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Potential mechanism of Camellia chrysantha seeds induced apoptosis in human cervical cancer HelaS3 cells

金花茶种子诱导人子宫颈癌HelaS3细胞凋亡及其作用机理的研究



全 文 :广 西 植 物 Guihaia Jan.2013,33(1):112-117           http://journal.gxzw.gxib.cn
 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2013.01.020
时贞颂,于大永,彭倩,等.金花茶种子诱导人子宫颈癌HelaS3细胞凋亡及其作用机理的研究[J].广西植物,2013,33(1):112-117
Shi ZS,Yu DY,Peng Q,et al.Potential mechanism of Camellia chrysanthaseeds-induced apoptosis in human cervical cancer HelaS3cels[J].Guihaia,
2013,33(1):112-117
金花茶种子诱导人子宫颈癌HelaS3
细胞凋亡及其作用机理的研究
时贞颂,于大永,彭 倩,史丽颖*,冯宝民,王永奇
(大连大学 药物研究所,大连116622)
摘 要:为探讨金花茶种子诱导人子宫颈癌 HelaS3细胞凋亡的机制,以不同浓度金花茶种子乙醇提取物的
正丁醇萃取物处理人子宫颈癌 HelaS3细胞后,分别采用流式细胞仪、Western印记法等检测对细胞凋亡及
Bax、Bcl-2、Bid等表达的影响。结果表明:金花茶种子乙醇提取物的正丁醇萃取物作用于人子宫颈癌 HelaS3
细胞后,细胞凋亡增加,Bax蛋白表达提高,Bcl-2蛋白表达降低,Bid蛋白活性减弱,线粒体膜电位下降及
Caspase-8,Caspase-3活性增强。金花茶种子乙醇提取物的正丁醇萃取物为其重要的抗肿瘤活性有效部位,并
可能通过激活Bax及Caspase-3,Caspase-8,抑制Bcl-2和Bid来诱导 HelaS3细胞凋亡。
关键词:金花茶;人子宫颈癌;HelaS3细胞;细胞凋亡
中图分类号:R285.5  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2013)01-0112-06
* Potential mechanism of Camellia chrysantha
seeds-induced apoptosis in human
cervical cancer HelaS3cels
SHI Zhen-Song,YU Da-Yong,PENG Qian,SHI Li-Ying*,
FENG Bao-Min,WANG Yong-Qi
(Institute of Materia Medica,Dalian University,Dalian 116622,China)
Abstract:To investigate the effect of the seeds of Camellia chrysanthaon apoptosis in human cervical cancer HelaS3
cels.Human HelaS3cels were treated with the solution of BuOH fraction from the EtOH extract from the seeds of
C.chrysanthaat different concentrations.The apoptosis was detected by flow cytometry(FCM),apoptosis associated
proteins were determined by western blot.After treatment with the solution of BuOH fraction from the EtOH ex-
tract of the seeds of C.chrysanthaon human HelaS3cels,a significant enhancement of apoptosis was observed,the
expression of Bax was enhanced,the expression of Bcl-2and Bid decreased,and the decrease of mitochondrial mem-
brane potential(MMP)and the activation of Caspase-8and Caspase-3were observed.The BuOH fraction from the
EtOH extract of the seeds of C.chrysantha was the active anticancer fraction,which promoted human HelaS3cels
apoptosis possibly by activating Bax,MMP,Caspase-8and Caspase-3,and inhibiting Bcl-2and Bid.
