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Apoptosis of U937 cell line promoted by matrine through MAPK signal transduction pathway

苦参碱通过MAPK信号转导通路促进U937细胞凋亡



全 文 :苦参碱通过 MAPK信号转导通路促进 U937细胞凋亡
杨泽松,牟君,陈建斌,葛群芳,廖洋,卢前微,黄宗干
(重庆医科大学 附属第一医院,重庆 400016)
[摘要] 目的:探讨苦参碱(matrine,Mat)对人淋巴瘤细胞株(U937)的抗癌作用及其分子机制。方法:用01,02,03,
04,05g·L-1Mat处理U937细胞后,分别采用倒置显微镜和电子显微镜观察细胞形态学变化;台盼蓝拒染法及 MTT实验
检测细胞增殖抑制作用;Westernblot方法检测细胞MAPK的磷酸化活性。结果:02g·L-1Mat对人组织淋巴瘤 U937细胞
的增殖有抑制作用;02g·L-1Mat作用U937细胞48h后,倒置显微镜下可见细胞数目减少,有些细胞变小、变圆,随着 Mat
作用浓度的增加,U937细胞逐步出现增多的凋亡细胞;Mat可以抑制 U937细胞中 ERK的活性,并在一定程度上提高 p38和
JNK的活性。结论:Mat可以在体外抑制人淋巴瘤细胞 U937的增殖作用,诱导其凋亡,并且 Mat可能通过抑制 U937细胞中
ERK的活性,提高p38和JNK的活性发挥其诱导凋亡作用。
[关键词] 苦参碱;细胞系;凋亡;MAPK信号通路
[收稿日期] 20081020
[基金项目] 重庆市卫生局科研项目(072035);重庆医科大学创
新基金(XBYB2007024)
[通信作者] 陈建斌,Tel:(023)89012631,Email:cqchenjianbin
2007@126.com
[作者简介] 杨泽松,硕士,住院医师,Tel:(023)89012634,13110
295709,Email:zesongyang@126.com
  淋巴瘤为血液系统常见恶性肿瘤之一,其治疗
仍以化疗为主,但化疗药物毒副作用大,且易产生耐
药和复发,远期疗效差,因此,亟需从天然动植物中
寻找低毒、高效,能与化疗药物配伍的抗癌药物。
苦参碱(matrine,Mat)是豆科槐属植物苦参或
平科植物广豆根中分离出来的一种生物碱。近年
来,Mat的抗肿瘤作用逐渐开始受到关注。体外实
验显示 Mat对多种肿瘤细胞(包括胃癌、肝癌、肺
癌、白血病、黑色素瘤、胶质瘤、多发性骨髓瘤等)具
有凋亡诱导作用[13],但其机制仍不清楚。
Mat对淋巴瘤的凋亡诱导作用,国内外尚未见
文献报道。本研究主要应用形态学技术以及
Westonbolt方法分析 Mat对淋巴瘤细胞增殖的作
用,并初步探讨其抑制肿瘤细胞增殖的机制,为临床
提供可靠的理论依据。
1 材料
1.1 细胞培养 人组织淋巴瘤细胞株(U937)购自
南京凯基生物科技发展有限公司,常规细胞传代于
含100g·L-1胎牛血清 RPMI1640培养基,置 37
℃,5%CO2孵育箱培养。
1.2 药物及试剂 苦参碱(含量10g·L-1,批号
20060628,吉林玉皇药业有限公司);抗非磷酸化及
抗磷酸化 MAPKs抗体[CelSignalingTechnology
(Beverly,MA,USA)公司];HRP标记的羊抗兔、羊
抗鼠二抗(武汉博士德公司);溴化乙啶(EB)、RNA
酶A、DMSO、蛋白酶 K、台盼蓝(Sigma公司,USA);
RPMI1640培养基、胎牛血清、胰酶(Gibco公司);
PMSF(BIB公司);硝酸纤维素(NC)膜(Amersham
公司)。
2 方法
2.1 药物处理 取对数生长期细胞进行实验,调整
细胞密度为1×106个/mL,接种于无菌96孔培养板
(每孔200μL)或100mL培养瓶中,24h后离心去
除全培养液,换入无血清 RPMI1640培养液,实验
组分为Mat01,02,03,04,05g·L-1组,共 5
组,并设立阴性对照组。
2.2 台盼蓝拒染法观察细胞生长 收集对数生长
期U937细胞,用含100mg·L-1胎牛血清的 RPMI
1640培养液配成单个细胞悬液以1×106个/mL细
胞密度接种于96孔培养板中,每孔体积200μL,在
37℃,5%CO2及饱和湿度条件下培养。实验条件及
分组同2.1,同等条件下培养,每天收集细胞。台盼
蓝拒染法每天计数1次,连续计数5d,观察不同浓
度Mat作用不同时间对U937细胞的影响。
2.3 MTT实验 细胞培养24,48,72h后各取出1
块培养板,每孔加入 MTT(5g·L-1)20mL,孵育4
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h,弃上清加入 DMSO终止反应,振荡10min,于波
长570nm处测吸光度(A),并计算细胞抑制率。
细胞抑制率=(A阴性对照 -A实验)/A阴性对照 ×100%
2.4 细胞形态学观察 实验条件及分组同2.1,培
养48h后在倒置显微镜下观察、照相。
2.5 细胞超微结构变化 04g·L-1Mat作用
