根据国家癌症中心发布的数据显示,癌症已经成为我国人口死亡的主要原因
[1]。乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤,治疗策略因分子亚型而异,主要包括局部区域(手术和放射治疗)和全身治疗(化疗、激素受体阳性疾病的内分泌治疗等)两种
[2‑4];在目前的治疗方法下,绝大部分早期非转移性乳腺癌患者有被治愈的希望,而伴有远处器官转移的晚期患者其治愈难度明显增加
[5,6]。近年来,传统中医药在抗肿瘤、抗肿瘤复发转移、逆转耐药、调控免疫等方面显示了其优越性,还可预防和治疗肿瘤的心肌毒性,其多途径、多靶点的特征更能实现系统性的治疗
[7,8]。
菟丝子为旋花科植物南方菟丝子(
Cuscuta australis R. Br.)或菟丝子(
Cuscuta chinensis Lam.)的干燥成熟种子,现代药理学研究表明,菟丝子具有抗衰老、免疫调节、保肝、降血糖、调节生殖内分泌激素水平等作用
[9,10]。菟丝子及其复方能防止体内细胞癌变,抑制致癌物质产生,促进免疫细胞再生,增强机体自身抗癌能力
[11,12]。
B淋巴细胞瘤‑2(B‑cell lymphoma‑2,Bcl‑2)与Bcl‑2相关X蛋白(Bcl‑2 associated X protein,Bax)分别是凋亡家族中抑制凋亡和促进凋亡的代表蛋白,二者的相对平衡是细胞内稳态的关键,Bax/Bcl‑2的高比例常被认为是促进细胞凋亡发生的重要条件
[13]。磷脂肌醇3激酶(PI3K)一旦激活会促进3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)的生成,进而诱导丝氨酸‑苏氨酸蛋白激酶(AKT)磷酸化为p‑AKT,促进细胞存活和增殖
[14]。抑制PI3K/AKT信号通路传导可升高Bax/Bcl‑2比率来调节线粒体功能,诱导细胞凋亡
[15]。课题组前期研究表明,菟丝子醇提物可明显抑制荷瘤小鼠肿瘤的生长,对菟丝子醇提物化学成分进行UPLC/Q‑TOF‑MS分析,得到46个候选化合物
[16]。在前期研究的基础上,本研究通过体外培养5种肿瘤细胞株,对菟丝子有效抗肿瘤部位进行筛选,初步研究其抗乳腺癌的机制。为开发菟丝子成为治疗乳腺癌的临床新药提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
人乳腺癌细胞(MCF‑7)、人胃癌细胞(SGC‑7901)、人肝癌细胞(HepG‑2)、人宫颈癌细胞(Hela)、人肺癌细胞(A549)购于中国科学院上海细胞库。菟丝子(黑龙江省萝北县菟丝子种植基地),经哈尔滨商业大学药学院鉴定为旋花科植物菟丝子(Cuscuta chinensis Lam) 的干燥成熟种子。Annexin V‑FITC/PI细胞凋亡检测试剂盒(大连美仑生物技术有限公司,批号:MA0220);5‑氟尿嘧啶(5‑FU)(阿拉丁);MTT、PMSF(自兰杰柯科技有限公司,批号分别为BL186‑250、BL507A‑8);Matrix‑Gel™基质胶、Bradford 蛋白定量试剂盒、5×蛋白还原型上样缓冲液(上海碧云天生物科技有限公司,批号:081423230816、022521210525、070121211012);蛋白Marker(广州赛国生物科技有限公司,批号:01146562);PI3K、AKT、p‑AKT、Bcl‑2、Bax、GAPDH(万类生物科技有限公司,批号分别为NO3073380、NO4220003、NO4294074、NO4261556、NO4071637、NO4161114);p‑PI3K(北京博奥森生物技术有限公司,批号:BJ07207167);HR标记山羊抗兔(北京博奥森生物技术有限公司,批号:BJ08079044)。ECO‑170P‑230型二氧化碳培养箱(美国NBS公司);CX21型倒置显微镜(日本OLYMPUS公司);MLS‑3781L‑P型高压蒸汽灭菌锅(日本panasonic公司);iMark型酶标仪(深圳市广深德仪器制造有限公司);DYY‑7C型电泳仪(北京市六一仪器厂);Guava easyCyte型流式细胞仪(美国Luminex公司)。
1.2 方法
1.2.1 菟丝子不同提取部位的制备
取菟丝子,粉碎,分别以水、35%、55%、75%、95%乙醇为溶剂,浸泡过夜(料液比1∶10),各提取3次,微沸,每次1 h,合并滤液,分别浓缩旋蒸得水和不同浓度醇提物浸膏;95%醇提物浸膏用正丁醇、乙酸乙酯、氯仿分别萃取4次,合并萃取液,浓缩即得正丁醇、乙酸乙酯、氯仿浸膏。见
图1。
1.2.2 菟丝子不同提取部位对5种肿瘤细胞增殖的影响