Key words:Camellia chrysantha;human cervical cancer;HelaS3cels;apoptosis
* 收稿日期:2012-08-20  修回日期:2012-10-25
基金项目:国家自然科学基金(81002621)
作者简介:时贞颂(1986-),女,山东泰安人,硕士研究生,主要从事天然产物的开发与研究工作,(E-mail)szs19860202@163.com。
*通讯作者:史丽颖,博士,副教授,主要从事天然活性物质研究,(E-mail)shiliying99074@163.com。
    金 花 茶 (Camellia chrysantha)系 山 茶 科
(Theaceae)山茶属(Camellia)金花茶组植物(sec-
tion chrysantha Chang)。20世纪60年代在广西
“十万大山”首次发现黄花山茶,而震惊世界。并以
花瓣玉蕊、腊质金黄、高贵雅致而轰动世界花卉界。
国内将金花茶誉为“茶族皇后”、“植物界的大熊猫”,
国外则称之为“幻想中的黄色山茶”。被列为国家一
级重点保护植物(梁盛业等,2005;韦霄等,2006)。
金花茶不仅有较高的观赏价值,而且具有一定的药
用价值和营养价值。其叶和花为壮族民间用药,主
要用于咽喉炎、痢疾、高血压、便血、月经不调 (黄燮
才,1994;王永奇等,2006)。我们在对山茶属植物抗
肿瘤活性的研究中发现,金花茶种子具有较强的抗
肿瘤作用,其中金花茶种子乙醇提取物的正丁醇萃
取物(CCEB)显示了较强的抑制人子宫颈癌 HelaS3
细胞增殖的作用。因此本研究将进一步探讨金花茶
种子乙醇提取物的正丁醇萃取物诱导人子宫颈癌
HelaS3细胞凋亡及其相关机制。
1 材料和方法
1.1金花茶种子的提取
金花茶种子采集于广西南宁,由广西林业科学
研究院高级工程师梁盛业鉴定。取金花茶种子100
g,粉碎后用95%乙醇回流提取3次,每次3h,合并
提取液,减压浓缩成浸膏,加适量水分散,依次用石
油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取,各萃取液分别浓缩至
浸膏,得乙酸乙酯部分、正丁醇部分和水溶部分,减
压浓缩并真空干燥后得到各部分的浸膏,取正丁醇
部分的浸膏用DMSO配成各浓度溶液备用。
1.2细胞培养
人子宫颈癌 HelaS3细胞株从 Human Sciences
Research Resource Bank(日本人类科学基金会,东
京,日本)获得,培养于含有10%热灭活小牛血清的
DMEM培养液中,37℃,5%CO2,饱和湿度条件下
培养。选取对数生长期细胞进行实验。
1.3体外细胞增殖抑制实验
噻唑蓝比色法 (MTT)检测细胞生长情况,
HelaS3细胞分别种于96孔培养板,每个孔细胞数
为5×103,培养于DMEM 培养液中,在37℃,5%
CO2 条件下培养24h。培养24h后,以PBS冲洗
细胞,然后分别加入新的培养液和系列浓度的待测
样品。实验组设6个药物浓度组,每组药物的终浓
度分别为5、10、20、40、80、160μg/mL,对照组加入
同样浓度的二甲基亚砜(DMSO),培养24h。培养
结束前4h每孔加入20μL MTT溶液(5mg/mL),
离心弃上清,加入200μL DMSO充分溶解结晶物,
测定酶标仪570nm处吸光度值。因为吸光度值与
培养液中活细胞数成正比,所以通过吸光度值可以
计算细胞存活百分率。
1.4DNA片断化检测
采用改良的Selins-Cohen法进行DNA片段化
分析(Selins et al.,1987;Hopcia et al.,1996;Yu et
al.,2007),用细胞裂解液 (10 mmol/L Tris,1
mmol/L EDTA,0.2% Triton X-100,pH7.5)裂解
细胞,离心(13 000g,10min),分离上清液和沉淀。
将上清液和沉淀分别在4 ℃,12.5%三氯乙酸
(TCA)中进行沉淀,将上述沉淀分别用5%三氯乙
酸在90℃水解20min后,用二苯胺试剂进行定量
分析。DNA片段化率以每份样品上清液中 DNA
的含量占总DNA含量的百分比来计算。
1.5细胞凋亡流式细胞仪分析
流式细胞分析中采用碘化丙啶(PI)和异硫氰酸
荧光素(FITC)标记的膜联蛋白 V(Annexin V)
(Immunotech,Marseile,France)来检测早期凋亡
终点指示剂磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine)的
