史曉艷 陳駿 車團(tuán)結(jié) 白德成 何祥一
(1.蘭州大學(xué)口腔醫(yī)院 修復(fù)科;2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)院 細(xì)胞與分子生物學(xué)實驗室;3.蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 甘肅省新藥臨床前研究重點實驗室,蘭州 730000)
口腔黏膜癌是常見的口腔惡性腫瘤,占男性全身癌的8%,女性全身癌的4%,其中舌癌是最常見的口腔癌[1]。傳統(tǒng)的手術(shù)治療、放射及化學(xué)療法尚存在許多不足之處,而應(yīng)用微生物法預(yù)防和治療腫瘤是口腔醫(yī)學(xué)的研究熱點之一。嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus,L.acidophilus)屬于乳酸桿菌屬[2],是口腔中的正常菌群之一,在唾液中可以分離到。引起舌癌的致病因素非常多。研究[3]證實:舌癌患者口腔微生態(tài)平衡失調(diào),可能導(dǎo)致舌癌的發(fā)生。研究[4-5]表明:L.acidophilus在抗變異原性、防癌抗癌和增強(qiáng)機(jī)體免疫力方面均發(fā)揮了重要作用。
本研究通過體外培養(yǎng)人舌癌細(xì)胞株Tca8113,研究L.acidophilus對Tca8113增殖的影響,并從誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡及細(xì)胞內(nèi)自由基、Ca2+含量角度,初步探討其抗癌機(jī)制,為應(yīng)用L.acidophilus輔助治療口腔癌提供實驗依據(jù)。
L.acidophilus ATCC 4356由四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院惠贈;人舌癌細(xì)胞株Tca8113購自中國科學(xué)院上海藥物研究所;磺酰羅丹明B(sulforhodamine B,SRB)(Sigma公司,美國);Fluo-3/AM、2’,7’-二氯二氫熒光素二乙酯(2’,7’-dichlorofluorescin diacetate,D-399)、碘化丙啶(propidium iodide,PI)(Molecular probes公司,美國);分析純二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)購自北京金亞奧國際貿(mào)易有限公司;新生小牛血清(杭州四季青生物工程材料有限公司);RPMI 1640細(xì)胞培養(yǎng)液、胰蛋白酶(Gibco公司,美國);其余試劑均為市售分析純產(chǎn)品。TCS SP2型激光掃描共聚焦顯微鏡(confocal laser scanning microscope,CLSM)(Leica公司,德國);酶聯(lián)免疫反應(yīng)檢測儀(酶標(biāo)儀)、JY92-Ⅱ型超聲細(xì)胞粉碎機(jī)(上海分析儀器廠)。
1.2.1L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物的制備 L.acidophilus在37℃條件下厭氧培養(yǎng)48 h,3 600 r·min-1離心15 min,用0.22 μm濾膜過濾2次以除菌,得上清液。收集菌體,于65℃水浴熱滅活30min,光鏡和電鏡下觀察,要求細(xì)菌的形態(tài)和結(jié)構(gòu)正常;再經(jīng)Rogasa選擇性培養(yǎng)基37℃厭氧培養(yǎng)至1周無細(xì)菌生長,PBS洗滌3次后調(diào)整菌密度至1×109CFU·mL-1,即為L.acidophilus滅活菌液[6]。未經(jīng)熱滅活處理的L.acidophilus菌液調(diào)整密度至1×109CFU·mL-1,經(jīng)超聲冰浴破碎,10 000 r·min-1離心10 min后所得上清液即為無細(xì)胞提取物[7]。
1.2.2 實驗分組 原液組:L.acidophilus上清液組、滅活菌液組和無細(xì)胞提取物組;倍比稀釋組:RPMI 1640細(xì)胞培養(yǎng)液4倍、16倍倍比稀釋原液組。本文的原液組與倍比稀釋組分別用1×、4×、16×表示,并設(shè)3個平行組。加入等量的完全培養(yǎng)液(含10%新生小牛血清的RPMI 1640細(xì)胞培養(yǎng)液)為對照組。
1.2.3 Tca8113細(xì)胞培養(yǎng) 用含10%小牛血清的RPMI 1640細(xì)胞培養(yǎng)液在37℃、5%CO2孵箱中培養(yǎng)Tca8113細(xì)胞。
