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Studies on mechanism of myricetin-induced apoptosis in humanhepatocellular carcinoma HepG-2 cells

杨梅树皮素诱导人肝癌HepG-2细胞凋亡机制的研究



全 文 :杨梅树皮素诱导人肝癌 HepG2细胞
凋亡机制的研究
张秀娟1,2,凌云1,2,于华1,2,季宇彬1,2
(1哈尔滨商业大学 生命与环境科学研究中心,黑龙江 哈尔滨 150076;
2哈尔滨商业大学 药物研究所 博士后科研工作站抗肿瘤天然药物
教育部工程中心,黑龙江 哈尔滨 150076)
[摘要] 目的:探讨杨梅树皮素(myricetin,MYR)对人肝癌HepG2抑制生长和诱导凋亡作用及其机制。方法:MTT法研
究MYR对人肝癌HepG2的抑制生长;荧光染色和电子透射电镜观察HepG2细胞形态;流式细胞仪研究 MYR对 HepG2细
胞周期的影响及诱导凋亡作用,罗丹明123单染观察 MYR对线粒体膜电位的改变;caspase3,9试剂盒检测 MYR对人肝癌
HepG2细胞内caspase3,9活性的影响。结果:MYR对人肝癌HepG2细胞生长具有明显的抑制作用,并具有剂量依赖性,IC50
为586617mg·L-1;MYR作用 72h后,HepG2细胞呈现典型细胞凋亡特征,细胞周期阻滞于 G2/M期,凋亡率最高为
6473%。同时线粒体膜电位明显下降,caspase3,9活性增加。结论:MYR对人肝癌HepG2细胞有明显的抑制生长和诱导凋
亡作用,其机制可能与线粒体凋亡途径有关。
[关键词] 杨梅树皮素;HepG2细胞;细胞凋亡;膜电位;caspase3,9
[收稿日期] 20090828
[基金项目] 黑龙江省教育厅骨干教师项目
[通信作者] 张秀娟,教授,Email:zxj1717@yahoocomcn
  杨梅树皮素(myricetin,MYR)是从藤茶 Ampe
lopsisgrosedntata茎叶中或杨梅树皮和树叶中提取
的有效成分之一,为黄酮类化合物[1]。在人类白血
病细胞HL60中,杨梅素通过诱导细胞凋亡降低肿
瘤细胞活性,从而抑制肿瘤的生长[2]。但其对人肝
癌HepG2细胞增殖抑制作用及机制尚未见报道。
为此本实验选取 HepG2细胞为研究对象,采用
MTT比色法、流式细胞术和分光光度法,通过观察
MYR对HepG2细胞凋亡、线粒体膜电位和 caspase
3,9活性影响,初步探讨 MYR诱导 HepG2细胞凋
亡的分子机制,为深入研究其在肿瘤方面的功效提
供一定的理论基础。
1 材料
11 药物与试剂 人肝癌细胞 HepG2(由哈尔滨
商业大学药物研究所博士后科研工作站传代保
种)。杨梅树皮素(徐州弘康科技有限公司,纯度为
90%)。小牛血清(Hyclone公司);噻唑蓝(MTT,
Ameresco公司);戊二醛(北京化工厂);RNA酶
(Sigma公司);RPMI1640培养液(Gibco),Ho
chest33258(062010),碘化丙啶(PI),罗丹明123均
为Invitrogen公司产品;caspase3,9试剂盒(北京碧
云天生物科技有限公司)。
12 仪器 酶标仪(瑞士 TECAN公司),荧光显微
镜(德国Leica公司),倒置显微镜(Olympus公司),
流式细胞仪 CLOUTEREPICSXL(美国 Beckman
Coulter公司)。
2 方法
21 HepG2细胞培养 用含10%小牛血清的RP
MI1640培养液,在5%CO2,37℃培养,细胞呈贴
壁生长,用025%的胰酶消化传代,用于实验的细
胞均处于对数生长期。
22 MTT法检测杨梅树皮素对 HepG2细胞的生
长抑制作用[3] 将对数生长期的细胞,调整细胞为
1×104个/mL,按每孔1000个接种于96孔板,每孔
100μL。次日加入 MYR(终浓度分别为20,40,60,
80,100,120,140mg·L-1),溶剂对照组及阳性对照
组阿霉素10mg·L-1,每孔加100μL,培养72h,弃
上清,每孔加100μL的05g·L-1MTT,继续培养
4h,弃上清,每孔加200μLDMSO溶解MTT甲簪沉
淀,用酶标仪在参考波长450nm,检测波长570nm
条件下测定吸光度值A,计算肿瘤细胞的抑制率。
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抑制率=