表达(van Heerde et al.,1995)。不同浓度的样品
处理细胞后,取完整的细胞在37℃培养6h,以4℃
PBS冲洗后1 200r/min离心3min。离心后细胞
用Annexin V-FITC试剂盒带有的结合缓冲液稀释
至105cels/mL,加5μL FITC标记的 Annexin V
和5μL PI至上述细胞悬浮液中,混匀。在4℃避
光培养10min后,用流式细胞仪(Epics XL,Beck-
man-Coulter,Miami,FL)进行分析。
1.6线粒体膜电位检测
阳离子荧光染料四甲基罗丹明甲酯(tetram-
ethylrhodamine methyl ester,TMRM)(Molecular
Probes,Eugene,OR)对线粒体膜电位(Mitochon-
dria membrane potential,MMP)产生响应而聚集在
线粒体中,当 MMP下降而被释放。加入不同浓度
样品处理细胞,在37℃培养6h,收集细胞,PBS冲
洗后1 200r/min离心3min。以10nmol/L 的
TMRM在1mL含1%小牛血清的PBS中染色细胞
15min后,立即在流式细胞仪上以红色荧光(激发波
长488nm,发射波长575nm)进行测定(Yu et al.,
2007,2008)。MMP降低0.1~12个对数分数窗格的
3111期    时贞颂等:金花茶种子诱导人子宫颈癌 HelaS3细胞凋亡及其作用机理的研究
细胞被计数,以此计算 MMP降低细胞的百分率。
1.7细胞内caspase-3活性检测
Caspase 8活性检测试剂盒是基于 Caspase 8
可以催化底物 Ac-IETD-pNA产生黄色的pNA(p-
nitroaniline),从而可以通过测定吸光度来检测
Caspase 8的活性。pNA在405nm附近有强吸收。
收获细胞正常或凋亡细胞,PBS洗涤,制备细胞裂
解液,加Ac-IETD-pNA,37℃反应1h,荧光分光光
度计(Polarstar)分析荧光强度(激发光波长380
nm,发射光波长为 430~460nm)(Yu et al.,
2007)。
使用CaspGLOWTM活化Caspase-3原位染色
试剂盒(MBL,Nagoya,Japan)检测细胞内caspase-3
活性。以FITC标记的caspase-3抑制性底物多肽
DEVD(FITC-DEVD-FMK)作为原位(in situ)的
荧光标志(Yu et al.,2007,2008)。因为 FITC-
DEVD-FMK的细胞膜通透性很好,在凋亡细胞中
可与活化的caspase-3不可逆的结合,结合后FITC
所发射的荧光信号可用流式细胞术检测,其荧光量
反映活化capase-3的量。加入不同浓度样品处理
细胞,在37℃培养6h,收集细胞,然后将细胞溶液
(1×106 cels/mL)分装到样品管中,每300μL细胞
溶液中加入1μL FITC-DEVD-FMK,37 ℃培养
0.5h。在3 000r/min离心细胞5min,移去上清
液,将细胞重新分散在0.5mL的洗涤缓冲液后离
心。再重新将细胞分散在500μL洗涤缓冲液中,在
流式细胞仪上用FL-1通道进行分析。
1.8Western印记分析
收集细胞后以冷的PBS冲洗,在每50μL裂解
缓冲液(1mol/L Tris-HCl,5mol/L NaCl,1% Noni-
det P-40(v/v),1%脱氧胆酸钠,0.05%SDS,1mmol/
L苯甲基磺酰氟)中106 个细胞的细胞密度下将细胞
裂解20min。超声后裂解液在4℃下12 000r/min
离心10min,用Bio-Rad蛋白质双向电泳系统测定上
清液中所含蛋白。每份样品中取30μL上述上清
液,加入5μL SDS上样缓冲液(62.5mmol/L Tris-
HCl,20% SDS,5% 2-巯基乙醇,10% 甘 氨酸,
0.001%溴酚蓝)混匀,煮沸变性5min,经 SDS-
PAGE电泳后转移至硝酸纤维素膜上。
分别使用特异性抗-Bcl-2单克隆抗体、抗-Bax
多克隆抗体、抗-Bid多克隆抗体(Santa Cruz Bio-
technology Inc.,Santa Cruz,CA)和抗-β-actin单克
隆抗体(Sigma)进行 Western印记分析来检测Bcl-
2、Bax、Bid和β-actin的表达。以 HRP(horserad-
