草氨酸钠对人非小细胞肺癌生长及放射敏感性的影响

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目的研究草氨酸钠作为乳酸脱氢酶(LDH)抑制剂对人非小细胞肺癌生长及其放射敏感性的影响,并初步探讨的初步相关机制,评价LDH作为新型抗肿瘤药物设计靶点的可能性。方法选用人正常肺上皮细胞HBE作为对照组细胞,人非小细胞肺癌A549、H1975、H1395、H1299等细胞株作为研究对象。(1)四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)检测草氨酸钠对人非小细胞肺癌细胞及人正常肺上皮细胞生长的影响。(2)划痕愈合实验观察草氨酸钠对非小细胞肺癌细胞迁移能力的影响,transwell侵袭试验观察草氨酸钠对非小细胞肺癌侵袭能力的影响。(3)流式细胞术观察草氨酸钠对非小细胞肺癌细胞周期的影响,磷脂酰丝氨酸外翻法(AnnexinⅤ和PI双染法)检测草氨酸钠对非小细胞肺癌凋亡的影响。(4)采用活性氧(ROS)检测试剂盒等,乳酸脱氢酶(LDH)试剂盒,辅酶ⅡNADP(H)含量测定试剂盒,ATP含量检测试剂盒等,经比色法分别检测草氨酸钠对非小细胞肺癌中ROS、 LDH、NADP(H)及ATP等能量代谢指标变化的影响。(5)采用Western blot法检测草氨酸钠对非小细胞肺癌中生长代谢相关蛋白及周期凋亡相关蛋白表达的影响。(6)通过丹酰戊二胺(MDC)染色观察草氨酸钠对细胞自噬的影响,并进一步采用透射电子显微镜(TEM)观察细胞内超微结构的变化。(7)细胞克隆集落形成法检测草氨酸钠对非小细胞癌细胞放射敏感性的影响,并采用细胞流式术检测草氨酸钠联合X射线对细胞周期的影响。(8)彗星试验检测草氨酸钠对照射后非小细胞肺癌细胞DNA损伤的影响,Western blot用于进一步检测草氨酸钠对照射后细胞内DNA损伤修复相关蛋白的影响。结果(1)草氨酸钠明显抑制非小细胞肺癌A549、H1299、H1975、H1395细胞的生长,其半抑制浓度IC50分别为58.53±4.74、62.67±4.16、32.13±2.50、19.67±1.53mmol/L,而草氨酸氨对正常肺上皮细胞的毒性较弱,IC50为96.73±7.60mmol/L。(2)加入草氨酸钠后,A549细胞的划痕愈合能力明显下降,同时transwell侵袭试验表明,草氨酸钠明显抑制非小细胞肺癌A549及H1975细胞的侵袭能力。(3)草氨酸钠引起非小细胞肺癌细胞A549及H1975显著的G0/G1期阻滞,以及S期细胞比例的减少。进一步实验表明这种G0/G1期阻滞是GSK-3β依赖的,而且可被GSK-3β抑制剂氯化锂所抵消。AnnexinⅤ和PI双染法表明在A549、H1975细胞中草氨酸钠引起的细胞凋亡及坏死不明显。(4)加入草氨酸钠后,A549细胞内乳酸脱氢酶(LDH)活性、ATP含量及NADPH/NADP比例均显著下降,与此同时,细胞内活性氧(ROS)含量明显增加。(5)草氨酸钠明显抑制非小细胞肺癌细胞中细胞周期相关蛋白Cyclin E、 CylinB1Cyclin D1、CDK2及生长代谢相关蛋白p-c-Raf、 p-Akt、 SIRT1、 FTO等蛋白的表达,同时增加p-Erk、p-GSK-3β的表达,而对细胞凋亡相关蛋白bcl-2、bax、caspase-3以及p53、NF-kB、p-PTEN、 p-PDK1等蛋白的表达无显著影响。(6)草氨酸钠显著增加A549细胞内酸性自噬小泡的形成,当加入自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)后,细胞内自噬小泡减少,并出现明显的PI红染的细胞凋亡现象;透射电子显微镜(TEM)也显示加入草氨酸钠后A549细胞内出现自噬小体。Western blot法证实草氨酸钠明显抑制非小细胞肺癌细胞中自噬相关蛋白LC3的Ⅰ型蛋白的表达,同时增加自噬相关蛋白LC3Ⅱ型蛋白的表达。(7)草氨酸钠具有明显的放射增敏作用:在A549和H1975细胞中,放射增敏比分别为1.39和1.43。流式细胞术分析结果表明,草氨酸钠明显抑制照射后细胞G2/M期阻滞。(8)彗星试验显示,6Gy的X射线照射24h后,草氨酸钠显著增加照射后含彗尾细胞比例及平均彗尾长度,Western blot检测发现,与单纯照射相比,加入草氨酸钠后细胞内DNA断裂修复相关蛋白DNA-PKcs,ku70, XRCC4的表达量明显下降。结论(1)草氨酸钠对非小细胞肺癌具有明显的增殖抑制作用,不同细胞系具有不同的IC50,而对正常肺上皮细胞的毒性较弱。(2)草氨酸钠明显抑制非小细胞肺癌细胞内LDH活性,干扰肿瘤细胞的能量代谢,并增加细胞内活性氧含量。(3)草氨酸钠可引起非小细胞肺癌细胞G0/G1期阻滞,以及S期细胞比例的减少。这种G0/G1期阻滞是GSK-3β依赖的。(4)在非小细胞肺癌细胞中,草氨酸钠没有引起细胞的明显凋亡,而是启动了细胞内保护性的自噬现象。(5)草氨酸钠主要通过抑制PI3K-Akt信号通路发挥生长抑制的作用,同时减少能量代谢相关蛋白SIRT1、FTO等的表达。(6)草氨酸钠具有明显的放射增敏作用,其机制与草氨酸钠减少照射后细胞G2/M期阻滞,抑制DNA损伤修复蛋白可能有关。
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