紫色LED光照射姜黄素对鼻咽癌细胞杀伤作用及机制的初步探讨

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鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma)是一种好发于我国南部地区的恶性肿瘤,具有明显的地域性,它的发生和地方饮食、环境、免疫以及病毒感染等多种因素有关。针对鼻咽癌的治疗方法主要有手术、放疗和化疗,鼻咽癌的放疗效果较好,但是复发率和远期转移率较高。近些年采用了新的治疗方法如生物干预、免疫调节以及中医药治疗等综合治疗,光动力疗法就是其中之一。   光动力疗法(photo dynamic therapy,PDT)是一种新兴的治疗肿瘤的手段,它的作用原理是利用光敏剂可以特定地聚集在肿瘤组织,而且在一定波长的光的激发下,发生光化学反应和能量转移,氧存在的条件下可以生成大量的活性氧基团(reactive oxygen species,ROS),损伤细胞的结构功能,导致肿瘤细胞的凋亡和坏死,从而达到治疗肿瘤的作用。由于光敏剂和肿瘤的亲和力高,因此PDT治疗具有一定的特异性,对周边正常组织的损伤较小。但是毕竟属于局部治疗,治疗范围有限,采用的光源主要是大型的激光器,而且光敏剂价格昂贵,同时还会对人体产生一定的光毒性,给人们的生活带来不便。基于以上种种原因,研究人员开始从光源,光敏剂,联合作用三方面进行光动力疗法的改进研究。   传统的化疗药物虽然有较显著的抗肿瘤效应但同时也会对机体产生一定的副反应,现在很多研究人员致力于从植物中提取低毒的抗肿瘤药物,姜黄素就是其一。姜黄素是从姜黄的根茎中提取的一种植物多酚,具有显著的抗炎、抗氧化以及抗肿瘤效应,并且毒副作用少。姜黄素除了具有抗肿瘤效应外还具有光敏化效应,在光照的情况下容易发生变构和分解,其可见光的激发波长为425nm。有极少数研究证实酚类物质经日光照射后可以发挥较强的抗癌作用,但研究的还不深入。基于姜黄素光敏化特性和目前的研究现状,将姜黄素作为光敏剂用于PDT治疗中,既有可能发挥姜黄素本身的抗癌效应同时发挥其光敏化效应,可避免传统光敏剂的一些毒副作用。本课题拟采用紫色LED光作为激发光,观察其照射姜黄素对两种鼻咽癌细胞的杀伤效应,并初步探讨紫色LED光照射姜黄素抑制鼻咽癌细胞生长的可能机制。   方法:   实验采用两种鼻咽癌细胞株CNE1和CNE2,分为对照组、单独姜黄素孵育2h组(姜黄素浓度为5、10、20、40、80和160μM)和紫色LED光照射姜黄素组(采用的光能量密度分别为0.1、0.2、0.4和0.6J/cm2)。MTT检测各组处理24h后对两种细胞的杀伤效应。然后用能量密度为0.2J/cm2的紫色LED光照射40μM姜黄素,采用HE染色光镜观察细胞形态学变化;接着采用Hoechst33342染色荧光显微镜定性观察和PI流式细胞仪定量检测在不同处理后24h鼻咽癌细胞的凋亡情况,同时检测各处理组细胞的周期分布。随后利用DCFH-DA探针标记细胞,检测40μM姜黄素处理后不同时间点鼻咽癌细胞内活性氧的生成变化(时间点为30、60和120min);并检测不同能量密度的紫色LED光照射姜黄素后(姜黄素孵育2h)对鼻咽癌细胞内活性氧产量的影响。最后加入不同的活性氧抑制剂(NAC、叠氮钠和甘露醇)检测鼻咽癌细胞活性的改变。实验数据采用SPSS13.0软件进行单因素方差分析,各组数据采用均数±标准差的形式表示,P<0.05表示有统计学意义。   结果:   1.单独姜黄素作用后CNE1和CNE2的IC50值分别为164.11μM和190.97μM;经0.2J/cm2紫色LED光照射后对鼻咽癌处理,IC50值分别为47.7μM和55.6μM。采用40μM的姜黄素孵育经0.1、0.2、0.4和0.6J/cm2紫色LED光照射后对鼻咽癌细胞的杀伤效应会随着紫光能量密度的增强而增大。   2.各处理组细胞采用荧光探针和流式检测细胞的凋亡情况:   (1)采用Hoechst33342染色细胞核观察到单独姜黄素处理后两种鼻咽癌细胞的密度有所下降,核部分凝集,发出明亮的蓝色荧光;但是经0.2J/cm2的紫色LED光照射姜黄素后可看到大量的鼻咽癌细胞核碎裂、浓染和凝集。   (2)PI染色进行流式分析发现单独姜黄素和紫色LED光照射姜黄素处理组细胞的凋亡率不同,CNE1由6.65%升为36.55%;同时CNE2也由2.55%上升到25.53%。   3.在CNE1细胞中姜黄素处理后细胞发生了G2/M和S期阻滞,由对照的6.25%和13.35%变为15.5%和28.9%,紫色LED光照射姜黄素后细胞G2/M细胞比例为10.1%,而S期细胞比例由28.9%达到了51.85%;CNE2细胞中单独姜黄素处理后细胞都发生了S期阻滞,由对照的28.9%变为36.65%,紫色LED光照射姜黄素后则升到56.55%,同时G2/M期的细胞比例也达到了22.85%,和CNE1相比G2/M期阻滞明显。   4.NPC胞内活性氧的水平从30min直到120min呈现上涨的趋势,CNE1细胞内的ROS从10.5逐渐增长到46.2;CNE2细胞内的ROS也由10.1升为56.5。   5.紫色LED光照射姜黄素后CNE1细胞活性氧水平显著升高,0.1、0.2和0.4J/cm2紫色LED光照射后的活性氧分别为49.8、80.7和392.8;同样类似的结果也发生在CNE2,对应的光能量密度照射产生的活性氧为136.1、161.2和308.1。   6.在紫色LED光照射姜黄素处理前加入活性氧抑制剂后紫色LED光照射后CNE1的细胞抑制率由26.8%分别降低为23.36%、24.34%和20.25%;同样CNE2的抑制率也从22.36%减少到18.69%、21.4%和15.6%。   结论:   1.紫色LED光照射姜黄素可显著提高姜黄素对鼻咽癌细胞的抑制作用,并在一定的剂量范围内呈剂量依赖性;   2.紫色LED光照射姜黄素后可显著增强姜黄素诱导鼻咽癌细胞的凋亡作用;   3.紫色LED光照射姜黄素通过阻滞细胞周期发挥明显的抗增殖效应;   4.紫色LED光照射姜黄素后可以显著地提高鼻咽癌细胞内的活性氧水平从而发挥抗肿瘤效应。
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