肝癌为全球第六大癌症,其中肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)在原发性肝癌的占比高达75%,严重威胁人类生命健康
[1]。由于HCC潜伏期长,导致患者常被发现于中晚期,失去手术介入治疗的机会,因此化疗仍是治疗HCC的重要手段之一
[2]。然而,化学药物作用缺乏靶向性,巨大毒副作用常导致患者不能耐受而放弃治疗,因此提高药物对癌细胞靶向选择对癌症的治疗至关重要
[3-4]。奥沙利铂(oxaliplatin,OXA)是晚期HCC的一线治疗药物,被广泛应用于晚期HCC患者的治疗中,但多耐药性和毒副作用限制了其在HCC治疗作用
[5]。
醋柴胡为肝经引经药,其引经作用被历代医家验证
[6]。现代研究认为醋柴胡引经作用与影响药物在肝脏内蓄积有关。研究表明
[7]醋柴胡可促进索拉非尼在小鼠肝脏中的积累。本课题组研究发现,醋柴胡能够促进大黄酸、氧化苦参碱、龙胆苦苷等药物在肝组织分布,同时能够降低其他组织药物含量,促进药物肝靶向性
[8-9]。醋柴胡多糖部位可能是发挥肝靶向增效的主要活性物质,其对细胞膜转运功能的影响可能是靶向增效的关键机制之一
[10-11]。因此,本文从转运蛋白角度探讨醋柴胡多糖与OXA联合用药增效机制,以期为临床治疗HCC提供基础。
1 材料与方法
1.1 细胞与试剂
Huh7细胞株由国家典藏中心提供(武汉大学)、DMEM完全培养基(Gibco,6123209)、胎牛血清(赛尔博克斯生物制品(香港)贸易有限公司,AUS-01S-02)、奥沙利铂注射液(恒瑞医药有限公司,220923BA)、多药耐药相关蛋白-2(multidrug resistance-associated protein 2,MRP2)抗体(Cohesion,CPA1247)、乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein,BCRP)抗体(abcam,GR3229567-8)、Anti-Rabbit IgG H&L(abcam,GR3299244-6)、重组多药耐药相关蛋白-1(multidrug resistance-associated protein 1,MRP1)抗体(abcam,GR3296069-1)、有机阳离子转运蛋白2(organic cation transporter 2,OCT2)抗体(Cohesion,CPA1913)、β-肌动蛋白(beta-actin,β-Actin)抗体(Proteintech,81115-1-RR)、牛血清蛋白(广州威佳科技有限公司,180728)、Western及IP细胞裂解液(碧云天生物,032123230418)
1.2 主要仪器
通用高电流电泳仪(BIO-RAD,美国)、微型离心机(6K,珠海黑马医学仪器有限公司)、高灵敏度化学发光成像仪(BIO-RAD,美国)、酶标仪(Infinite M1000Pro,瑞士)、电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)8800ICP-MS,美国Agilent公司)、生物安全柜(HR40-ⅡA2,青岛海尔特种电器有限公司)、CO2培养箱(WCI-180,维根技术有限公司)
1.3 醋柴胡多提取分离及纯化
醋柴胡药材粉碎,经醇提、水提醇沉、真空冷冻干燥、有机试剂冲洗除杂、Sevag法除蛋白及膜分离系统截流后,得到不同分子量段的醋柴胡多糖,使用DEAE-52纤维素阴离子交换层析柱进行分离纯化,最终得到不同类型的醋柴胡均一多糖,VBCP 3-4为10-100 kDa部位,0.4 M氯化钠洗脱获取的多糖;VBCP 3-3为10-100 kDa部位,0.2 M氯化钠洗脱获取的多糖。
1.4 OXA、VBCP 3-4及VBCP 3-3对Huh7细胞细增殖抑制作用
Huh7细胞以5×103 cells/孔种于96孔板,设置空白组、给药组,孵育48 h,每孔加20 µL MTT溶液(5 mg/mL),避光孵育4 h。弃孔内上清,每孔加入150 μL的DMSO,振荡1 min,490 nm波长处测定吸光度值(absorbance,A),计算各组抑制率。OXA给药组:OXA浓度设置为0、0.19、0.39、0.78、1.56、3.12、6.25、12.50、25、50 μg/mL。VBCP 3-4、VBCP 3-3多糖给药组:多糖浓度设置为0、0.98、1.95、3.91、7.81、15.62、31.25、62.50、125、250 μg/mL。
