全 文 :人参皂苷 Rg3诱导膀胱癌细胞系 EJ的凋亡作用
陈俊霞,彭惠民,蒲淑萍,郭玉萍
(重庆医科大学 细胞生物学及遗传学教研室,重庆 400016)
[摘要] 目的:探讨Rg3抑制膀胱癌细胞的作用及其诱导凋亡的机制。方法:用一定质量浓度的Rg3处理膀
胱癌细胞系EJ细胞,MTT法检测细胞增殖活力和抑制率50%的时候药物的浓度(IC50);Hoechst33258荧光染色观
察凋亡细胞的形态;流式细胞仪分析细胞周期及细胞凋亡率;免疫细胞化学观察caspase3的表达变化;琼脂糖凝胶
电泳测定DNA梯状带。结果:Rg3抑制 EJ细胞生长,呈浓度依赖关系,Rg3处理细胞48h的 IC50为1255mg·
L-1;经150mg·L-1Rg3处理细胞24h和48h后,观察到典型的凋亡细胞形态,即染色质凝集、核片段化、凋亡小
体、核内致密的颗粒状荧光及caspase3的表达增加;并呈时效依赖关系;用75mg·L-1Rg3处理细胞24,48,150mg
·L-1的Rg3处理细胞48h后,Rg3诱导了细胞凋亡和调节细胞周期,S期和G2/M期的细胞比率增加,G0/G1的细
胞比率下降;凋亡率从对照组的(105±017)%分别上升到(841±098)%,(1857±220)% 和(3398±
164)%,琼脂糖凝胶电泳检测出典型的DNA梯形条带,其效应随药物浓度的增加和作用时间的延长而增强。结
论:Rg3可通过诱导EJ细胞凋亡而发挥其抑制细胞增殖的作用。
[关键词] 人参皂苷Rg3;凋亡;肿瘤;膀胱癌细胞
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)16168005
[收稿日期] 20060606
[通讯作者] 陈俊霞,Tel:(023)68485806,Email:chjunxia@
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人参皂苷(ginsenoside)Rg3是从红参中微量提
取的中药单体[1]。实验证实 Rg3能抑制某些肿瘤
细胞及动物体内某些移植瘤的生长、浸润和转
移[24]。但其确切的分子机制还不清楚。研究表明,
Rg3是相对安全和有效的药物,对正常组织无毒副
作用[5]。膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤,具
有晚期恶性度加重和易复发的特点。本实验以人膀
胱癌细胞EJ为工作模型,研究探讨Rg3对细胞生长
抑制和诱导凋亡作用机制,为膀胱癌的临床治疗提
供实验依据和理论基础。
1 材料
1.1 细胞株与试剂 人膀胱癌细胞株EJ购自北京
大学医学部免疫学教研室。人参皂苷 Rg3纯品由
大连富生制药公司提供,纯度9969%,用完全培养
基配制成600mg·L-1的储存液,抽滤除菌后分装,
于-70℃保存备用;DMEM培养基是 Invitrogen公
司产品;胎牛血清购自中国医学科学院血液学研究
所;caspase3多克隆抗体购自美国 SantaCruz生物
技术有限公司,生物素标记的羊抗兔抗体,辣根过氧
化物酶标记的链霉卵白素均购自北京中山生物技术
有限公司。四甲基偶氮唑蓝(MTT)及荧光染料 Ho
echst33258为Sigma公司产品。
1.2 主要仪器 CO2饱和湿度培养箱(NuaireUSAuto
Flow,美国),酶标仪ELX800型全自动定量绘图酶标仪
(BIOTEK,美国),Olympus荧光显微镜(BX51,日
本)。DNA周期及凋亡分析软件:ModitLT;流式细胞
分析仪器及软件:FACSCalibur(美国BD公司)。
2.1 细胞培养 EJ细胞贴壁培养于含10% 胎牛血
清、100kU·L-1青霉素、100mg·L-1链霉素的DMEM
培养液中,置37℃,5% CO2饱和湿度培养箱中培养。
2.2 MTT法检测细胞增殖活性 EJ经胰蛋白酶消
化,接种于96孔板,每孔100μL培养液含5×103个
细胞,培养24h后,对照组加50μL培养液,实验组加
入含Rg3的培养液50μL,使其终浓度分别为375,
75,150,300,600mg·L-1,继续培养48h,每孔加入5
g·L-1的MTT20μL,37℃孵育4h,弃培养液,每孔