取对数生长期的MCF‑7、SGC‑7901、HepG ‑2、Hela、A549细胞,调整密度为1×105个/mL,接种于96孔板,每孔100 μL,另设空白对照组,各组设置3个复孔,培养24 h后,空白对照组中加入完全培养基,给药组加入含有菟丝子各个提取部位不同药物浓度的培养基,阳性对照组加入含有5‑FU的培养基;72 h后,每孔加入20 μL MTT(5 mg/mL )溶液,继续培养4 h,弃上清,加入DMSO后,避光震荡10 min,使用酶标仪于490 nm波长处检测各孔的吸光度(A490)值;计算药物作用于5种细胞株的半数抑制浓度(IC50)。
1.2.3 MCF‑7细胞形态学观察
取对数生长期的MCF‑7细胞,按照1×105/mL接种于6孔板中,每孔1 mL,培养24 h,待细胞完全贴壁后,加入含有400、800、1 200 µg/mL菟丝子95%醇提物[低(L)、中(M)、高(H)剂量组]的无血清培养基1 mL,同时设置空白对照组(control)、阳性药组(5‑FU,50 µg/mL);37 ℃、5%CO2培养箱中培养24、48 h,于倒置显微镜下观察细胞形态变化。
1.2.4 划痕实验检测MCF‑7细胞迁移能力
将MCF‑7细胞按照1×106个/mL接种于6孔板,每孔1 mL。当每孔细胞长至完全融合,用200 µL无菌枪头垂直在单层细胞上划痕,PBS清洗,去除漂浮细胞,按照“1.2.3”项下方法给药,分别在药物作用0、24、48 h后用倒置显微镜在同一位置拍照,ImageJ软件测量划痕面积,计算细胞划痕愈合率。
1.2.5 Transwell实验检测MCF‑7细胞侵袭能力
将MCF‑7细胞(1×106个/mL)接种于6孔板中,培养24 h,按照“1.2.3”项下方法给药,药物作用48 h后,收集各组细胞于无血清培养基中,调整细胞密度为5×106个/mL,Transwell小室内加200 µL细胞悬液,24孔板下室中加500 µL含10% FBS的培养液,培养48 h后,取出小室,棉签擦去上室细胞,固定染色。显微镜下观察并计数,每个小室随机选择3个不重叠视野计数。
1.2.6 流式细胞仪检测MCF‑7细胞凋亡
取对数生长期的MCF‑7细胞,以1×106个/mL接种于6孔板,培养24 h后,按照“1.2.3”项下方法给药,药物作用48 h后,弃去培养基,胰酶消化收集细胞。Binding buffer工作液重悬细胞,每组加入5 µL Annexin V‑FITC和PI染液对细胞进行染色,避光染色15 min,加入400 µL Binding buffer,尼龙网滤过,采用流式细胞仪检测,计算细胞凋亡率。
1.2.7 Western blot法检测细胞蛋白表达
按照“1.2.3”项下方法对细胞进行给药,48 h后,收集细胞,加入细胞裂解液,于100 ℃恒温仪中裂解10 min,提取总蛋白,用BCA试剂盒进行蛋白定量。蛋白样品经十二烷基硫酸钠‑聚丙烯酰胺凝胶电泳,转至PVDF膜,封闭2 h后分别孵育一抗与二抗,加入ECL显影成像,分析条带灰度值,计算各组蛋白相对表达量。
1.3 统计学处理
数据分析用SPSS Statistics 21.0 软件进行处理。各组计量资料结果以表示,组间比较采用单因素方差分析,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 菟丝子不同提取部位制备
水提物得膏率为28.19%,35.00%、55.00%、75.00%、95.00%乙醇提物得膏率依次为26.59%、20.16%、18.24%、14.81%,正丁醇部位提取物得膏率为6.27%,乙酸乙酯部位提取物得膏率为6.40%,氯仿部位提取物得膏率为6.09%。
2.2 菟丝子不同提取部位对5种肿瘤细胞增殖抑制作用
菟丝子提取物对5种肿瘤细胞株的活性抑制顺序为:MCF‑7>HepG‑2>SGC‑7901>A549>Hela;其中,菟丝子氯仿、95%醇提物对各肿瘤细胞株的增殖抑制作用优于其他提取部位。由于氯仿试剂本身具有一定的毒性,考虑在药物提取时有氯仿残留,且得膏率极低,菟丝子95%醇提物对MCF‑7细胞的IC
50值为738 μg/mL,因此选择菟丝子95%醇提物,MCF‑7肿瘤细胞株作为后续实验研究对象。见
表1。
2.3 倒置显微镜观察MCF‑7细胞形态学变化
Control细胞呈正常形态生长,呈椭圆形,细胞间隙小且贴壁成团生长;与Control相比,各给药组作用24、48 h后,大多数细胞形态由长梭形变为圆形,固缩,细胞团内相邻细胞间的间隙加大,并呈时间、剂量相关性。见
图2。
2.4 划痕试验检测MCF‑7细胞的迁移能力