U937细胞12,24,48h后,25g·L-1胰蛋白酶溶液
消化,用含100mg·L-1血清的 RPMI1640培养液
悬浮细胞,将细胞悬液移入10mL玻璃离心管中,
1000r·min-1离心5min,弃上清液,再用1mL新
鲜培养液重新悬浮细胞,然后将细胞悬液移入15
mL的EP管中,1500r·min-1离心15min后,吸去
上清液,沿管壁缓慢加入4℃预冷的25mL·L-1
戊二醛固定细胞沉淀,包埋切片后,观察照相。
2.6 MAPKs信号转导通路相关分子的表达 用终
浓度分别为0,01,02,03,04,05g·L-1Mat作
用U937细胞48h后加入适量的 RIPA裂解液冰浴
中裂解细胞,收集蛋白,BCA法蛋白定量,取总蛋白
相等的样品行120mol·L-1SDSPAGE电泳,然后
电转移至 NC膜上后,分别用抗非磷酸化及抗磷酸
化MAPKs抗体作 I抗体,HRP标记的羊抗鼠 IgG
作Ⅱ抗体,ECL发光法检测。
2.7 统计方法 数据以 珋x±s表示。应用 SPSS
115软件进行t检验,P<005为有统计学意义。
3 结果
3.1 Mat对 U937细胞生长情况的影响 01g·
L-1Mat对U937细胞无显著的增殖抑制作用;02g
·L-1Mat作用3d,U937细胞的增殖速度与对照组
比较减慢(P<005);03~05g·L-1Mat作用1d
细胞出现死亡,其增殖速度较对照组减慢(P<
005)。Mat对U937细胞的增殖抑制作用呈浓度和
时间依赖性(表1)。
表1 Mat对不同时间U937细胞增殖的影响(珋x±s,n=3) ×105个/mL 
组别
剂量
/g·L-1
作用时间/d
0 1 2 3 4 5
U937细胞对照   10±01 21±02 45±04 70±04 65±02 57±05
Mat 01 10±01 20±01 43±03 68±03 61±01 54±02
  02 10±01 19±04 41±02 62±031) 50±041) 40±051)
  03 10±01 16±021) 22±022) 18±032) 11±012) 10±012)
  04 10±01 16±011) 13±012) 09±012) 06±012) 05±012)
  05 10±01 15±021) 12±052) 08±012) 06±012) 04±032)
  注:与U937细胞对照组比较1)P<005,2)P<001。
3.2 苦参碱对 U937细胞增殖的影响 01,02,
03,04,05g·L-1苦参碱处理 U937细胞72h后
对细胞生长的抑制率分别为 429%,1500%,
3071%,5357%,6071%。其中05g·L-1苦参
碱作用于U937细胞24,48,72h的生长抑制率分别
为5414%,5793%,6071%。苦参碱对细胞生长
和增殖的抑制具明显的剂量时间依赖关系。
3.3 Mat作用U937细胞后形态学变化 Mat作用
U937细胞,随着浓度增加,细胞数目减少,部分细胞
变小,高浓度时出现较多的死亡细胞,尤其05g·
L-1Mat作用 U937细胞48h后,死亡细胞明显增
多。而未加药只加等量溶剂用 RPMI1640进行培
养的U937细胞则生长良好,随着时间延长,细胞数
目增多,细胞密度加大(图1)。
3.4 U937细胞超微结构的变化 随着Mat作用时
间的延长,U937细胞中逐渐出现增多的凋亡细胞,
凋亡细胞表现出细胞膜表面微绒毛消失,核膜及细
胞膜保持完整,细胞膜表面出泡,染色质浓集;在细
胞凋亡早期,染色质边集,核仁存在;晚期核仁消失,
染色质断裂成块,并形成凋亡小体(图2)。
3.5 Mat对MAPK家族成员的影响 不同浓度Mat
作用24h后,ERK,JNK,p38的表达水平都没有明
显的改变,而它们磷酸化的程度与加入 DMSO的阴
性对照组相比则有显著性改变。其中 ERK的磷酸
化受到明显的抑制,而JNK,p38MAPK的磷酸化水
平有一定的增加(图3)。
4 讨论
中药的抗肿瘤作用正日益受到人们的关注,其
对肿瘤的抑制方式是多种多样的,如诱导细胞分化,
凋亡,坏死等。许多中草药的有效成分可通过抑制
细胞增殖的物质基础,如 DNA合成等来影响肿瘤
细胞的分裂和蛋白质的合成,起到直接杀伤甚至杀
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A.未加药;B.Mat01g·L-1;C.Mat02g·L-1;D.Mat03g·L-1;E.Mat04g·L-1;F.Mat05g·L-1。
图1 不同浓度苦参碱作用U937细胞48h后形态学的变化(×100)
A.对照组U937细胞;B.Mat02g·L-1处理组U937细胞。
图2 Mat作用U937细胞后细胞超微结构的变化
(TEM,×3500)
1.DMSO阴性对照;2.Mat01g·L-1;3.Mat02g·L-1;
4.Mat03g·L-1;5.Mat04g·L-1;6.Mat05g·L-1。
图3 Mat作用U37细胞24h对MAPK家族成员的影响
灭癌细胞的作用。
目前从中草药及天然植物中提取并用于肿瘤治
疗的成分越来越多,植物提取成分已成为新的抗肿
瘤药物的重要来源。苦参是传统中药,又名野槐、山
