瘢痕疙瘩是良性皮肤纤维增生性肿瘤,其生长超出原始伤口边缘的边界并侵入邻近组织。瘢痕疙瘩是自发的或在真皮的伤口愈合过程中产生的,未经治疗很少会消退
[1]。此外,因其复发率很高,瘢痕疙瘩的治疗长期以来一直是整形外科医生的治疗难点
[2]。目前已经采用了多种形式的治疗方法,包括手术切除,放疗,皮质类固醇注射,物理治疗以及这些治疗方法的组合,但是,还没有令人满意的治疗方法
[3]。近来,已经认识到瘢痕疙瘩的主要病理特征为成细胞外基质(extracellular matrix,ECM)过度累积以及纤维细胞的过度增殖
[4]。党参多糖(codonopsis pilosula polysaccharide,CPP)是一种从党参中提取的常用的活性化合物,已被确定具有抗疲劳,抗氧化,提高免疫力,以及抗肿瘤等多种药理活性
[5-6]。据报道,CPP能够通过磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/丝苏氨酸蛋白激酶(protein kinase B,AKT)通路抑制肝癌细胞的生长和转移
[7]。先前的研究提供了证据,表明天然物质能够通过抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖及ECM的沉积,并促进细胞凋亡,为瘢痕疙瘩的临床治疗提供新的方向
[8]。然而,CPP是否能减轻瘢痕疙瘩的病理过程尚不清楚。本实验旨在探究CPP对瘢痕疙瘩成纤维细胞增殖和细胞周期的影响及其潜在机制。
1 材料与方法
1.1 细胞和主要试剂
人瘢痕疙瘩成纤维细胞由上海信裕生物科技有限公司提供;党参多糖(纯度≥98%)、四唑盐比色测定法[3-(4,5-Dimethylthazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide,MTT]、RIPA裂解液购于美国Sigma公司;胎牛血清,杜氏改良eagle培养基(Dulbecco’s modified Eagle’s medium,DMEM),膜联蛋白v-异硫氰酸酯(Annexin V-fluorescein isothiocyanate,Annexin V-FITC)/碘化丙啶(propidium iodide,PI)凋亡检测试剂盒购于美国Invitrogen公司;ECL化学发光试剂和比霉素酸测定法(bicinchoninic acid assay,BCA)蛋白定量测定试剂盒购于上海碧云天生物技术研究所;增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)、细胞周期蛋白(Cyclin D1)、Ⅰ型胶原蛋白(Collagen Ⅰ)、Ⅲ型胶原蛋白(Collagen Ⅲ)、磷脂酰肌醇激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)和丝苏氨酸蛋白激酶(proteinkinase B,AKT)、磷酸化的磷脂酰肌醇-3激酶(phospho-phosphoinositide 3-kinase,p-PI3K)和磷酸化的丝苏氨酸蛋白激酶(phospho-protein kinase B,p-AKT)单克隆抗体及辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)偶联的二抗购于美国CST公司;十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfonate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)凝胶制备试剂盒购于北京雷根生物技术有限公司。
1.2 方法
1.2.1 细胞培养和处理
采用含有10%胎牛血清的DMEM培养基,于37 ℃、5% CO2条件下,培养人瘢痕疙瘩成纤维细胞。
1.2.2 MTT检测
取生长状态良好的瘢痕疙瘩成纤维细胞接种至96孔板中,采用不同浓度(0、10、20、40、80、160、320 μmol/L)的党参多糖干预瘢痕疙瘩成纤维细胞,24 h时后10 μL MTT试剂加入至各孔中共孵育4 h。弃上清,将150 μL二甲基亚砜加入到每孔中以溶解MTT结晶。最后记录570 nm处的光密度值(optical density,OD值),随后计算细胞存活率。
1.2.3 流式细胞术检测
对数期的瘢痕疙瘩成纤维细胞种至6孔板中,不同浓度党参多糖处理24 h后,消化细胞并收集,采用磷酸缓冲液(phosphate buffer solution,PBS)洗涤3次,以500 μL缓冲液重悬细胞,依次加入250 μL PI和10 μL RnaseA染液,37 ℃避光反应30 min,上流式细胞仪分析细胞周期比例分布。收集处理24 h后的瘢痕疙瘩成纤维细胞,调整细胞密度为106个/mL,使用Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒测定细胞凋亡率。
1.2.4 平板克隆实验检测
对数期的瘢痕疙瘩成纤维细胞种至6孔板中,接种密度为3×102个细胞,采用不同浓度(0、10、20、40 μmol/L)的党参多糖干预细胞,每隔2 d更换1次培养液,2周后待肉眼可见细胞克隆时,采用甲醇固定,结晶紫染色,计数大于50个细胞的克隆数,以细胞克隆形成数反映细胞克隆形成能力。
1.2.5 Western blot检测
