研究背景和意义:大肠癌是全球第四大常见的癌症,每年大约有639 000人因大肠癌而死亡。近年来,我国大肠癌患者的发病率和死亡率呈现出一种显著上升的趋势,而且很多大肠癌患者在明确诊断时已经为中晚期,其治疗效果较差。寻找一种有效且可靠的治疗大肠癌的方法已成为一项现代医学亟需解决的问题。目前,有多种方法可用于治疗大肠癌,包括手术、放射治疗、化疗和生物治疗等。现阶段的医学指南认为手术和化疗为大肠癌主要而有效的治疗手段。尽管通过手术治疗可以使部分早期大肠癌患者得到根治性治疗,但是很多大肠癌患者在临床明确诊断时已经为肿瘤中晚期,手术切除肿瘤后部分患者会出现肿瘤的复发转移,因此化疗就成为大肠癌患者手术之后必要的治疗方法之一。大肠癌患者在手术治疗之后辅助以化疗,可以在很大程度上防止肿瘤复发转移;对部分中晚期大肠癌患者通过手术治疗无法将肿瘤完全切除干净时,通过化疗可以将残余肿瘤细胞杀灭或者抑制肿瘤细胞继续生长;对于有些肿瘤患者在确诊时已为晚期,且有广泛转移而无法进行手术,通过化疗可使肿瘤体积缩小,使患者的部分症状缓解,有时候甚至达到可以实施手术的可能。但是,在大肠癌患者进行化疗的过程中,除部分原发耐药者之外,还有部分肿瘤患者可能在治疗的过程中随着化疗疗程的增加,最终出现对某种化疗药物的耐药,甚至出现对多种化疗药物耐药,进而导致化疗失败,肿瘤复发转移。有研究表明由于肿瘤多药耐药的出现,大约有三分之一的大肠癌患者会出现肿瘤复发、转移。因此,多药耐药的出现是大肠癌化疗失败的主要原因之一。在大肠癌的化疗药物中,五氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,5-Fu)作为最有效的临床药物之一,在临床治疗中有着广泛的应用,但是多药耐药的大肠癌细胞对5-Fu产生的耐药性也是大肠癌患者在临床化疗中失败的常见原因之一。因此探讨大肠癌细胞的耐药机制,寻找一种新的、有效的能够逆转大肠癌多药耐药的方法是当前在大肠癌研究中的热点问题之一。鉴于此原因,我们建立了具有良好稳定性和耐药性的五氟尿嘧啶耐药的大肠癌LOVO/5-Fu耐药细胞系,并利用LOVO/5-Fu耐药细胞株研究大肠癌耐药的分子机制,将多药耐药的大肠癌LOVO/5-Fu耐药细胞逆转为对化疗药物敏感的肿瘤细胞,同时研究其可能的逆转机制。P糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)是细胞膜上重要的转运蛋白,属于ABC转运蛋白(ATP依赖性转运蛋白)超家族成员,在引起肿瘤细胞产生多药耐药性(multidrug resistance,MDR)中起重要的作用。肿瘤细胞发生MDR的原因很多,其中的重要原因之一是P-gp增多,而P-gp是肿瘤细胞MDR1基因编码的。在人类中,MDR1 mRNA在肾上腺、胰腺、大肠、小肠等组织中是低表达状态,它参与了人体正常组织细胞的生长;在MDR表型的肿瘤细胞中,MDR1/P-gp有过量表达现象。有体外实验研究表明,MDR1基因和P-gp的表达水平越高,则MDR细胞内抗肿瘤药物的浓度越低,其耐药性越强。另有研究表明P-gp具有药物泵的功能,它可以将进入肿瘤细胞内的化疗药物主动地泵出细胞外,从而使蓄积在肿瘤细胞内的抗肿瘤药物减少,进而使肿瘤细胞发生MDR。C-jun N端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)也被人们称之为应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK),是一类丝氨酸/苏氨酸激酶,是哺乳类动物细胞中丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族中的重要成员之一。JNK信号通路在渗透压、氧化应激、电离辐射等多种环境应激因素以及生长因子、细胞因子(如TNF、IL21)作用下均可被激活,从而导致JNK/SAPK信号通路中的苏氨酸和丝氨酸双磷酸化而将其活化,最终导致JNK/c-jun信号通路被激活。在细胞生长、应激反应、癌基因转化、细胞分化以及细胞凋亡等多种生理和病理过程中JNK/SAPK信号通路均发挥着重要的作用。有研究发现,大肠癌的发生、发展以及耐药机制与JNK信号通路有着密切的关系。粉防已碱(Tetrandrine,Tet)又称汉防己甲素,是一种双苄基异喹啉生物碱,是从中草药粉防己根块中提取的。它具有抗炎、降低血压、阻断钙离子通道等广泛的药理作用,有研究报道称其可在体内外均表现有较好的逆转白血病细胞多药耐药的作用,其逆转耐药的机制为下调MDR1 mRNA/P-gp的表达、使抗肿瘤药物在细胞内积聚,同时使抗肿瘤药物的敏感性增加,进而导致肿瘤细胞凋亡。