吴茱萸碱通过AMPK/mTOR信号通路激活自噬抑制结肠癌细胞增殖的研究

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结肠癌是最常见的胃肠道肿瘤,尽管结肠癌的治疗方法在手术、化疗和新型分子靶向药物的开发等方面已经取得了巨大的成就,但结肠癌的发病率却依然在不断上升。目前,结肠癌的早期诊断和治疗策略可以提高患者的总体生存率,手术切除后同时辅助化疗极大地提高了结肠癌患者的临床疗效。然而对于被诊断为晚期疾病的患者,结肠癌常常发生转移,而肿瘤转移是大多数肿瘤患者死亡的主要原因。转移性结肠癌的5年生存率仅为10-15%,而非转移性结肠癌的5年生存率为40-90%。因此,早期筛查和新颖的治疗方法对于改善结肠癌的预后至关重要。长期以来,吴茱萸碱(Evodiamine,Evo)等中草药有效成分一直被认为是治疗各种疾病的有效方法。虽然其抗肿瘤活性已在多种肿瘤疾病中被证明,但在结肠癌组织中,吴茱萸碱的影响及相关机制的报道却为数不多。自噬是Ⅱ型程序性细胞死亡,其特征是线粒体、核糖体和内质网等细胞成分的降解以及大量自噬体的形成。自噬是在应激刺激下被激活的,包括饥饿及细胞内应激等。在细胞自噬过程中,多余的、受损的或老化的细胞器和细胞被隔离、降解和回收。自噬的激活还涉及多种疾病,包括神经退行性病变、自身免疫性疾病、感染和癌症等。目前,自噬在肿瘤中的作用备受关注,自噬诱导的细胞死亡作用可能导致肿瘤细胞的生长抑制,从而抑制肿瘤的发生。AMPK(Adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase)即单磷酸腺苷活化蛋白激酶,其是一种主要的细胞传感器,能够将多种细胞功能和过程与能量利用联系起来。AMPK是一种进化保守的蛋白激酶,既存在于单细胞生物中,如面包酵母;也存在于更复杂的多细胞真核生物中,如哺乳动物。AMPK信号通路除了参与主要的代谢功能外,还参与许多生理过程,如细胞骨架重塑和转录控制或调控基本的细胞过程,如凋亡或自噬等。研究表明,Evo能够通过激活AMPK来发挥其生物学功能。因此,本研究提出假说:Evo通过激活AMPK信号通路,激活自噬,进而在体内体外抑制结肠癌细胞增殖。方法体外实验:培养人结肠癌细胞株HCT-116,分别加入Evo 0、1.5、3、6、12μmol·L-1培养48 h,CCK-8法、细胞克隆形成实验及EdU染色检测Evo对HCT-116生存活性的影响;MDC法、RFP-GFP-LC3腺病毒等检测细胞自噬;DHE检测细胞内活性氧的产生;RT-PCR和Western Blot检测不同浓度的Evo(0、3、6μmol·L-1)诱导HCT-116细胞48h后,细胞中LC3、p62、AMPK、p-AMPK、mTOR、p-mTOR等相关蛋白的表达情况;Evo(6μmol/L)分别与自噬抑制剂3-MA(3-Methyladenine)和凋亡抑制剂Z-DEVD-FMK共同作用48 h后,Western Blot检测细胞内自噬相关信号通路及凋亡相关因子的表达。体内实验:4周龄的Balb/c裸小鼠二十只,随机分为两组,两组小鼠均在右下腹部接种HCT-116细胞,待瘤体直径约0.5cm后,每日对实验组小鼠给予Evo(10mg/Kg)灌胃治疗,对照组灌胃生理盐水,定期观察小鼠瘤体及体重数据。治疗3w后处死小鼠,收集相关标本,计算瘤体体积及重量。HE染色观察瘤体内细胞形态,IHC和Western Blot检测LC3、p62、AMPK、p-AMPK、mTOR、p-mTOR蛋白的表达变化。结果1.在体外,不同浓度的Evo(0、1.5、3、6、12、24、48、96μmol·L-1)作用于HCT-116细胞48h后,细胞的增殖抑制作用明显(P<0.05),在一定范围内呈浓度依赖性;同时能明显减少细胞克隆的形成。给予凋亡抑制剂后,细胞增殖及克隆形成被进一步抑制。2.Evo可明显增加细胞内自噬体及ROS的产生,上调细胞内LC3、同时抑制p62等蛋白的表达,同时能上调AMPK/mTOR信号通路关键蛋白的表达。当给予自噬抑制剂后,细胞凋亡信号通路被进一步激活,反之给予凋亡抑制剂后,细胞自噬信号被进一步激活。3.在体内,Evo用药组的荷瘤重较模型组(0.71±0.22g VS 3.51±0.6g)明显较低,差异有统计学意义(P<0.01);Evo用药组的瘤体体积远低于模型组(324.21±22.36mm3 VS 1149.31±158.44mm3)(P<0.01);HE结果提示:Evo组小鼠瘤体细胞排列紊乱,细胞碎片较多,细胞核固缩明显。4.体外实验与体内实验相吻合,Evo用药组小鼠荷瘤细胞中LC3Ⅱ/Ⅰ比例上调、p62蛋白表达水平降低,同时AMPK/mTOR信号通路被激活,细胞内自噬被激活。结论:1.Evo具有明显抑制HCT-116细胞增殖的作用;在细胞凋亡被抑制时能够通过激活自噬,进一步抑制结肠癌细胞的增殖。2.体内外实验表明,Evo能够通过激活AMPK/mTOR信号通路,进而激活自噬,抑制结肠癌HCT-116细胞增殖。
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