王本泉,張 玲,黃 雪,陳宗靜,白永恒,吳存造,周蒙滔,陳必成,
(溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院1.外科實(shí)驗(yàn)室,2.移植中心,浙江 溫州 325000)
近年來(lái)研究顯示,胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展涉及多種基因突變和表觀遺傳學(xué)的變化[1-2]。組蛋白修飾是基因表達(dá)的一種表觀遺傳學(xué)調(diào)控方式,組蛋白的乙?;癄顟B(tài)在基因的表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮非常重要的作用。組蛋白乙酰化狀態(tài)受組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,HAT)和組蛋白去乙?;福╤istone deacetylase,HDAC)共同調(diào)節(jié)[3],組蛋白乙?;癄顟B(tài)的失衡可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生,而HDAC抑制劑可明顯抑制腫瘤的生長(zhǎng)[4]。目前,已發(fā)現(xiàn)多種HDAC抑制劑,曲古抑菌素A(trichostatin A,TSA)是其中具代表性的藥物之一。TSA不僅具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)分化及化療增敏作用,而且還可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[5]。線粒體凋亡途徑是TSA作用的機(jī)制之一[6],還可能涉及細(xì)胞周期調(diào)控、血管生成和死亡受體等多種途徑[7-8]。
c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-ter minal kinase,JNK)又稱(chēng)應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated pr otein kinase,SAPK),作為絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族中的重要成員,JNK信號(hào)通路在細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡、應(yīng)激反應(yīng)以及多種人類(lèi)疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一[9-14]。JNK活化可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡,多數(shù)研究認(rèn)為JNK通路活化為化療藥物、紫外線照射等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡所必需[15-17]。JNK通路活化是否參與 TSA誘導(dǎo)的胰腺癌細(xì)胞凋亡過(guò)程尚不清楚。本研究通過(guò)觀察JNK通路在TSA誘導(dǎo)PANC-1細(xì)胞凋亡中的作用,探討TSA誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制。
TSA和Hoechst33258購(gòu)自美國(guó)Sig ma公司,用二甲亞砜(DMSO,Sig ma)溶解至10μmol·L-1,使用前用無(wú)血清培養(yǎng)基稀釋至工作濃度。JNK抑制劑(SP600125)購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司。DMEM 培養(yǎng)基、胎牛血清、Trizol購(gòu)自美國(guó)Gibco BRL公司。CCK-8試劑盒購(gòu)自日本同仁化學(xué)研究所。逆轉(zhuǎn)錄試劑盒和SYBRGreenⅠ熒光定量試劑盒購(gòu)自東洋紡(上海)生物科技有限公司,實(shí)時(shí)熒光定量PCR所用引物由英駿生物技術(shù)有限公司合成(表1)。兔抗人Bax,bcl-2和p-JNK一抗以及辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔Ig G二抗購(gòu)于英國(guó)Abcam生物公司,胱天蛋白酶3、活性胱天蛋白酶8及p-c-Jun抗體購(gòu)自美國(guó)Cell Signaling公司。Varioskan酶標(biāo)儀,美國(guó)Ther mo公司;ABI7500熒光PCR儀,美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司;DM4000 M熒光顯微鏡,德國(guó)徠卡公司。
Tab.1 Primers used with real-time PCR
胰腺癌PANC-1細(xì)胞用含10%胎牛血清、鏈霉素100 g·L-1、青霉素100 g·L-1的DMEM 培養(yǎng)基,置于37℃、5%CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞,TSA 0.25,0.5,1和2μmol·L-1處理24 h后,檢測(cè)細(xì)胞存活率,取1μmol·L-1濃度進(jìn)行后續(xù)指標(biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞分3組,正常對(duì)照組,加入等量培養(yǎng)液共培養(yǎng),TSA 1.0和TSA 1.0μmol·L-1+SP600125 20μmol·L-1組,處理24 h,Hoechst33258染色觀察凋亡細(xì)胞,實(shí)時(shí)定量PCR方法檢測(cè)凋亡相關(guān)及JNK通路相關(guān)基因的表達(dá),Wester n印跡法檢測(cè)凋亡相關(guān)及JNK通路相關(guān)蛋白的表達(dá)。
