞
仪检测,自带软件进行细胞周期分析并绘制DNA分
布图。
125 大蒜素联合CPT11对细胞增殖的影响 设
对照组和大蒜素预处理组。对照组为不同浓度的
CPT11处理组,质量浓度分别为096,192,385,
77,154,308,616mg·L-1,大蒜素预处理组分
别采用大蒜素40,80mg·L-1处理24h,吸除药
液后加入不同浓度CPT11干预24h,每个浓度设5
个复孔。MTT比色法测定CPT11处理24h后吸光
度。分别计算抑制率,绘增殖抑制曲线,测药物半数
抑制率(IC50)。
13 统计学方法
用SPSS130统计软件处理,结果资料采用方差
分析和t检验。
2 结果
21 大蒜素对细胞株LoVo生长抑制作用
测定经过系列稀释浓度的大蒜素对细胞株 Lo
Vo生长的抑制作用,分别绘制生长抑制曲线,得出
对 LoVo的 24,48,72hIC50值分别约为 3223,
1074,658mg·L-1。随着大蒜素浓度和作用时
间的增加,大蒜素对 LoVo细胞的抑制率增加
(图1)。
22 大蒜素对细胞株LoVo凋亡的影响
本实验分别应用质量浓度为20,40,80,16,
  
图1 大蒜素对细胞株LoVo细胞增殖的影响
32mg·L-1的大蒜素作用于 LoVo细胞株24,48h
后,各药物干预组均能诱导 LoVo细胞发生凋亡,与
对照组相比存在显著(P<001)。但作用时间不同
大蒜素诱导 LoVo细胞凋亡的趋势不同。作用24h
后随着大蒜素药物浓度的递增凋亡比例具有增高趋
势,各药物干预组之间差异存在显著性(P<005);
作用48h后LoVo凋亡率随着药物浓度增加先逐渐
增高,在大蒜素为8mg·L-1时达到峰值,后再继续
增加浓度凋亡率反而下降。在同一浓度大蒜素干预
组,随着作用时间的延长,细胞凋亡比率增高(P<
001)(表1)。
表1 不同浓度大蒜素对LoVo细胞凋亡抑制率
组别
质量浓度
/mg·L-1
早期凋亡比率/%
24h 48h
对照  0 033±014 052±028
大蒜素 2 120±022 877±2311)
4 186±0421) 1764±3741)
8 210±0551) 3823±5121)
16 711±1401) 2526±5181)
32 1003±1981) 1635±5321)
  注:与对照组相比1)P<005(表2同)。
23 大蒜素对细胞株LoVo细胞周期分布的影响
本实验应用不同浓度的大蒜素溶液作用于 Lo
Vo细胞24h后,显示大蒜素作用于 LoVo细胞具有
细胞周期特异性,但大蒜素质量浓度的高低对 LoVo
细胞周期阻滞作用不同。大蒜素质量浓度低于 4
mg·L-1时随着药物浓度的增加,G2/M期细胞数呈
递增趋势(P<005),G1期细胞数呈递减趋势(P<
005);而继续增加大蒜素浓度,G2/M期细胞数不
再增加,G1期细胞数继而出现递增趋势(P<005);
S期细胞数则始终随着药物浓度的递增而递减(P<
005)。因而,在本实验中,大蒜素质量浓度低于4
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mg·L-1时,LoVo细胞周期被阻滞于 G2/M;而高于
4mg·L-1时,细胞周期被阻滞于 G2/M和 G1期
(表2)。
表2 大蒜素对LoVo细胞周期的影响(珋x±s) %
组别
质量浓度
/mg·L-1
细胞周期
G0/G1 S G2/M
对照  0 466±225 318±292 216±190
大蒜素 2 407±2141) 311±204 282±1781)
4 364±1971) 219±1821) 417±2031)
8 426±162 196±1861) 377±2141)
16 475±273 148±1261) 377±1481)
32 469±254 120±0981) 410±2131)
24 大蒜素协同CPT11抗肿瘤作用
CPT11作用 LoVo细胞 24hIC50为 475;4,8
mg·L-1大蒜素预处理24h后CPT11作用LoVo细
胞24hIC50分别为74,72mg·L
-1,使 CPT11杀
伤肿瘤效率分别提高64,66倍(图2)。
图2 大蒜素协同CPT11抗肿瘤作用
3 讨论
细胞增殖与细胞凋亡之间保持着一种动态平
衡,这种平衡是维持多细胞生物自身稳定的重要因
素。要抑制肿瘤细胞的生长,一方面可以通过促进
肿瘤细胞的凋亡,另一方面可以通过影响细胞周期
使其不能进行正常的有丝分裂。本实验中,大蒜素
在体外对人结肠癌 LoVo细胞株的增殖具有强烈地
抑制作用,具有明显的剂量时间效应。大蒜素具有
明显诱导凋亡作用,且与药物浓度成正相关,但大蒜
素8mg·L-1作用48h时诱导凋亡率达到峰值,继
续增加浓度凋亡率反而下降。实验表明,诱导细胞
凋亡是低作用强度(作用强度 =药物浓度 ×作用时
间)时大蒜素抑制LoVo细胞增殖的主要机制之一,
高作用强度时大蒜素对肿瘤细胞产生直接细胞毒杀
伤作用,肿瘤细胞在被诱导凋亡之前就被大蒜素杀
死。对于大蒜素诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究较