加入150μL二甲基亚砜(DMSO),避光振荡,混匀,待
甲
#
结晶完全溶解后,用酶标仪测定吸光度(A490),每
组设4个平行孔,独立重复3次。
抑制率(%)=(对照组 A490-实验组 A490/对照组 A490)
×100%
2.3 细胞凋亡的形态学观察 将一定数量的EJ细
胞接种至放有盖玻片的6孔板中,待细胞爬片达一
定密度后,实验组用150mg·L-1Rg3处理的EJ细
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胞24h和48h,对照组加入不含 Rg3的 DMEM完
全培养基。取出盖玻片,PBS冲洗,025%戊二醛固
定5min,用5mg·L-1荧光染料Hoechst33258染色
5min、避光,PBS洗涤,甘油封片,在 Olympus荧光
显微镜下观察凋亡细胞核的形态变化。
2.4 细胞周期及细胞凋亡测定 用75mg·L-1
Rg3处理 EJ细胞 24h和 48h及 150mg·L-1的
Rg3处理EJ细胞48h,同时,对照组加不含 Rg3的
等量DMEM完全培养基。胰酶消化,收集细胞,PBS
洗涤并计数,每一样本含1×106个细胞,用70%乙
醇固定,用40mg·L-1RNaseA和18mg·L-1碘化
丙啶(PI)处理,在流式细胞仪上用 CelQuese和
Modfit软件分析细胞周期的分布和检测凋亡率。
2.5 免疫细胞化学法观察caspase3蛋白表达 EJ
细胞培养在放有窄条盖玻片的6孔板中,用终浓度
150mg·L-1Rg3处理细胞24h和48h,对照组为
不含 Rg3DMEM完全培养基。细胞用 PBS洗涤 3
次,80%的冷丙酮固定10min,细胞用新配制的3%
H2O2处理10min,以灭活内源性的过氧化物酶。固
定的标本经PBS洗3次,正常羊血清37℃封闭非特
异性的抗体20min,用兔抗人caspase3多克隆抗体
(1∶50)37℃孵育90min,PBS溶液洗3次,滴加羊
抗兔 IgG/Bio标记抗体工作液 37℃孵育 30min,
PBS彻底洗涤后,在辣根过氧化物酶标记的链霉卵
白素工作液 37℃孵育 30min,用 PBS彻底洗涤,
DAB染色,苏木素复染细胞核,梯度乙醇脱水,二甲
苯透明,中性树胶封片,最后在Olympus多功能显微
镜下观察并拍照。
2.6 DNA琼脂糖凝胶电泳 用75mg·L-1Rg3处
理EJ细胞24h和48h及150mg·L-1的Rg3处理
EJ细胞48h,同时,对照组加不含Rg3的等量DMEM
完全培养基,收获细胞,2000r·min-1离心10min,
将细胞重悬于1mL裂解缓冲液中(10mmol·L-1
TrisHCl,pH75,10mmol·L-1NaCl,10mmol·L-1
EDTA,100mg·L-1蛋白酶K,05%SDS),于50℃孵
育1h。然后用等倍体积的饱和酚抽提,10000r·
min-1离心10min,取上层,再用等倍体积的氯仿/异
戊醇(24∶1)抽提一次,除蛋白,10000r·min-1离心
10min,收集水相,加入25倍体积冰冷无水乙醇及
01倍体积的3mol·L-1醋酸钠-20℃ 沉淀,过夜。
最后10000r·min-1离心10min,用70%乙醇洗涤2
次,空气干燥后溶于50μL含有01mg·L-1RNase
A的TE缓冲液中。在15% 的琼脂糖凝胶中电泳2
h。凝胶成像系统观察、拍照。
2.7 统计学分析 所有数据用 SPSS130统计软
件进行分析,用 珋x±s表示,进行 t检验,用 NDST软
件计算IC50值。
3 结果
3.1 Rg3对细胞增殖活性的影响 用600mg·L-1
高质量浓度的Rg3处理 EJ细胞产生明显的细胞毒
性作用,细胞变圆,最终导致细胞死亡。当 Rg3的
质量浓度在375~600mg·L-1之间时,细胞增殖
被抑制,Rg3处理EJ细胞48h的IC50为1255mg·
L-1。Rg3与细胞生长抑制率之间有显著的浓度依
赖关系(见表1)。
表1 Rg3对细胞增殖活性的抑制作用(珋x±s,n=4)
剂量/mg·L-1 A490 抑制率/%
0 1110±0071 -
375 0785±00271) 2928
75 0589±00251) 4694
150 0500±00351) 5495