收集對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的PANC-1細(xì)胞制成單細(xì)胞懸液,以每孔1×104個(gè)細(xì)胞接種到96孔板(每孔100μl),待細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)融合至80%時(shí),TSA單獨(dú)處理,細(xì)胞分4組,每組設(shè)4個(gè)復(fù)孔:TSA 0.25,0.5,1和2μmol·L-1。TSA+SP600125聯(lián)合處理細(xì)胞分3組,每組設(shè)4個(gè)復(fù)孔:TSA 1.0μmol·L-1,TSA 1.0μmol·L-1+SP600125 20和40μmol·L-1組。以不含TSA和SP600125的培養(yǎng)基處理細(xì)胞作為細(xì)胞對(duì)照組。藥物作用24 h后,各孔加入10μl CCK-8,繼續(xù)培養(yǎng)2 h,酶標(biāo)儀測(cè)定吸光度(A450nm)值,計(jì)算細(xì)胞存活率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。細(xì)胞存活率(%)=A實(shí)驗(yàn)組/A對(duì)照組×100%。
按照1.2分組處理的細(xì)胞作用24 h后,吸干培養(yǎng)基,用PBS洗2次,4%甲醛液固定10 min,雙蒸水沖洗2次,吸干雙蒸水后,Hoechst33258(5 mg·L-1)室溫下振蕩避光染色5 min,然后用雙蒸水沖洗2次,室溫下涼干后于熒光顯微鏡(激發(fā)波長(zhǎng)360 n m,發(fā)射波長(zhǎng)450 n m)下觀察,并隨機(jī)選取位置進(jìn)行拍照。每組隨機(jī)選取100倍鏡下3個(gè)視野,分別計(jì)算每個(gè)視野細(xì)胞凋亡率(%)=有凋亡小體的細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)×100%。
按照1.2分組處理的細(xì)胞作用24 h后,用Trizol試劑盒提取各組細(xì)胞的總RNA,每組吸取2μg RNA樣本在10μl體系中進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng),參照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。取逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物1μl進(jìn)行PCR擴(kuò)增,PCR擴(kuò)增體系:5μl 2×SYBR Green熒光定量試劑、2μl引物(上、下游各1μl,終濃度200 n mol·L-1)、2μl反應(yīng)緩沖液、1μl c DNA。擴(kuò)增程序?yàn)椋?5℃10 min,95℃15 s,62℃10 s,40個(gè)循環(huán)。得到的Ct值用2-△△Ct法計(jì)算mRNA表達(dá)。檢測(cè)靶基因包括腫瘤凋亡相關(guān)基因bcl-2和bax,JNK通路相關(guān)基因c-f os,c-Jun以及El k1。
按照1.2分組處理的細(xì)胞作用24 h后,每5×106個(gè)細(xì)胞加100μl細(xì)胞裂解液作用20 min后用細(xì)胞刮收集細(xì)胞,7500×g離心10 min,收集上清液測(cè)蛋白濃度;制備12%聚丙烯酰胺分離膠和4%積層膠,樣品5×SDS上樣緩沖液,設(shè)置恒壓200 V,電泳60 min;設(shè)置恒壓100 V,濕法電轉(zhuǎn)移60 min;轉(zhuǎn)膜后的PVDF膜經(jīng)5%脫脂奶粉TBST溶液室溫封閉1 h;然后加一抗(稀釋在5%脫脂奶粉TBST溶液中)4℃孵育過(guò)夜,加入相應(yīng)種屬二抗,室溫孵育1 h,加入ECL發(fā)光液孵育膜5 min,暗室壓片曝光,顯影定影后膠片保存。運(yùn)用Quantity one軟件分析各個(gè)條帶的積分吸光度(integrated absor bance,IA)值,目的蛋白的IA值與相應(yīng)內(nèi)參蛋白的IA值的比值表示待測(cè)蛋白的相對(duì)表達(dá)水平。分別檢測(cè)凋亡相關(guān)蛋白Bax,活性胱天蛋白酶8,bcl-2和胱天蛋白酶3蛋白的表達(dá)。
同樣按照上述方法,檢測(cè)TSA 1.0μmol·L-1處理0,1,2,4和6 h,p-JNK和p-c-Jun蛋白的表達(dá)。
CCK-8法分析結(jié)果顯示,TSA 0.25~2μmol·L-1單獨(dú)處理,PANC-1細(xì)胞的存活率隨著TSA濃度的增加而降低,顯示TSA對(duì)細(xì)胞存活的抑制作用具有一定的量效關(guān)系(r=0.9564,P<0.05)(圖1)。若加入SP600125 20 和 40μmol·L-1,PANC-1細(xì)胞的存活率較TSA單獨(dú)處理明顯增加(P<0.05),并且SP600125 40μmol·L-1組明顯高于20μmol·L-1組(P<0.05)(表2)。
Fig.1 Effect of trichostatin A (TSA)on PANC-1 cell viability by CCK-8 method.Cells were treated wit h TSA for 24 h.±s,n=3.*P<0.05,compared with 0.5μmol·L-1 group;#P<0.05,compared with TSA 1μmol·L-1 group.