1.2.4 細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察及細(xì)胞計數(shù) 用完全培養(yǎng)液調(diào)整細(xì)胞密度至每毫升5×104個,接種于6孔板,每孔2 mL。24 h細(xì)胞完全貼壁進(jìn)入對數(shù)生長期后,加入L.acidophilus上清液組、滅活菌液組、無細(xì)胞提取物組,每個實驗組再按不同的倍比稀釋度設(shè)3個亞組(1×、4×、16×),每個亞組設(shè)3個復(fù)孔,每孔200 μL。置于培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)24、48、72 h后取出,胰酶消化后進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)。
1.2.5 SRB法測定Tca8113細(xì)胞抑制率 將處于對數(shù)生長期的Tca8113細(xì)胞以每毫升5×104個的密度接種于96孔培養(yǎng)板中,每孔200 μL。實驗分兩組:1)將不同稀釋度的L.acidophilus上清液組、滅活菌液組、無細(xì)胞提取物組(倍比稀釋度:1×、4×、16×)加入細(xì)胞中,每個稀釋度設(shè)4個復(fù)孔,每孔20 μL,并設(shè)對照組,37℃培養(yǎng)48 h;2)將未稀釋的L.acidophilus上清液、滅活菌液和無細(xì)胞提取物組加入細(xì)胞中,每組設(shè)4個復(fù)孔,每孔20 μL,并設(shè)對照組,37℃分別培養(yǎng)24、48、72 h。培養(yǎng)完成后用三氯醋酸固定細(xì)胞1 h,去離子水洗5遍,晾干,每孔加入100 μL SRB液,室溫放置10 min,再用1%醋酸液洗5遍,晾干,每孔加入150 μL非緩沖Tris堿液(pH=10.5),于酶標(biāo)儀上檢測515 nm波長處的光密度(optical density,OD)值。細(xì)胞抑制率=(對照組OD值-實驗組OD值)/對照組OD值×100%。
1.2.6 上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物對Tca8113細(xì)胞周期的影響 將Tca8113細(xì)胞置于10 mL完全培養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h,細(xì)胞貼壁進(jìn)入對數(shù)生長期后,加入1 mL未經(jīng)稀釋的上清液、滅活菌液和無細(xì)胞提取物,另設(shè)對照組,每組設(shè)3個平行組,48 h后用胰酶消化收集的細(xì)胞,采用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞周期變化,分析G0及G1(G0/G1)期、S期、G2及M(G2/M)期細(xì)胞百分?jǐn)?shù)。細(xì)胞增殖指數(shù)(cell proliferation index,CPI)=(S+G2/M)/(G0/G1+S+G2/M)×100%。
1.2.7 Tca8113細(xì)胞內(nèi)自由基的檢測 將處于對數(shù)生長期的Tca8113細(xì)胞以每毫升5×104個接種于CLSM專用培養(yǎng)板,每孔400 μL,待細(xì)胞貼壁后加入1.6 mL完全培養(yǎng)液,將未經(jīng)稀釋的上清液、滅活菌液和無細(xì)胞提取物加入細(xì)胞中,每組設(shè)3個復(fù)孔,每孔200 μL,并設(shè)對照組,37℃培養(yǎng)48 h后,棄培養(yǎng)液加入新鮮的完全培養(yǎng)液50 μL于培養(yǎng)板中,加入10 μg·mL-1氧自由基特異性熒光探針D-399 50 μL,37℃避光負(fù)載45 min,PBS液洗3次,CLSM檢測細(xì)胞內(nèi)的自由基,激發(fā)光波長488nm,發(fā)射光波長520 nm,以熒光強(qiáng)度表示自由基的量。
1.2.8 Tca8113細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+檢測 細(xì)胞培養(yǎng)和實驗分組同1.2.7,37℃培養(yǎng)48 h后,棄培養(yǎng)液加入新鮮完全培養(yǎng)液50 μL于培養(yǎng)板中,加入10 μmol·mL-1的Ca2+特異性熒光探針Fluo-3/AM 50 μL,37℃避光負(fù)載45 min,PBS液洗3次。CLSM檢測細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+,激發(fā)光波長480 nm,發(fā)射光波長530 nm,以熒光強(qiáng)度表示細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量。
采用SPSS 11.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理,計量數(shù)據(jù)用±s描述,多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析,檢驗水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。