与Control相比,400、800、1 200 μg/mL的菟丝子95%醇提物明显抑制MCF‑7细胞迁移能力(
P<0.05),并呈时间、剂量相关性。见
图3、
4。
2.5 Transwell侵袭实验检测细胞侵袭能力
与Control相比,400、800、1 200 μg/mL的菟丝子95%醇提物可明显抑制MCF‑7细胞侵袭能力(
P<0.01),并呈时间、剂量相关性,见
图5。
2.6 流式细胞仪检测MCF‑7细胞凋亡
与Control相比,400、800、1 200 μg/mL的菟丝子95%醇提物明显促进MCF‑7细胞凋亡(
P<0.01),呈时间、剂量相关性,见
图6。
2.7 Western blot法检测MCF‑7细胞相关蛋白表达
与Control比较,400、800、1 200 μg/mL的菟丝子95%醇提物明显降低MCF‑7细胞内p‑PI3K、p‑AKT、Bcl‑2蛋白含量(
P<0.01),升高Bax蛋白含量(
P<0.05),使细胞内Bax/Bcl‑2比值也明显上升(
P<0.05),呈剂量相关性,见
图7。
3 讨论
2020年,乳腺癌首次取代肺癌,成为发病率最多的癌症
[17,18]。我国乳腺癌发病人数每年超过160万,死亡人数高达120万,发病率和死亡率持续上升,对女性生命健康造成了严重威胁
[18,19]。乳腺癌的诱因包括患者年龄、乳腺增生、高脂饮食、乳腺癌家族史、饮酒等
[20]。目前治疗乳腺癌主要以手术、药物化疗、放射治疗等一些新辅助治疗等综合治疗方法为主,但常伴有恶心、呕吐、脱发、记忆力下降、认知功能障碍等严重不良反应,患者在承受癌症痛苦的同时还要忍受不良反应
[21],增添了心理压力、带来二次伤害
[22]。近年来随着中医药的发展,中药抗肿瘤作用受到广泛关注。菟丝子作为我国传统的补益类中药,具有补益肝肾、固精缩尿、安胎、明目之功效
[23‑25],课题组前期初步研究表明菟丝子具有一定的抗肿瘤作用,但其抗乳腺癌的作用机制尚不完全明确。本研究基于体外药效实验筛选菟丝子抗肿瘤有效部位为氯仿提取物及95%醇提物,其相对敏感细胞株为MCF‑7,由于氯仿得膏率低、低毒、为可疑致癌物,后续研究选取95%醇提取部位,对其抗乳腺癌作用机制进一步探索。
PI3K/AKT信号通路参与细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭等过程
[26],在乳腺癌多种病理变化中起着重要作用
[27,28]。PI3K作为一种脂质激酶存在于细胞质中,可被受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTKs)激活,导致3,4磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)转化为3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3),进一步激活AGC家族的AKT募集到细胞膜上,在多个位点被多种蛋白激酶磷酸化进入细胞质中,激活下游底物,参与细胞凋亡等途径
[29,30]。
细胞凋亡途径包括外源性(死亡受体介导凋亡)信号通路和内源性(细胞线粒体介导凋亡)信号通路,其中细胞线粒体介导凋亡途径主要通过调节Bcl‑2、Bax等Bcl‑2蛋白家族的表达,破坏线粒体膜促进胞内释放CytC,从而激活下游促凋亡基因
Caspase‑3,产生Caspase级联反应
[31,32]。Western blot结果显示,菟丝子95%醇提物可明显下调MCF‑7细胞内p‑PI3K、p‑AKT、Bcl‑2蛋白表达(
P<0.01),上调Bax表达(
P<0.05),升高Bax/Bcl‑2比值(
P<0.05),可能通过介导PI3K/AKT信号通路,启动细胞的内源性凋亡途径,促进MCF‑7细胞凋亡。
本研究发现,菟丝子95%醇提取物能更好的抑制MCF‑7细胞增殖,作用机制可能与介导PI3K/AKT信号通路调控下游Bcl‑2、Bax蛋白表达,启动线粒体介导的凋亡途径有效。菟丝子抗肿瘤作用的药效物质基础有待于进一步的探究。
作者贡献度说明:
宋辉、孙向明:文章撰写;单文猜、汤静:完成实验;王玉涵、黄晓俏、郎朗:数据处理分析;于蕾、汲晨锋:手稿修改、润色、最终审核。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
黑龙江省自然科学基金项目(LH2024H036)
黑龙江省“双一流”学科协同创新成果项目(LJGXCG2024‑P33)
黑龙江省博士后项目(LBH‑Z20023)
黑龙江省中医药管理局中医药科研课题项目(ZHY2024‑098)