ish peroxidase)标记兔抗小鼠IgGs作为二抗,在
ECL 系 统 (Amersham Biosciences,Buchingham-
shire,UK)中使X光胶片感光记录条带信号,采用
Vilber Lourmat Bio-Profile系统的BIO-ID分析软
件测定条带光密度(Yu et al.,2007,2008)。
1.9统计分析
实验结果以均值±标准差表示,采用统计学t
检验进行组间比较分析,P<0.05为差异有显著性。
所有的实验都重复3次。
2 结果与分析
2.1CCEB对HelaS3细胞增殖的抑制作用
用浓度分别为5、10、20、40、80、160μg/mL的
金花茶种子乙醇提取物的正丁醇萃取物(CCEB)处
理HelaS3细胞,采用 MTT法检测不同浓度的样品
对 HelaS3细胞增殖的影响。结果发现CCEB显示
了较强地抑制 HelaS3细胞增殖的作用,其IC50为
102.20μg/mL,结果见图1。
图1 CCEB对 HelaS3细胞增殖的影响
Fig.1 Effects of CCEB on cel proliferation
in HelaS3cels
2.2CCEB诱导HelaS3细胞凋亡的作用
为了考察 CCEB诱导 HelaS3细胞凋亡的作
用,检测了CCEB对 HelaS3细胞DNA片段化的影
响。分别用 90、120、150μg/mL 的 CCEB 处理
HelaS3细胞,测定DNA片段化率,结果如图2所
示。和对照组相比各样品处理组 HelaS3细胞的
DNA片段化率均显著升高,且与剂量相关。
采用 Annexin V-FITC/PI双标记流式细胞术
检测细胞早期凋亡率。CCEB作用 HelaS3细胞,在
浓度为120μg/mL时,HelaS3细胞早期凋亡率增
411 广 西 植 物                  33卷
加到20.6%,在浓度为150μg/mL时,HelaS3细胞
早期 凋 亡 率 增 加 到 36.3%,结 果 见 图 3:A。
Caspase抑制剂Z-VAD-FMK(Caspase Inhibitor Z-
VAD-FMK)是一种可以穿透细胞膜的泛 Caspase
抑制剂(Cel permeable pan caspase inhibitor),可以
抑制由Caspase激活导致的细胞凋亡。从图3:B中
我们可以看到 Caspase抑制剂可以显著地抑制
CCEB引起的细胞早期凋亡,表明CCED在 HelaS3
细胞中引起的凋亡可能与Caspase的激活有关。
图2 CCEB对 HelaS3细胞DNA片段化的影响
Fig.2 Effects of CCEB on DNA fragmentation
in HelaS3cels
2.3CCEB对caspase依赖性线粒体途径的影响
为考察 CCEB诱导 HelaS3细胞凋亡是否与
caspase依赖性线粒体途径相关,检测了CCEB对
HelaS3细胞 MMP和细胞内caspase-8和caspase-3
活性的影响。分别用90、120、150μg/mL的CCEB
处理 HelaS3细胞,TMRM 染色,在流式细胞仪上
测定,计算 MMP降低细胞的百分率,结果见图4。
CCEB导致 HelaS3细胞 MMP下降,且下降程度与
剂量相关。在 CCEB 浓度为 100μg/mL 时,有
42.4%的细胞出现线粒体膜电位显著下降。然后分
别检测CCEB对 HelaS3细胞caspase-8和caspase-
3活性的影响。浓度为 90、120、150μg/mL 的
CCEB作用于 HelaS3细胞,分别导致caspase-8和
caspase-3活性显著增加,结果见图5和图6。上述
结果表明,CCEB诱导 HelaS3细胞凋亡与caspase
依赖性线粒体途径相关。
2.4CCEB对凋亡相关蛋白表达的影响
Bcl-2家族蛋白包括抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白,
在细胞凋亡过程中调控细胞色素c、凋亡诱导因子的
释放。采用 Western印记分析法检测 CCEB 对
图3 CCEB对 HelaS3细胞凋亡的影响
Fig.3 Effects of CCEB on apoptosis in HelaS3cels
图4 CCEB对 HelaS3细胞 MMP的影响
Fig.4 Effects of CCEB on MMP in HelaS3cels
HelaS3细胞凋亡相关蛋白表达的影响。与对照组相