倒置顯微鏡下觀察Tca8113細(xì)胞形態(tài)的變化見圖1。經(jīng)不同稀釋度的L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用后,原液組對Tca8113細(xì)胞的影響最大,48h后,Tca8113細(xì)胞的形態(tài)改變最為明顯,到72 h,上清液組大部分細(xì)胞處于死亡狀態(tài),細(xì)胞漂浮。因此,筆者選擇48 h原液組進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)學(xué)的觀察記錄。觀察發(fā)現(xiàn):48h后,細(xì)胞由菱形、多角形、鋪路石狀變?yōu)榧?xì)長形。與滅活菌液組(圖1c)、無細(xì)胞提取物組(圖1d)相比,上清液組(圖1b)的細(xì)胞數(shù)目最少。
當(dāng)作用時間同為48 h時,經(jīng)細(xì)胞計數(shù)發(fā)現(xiàn):倍比稀釋(1×、4×、16×)的上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物均可抑制Tca8113細(xì)胞的增殖;未經(jīng)稀釋(1×)的上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物的抑制力最強(qiáng),隨著稀釋度的增加,抑制力減弱(圖2)。培養(yǎng)不同時間后,經(jīng)細(xì)胞計數(shù)發(fā)現(xiàn):L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞24、48、72 h后,均可抑制細(xì)胞增殖,其中上清液的抑制力最強(qiáng),時間越長抑制力越明顯(圖3)。
L.acidophilus各組作用時間同為48 h時,SRB法檢測Tca8113細(xì)胞增殖率的結(jié)果見表1:與細(xì)胞計數(shù)一致,未經(jīng)稀釋(1×)的上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物對Tca8113細(xì)胞的抑制力最強(qiáng),隨著稀釋度的增加,抑制力減弱,與對照組比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。L.acidophilus上清液、滅活菌液和無細(xì)胞提取物分別作用24、48、72 h后,SRB法檢測Tca8113細(xì)胞增殖率的結(jié)果見表2:與細(xì)胞計數(shù)一致,上清液組在72 h時抑制力最強(qiáng),與對照組比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。
表 1 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后對細(xì)胞增殖的影響Tab 1 The effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell proliferation of Tca8113 after 48 h ±s
表 1 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后對細(xì)胞增殖的影響Tab 1 The effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell proliferation of Tca8113 after 48 h ±s
注:與對照組相比,*P<0.01。
OD值抑制率/%1× 4× 16× 1× 4× 16×對照組 1.71±0.05 1.71±0.05 1.71±0.05 0 0 0上清液組 0.18±0.06* 0.47±0.06* 0.89±0.11* 89.54±3.68 72.80±3.40 48.15±0.64滅活菌液組 0.43±0.01* 0.70±0.03* 1.11±0.01* 74.69±0.76 59.41±1.51 35.54±0.37無細(xì)胞提取物組 0.86±0.06* 1.11±0.01* 1.48±0.13* 49.67±3.30 35.05±1.52 13.72±0.78組別
表 2 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞24、48、72 h后對細(xì)胞增殖率的影響Tab 2 The effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell proliferation of Tca8113 after 24,48,72 h ±s
表 2 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞24、48、72 h后對細(xì)胞增殖率的影響Tab 2 The effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell proliferation of Tca8113 after 24,48,72 h ±s