瘢痕疙瘩成纤维细胞以不同浓度(0、10、20、40 μmol/L)的党参多糖干预24 h,收集细胞,RIPA提取总蛋白,采用BCA蛋白浓度测定试剂盒检测细胞浓度。 随后分离蛋白标本并转移至硝酸纤维素膜上。采用相应一抗稀释液(PCNA、Cyclin D1、Collagen Ⅰ、Collagen Ⅲ、PI3K、AKT、p-PI3K和p-AKT均为1:800稀释)于膜4 ℃下孵育12 h,取出膜再与HRP标记的IgG二抗室温孵育2 h,以ECL化学发光进行显影,使用Image J评估信号强度,采用甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)为内参分别计算PCNA、Cyclin D1、Collagen Ⅰ、Collagen Ⅲ、PI3K、AKT、p-PI3K和p-AKT蛋白的相对表达量。
1.3 统计学方法
采用SPSS 20.0版软件对数据进行统计学分析,以上实验均重复3次,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,多组间差异和2组间差异比较分别采用单因素方差分析、SNK-q检验分析,检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞存活率的影响
采用MTT实验结果显示,相较于0 μmol/L组[(100.00±9.62)%],瘢痕疙瘩成纤维细胞的存活率在80 μmol/L[(80.04±8.11)%]、160 μmol/L[(63.42±6.06)%]、320 μmol/L[(41.38±4.27)%]的党参多糖处理下降低,差异有统计学意义(F=20.769,P=0.000)。因此后续实验选择无明显细胞毒性作用的3个浓度(10、20、40 μmol/L)作为党参多糖加药标准浓度。
2.2 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞克隆形成能力的影响
采用平板克隆实验检测党参多糖对人瘢痕疙瘩成纤维细胞克隆形成能力的影响,结果显示(
表1),10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组细胞克隆形成数相较于0 μmol/L处理组明显减少(
F=68.423,
P=0.000),此外,PCNA的表达在10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组细胞中的表达较0 μmol/L处理组明显下调(
F=78.926,
P=0.000,
图1和
表1);Cyclin D1的表达在10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组细胞中的表达较0 μmol/L处理组也明显下调(
F=45.578,
P=0.000,
图1和
表1),且随党参多糖浓度的升高细胞克隆形成能力、PCNA和Cyclin D1的表达随之降低,具有浓度依赖性。
2.3 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞周期进程的影响
表2结果显示,与0 μmol/L组相比,20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组G
0/G
1期细胞比例升高;与0 μmol/L组相比,20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组G
2/M期细胞比例降低;与10 μmol/L和20 μmol/L组相比,40 μmol/L党参多糖干预组G
0/G
1期细胞比例升高;与10 μmol/L和20 μmol/L组相比,40 μmol/L党参多糖干预组G
2/M期细胞比例降低。以上比较差异均有统计学意义(G
0/G
1期,
F=14.159,
P=0.002;G
2/M期,
F=17.580,
P=0.001)。
2.4 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞中Collagen Ⅰ和Collagen Ⅲ表达的影响
Western blot结果显示,与0 μmol/L组相比,20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅰ的表达下调;与0 μmol/L组相比,20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅲ的表达下调;与10 μmol/L组相比,20 μmol/L和40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅰ的表达下调;与10 μmol/L组相比,20 μmol/L和40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅲ的表达下调;与20 μmol/L组相比,40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅰ的表达下调;与20 μmol/L组相比,40 μmol/L党参多糖干预组细胞中Collagen Ⅲ的表达下调(
图2和
表3)。以上比较差异均有统计学意义(Collagen I,
F=113.600,
P=0.000;Collagen Ⅲ,
F=67.867,
P=0.000)。