A对照组 -A给药组
A对照组
×100%
23 荧光显微镜法观察细胞形态[4] 取指数生长
期的人肝癌细胞 HepG2,调整细胞为 3×105个/
mL,于6孔板中每孔接种1mL。24h后试验组加入
MYR(使其终浓度分别40,60,80,100mg·L-1);阿
霉素10mg·L-1;对照组加入同体积培养液。继续
培养72h后,PBS洗1遍,加固定液(甲醇冰醋酸
3∶1),4℃固定10min后,加入5mg·L-1的荧光探
针Hoechst33258,置培养箱中孵育15min,取出盖玻
片,置于荧光倒置显微镜上观察细胞形态。
24 透射电镜法观察细胞状态[5] 收集细胞,
冷 PBS洗 2次,4%戊二醛固定,1500r·min-1
10min,加入琼脂搅匀,冷却后切块,1%四氧化
锇固定,醋酸铀和柠檬酸铅双重染色后,透射电
镜观察细胞状态。
25 细胞周期分布和凋亡比例检测[6] 取指数生长
期的人肝癌细胞HepG2,调整细胞为3×105个/mL,
于6孔板中每孔接种1mL。24h后试验组加入MYR
(使其终浓度分别40,60,80,100mg·L-1);阿霉素
10mg·L-1;对照组加入相同体积的培养液。72h
后,收集作用到预定时间的HepG2细胞,70%冷乙醇
4℃固定过夜。固定后的细胞用PBS洗2遍并悬浮
之,加入PI染液(终浓度为50mg·L-1),37℃避光
温育30min,用流式细胞仪检测,计算出细胞周期分
布和凋亡情况,激发波长488nm,发射波长630nm。
26 线粒体膜电位检测[7] 取指数生长期的人
肝癌细胞 HepG2,加入适量 025%胰蛋白酶液
消化细胞,使贴壁细胞脱落。用含10%胎牛血清
的培养基制备成 3×105个/mL的细胞悬液,于 6
孔板中每孔接种 1mL。将平板置于 37℃,5%
CO2培养箱。24h后加入 MYR(使其终浓度分别
为 40,60,80,100mg·L-1);阿霉素 10mg·
L-1;阴性对照组加入不含药物相同体积的培养
液。72h后细胞用胰酶消化,加 PBS洗 2遍,分
别加入终浓度 10μmol·L-1的罗丹明 123置于
37℃孵育30min,孵育后离心(2000r·min-1,
10min),用 PBS洗2次,再用 300目尼龙网过滤
后用流式细胞仪检测细胞荧光强度,激发波长
488nm,发射波长525nm。
27 caspase3,9活力的检测[8] 取指数生长期
的人肝癌细胞 HepG2,加入适量 025%胰蛋白
酶液消化细胞,使贴壁细胞脱落。用含10%胎牛
血清的培养基制备成密度为 3×105个/mL的细
胞悬液,于6孔板中每孔接种1mL。将平板置于
37℃,5%CO2培养箱。24h后不同浓度的 RES,
使其终浓度分别 40,60,80,100mg·L-1;阿霉
素10mg·L-1;阴性对照组加入不含药物相同体
积的培养液。药物作用 72h后利用 caspase3,9
试剂盒检测 caspase3,9的活性。
3 结果
31 杨梅树皮素对 HepG2细胞的生长抑制作用
 结果显示 MYR对 HepG2细胞具有生长抑制作
用并具有明显的剂量依赖性,其 IC50值为586617
mg·L-1(表1)。
表1 杨梅树皮素对HepG2细胞生长
增殖的影响 (珋x±s,n=6)
组别 剂量/mg·L-1 A 抑制率/%
对照 - 03115±00116 -
杨梅树皮素 20 02720±002462) 1152
40 02238±001982) 2841
60 01507±002532) 5227
80 01132±001712) 6367
100 00727±001242) 7667
120 00562±001422) 8197
140 00553±000632) 8224
阿霉素 10 00548±000722) 8241
  注:与对照组相比1)P<005,2)P<001(表2~4同)。
32 杨梅树皮素对 HepG2细胞形态学改变的影
响 HepG2细胞随MYR作用浓度的增高出现不同
程度的凋亡改变,荧光显微镜下对照组细胞核形状
正常,呈圆形,染色均匀,其核内染色体呈均匀分布;
而MYR作用 HepG2细胞72h后,其细胞核固缩、
凝聚,出现浓染致密的颗粒块荧光。透射电镜进一
步显示细胞部分核膜向外膨出,胞质有大小不等的
空泡,微绒毛数量减少,线粒体、粗面内质网等细胞
器减少(图1,2)。
33 流式细胞仪检测 HepG2细胞凋亡和细胞周
期变化 流式细胞术检测显示,不同浓度的 MYR
(40~100mg·L-1)作用 HepG2细胞72h后可引