1.5 噻唑蓝(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)法检VBCP 3-4、VBCP 3-3联合OXA对Huh7细胞的抑制作用
Huh7细胞以5×10
3 cells/孔种于96孔板,设置空白组、OXA单用组、联用组,孵育48 h,每孔加20 µL MTT溶液(5 mg/mL),避光孵育4 h。弃孔内上清,每孔加入150 μL的DMSO,振荡1 min,490 nm波长处测定A值,计算各组抑制率,使用CompuSyn软件计算联用指数(combination index,CI)。CI指数<1为协同增效作用,CI指数≥1则无协同增效作用
[12]。联用组:OXA与VBCP 3-4联用比例为1∶5,OXA终浓度为:0.78、1.56、3.12、6.25、12.50 μg/mL,相应VBCP 3-4终浓度为:3.90、7.81、15.62、31.2、62.50 μg/mL;OXA与VBCP 3-3联用比例为1∶5,OXA终浓度为:0.20、1.56、3.12、6.25、12.50 μg/mL,相应VBCP 3-4终浓度为: 0.98、7.81、15.62、31.2、62.50 μg/mL。单用组:OXA、VBCP 3-4、VBCP 3-3浓度设置分别为联用组别中相应浓度。
1.6 VBCP 3-4对OXA细胞摄取影响
1.6.1 ICP-MS方法学考察
收取空白细胞,加入OXA标准溶液置于消解管中,制备低(0.97 ng/mL)、中(3.90 ng/mL)、高(15.81 ng/mL)浓度质控样品,加入5 mL浓硝酸室温静置1 h,盖上密封盖,置于微波消解仪中消解,后续进行除酸,使用2%硝酸定容至10 mL,混匀,上机进行准确度、精密度、精密度、回收率、专属性及稳定性方法学考察。
ICP-MS具体参数如下:ICP-MS载气氩气(纯度为99.99%),八极杆RF:160 V,氦气流速:5 mL/min,Q1偏转电压:-4 V,Q1预过滤偏转电压:-38 V,偏转电压:-38 V,蠕动泵转速:0.5 rps,提取透镜2:-200 V,Omega偏转电压:-100 V,Omega透镜电压:9.8 V,能量歧视:5 V
[13]。
1.6.2 细胞给药及OXA含量检测
Huh7细胞以5×106个/孔种于皿中,待细胞长至80%~90%进行给药,设置OXA单用高剂量组(6.25 μg/mL)、OXA单用低剂量组(3.12 μg/mL)、联用高剂量组(多糖与OXA浓度分别为31.25、6.25 μg/mL)、联用低剂量组(多糖与OXA浓度分别为15.62、3.12 μg/mL),分别在2、4、6、8 h收取细胞,按照“1.6.1”方法处理样品,检测Pt元素的含量。
1.7 免疫印迹实验检测VBCP 3-4联用OXA对Huh7细胞转运蛋白的影响
Huh7细胞以3×106个/孔种于6孔板,分为空白组、OXA单用高剂量组(6.25 μg/mL)、OXA单用低剂量组(3.12 μg/mL)、联用高剂量组(多糖与OXA浓度分别为31.25、6.25 μg/mL)、联用低剂量组(多糖与OXA浓度分别为15.62、3.12 μg/mL),给药4 h后,弃去各组孔中上清液,PBS清洗2遍,加入WB及IP细胞裂解液裂解细胞,蛋白变性后进行免疫印记实验。
1.8 免疫印迹实验检测VBCP 3-4对Huh7细胞转运蛋白的影响
Huh7细胞以3×106个/孔种于6孔板,24 h后给药,设置空白组、VBCP 3-4高剂量组(40 μg/mL)、中剂量组(20 μg/mL)、低剂量组(10 μg/mL),给药24 h后,弃去各组孔中上清液,PBS清洗2遍,加入WB及IP细胞裂解液裂解细胞,蛋白变性后进行免疫印记实验。
1.9 统计学方法
实验数据用GraphPad Prism 2021软件进行,符合正态分布的计量资料用均数±标准差(x±s)表示。数据采用单因素方差分析,满足方差齐性采用LSD法进行多重比较,方差不齐则用Dunnett T3法进行多重比较。非正态分布的计量资料使用四分位数[Md (P 25,P 75)]表示。检验水准α=0.05,以P<0.05认为差异具有统计学意义。
2 结 果