2.5 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞凋亡的影响
采用流式细胞术检测党参多糖对人瘢痕疙瘩成纤维细胞凋亡的影响,结果显示(
图3),与0 μmol/L组(6.41±1.23)相比,10(12.94±2.41)、20(18.81±2.73)、40 μmol/L(26.47±4.05)党参多糖干预组细胞凋亡率升高,差异有统计学意义(
F=28.066,
P=0.000),且随党参多糖浓度的升高细胞凋亡率随之升高,具有浓度依赖性。
2.6 党参多糖对瘢痕疙瘩成纤维细胞中PI3K/AKT信号通路激活水平的影响
如
图4和
表4所示,Western blot检测显示,相较于0 μmol/L组,10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预的人瘢痕疙瘩成纤维细胞中p-PI3K的表达升高;相较于0 μmol/L组,10 μmol/L、20 μmol/L、40 μmol/L党参多糖干预的人瘢痕疙瘩成纤维细胞中p-AKT的表达升高;且随党参多糖浓度的升高细胞中p-PI3K和p-AKT的表达随之升高,具有浓度依赖性。以上比较差异均有统计学意义(p-PI3K,
F=72.797,
P=0.000;p-AKT,
F=70.897,
P=0.000)。
3 讨论
瘢痕疙瘩是一种皮肤纤维增生性疾病,通常伴有触觉,疼痛和瘙痒感丧失,以及其他身体和社会心理症状,包括关节活动受限,焦虑,抑郁,自尊心低下等
[9]。瘢痕疙瘩通常在皮肤伤口异常愈合后继发,并以侵入性方式生长,并延伸到原始受伤的组织区域之外。组织病理学检查显示,与正常皮肤相比,瘢痕疙瘩的特征在于成纤维细胞过度增殖,成肌纤维细胞比例增加以及ECM成分(Collagen Ⅰ和Collagen Ⅲ)的过多沉积
[10-11]。ECM胶原蛋白合成的增加被认为与瘢痕疙瘩成纤维细胞的过度活化有关
[12]。尽管使用了多种治疗方式来治疗瘢痕疙瘩,例如局部手术切除结合放疗,激光治疗,冷冻疗法和化学疗法,但临床效果仍不令人满意。由于瘢痕疙瘩切除术后复发率高,经典的抗瘢痕疙瘩药物5-氟尿嘧啶通常在手术后被用作辅助化疗药物
[13]。尽管已开发出各种小分子化合物来改善瘢痕疙瘩治疗的临床结果,但它们的低药效和多种不良副作用仍需要更先进的解决方案。中药治疗作为传统的治疗方法,具有毒副作用小等特点,目前研究已显示其在治疗瘢痕疙瘩中具有巨大的潜力
[14]。例如,Tang ZM等
[15]通过体内和体外研究表明,五倍子软膏通过抑制成纤维细胞增殖和促进成纤维细胞凋亡来抑制瘢痕疙瘩的形成,潜在的机制涉及p-Akt和p-mTOR的下调以及磷酸酶和张力蛋白同源(phosphatase and tensin homolog,PTEN)的上调。白藜芦醇能够抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞增殖和胶原合成,促进细胞凋亡,对瘢痕疙瘩起到治疗的作用
[16]。黄芩素通过促进miR-29的表达并激活p38MAPK/JNK途径减弱瘢痕疙瘩成纤维细胞活力并抑制转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)诱导的总可溶性胶原蛋白以及1型胶原蛋白和α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)的表达,来阻碍瘢痕形成
[17]。本研究中,CPP能够有效抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖和细胞周期进程,并促进细胞凋亡,且可有效抑制胶原蛋白的合成,这些结果提示党参多糖可能用于治疗瘢痕疙瘩。
CPP是一种天然的化合物,存在于中药党参干燥的根中。在过去的十年中,CPP在抗癌治疗中获得了很多关注,因其在抗癌作用中的抗增殖和促凋亡特性而被公认
[18]。早期Xin T等
[19]研究显示,CPP可有效抑制上皮性卵巢癌HO-8910细胞的侵袭和迁移,而且还对肿瘤细胞具有有效的抗增殖作用。最近研究显示,CPP能够抑制人肝癌细胞HepG2的生长和转移,其潜在机制可能与抑制PI3K/AKT通路有关
[7]。已鉴定成纤维细胞不受控制的增殖对于瘢痕疙瘩形成是必不可少的
[20]。瘢痕疙瘩在某种程度上表现出永生地生长,类似于肿瘤组织。在本研究观察到CPP处理可抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖,阻滞细胞周期至G
0/G
1期,抑制胶原蛋白Collagen Ⅰ和Collagen Ⅲ表达,并诱导细胞凋亡,这表明使用CPP治疗瘢痕疙瘩成纤维细胞具有治疗价值。此前,已证明PI3K/AKT信号通路参与细胞增殖,分化,凋亡和葡萄糖转运的调节
[21]。先前已经描述了PI3K/AKT信号传导参与瘢痕疙瘩细胞异常功能中,提示能够有效抑制PI3K/AKT途径的药物可能是瘢痕疙瘩治疗的良好候选药物
[22]。本实验结果发现,CPP干预的瘢痕疙瘩成纤维细胞中PI3K和AKT的磷酸化水平明显降低,暗示CPP可能通过抑制PI3K/AKT通路发挥作用。
总之,CPP通过阻碍PI3K/AKT信号通路的激活抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞增殖、细胞周期进程和ECM相关蛋白的表达,同时,促进细胞凋亡。因此,CPP可能是瘢痕疙瘩的潜在治疗药物,并且可以作为一种新的治疗方向应用于临床。