比,不同浓度CCEB处理HelaS3细胞24h后,Bax蛋
白表达增加,Bcl-2和Bid蛋白表达减少,结果如图7。
5111期    时贞颂等:金花茶种子诱导人子宫颈癌 HelaS3细胞凋亡及其作用机理的研究
图5 CCEB对 HelaS3细胞内caspase-8活性的影响
Fig.5 Effects of CCEB on caspase-8
activity in HelaS3cels
图6 CCEB对 HelaS3细胞内caspase-3活性的影响
Fig.6 Effects of CCEB on caspase-3
activity in HelaS3cels
3 结论与讨论
凋亡是细胞的程序化死亡。凋亡异常(相对减
弱)是肿瘤形成和发展的一个重要原因,通过各种途
径和方式诱导、增强肿瘤细胞的凋亡是抑制、杀伤肿
瘤细胞的重要方面。实验研究结果表明,CCEB具
有较强的抑制细胞增殖的作用,并能引起 HelaS3
细胞DNA片段化率增大和明显的细胞凋亡形态学
的改变,引起 HelaS3细胞早期凋亡率显著增加,同
时随CCEB浓度的逐渐增加,HelaS3细胞凋亡率逐
渐升高,呈现出一定的量效关系。
目前普遍认为哺乳动物细胞凋亡主要有两条途
径(Green,2000;Wang,2001):①死亡受体途径:即
通过死亡配体与相应的位于细胞表面的死亡受体,
主要是 TNFR 家族受体(包括 TNFRl、TNFR2、
Fas、DR4和DR5等)结合,配体受体结合后死亡受
体细胞胞内段的死亡域吸引衔接蛋白(如FADD、
TRADD)并募集Caspase 8及10的前体,产生有活
性的启动Caspase,再激活Caspase 3、6及7等效应
Caspase,从而诱导细胞凋亡;②线粒体途径:各种凋
亡信号,如DNA损伤、外来刺激、生长因子去除及
部分化疗药物可以诱导线粒体释放细胞色素C等
促凋亡多肽进入细胞质,与凋亡蛋白酶激活因子
(Apaf-1)结合,募集Caspase 9前体形成凋亡小体,
产生具有活性的Caspase 9,再激活下游的Caspase
3效应Caspase诱导凋亡。研究结果显示,CCEB能
引起 HelaS3细胞 MMP下降、细胞内caspase-8和
caspase-3活性增高,另外Caspase抑制剂可以显著
地抑制CCEB引起的细胞早期凋亡,表明CCEB可
能通过死亡受体途径和线粒体途径引起 HelaS3细
胞凋亡。
图7 CCEB对凋亡相关蛋白表达的影响
Fig.7 Effects of CCEB on protein expression
related to apoptosis
  Bcl-2家族蛋白是以Bcl-2为代表的一组凋亡
调节蛋白,能够通过不同的分子机制对线粒体介导
的细胞凋亡发挥重要的调控作用。Bcl-2基因蛋白
家族对于PT孔的开放和关闭起关键的调节作用,
促凋亡蛋白Bax等可以通过与 ANT或 VDAC的
结合介导PT 孔的开放,而抗凋亡类蛋白如Bcl-2、
Bcl-xL等则可通过与Bax竞争性地与ANT结合,
或者直接阻止Bax与 ANT、VDAC的结合来发挥
其抗凋亡效应(Harris et al.,2000)。有研究发现,
发生膜转位Bax在线粒体膜上形成了由四聚体到
十聚体组成的低聚复合物,从而在线粒体外膜上形
成通道介导细胞色素C的释放,此复合物的形成可
被Bcl-2抑制。由上可见,Bax对于细胞色素C的
611 广 西 植 物                  33卷
释放起着关键的作用,在凋亡信号的刺激下Bax可
从胞质转位到线粒体膜上,从而启动线粒体介导的
细胞凋亡。抗凋亡类Bcl-2蛋白可以通过阻止促凋
亡蛋白在线粒体膜上形成低聚体来发挥其抗凋亡作
用(Mikhailov et al.,2001)。Bid属于促进凋亡的
(pro-apoptotic)蛋 白。在 凋 亡 途 径 中,活 化 的
caspase-8将胞质中的Bid剪切,形成活性分子tBid
(truncated Bid),tBid进入线粒体,导致细胞色素c
释放,使凋亡信号放大(Li et al.,1998)。在本研究
中,CCEB能促进HelaS3细胞中Bax蛋白表达增加
和Bcl-2蛋白表达减少。同时CCEB能促进HelaS3
细胞中Bid蛋白活化和细胞内caspase-8活性增高。
这些结果进一步表明了CCEB能通过线粒体途径
引起 HelaS3细胞凋亡。
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