2.1 VBCP 3-4、VBCP 3-3基本结构信息
VBCP 3-4、VBCP 3-3是前期课题组从水提取醋柴胡多糖中分离纯化得到的均一多糖。VBCP 3-4分子量为2 105 kDa,由甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖组成,其摩尔百比为1.26∶5.74∶72.80∶1.88∶3.88∶8.43;VBCP 3-3分子量为3 565 kDa的杂多糖,由甘露糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖组成,其摩尔百分比为6.21∶6.52∶4.13∶4.06∶23.44∶55.65。
2.2 OXA、VBCP 3-4、VBCP 3-3对Huh7细胞的增殖抑制作用
考察OXA、VBCP 3-4、VBCP 3-3单独给药对Huh7细胞的增殖抑制作用的影响,以确定合适的联用剂量区间及剂量配比。如
图1A所示,系列浓度OXA作用于Huh7细胞后,随着OXA浓度的增加,抑制率逐渐增强,OXA在50.00 μg/mL的浓度范围内抑制率在0.00%~69.04%之间,其浓度高于25.00 μg/mL时,对细胞生长的抑制作用明显增强,因此后续实验选择12.5 μg/mL为最高浓度。如
图1B、C所示,随着浓度的增大,VBCP 3-4、VBCP 3-3对Huh7细胞抑制率逐渐增强,抑制率为0.00%~25.00%,VBCP 3-4对Huh7细胞的抑制作用稍强于VBCP 3-3,后续选择最高浓度为62.5 μg/mL进行实验。
2.3 VBCP 3-4联用OXA对Huh7细胞的增殖抑制作用
由
图2A可见,空白组Huh7细胞增殖正常,而进行OXA单独及联合给药后Huh7细胞增殖受到抑制,联合给药组抑制效果优于单用组;与OXA单用组相比联用组对Huh7细胞的抑制率增加,12.500、6.250、3.125 μg/mL浓度下,OXA联用组对Huh7细胞增殖抑制作用明显高于OXA单用组(
P=0.000,
P=0.000,
P=0.000),抑制率增加百分比分别为45.90%、25.62%、11.79%,见
图2B;由
图2C可见,系列浓度联用指数CI<1,提示具有协同增效作用,CI曲线呈现出剂量依赖性,具体数值见
表1。
2.4 VBCP 3-3联用OXA对Huh7细胞的增殖抑制作用
由
图3A可见,与OXA单用组相比联用组对Huh7细胞的抑制率增加,12.500、6.250、3.125、1.563 μg/mL浓度下,OXA联用组对Huh7细胞增殖抑制作用显著高于OXA单用组(
P=0.000、
P=0.000、
P=0.000、
P=0.000),抑制率增加百分比分别为27.90%、58.57%、56.37%、45.09%;由
图3B可见,系列浓度联用指数CI<1,提示具有协同增效作用,CI曲线呈现出剂量依赖性,具体数值见
表2。
2.5 VBCP 3-4对OXA细胞摄取影响
方法学考察结果显示:Pt元素的回收率为97.89%~109.59%,准确度为1.54%~6.45%,日内精密度为2.45%~4.86%,日间密度为2.73%~4.60%,反复冻融稳定性为1.45%~4.38%,符合体内分析要求。
对VBCP 3-4联用增效机制进行研究,结果如
图4所示,随着时间的增加OXA在Huh7细胞内的含量逐渐增加,与单用低剂量组相比联用低剂量组在2 h、4 h、6 h、8 h摄取率分别为:6.93%、29.02%、17.19%、6.83%,与单用高剂量组相比联用高剂量组在2 h、4 h、6 h、8 h摄取率分别为:10.42%、43.43%、19.02%、12.33%,单用组与联用组相比具与统计学差异(
F=8141.028,
P=0.000);细胞对OXA的相对摄取率在4 h达到最高,高剂量联用组与低剂量联用组在4 h的摄取具有显著性差异(
F=11 610.718,
P=0.000),具有浓度依赖性。实验表明VBCP 3-4可以促进OXA的摄入,并在4 h达到相对摄取峰值。
2.6 VBCP 3-4联用OXA对Huh7细胞转运蛋白的影响
如
图5所示,相比空白对照组,高、低剂量OXA都能够明显上调Huh7细胞中MRP2蛋白的表达量(
F=17.473,
P=0.001,
P=0.008),上调幅度为18.11%、25.00%,VBCP 3-4高、低剂量联用OXA明显降低MRP2蛋白表达(