起HepG2肿瘤细胞凋亡。MYR作用72h后,G1期
细胞的比例减少,S期细胞的比例无明显影响,G2期
细胞的比例增加,表明杨梅树皮素对 HepG2细胞
周期的G2/M期有一定的阻滞作用,并且能诱导其
凋亡并呈明显的剂量依赖性(表2)。
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A对照组;B杨梅树皮素40mg·L-1;C杨梅树皮素60mg·L-1;D杨梅树皮素80mg·L-1;
E杨梅树皮素100mg·L-1;F阳性对照组。
图1 荧光显微镜观察杨梅树皮素对HepG2细胞形态学改变的影响
A对照组;B杨梅树皮素60mg·L-1;C杨梅树皮素100mg·L-1。
图2 电子透射电镜观察杨梅树皮素对HepG2细胞形态学改变的影响(×6000)
表2 杨梅树皮素对HepG2细胞周期分布和凋亡比例的影响(珋x±s,n=4) %
组别 剂量/mg·L-1 G1 S G2+M 凋亡率
对照    - 6240±130 3050±101 715±084 -
杨梅树皮素 40 6223±013 3028±212 749±322 1492±3142)
60 5413±0242) 3223±042 1364±0182) 3347±2112)
80 3728±0342) 3238±052 3034±0332) 4184±3212)
100 1820±0582) 3311±062 5298±0422) 6473±3452)
阿霉素   10 200±0052) 02) 9800±0452) 1068±2112)
34 杨梅树皮素对 HepG2细胞线粒体膜电位的
影响 细胞经罗丹明123染色,流式细胞仪检测,结
果显示经不同浓度 MYR作用后的 HepG2细胞与
空白对照组相比(空白组的荧光强度为798%)线
粒体膜电位显著降低。各剂量组的荧光强度分别为
566%,486%,466%,424%,阳性对照组(阿霉
素10mg·L-1)的荧光强度为547%(表3)。
35 杨梅树皮素对 HepG2细胞 caspase3,9活性
的影响 经不同浓度 MYR作用后的 HepG2细胞
中caspase3,9活性增加。正常情况下 caspase3,9
活性水平较低,A405值分别为 0025和 0020,在
MYR作用下,其活性升高,A405分别升至为 0031,
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   表3 杨梅树皮素对HepG2细胞线粒
体膜电位的影响(珋x±s,n=4)
组别 剂量/mg·L-1 线粒体膜电位/%
对照    - 798±37
杨梅树皮素 40 566±362)
60 486±392)
80 466±622)
100 424±552)
阿霉素   10 547±352)
0046,0055,0063和0032,0056,0083,0098,
与空白对照组相比,差异有统计学意义(P<005)
(表4)。
表4 杨梅树皮素对HepG2细胞caspase3,9
活性的影响(珋x±s,n=4)
组别 剂量/mg·L-1 caspase3 caspase9
对照 - 0025±0003 0020±0002
杨梅树皮素 40 0031±00021) 0032±00022)
60 0046±00062) 0055±00052)
80 0055±00042) 0082±00052)
100 0063±00042) 0098±00082)
阿霉素   10 0053±00042) 0065±00062)
4 讨论
近年来,寻找有效的抗肿瘤天然药物成为研究
的热点之一,许多文献[910]报道杨梅素对多种肿瘤
具有杀伤作用,在临床上用于治疗食管腺癌、结肠癌
等多种癌症。体外实验研究表明 MYR对 HepG2
细胞有明显的抑制作用,且存在剂量效应关系;通
过光镜、电镜形态学观察,可见胞体缩小,胞浆凝缩,
核内染色质从均匀分布逐渐凝集成新月状,附在核
周边,密度明显增高,界限清楚、胞膜完整、内质网扩
张、空泡化,表面微绒毛消失。
流式细胞术是检测细胞凋亡的一种重要方法,
通过 PI染色法,流式细胞仪能检测到与 PI标记细
胞DNA结合的 PI的荧光强度可直接反映细胞内
DNA的含量,可以检测目标细胞内的 DNA含量,区
分细胞周期各时相。研究显示,随着 MYR浓度的
增加,HepG2细胞的亚二倍体细胞逐渐升高,并能
在一定浓度范围内将细胞增殖阻滞在 G2/M期,表
现出细胞周期特异性;提示 MYR能够减慢 HepG2