注:與對照組相比,*P<0.01。
OD值抑制率/%組別 24 h 48 h 72 h 24 h 48 h 72 h對照組 0.88±0.04 1.71±0.05 2.07±0.07 0 0 0上清液組 0.48±0.02* 0.18±0.06* 0.05±0.01* 45.50±4.50 89.54±3.68 97.45±0.42滅活菌液組 0.52±0.05* 0.43±0.01* 0.19±0.01* 41.25±3.47 74.69±0.76 90.88±0.35無細(xì)胞提取物組 0.64±0.07* 0.86±0.06* 0.62±0.04* 26.98±0.92 49.67±3.30 69.88±1.52
L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后,與對照組相比,各實驗組G0/G1期細(xì)胞所占比例均升高,S期、G2/M期所占比例均明顯降低,反映細(xì)胞增殖活力的指數(shù)CPI均降低(表3);其中上清液組抑制力最明顯,與對照組相比其差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。
表 3 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物對Tca8113細(xì)胞周期的影響Tab 3 Effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell cycle distribution of Tca8113 %,±s
表 3 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物對Tca8113細(xì)胞周期的影響Tab 3 Effect of L.acidophilus supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts on cell cycle distribution of Tca8113 %,±s
注:與對照組相比,△P<0.05,*P<0.01。
細(xì)胞周期G0/G1期 S期 G2/M期 CPI對照組 40.60±1.64 55.91±2.18 3.49±1.87 59.40±1.64上清液組 66.58±3.48* 33.41±3.48* 0* 33.41±3.48*滅活菌液組 57.61±2.29* 42.39±2.29* 0* 42.39±2.29*無細(xì)胞提取物組 50.29±1.75* 49.71±1.75△ 0* 49.71±1.75*組別
L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后,與對照組相比,各實驗組自由基和Ca2+含量均升高(圖4、5和表4),其中上清液組Tca8113細(xì)胞內(nèi)自由基和Ca2+含量升高最明顯,與對照組相比其差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。
表 4 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后細(xì)胞內(nèi)的自由基和Ca2+含量Tab 4 The effect by supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts of L.acidophilus on content of free radicals and Ca2+in Tca8113 after 48 h ±s
表 4 L.acidophilus上清液、滅活菌液、無細(xì)胞提取物作用Tca8113細(xì)胞48 h后細(xì)胞內(nèi)的自由基和Ca2+含量Tab 4 The effect by supernatant,inactivated bacilli and cell free extracts of L.acidophilus on content of free radicals and Ca2+in Tca8113 after 48 h ±s
注:與對照組相比,*P<0.01。
組別 自由基含量 Ca2+含量對照組 94.42±3.38 20.85±2.89上清液組 245.67±3.02* 79.52±4.58*滅活菌液組 197.26±4.36* 52.62±2.24*無細(xì)胞提取物組 155.82±2.28* 38.79±3.58*