P=0.000,
P=0.049),降低幅度分别为47.38%、15.18%;OXA高、低剂量组能够上调MRP1蛋白的表达量,上调幅度28.51%、39.70%(
F=30.390,
P>0.05、
P=0.015),VBCP 3-4高、低剂量联用OXA明显降低MRP1蛋白表达(
P=0.000,
P=0.000),降低幅度分别为64.96%、34.63%;OXA对BCRP的表达差异无统计学意义,VBCP 3-4高、低剂量联用OXA明显降低了BCRP蛋白表达,高剂量差异有统计学意义(
F=13.364,
P=0.020),降低幅度为29.00%;OXA能够一定程度上抑制OCT2蛋白的表达,VBCP 3-4高、低剂量联用OXA对OCT2蛋白表达差异无统计学意义。
2.7 VBCP 3-4对Huh7细胞转运蛋白的影响
后续本研究进一步考察VBCP 3-4单独给药对转运蛋白表达的影响。如
图6所示,与空白组相比高、中、低VBCP 3-4都可以下调MRP2、MRP1蛋白的表达,高剂量差异有统计学意义(
F=9.158,
P=0.004、
F=5.122,
P=0.005),下调幅度为24.91%和20.79%;不同计量浓度VBCP 3-4也可以下调BCRP蛋白的表达,高、中剂量具有统计学差异(
H=10.116,
P=0.003,
P=0.030),下调幅度分别为15.02%、13.92%。
3 讨 论
OXA是烷化剂类抗肿瘤药物,通过产生水化衍生物作用于DNA,形成链内和链间交联,从而抑制DNA的合成,产生细胞毒性作用
[14]。只有足够的胞内蓄积量,OXA才能发挥细胞毒性,进而达到杀死肿瘤细胞的效果。然而,抗肿瘤药物的细胞毒性作用常常诱导细胞膜上外排型药物转运体的表达,促进药物外排,导致肿瘤细胞耐药性产生,影响治疗效果
[15-16]。除此之外OXA靶向性差,临床使用损伤机体造血系统、肝肾、神经系统,神经毒性发生率高达90%
[17]。因此,增加肿瘤内药物浓度,逆转耐药性,提高药物靶向性是提高药效的关键。
醋柴胡多糖具有增效拉米夫定抗乙肝病毒的作用
[18],可能增加OXA抗肝癌的效果,因此选择了分子量较小的4部位分离得到的多糖VBCP 3-4、VBCP 3-3。VBCP 3-4、VBCP 3-3多糖增效活性未显示出明显差异,且VBCP 3-4得率明显高于VBCP 3-3,因此后续进行VBCP 3-4增效活机制探索
[19]。研究发现,VBCP 3-4可明显增加OXA抗细胞增殖活性,最高可增加至145.90%。那么这种增效作用是否与其增加肿瘤细胞内药物浓度有关呢?接着,本研究使用ICP-MS测定OXA胞内浓度,对VBCP3-4增效途径进行探索。结果显示醋柴胡多糖VBCP 3-4可以促进Huh7细胞对OXA的摄取,说明VBCP 3-4发挥协同增效途径可能是通过影响OXA在细胞内累积实现的。药物浓度受细胞表面存在的转运蛋白表达的影响。MRP1、MRP2、OCT2是OXA转运底物
[20-21],据报道MRP1、MRP2蛋白高表达导致OXA在细胞内的减少
[22],因此本研究考察了单用与联用情况下细胞膜表面上述转运蛋白表达。结果显示,OXA可以促进Huh7细胞中MRP1、MRP2蛋白表达,下调OCT2表达,与VBCP3-4联用能够明显抑制MRP1和MRP2蛋白表达,对OCT2蛋白的表达没有显著影响。据报道,无论化疗药物是否为BCRP底物,BCRP表达都是药物反应不良的生物标志物
[21]。其他研究也同样证明,BCRP mRNA表达经常与预后不良相关
[22]。OXA对Huh7细胞株BCRP蛋白的表达无影响,但OXA联用VBCP 3-4联用后,BCRP蛋白表达量明显下调。阻断BCRP介导的主动外排可能对癌症治疗有帮助,这提示VBCP 3-4增效机制也可能与影响转运蛋白BCRP表达有关。进一步探索VBCP 3-4单独作用Huh7细胞后发现,VBCP 3-4能够明显下调MRP1、MRP2、BCRP蛋白表达。以上实验结果提示醋柴胡多糖VBCP 3-4可能是通过抑制外排型转运蛋白MRP1、MRP2、BCRP表达,促进Huh7细胞摄入OXA,提高胞内有效浓度来实现增效作用。
本研究从细胞水平探讨了醋柴胡多糖VBCP 3-4联用OXA增效活性及增效机制,后续应开展动物实验进行验证。
广东省科技计划资助项目(2023B1212060063;2021A1515110846)