300 0416±00121) 6252
600 0333±00191) 7000
注:与空白组比较1)P<001
3.2 Rg3诱导细胞凋亡的形态学观察 150mg·
L-1Rg3处理的EJ细胞24,48h后,荧光显微镜下观
察可见典型的凋亡细胞形态,即细胞体积变小,染色
质凝集、核片段化、凋亡小体、核内可见致密的颗粒状
荧光,并呈时效依赖关系。而对照组细胞核呈弥漫均
匀荧光,且荧光较弱,无凋亡细胞的特征(见图1)。
图1 Rg3处理48h的荧光显微照片(×400)
A.对照组细胞;B.Rg3处理的24h细胞;C.Rg3处理的48h细胞
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3.3 Rg3对细胞周期和细胞凋亡率的影响 流式
细胞仪检测表明,Rg3能诱导细胞凋亡及调节细胞
周期,用75mg·L-1Rg3处理 EJ细胞24,48h及
150mg·L-1的 Rg3处理 EJ细胞 48h后,S期和
G2/M期的细胞比率增加,G0/G1的细胞比率下降;
细胞凋亡率分别从对照组的(105±017)%上升
到(841±098)%,(1857±220)%,(3398±
164)%,实验重复3次(见表2)。
表2 不同质量浓度Rg3对细胞周期和细胞凋亡率的影响(珋x±s,n=3)
时间/h 剂量/mg·L-1 G0G1/% S/% G2M/% 凋亡率/%
- - 7124±199 886±136 1990±277 105±017
24 75 5877±1641) 1576±1381) 2547±3021) 841±0981)
48 75 4606±1421) 2468±0911) 2926±2061) 1857±2201)
48 150 3186±1291) 3278±2601) 3535±2261) 3398±1641)
注:与相应的空白组比较1)P<001
3.4 Rg3对细胞 caspase3蛋白表达的影响 150
mg·L-1的 Rg3处理细胞24,48h后,实验组细胞
(见图2)与对照组细胞相比显示更强的棕色信号
和更高的 DAB灰度,并呈时效依赖关系。从
caspase3的表达水平上证实 Rg3诱导了 EJ细胞
的凋亡。
图2 caspase3的免疫细胞化学(×200)
A.对照组细胞;B.Rg3处理的24h细胞;C.Rg3处理的48h细胞
3.5 DNA琼脂糖凝胶电泳 用75mg·L-1Rg3处
理EJ细胞24,48h及150mg·L-1的 Rg3处理 EJ
细胞48h后,提取细胞DNA,进行琼脂糖凝胶电泳,
检测到细胞发生凋亡时,由于DNA有规律的降解而
出现典型的DNA梯形条带,其效应随药物浓度的增
加和作用时间的延长而增强(见图3)。
图3 DNA琼脂糖凝胶电泳分析Rg3诱导EJ细胞的凋亡
M:100bpDNAMaker;1.对照组;2.75mg·L-1Rg324h组;
3.150mg·L-1Rg348h组;4.75mg·L-1Rg348h组
4 讨论
近年来,人们致力于寻求抑制肿瘤发生和转移
的新的天然药物[6]。人参作为传统中药在亚洲国
家广泛地用于治疗各种疾病,它具有多种药理功能,
人参中的某些成分已经显示出抗癌和抗突变活性。
人参皂苷Rg3是从红参中提取的微量中药单体,能
显著抑制某些肿瘤的生长、浸润和转移。人参皂苷
Rg3抑制肿瘤细胞增殖、生长和转移可能与其诱导
细胞凋亡作用有关,然而其确切的分子机制仍不清
楚。凋亡是由基因编码调控的细胞主动自杀过程,
既是生物体维持自身稳定和平衡的一个重要机制,
也是消除异常增殖细胞的理想途径[8]。细胞凋亡
率下降是肿瘤的特征变化之一,肿瘤细胞的恶性生
长是由于细胞增殖的异常或细胞死亡机制的调节缺
陷,细胞增殖和细胞凋亡之间的不平衡将导致肿瘤
的发生。诱导肿瘤细胞凋亡,是抗肿瘤药物的重要
研究方向。凋亡也被认为是一个在形态、生化和分
子水平上起变化的特殊细胞死亡模式。形态学上的
变化是判断凋亡发生最可靠的标准[9]。笔者用荧
光染料Hoechst33258染色和DNA琼脂糖凝胶电泳
观察到 Rg3诱导了典型的凋亡细胞的特征即染色
质凝集、细胞核碎片、DNA片段和凋亡小体。通过
流式细胞仪检测细胞周期时相和凋亡率显示,人参