研究[8]證實:乳酸桿菌產(chǎn)生的多糖類物質(zhì)(細(xì)胞壁肽聚糖)、有機(jī)酸(乳酸、乙酸、丙酮酸等)、細(xì)菌素、過氧化氫等多種代謝產(chǎn)物均有很好的抗腫瘤作用。乳酸桿菌產(chǎn)生的過氧化氫可產(chǎn)生羥自由基,引起DNA單鏈斷裂,破壞腫瘤細(xì)胞DNA的合成和表達(dá),引起細(xì)胞凋亡或壞死。劉軍等[9]研究發(fā)現(xiàn):乳酸桿菌代謝產(chǎn)物能夠明顯抑制與癌癥密切相關(guān)的白色假絲酵母菌對上皮細(xì)胞的黏附。彭繼承等[10]研究發(fā)現(xiàn):乳酸桿菌粗制代謝產(chǎn)物對小鼠潰瘍性結(jié)腸炎有防治作用,但其作用機(jī)制尚不十分明確。本研究結(jié)果顯示:L.acidophilus上清液組對人舌癌細(xì)胞增殖能力的抑制作用最強(qiáng),其抑制作用具有密度依賴性和時間依賴性,上清液細(xì)菌密度越高、作用時間越長,Tca8113細(xì)胞的增殖能力越弱;同時,細(xì)胞內(nèi)自由基及Ca2+含量均明顯升高。這可能與L.acidophilus產(chǎn)生的過氧化氫導(dǎo)致自由基生成過多,而自由基含量升高可以導(dǎo)致細(xì)胞Ca2+內(nèi)流,細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載,引起細(xì)胞凋亡或死亡有關(guān)。
在體外研究[11-13]中發(fā)現(xiàn):經(jīng)加熱滅活處理的乳酸桿菌對腸黏膜細(xì)胞具有較強(qiáng)的黏附性,并可發(fā)揮黏附拮抗作用,L.acidophilus等多種乳酸桿菌可阻止幽門螺桿菌在哺乳類動物上皮細(xì)胞的黏附。有研究[14]發(fā)現(xiàn):滅活乳酸桿菌在短時間的黏附一般不會導(dǎo)致細(xì)胞活力下降,細(xì)胞活力短時間的維持有利于乳酸桿菌與細(xì)胞的黏附,隨著黏附的乳酸桿菌增多,乳酸桿菌表面的糖類、磷脂類等物質(zhì)以及在溶菌酶[15]作用下乳酸桿菌細(xì)胞壁破裂內(nèi)容物逸出后暴露的部分細(xì)菌DNA中的CpG基序、AT核苷酸,可能更好地激發(fā)免疫系統(tǒng)以發(fā)揮抗腫瘤作用,導(dǎo)致人舌癌細(xì)胞的凋亡與死亡。
研究[13]證實:乳酸桿菌表面的肽聚糖、脂磷壁酸以及源于細(xì)菌DNA中的CpG基序可直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的分化和凋亡,其中CpG基序起著更為重要的作用。細(xì)菌核酸中含有CpG基序的部分可通過與人體細(xì)胞表面特異性受體——Toll樣受體家族中的Toll樣受體9(Toll like receptor 9,TLR9)相結(jié)合,激活機(jī)體的免疫反應(yīng)[16]。乳酸桿菌基因組AT核苷酸也可以通過與TLR9結(jié)合來增強(qiáng)Th1型免疫反應(yīng),上調(diào)抗腫瘤免疫反應(yīng)水平[17]。本實驗將L.acidophilus熱滅活菌液與Tca8113細(xì)胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)滅活菌液也有抑制人舌癌細(xì)胞增殖的能力,可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)自由基及Ca2+含量升高,這可能與乳酸桿菌表面的糖類、磷脂類物質(zhì)以及細(xì)菌DNA中的CpG基序、AT核苷酸激發(fā)免疫抗腫瘤作用從而導(dǎo)致舌癌細(xì)胞的凋亡與死亡有關(guān)。
本實驗發(fā)現(xiàn):無細(xì)胞提取物組對Tca8113細(xì)胞的抑制作用高于對照組,但與滅活菌液組相比其抑制力較弱,可能是由于滅活菌液組可發(fā)揮較強(qiáng)的黏附作用,黏附于舌癌細(xì)胞表面,通過L.acidophilus表面的肽聚糖、脂磷壁酸以及源于細(xì)菌DNA中的CpG基序直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的分化和凋亡,而無細(xì)胞提取物組不能發(fā)揮黏附作用,抑制能力相對較弱。
關(guān)于乳酸桿菌的生物安全性問題,有研究[18-19]發(fā)現(xiàn):乳酸桿菌HO-69引發(fā)齲病與促進(jìn)齲病發(fā)展的概率很低,具有廣譜抑菌活性,可抑制與口腔癌密切相關(guān)的白色假絲酵母菌的黏附,是潛在的口腔益生菌。但有關(guān)乳酸桿菌致齲作用的研究頗有爭議。有學(xué)者[20]認(rèn)為乳酸桿菌數(shù)量增多是齲病進(jìn)展的結(jié)果而不是致齲的原因;也有學(xué)者[21-22]認(rèn)為乳酸桿菌可以抑制某些齲病病原菌的生長,從而可能有防治齲病的作用。復(fù)方L.acidophilus片作為腸道菌群調(diào)整藥已應(yīng)用于臨床,但L.acidophilus對人口腔癌治療的相關(guān)研究甚少,其安全性有待于進(jìn)一步探索。
研究發(fā)現(xiàn)L.acidophilus對人舌癌細(xì)胞的增殖有抑制作用。但是體外培養(yǎng)模型與臨床實際情況還有一定差距,今后尚需對抑癌基因或主要信號傳導(dǎo)通路及信號分子作深入研究,從分子水平揭示乳酸桿菌抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用機(jī)制,并建立與臨床密切相關(guān)的模型,為口腔癌治療提供新途徑。
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