Tab.2 Effect of SP600125 on TSA induced cell viability
Hoechst33258染色發(fā)現(xiàn),正常對(duì)照組細(xì)胞,凋亡率為(1.8±0.4)%(圖2 A),TSA 1μmol·L-1組可見(jiàn)細(xì)胞核形態(tài)明顯異常,可見(jiàn)多個(gè)凋亡小體樣結(jié)構(gòu)(圖 2B),凋亡率為(6.2±4.1)%;TSA+SP600125組仍可見(jiàn)凋亡細(xì)胞,但凋亡率明顯下降,為(3.9±0.9)%(圖2C)(n=3,P<0.05)。
Fig.2 Effect of TSA on PANC-1 cell apoptosis(Hoechst33258 staining×400).See Fig.1 f or t he legend.A:nor mal control group;B:TSA 1μmol·L-1 gr oup;C:TSA+SP600125 20μmol·L-1 gr oup.Arro ws sho w t he apoptotic body-like str uct ures.
實(shí)時(shí)定量RT-PCR分析結(jié)果顯示,與正常對(duì)照組相比,TSA 1.0μmol·L-1作用PANC-1細(xì)胞24 h后,凋亡相關(guān)基因bax mRNA表達(dá)明顯升高(P<0.01),bcl-2 mRNA明顯降低(P<0.01),JNK通路相關(guān)基因c-Jun,c-f os和El k1 mRNA明顯升高(P<0.01)。與 TSA 組相比,TSA+SP600125組bax mRNA表達(dá)明顯降低(P<0.01),bcl-2 mRNA明顯升高(P<0.01),c-Jun和c-fos表達(dá)明顯降低(P<0.01),而El k1 mRNA表達(dá)亦降低,但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。
Tab.3 Effect of TSA on mRNA expression of bax,bcl-2,c-Jun,c-fos and Elk1 by real ti me RT-PCR
TSA 1.0μmol·L-1作用PANC-1細(xì)胞1 h后,p-c-Jun和 p-JNK 明顯激活,2 h達(dá)峰值(圖 3 A1,A2)。與正常對(duì)照組比較,TSA組促凋亡蛋白Bax和活性胱天蛋白酶8的表達(dá)明顯升高(P<0.05)(圖3B1,B2),抗凋亡蛋白bcl-2和胱天蛋白酶3(全長(zhǎng)片段)(圖3C1,C2)的表達(dá)明顯降低(P<0.05)。與TSA組比較,TSA+SP600125組的Bax和活性胱天蛋白酶8(圖3B1,B2)的表達(dá)明顯降低(P<0.05),bcl-2和胱天蛋白酶3的表達(dá)明顯升高(P<0.05)。說(shuō)明SP600125對(duì)TSA誘導(dǎo)的凋亡相關(guān)蛋白有一定的影響。
Fig.3 Effect of TSA on p-JNK and p-c-Jun protein(A),Bax and activated caspase 8(B),and bcl-2 and caspase 3 proteins(C)by Wester n blotting.A2,B2 and C3 were t he se miquantitative results of A1,B1 and C1,respectively.A.Lanes 1-5:TSA for 0,1,2,4,and 6 h,respectively.B and C.Lane 1:nor mal control gr oup;lane 2:TSA 1.0μmol·L-1 for 24 h gr oup;lane 3:TSA 1.0μmol·L-1+SP600125 20μmol·L-1 f or 24 h,respectively.±s,n=3.*P<0.05,co mpared wit h 0 h group;#P<0.05,co mpared wit h nor mal contr ol gr oup;△P<0.05,co mpared wit h TSA group.