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皂苷Rg3能显著地调节细胞周期和诱导细胞凋亡,
主要作用于 G2/M期,使细胞阻滞在 S期及 G2/M
期,减慢癌细胞的增殖生长速度。与以前实验结果
相同。Kung等[10]认为细胞周期的阻滞和细胞凋亡
诱导是一致的,他们得出结论,细胞死亡的发起不是
由于生物化学上的异常,而是由于完整的细胞周期
事件被分裂。凋亡,一个进化上保守的细胞自杀形
式,需要特殊的机制,这个机制的中心成分是包括了
一个叫 caspases的蛋白酶家族的蛋白裂解系统,这
些酶积累并参与了一个启动发生凋亡信号反应的瀑
布,导致了细胞的解体。caspase3是凋亡反应的重
要执行者,在细胞凋亡的过程中起一个中心的作用,
在分子水平上 caspase3的表达和活性的增加将导
致细胞凋亡[11,12]。笔者通过细胞免疫化学实验证
实caspase3在Rg3处理的细胞有强的表达,而对照
组细胞则呈弱的或阴性的表达。结果显示,Rg3能
显著地抑制膀胱移行细胞癌细胞系EJ的细胞增殖,
调节细胞周期和诱导细胞凋亡。
综上所述,本实验从形态学观察、流式细胞分
析、DNA梯状带检测和caspase3表达等方面首次证
实了一定浓度的 Rg3在体外能够诱导膀胱移行细
胞癌细胞系EJ发生凋亡。这个研究对 Rg3应用于
临床的肿瘤包括膀胱癌的化疗提供了有价值的实验
依据,人参皂苷Rg3可望成为具有良好应用前景的
抗癌药物。
[参考文献]
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InducementefectofginsenosideRg3onapoptosisofhuman
bladdertransitionalcelcarcinomacellineEJ
CHENJunxia,PENGHuimin,PUShuping,GUOYuping
(DepartmentofCelBiologyandGenetics,ChongqingUniversityofMedicalSciences,Chongqing400016,China)
[Abstract] Objective:ToexploretheefectofRg3oninhibitingandinducingapoptosisofbladdercancercels.Method:The
bladdercancercellineEJwastreatedwithRg3ofvariousconcentrations.CelproliferationwasmeasuredbyMTTassay.Morphologi
calchangesofcelswereobservedbyfluorescentstainingofHoechst33258.Celcycleandapoptosisratewereanalyzedbyflowcytom
etry(FCM).Theexpressionofcaspase3incelswasdetectedbyimmunocytochemistry.DNAladderwasshowedbyagarosegelelec
trophoresis.Result:Rg3inhibitedproliferationofEJcelsinamannerofconcentrationdependentrelationship,IC50ofRg3in48h
treatmentwas1255mg·L-1toEJcels.Whentreatedwith150mg·L-1ofRg3for24hand48h,thecelsshowedapoptoticmor
phologicalcharacteristicsincludingthecondensedchromatin,thenuclearfragmentation,theapoptoticbodyandbrightfluorescentgran
ulesaswelasahighercaspase3expression.FCMassayindicatedthatRg3regulatedcelcycleandinducedapoptosisofEJcels.