基于此,我们推测Tet可能会通过调节MDR1 mRNA/P-gp的表达,进而调节大肠癌在化疗过程中产生的MDR。我们在本研究中将Tet在体外作用于大肠癌LOVO/5-Fu耐药细胞株,研究Tet对大肠癌LOVO/5-Fu耐药细胞株的生长抑制及其诱导凋亡的情况,进而了解其对多药耐药的大肠癌LOVO/5-Fu细胞的逆转作用及其逆转机制。研究结果表明Tet通过抑制MDR1基因的表达,使P-gp的表达降低,进而逆转大肠癌LOVO/5-Fu对5-Fu的耐药。同时通过对JNK信号通路的研究发现,Tet可调控细胞内JNK和c-jun的磷酸化水平,进而调控细胞的耐药性。Tet可能成为逆转大肠癌多药耐药的一个重要逆转药物。方法:1.建立LOVO/5-Fu多药耐药细胞系本实验采取逐渐递增5-Fu药物浓度,并持续作用于大肠癌敏感细胞LOVO细胞株,进行体外诱导使其产生耐药性,逐步筛选出具有多药耐药性的LOVO/5-Fu细胞株。多次使用MTT法检测其多药耐药性,从而确认我们建立的LOVO/5-Fu多药耐药细胞系拥有良好的多药耐药性和稳定性。2.分析MDR mRNA和P-gp蛋白在大肠癌细胞LOVO和耐药细胞LOVO/5-Fu中的表达实时荧光定量PCR(Realtime-PCR)检测LOVO和LOVO/5-Fu细胞中多药耐药基因的MDR mRNA表达,Western blot检测LOVO和LOVO/5-Fu细胞中P-gp蛋白的表达。揭示MDR mRNA和P-gp蛋白在大肠癌LOVO和LOVO/5-Fu细胞中的表达情况。3.MTT法确定逆转剂的浓度使用不同浓度的Tet分别作用于LOVO细胞和LOVO/5-Fu细胞,MTT实验检测Tet对细胞抑制率的影响。4.耐药逆转试验使用Tet作用于LOVO/5-Fu细胞之后,MTT实验检测细胞抑制率,并进一步计算出IC50以及耐药指数。5.流式细胞术检测细胞周期分布Tet分别作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞后,采用流式细胞术检测各组细胞周期分布情况。6.流式细胞术检测细胞凋亡Tet分别作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞后,采用流式细胞术检测各组细胞凋亡率的变化情况。7.流式细胞术检测细胞P-gp的表达Tet分别作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞后,采用流式细胞术检测各组细胞P-gp的表达情况。8.PCR检测MDR1基因表达Tet分别作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞后,采用PCR检测MDR1基因表达情况。9.Western blot 检测 P-gp、JNK、p-JNK、c-jun、p-c-jun 蛋白Tet分别作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞后,采用Western blot检测各组细胞 P-gp、JNK、p-JNK、c-jun、p-c-jun 的表达情况。结果在本实验研究中,我们发现与对照组大肠癌细胞LOVO细胞相比,五氟尿嘧啶耐药的LOVO/5-Fu细胞中MDR mRNA表达水平明显上调,P-gp蛋白含量明显增高。进一步研究我们还发现使用Tet作用于LOVO/5-Fu细胞之后,可以增强LOVO/5-Fu细胞对五氟尿嘧啶的敏感性。使用Tet作用于LOVO和LOVO/5-Fu细胞之后,可以使LOVO/5-Fu细胞凋亡率升高,使被阻滞在G1期的细胞增多,而进入分裂期的细胞较前明显减少;LOVO/5-Fu细胞MDR1表达量和P-gp蛋白含量较未使用Tet作用之前明显降低。Tet作用于LOVO/5-Fu细胞后,p-JNK较未使用Tet的LOVO/5-Fu组细胞明显升高,其下游分子p-c-jun表达量也显著增加;加入JNK信号通路抑制剂SP600125之后,Western blot检测结果显示,Tet作用组细胞的p-JNK、p-c-jun较未加入JNK信号通路抑制剂SP600125之前表达量显著降低;各个组总JNK和c-jun表达量无明显变化。结论1、本实验方法建立的LOVO/5-Fu耐药细胞系有良好的耐药性和稳定性。2、LOVO/5-Fu组细胞中MDR mRNA表达水平和P-gp蛋白含量比LOVO组细胞中明显上调。3、Tet体外可以逆转人大肠癌多药耐药细胞株LOVO/5-Fu细胞的MDR。4、Tet可以通过对人大肠癌多药耐药细胞株LOVO/5-Fu细胞凋亡率和细胞周期的调控,改变细胞的MDR。5、Tet逆转人大肠癌多药耐药细胞株LOVO/5-Fu细胞MDR的机制可能是通过调控JNK信号通路,下调MDR mRNA和P-gp蛋白的表达来实现的。