胰腺癌對(duì)化療藥物不敏感,發(fā)展新型化療藥物和化療增敏藥物是改善胰腺癌治療效果的方法之一。HDAC抑制劑可明顯抑制腫瘤細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化和凋亡[4]。由于大多數(shù)腫瘤細(xì)胞呈高度乙?;癄顟B(tài)[8],因此具有抑制HDAC活性的藥物已成為抗癌治療的新策略。本研究通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證明,TSA可抑制胰腺癌細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞凋亡,JNK通路參與了TSA誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的過(guò)程。
TSA因高效、低毒而在腫瘤治療中受到關(guān)注[18-20]。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道,TSA 可通過(guò)誘導(dǎo)P53依賴(lài)的途徑[21]和死亡受體途徑[8]誘發(fā)胱天蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)[22],抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。劉維民等[23]研究結(jié)果顯示,TSA作用于人肝癌細(xì)胞SMMC-7721后,可增加抑癌基因p53、促凋亡基因bax的表達(dá);汪理等[24]的研究提示,TSA誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞的凋亡可能與其下調(diào)抗凋亡基因bcl-2表達(dá)有關(guān)。我們前期的研究亦證實(shí),TSA可明顯抑制PANC-1細(xì)胞生長(zhǎng),誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡,且此效應(yīng)與TSA作用的濃度和時(shí)間成正相關(guān)[6]。此外,我們還證實(shí)在細(xì)胞凋亡的過(guò)程中,線粒體通路激活,即bax蛋白表達(dá)升高,bcl-2蛋白表達(dá)降低,進(jìn)而可能引發(fā)胱天蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡。
JNK通路參與凋亡過(guò)程,已有報(bào)道認(rèn)為JNK通路激活可促進(jìn)細(xì)胞凋亡,但是JNK通路激活卻抑制細(xì)胞凋亡亦有報(bào)道。目前,研究認(rèn)為JNK介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制主要包括:① 轉(zhuǎn)錄因子途徑,即通過(guò)調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)p53,Bax,F(xiàn)asl和TNF等促凋亡蛋白的表達(dá)而介導(dǎo)死亡受體途徑和線粒體途徑的細(xì)胞凋亡[25]。JNK一旦被激活,磷酸化的JNK即發(fā)生核轉(zhuǎn)位,激活轉(zhuǎn)錄因子c-Jun和Elk-1等,還可誘導(dǎo)BH3-only蛋白(Bid,Bad和Egl1)的表達(dá),隨后活化Bax等促凋亡蛋白,后者作用于線粒體,促使細(xì)胞色素c釋放入胞漿,細(xì)胞色素c和胱天蛋白酶9結(jié)合,最終作用于胱天蛋白酶3,激活的胱天蛋白酶3與凋亡底物結(jié)合引起細(xì)胞凋亡[15,26-29]。② 非轉(zhuǎn)錄因子途徑,在JNK活化過(guò)程中,部分活化的JNK滯留于細(xì)胞質(zhì),它們可直接作用于Bcl-2家族,調(diào)控該家族蛋白的活性,從而介導(dǎo)線粒體途徑的細(xì)胞凋亡,此過(guò)程沒(méi)有新基因的表達(dá)。
為了驗(yàn)證JNK通路在TSA誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡中的作用,本研究通過(guò)加入JNK抑制劑SP600125阻斷JNK通路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,TSA+SP600125聯(lián)合組的細(xì)胞存活率明顯高于TSA單獨(dú)處理組,JNK通路抑制劑明顯降低TSA誘導(dǎo)PANC-1細(xì)胞的凋亡效應(yīng)。TSA作用PANC-1細(xì)胞1 h后,JNK信號(hào)通路明顯激活,2 h達(dá)峰值,表明JNK信號(hào)通路可能參與TSA抗腫瘤的機(jī)制。高濃度TSA作用24 h后,JNK通路相關(guān)基因的表達(dá)均較對(duì)照組增高。PANC-1細(xì)胞bax mRNA,bax蛋白、活性胱天蛋白酶8的表達(dá)明顯升高,bcl-2 mRNA和bcl-2蛋白的表達(dá)明顯降低,推測(cè)TSA可能激活了線粒體凋亡程序,Bax/bcl-2失平衡而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。阻斷JNK信號(hào)通路后,JNK通路相關(guān)基因的表達(dá)則降低,線粒體凋亡途徑受到抑制,bax mRNA和Bax及活性胱天蛋白酶8蛋白的表達(dá)均降低,bcl-2 mRNA和bcl-2蛋白表達(dá)升高。亦有研究發(fā)現(xiàn),在不同類(lèi)型的細(xì)胞中,受不同類(lèi)型的刺激,JNK通路活化不導(dǎo)致凋亡,而可能促進(jìn)細(xì)胞增殖分化。其可能的解釋為,人體內(nèi)可能存在多種JNK的同工酶,在不同的細(xì)胞中,或處于細(xì)胞發(fā)育的不同階段,它們的表達(dá)水平不同,對(duì)刺激的反應(yīng)方式亦存在差異。TSA在其他類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞中是否依賴(lài)JNK通路發(fā)揮促凋亡作用尚需要進(jìn)一步深入研究。
總之,本研究結(jié)果表明,TSA可抑制PANC-1細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)其凋亡,JNK通路可能參與此過(guò)程。
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中國(guó)藥理學(xué)與毒理學(xué)雜志2013年5期