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Whentreatedfor24hand48hwith75mg·L-1ofRg3aswelasfor48hwith150mg·L-1ofRg3,thepercentagesofcelsinS
phaseandG2/Mphasewereincreased,whereasthepercentageofcelsinG0G1wasdecreasedTheapoptosisrateswereincreased
from(105±017)% incontrolgroupcelsto(841±098)%,(1857±220)% and(3398±164)%,respectively
RemarkableDNAladderswererevealedTheefectsshowedamannerindoseandtimedependentofRg3.Conclusion:Theresults
suggestthatginsenosideRg3exertsaninhibitingefectonproliferationofEJcelsbyinducingapoptosis.
[Keywords] ginsenosideRg3;apoptosis;tumor;bladdercancercelline
[责任编辑 古云侠]
[收稿日期] 20061220
[基金项目] 重庆市卫生局科研项目(2003B38)
[通讯作者] 肖农,Tel:(023)63622914,Email:xiaonongwl@
163.com
麻黄碱对脑缺氧缺血后新生大鼠
神经可塑性影响的研究
李石志1,肖 农1,张晓萍2
(1.重庆医科大学 附属儿童医院 神经内科,重庆 400014;
2.重庆医科大学 儿科研究所,重庆 400014)
[摘要] 目的:研究麻黄碱对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤(HIBD)后神经可塑性的影响。方法:7日龄 SD大
鼠60只,制成HIBD模型,随机分为麻黄碱组(15mg·kg-1)、D苯丙胺(DAMPH,10mg·kg-1)组、三磷酸胞苷
二钠(CTP,70mg·kg-1)组、神经节苷脂(GM1,20mg·kg-1)组和自然康复组。用免疫组织化学方法检测海马
CA3区生长相关蛋白43(GAP43)、突触素(SYP)表达的变化,术后4周进行5d的 Moris水迷宫学习和记忆的测
试。结果:①麻黄碱组海马CA3区GAP43和SYP表达水平高于自然康复组(P<005),与DAMPH,CTP组的表达
无显著性差异;②各组平均逃避潜伏期明显短于自然康复组(P<005),原平台穿过次数各组明显多于自然康复组
(P<001)。麻黄碱组逃避潜伏期长于GM1组,原平台穿过次数麻黄碱组少于GM1组,但与CTP和DAMPH组比
无差异。结论:麻黄碱能提高新生HIBD大鼠年长后的空间定向能力和学习记忆能力。这种保护作用和麻黄碱减
少HIBD后神经元的丢失、促进参与神经元重塑的蛋白分子GAP43和SYP的表达有关。麻黄碱对HIBD的保护作
用和DAMPH及CTP起同样的效果,而改善新生HIBD大鼠年长后的空间定向能力和学习记忆能力的效果稍差于
GM1,这可能和麻黄碱的剂量有关。
[关键词] 麻黄碱;缺氧缺血;神经可塑性
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)16168404
麻黄早在《神农本草经》就有治中风后遗症的
记载。研究证实,麻黄的主要成分麻黄碱可促进大
鼠 MCAO后运动功能的恢复[1]。新生儿缺氧缺血
性脑损伤(hypoxicischemicbraindamage,HIBD)是
严重威胁新生儿生命健康甚而致残的常见原因。作
者研究麻黄碱对新生大鼠HIBD后神经可塑性的影
响,通过对海马生长相关蛋白(growthassociatedpro
tein43,GAP43)及突触素(synaptophysin,SYP)表达
的检测,探讨其分子机制,并与 D苯丙胺(Dam
phetamine,DAMPH)、三磷酸胞苷二钠(CTP)[2]和
神经节苷脂GM1[3]的作用相比较,以寻找更为有效
的治疗药物。
1 材料
1.1 动物
健康清洁级7日龄 SD新生大鼠60只,雌雄不
拘,体重12~16g,由重庆医科大学试验动物中心提
供,动物使用许可证号:SYXK渝20040001。
1.2 药物与试剂
盐酸麻黄碱,纯度 >99%(赤峰制药厂,批号
420325);D苯丙胺由重庆市公安局购自国家麻醉
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第32卷第16期
2007年8月
中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
Vol.32,Issue 16
August,2007