多,认为其可能和端粒酶活性下降[6],caspase3,
caspase8,caspase9的活化及 poly(ADPribose)
polymerase降解[7],释放凋亡诱导因子(apoptosisin
ducingfactor,AIF)[8],上调Bax和 FasL基因[9]、下
调组蛋白脱乙酰基酶磷酸化水平[10]等机制有关。
干扰或阻断细胞周期有序地进行可以达到抑制
肿瘤增殖的目的。研究发现大蒜素作用于 LoVo细
胞具有细胞周期特异性,大蒜素在低浓度时可将
LoVo细胞周期阻滞于 G2/M期,随着大蒜素浓度的
增大,LoVo细胞发生了G2/M和G1期的双重阻滞作
用。G1/S和G2/M时相的转换是2个重要的细胞
周期监测点,本实验中大蒜素能够通过对这两个时
相双重阻滞来抑制肿瘤增殖。目前有研究表明 ,大
蒜素使MGC803及 SGC79012种细胞周期阻滞于
G2/M期可能与其上调细胞的 p21
WAF1和 p16FNK4基
因表达有关[11];兰泓等[12]发现 cyclinD1和 p27kip1
蛋白在大蒜素将人胃癌细胞 BGC823阻滞于 G1期
过程中起重要作用;KerenHirsch等[13]认为大蒜素
在早期引起可逆的 GSH的下降与 MCF7及 HT29
细胞发生G1及G2/M期的阻滞有关。
CPT11是拓扑异构酶 I特异性抑制剂,通过与
拓扑异构酶I和DNA形成的复合物的稳定结合,特
异性抑制DNA链重组,引起 DNA长链断裂,从而
抑制细胞增殖,特异性地作用于细胞周期 S期[14]。
本实验中低剂量大蒜素预处理后CPT11对LoVo细
胞的杀伤作用明显提高,可见大蒜素能够协同 CPT
11抑制肿瘤细胞的生长,具有明显的化疗增敏作
用,其机理可能是大蒜素预处理使 LoVo细胞发生
G2/M和G1期的双重阻滞作用,待暂时蓄积于G2/M
和G1期的肿瘤细胞一同进入 S期时受到特异性作
用于S期CPT11的杀伤作用,从而明显增强 CPT
11的细胞毒效应。
综上,大蒜素可以通过诱导 LoVo细胞的凋亡、
细胞周期的双重阻滞来抑制其增殖,并且能够协同
CPT11抑制LoVo细胞的生长。本实验证明,大蒜
素在大肠癌的临床治疗中,尤其是化疗增敏作用具
有潜在的应用前景,值得在临床上进一步研究。
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DNAcelcycleweremeasuredbyflowcytometryThechangeofcytotoxicityofCPT11aftercombinationofalicinattheconcentration
of40,80mg·L-1wereinvestigatedResult:AlicinhadinhibitiveefectongrowthofLoVocelsinadoseandtimedependentman
ner,withIC50valueof3223,1074,658mg·L
-1at24h,48hand72h,respectivelyTheapoptosisrateofLoVocelsincreased
progressivelyasthecelsweretreatedwithincreasingconcentrationofalicinin24h,whiletheapoptosisrateachievedpeakvalue
whenthecelsweretreatedwithalicinattheconcentrationof8mg·L-1in48hTheresultindicatedthelowconcentrationsofalicin
(<4mg·L-1)leadtoG2/Mcelcyclearest,andhigerconcentrations(>4mg·L
-1)exertG1+G2/Mcelcyclearestin24h
ComparedwithsingleuseofCPT11,thecombineduseofCPT11andalicin(40,80mg·L-1,respectively)showedincreasing
cytotoxicityontheLoVocels,withIC50of24hdecreasingfrom475to74and72mg·L
-1,respectivelyConclusion:Alicinhas
significantantiproliferationefectonhumancoloncancercellineLoVobyinductionofapoptosisandarestmentofcelcycleandcan
enhancethecytotoxicityofCPT11onthecoloncancerLoVocel
[Keywords] alicin;coloncarcinoma;LoVocel;apoptosis;celcycle;CPT11
[责任编辑 张宁宁]
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