槐、地参等,系豆科槐属植物苦参 Sophoraflavescens
的干燥根。从苦参中可分离出23种生物碱,其中主
要是苦参碱和氧化苦参碱[4]。Mat具有多种生理学
活性,具有消炎抗菌,抗过敏,抗心率失常等作用。
近年来,Mat在抗肿瘤方面的作用日益受到关注,但
目前关于Mat是否也能抑制 U937细胞增殖及其可
能存在的机制研究一直未见详细报道。
为了证实Mat对U937细胞是否具有直接的杀
伤作用,本实验采用台盼蓝拒染法计数活细胞及
MTT实验观察到不同浓度的 Mat对 U937细胞体外
增殖有抑制作用,并呈时间依赖性和浓度依赖性。
形态学观察发现,Mat作用后的 U937细胞胞体变
小,分裂相细胞减少,胞浆内中毒颗粒明显增多,并
有大量空泡形成,并且随 Mat作用浓度和时间的增
加,凋亡细胞增多,活细胞数量减少。
为了进一步探讨 Mat诱导 U937细胞凋亡的机
制,本实验选择了 MAPK信号转导通路进行研究,
丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是细胞信号转导中的
重要分子,广泛参与细胞的分化、增殖、恶性转化及
凋亡作用。MAPK中的细胞外调节蛋白激酶(ERK)
及cJun氨基末端激酶(JNK)与细胞调亡密切相
关[5]。作者采用Westernblot方法,应用针对MAPK
家族成员JNK,ERK,p38磷酸化形式及非磷酸化
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形式的特异性抗体,检测了 Mat作用后以上激酶的
表达水平及活化程度的改变。在不同浓度药物作用
24h后,这几种激酶的表达水平都没有明显的改
变,而它们磷酸化的程度与加入 DMSO的阴性对照
组相比则有显著的改变。其中 ERK的磷酸化受到
明显的抑制,而JNK,p38MAPK的磷酸化水平有一
定的增加。激酶的磷酸化程度体现了其活化水平,
因此,本实验认为 Mat的作用抑制了 ERK的活性,
而在一定程度上提高了 JNK,p38的活性。本实验
证实Mat能引起 U937细胞凋亡,为进一步用于淋
巴瘤化疗及联合用药提供了实验依据。
[参考文献]
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ApoptosisofU937cellinepromotedbymatrinethroughMAPK
signaltransductionpathway
YANGZesong,MUJun,CHENJianbin,GEQunfang,LIAOYang,LUQianwei,HUANGZonggan
(TheFirstAfiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheanticancerefectofmatrine(Mat)onU937cellineanditspossiblemolecularmecha
nism.Method:Thecelswereculturedinmediumcontainingeither01,02,03,04,or05g·L-1ofMat.Themorphological
alterationwasobservedbyinvertedmicroscopyandelectronmicroscopy.CelproliferationwasanalyzedbyTrypanbluestainingand
MTT.ThemethodofWesternBlotwasusedtodetectphosphorylationactivityofMAPK.Result:Matrinehadasignificantinhibitory
efectonproliferationofU937cellineattheconcentrationof02g·L-1.Treatedwithmatrineof02g·L-1for48h,U937cels
becamesmalerandappearedmoreroundthanpreviously.ThenumberofU937celsshowingapoptosisincreasedwithelevationofthe
concentrationofthematrine.MatrinehadanabilityofinhibitingtheactivityofERKandincreasingtheactivitiesofp38andJNKto
somedegreeinU937cels.Conclusion:MatrinecaninhibittheproliferationofU937cellineinvitroandinduceitsapoptosispossibly
throughinhibitingtheactivityofERKandincreasingtheactivitiesofp38andJNKinU937cels.
[Keywords] matrine;celline;apoptosis;MAPKsignalpathway
[责任编辑 古云侠]
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