细胞分裂速度,阻止其由 G2/M期向 G0/G1和 S期
移行,从而抑制 HepG2细胞增殖。从表2可见,人
肝癌HepG2细胞经 MYR作用后,随着 MYR浓度
的增加,凋亡细胞比例也逐渐增多。
目前认为,细胞凋亡的信号转导与3条途径有
关,一条是线粒体途径,由线粒体感受伤害刺激信号
后释放一系列凋亡信号分子,引发caspase反应导向
凋亡,其中线粒体是细胞凋亡调控中心[11];另一条
是死亡受体途径,由死亡受体结合配体后直接激发
caspase级联反应[12];还有一条内质网途径,目前机
制不甚明确,估计与内质网应激诱导caspase反应有
关[13]。本实验发现人肝癌 HepG2细胞经 MYR处
理后,细胞内的线粒体膜电位明显下降,caspase3
和caspase9活性也明显增加。
诱导细胞凋亡是抗肿瘤药物发挥作用的重要环
节。本研究结果表明 MYR能有效诱导人肝癌
HepG2细胞凋亡,并可能通过线粒体途径实现,为
进一步研究MYR抗肿瘤作用的分子药理机制提供
了实验依据。但是 MYR诱导 HepG2细胞凋亡是
否还存在其他重要机制还有待于更进一步的研究。
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Studiesonmechanismofmyricetininducedapoptosisinhuman
hepatocelularcarcinomaHepG2cels
ZHANGXiujuan1,2,LINGYun1,2,YUHua1,2,JIYubin1,2
(1CenterofResearchandDevelopmentonLifeSciencesandEnvironmentalSciences,HarbinUniversity
ofCommerce,Harbin150076,China;
2InstituteofMeterialMedicaPostdoctoralProgrammeEngineeringResearchofNatualAnticancerDrugs,Ministry
ofEducation,HarbinUniversityofCommerce,Harbin150076,China)
[Abstract] Objective:TostudythemechanismofmyricetininducingtheHepG2cellineapoptosisMethod:TheMTT
methodwasemployedtostudymyricetinpharmacodynamicsinHepG2.Thelightmicroscopeandtransmissionwasusedtoidentifythe
tumorcelapoptosisinthemorphology.TheFCMmethodandthekitofcaspase3,caspase9werehiredtodetecttheapoptosisrates,
thecontentofmitochondrialmembraneelectricpotentialandtheactivityofcaspaseincancercelsResult:Myricetinsignificantlyin
hibitstheproliferationandinducestheapoptosisofHepG2inadosedependentmanner,whichisaccompaniedwithG2/MandSphase
arestInaddition,myricetinalsoincreasestheactivationofcaspase3,9andresultsinadepolarizationandΔΨmcolapseinadosede
pendentmannerConclusion:Themolecularpathwayofapoptosisofhumanhepatocelularcarcinomacellinesinducedbymyricetin
mightdealwiththemitochondriamediatedpathway
[Keywords] myricetin;HepG2cellineapoptosis;mitochondriamembranepotential;caspase3,9
doi:10.4268/cjcmm20100824
[责任编辑 张宁宁]
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