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研究目的:
由于肺癌、乳腺癌和大肠癌是发病率占前几位的恶性肿瘤,本研究采用PG490进行以下研究:①研究PG490对肺癌、乳腺癌和大肠癌细胞增殖及凋亡的影响,并进一步从P53、细胞周期、VEGF表达和NF-κB通路等深入探讨其抗肿瘤作用的分子机制;②明确PG490能否增强传统化疗药物对肺癌、乳腺癌和大肠癌细胞抑制增殖及诱导凋亡的作用并探索其内在机制。
方法:
1、细胞株:肺癌细胞株A549、H125和WIL;大肠癌细胞株H630、HCT116和RKO及乳腺癌细胞株MCF7和MDA231.MB。
2、MTT法评价不同浓度PG490处理72小时对上述不同实体瘤细胞的体外抑制增殖的作用和明确PG490对上述实体瘤细胞的IC50。
3、显微镜观察不同浓度PG490处理后肺癌和大肠癌细胞形态学的改变。
4、流式细胞仪检测不同浓度PG490对肺癌和大肠癌细胞处理后凋亡细胞比例。
5、Western Bloting检测不同浓度PG490处理A549、H125、H630、HCT116和RKO细胞后P53、P21、细胞周期相关蛋白(cyclin D1、cyclin E、cyclin D3、CDK2和CDK4)及血管内皮生长因子(VEGF)蛋白表达水平的变化情况。
6、Western Bloting检测50nM PG490作用大肠癌H630、RKO和HCT116细胞不同时间NFκB抑制剂IκBα表达的变化。
7、Proteasome activity Assay分析50nM PG490对蛋白酶体20S活性的影响。
8、MTT法评价无明显抑制增殖作用的IC30剂量PG490能否提高5FU对大肠癌细胞株,顺铂、足叶乙甙、吉西他滨物对肺癌细胞株及紫杉醇对乳腺癌细胞株的抑制增殖作用。
10、流式细胞仪检测PG490与5FU联合后对大肠癌细胞株及PG490与顺铂、足叶乙甙及吉西他滨联合后对肺癌细胞株细胞周期分布及凋亡细胞比例的影响。
11、Western Bloting检测PG490与5FU联合处理大肠癌细胞后及PG490与顺铂、足叶乙甙和吉西他滨物联合处理肺癌细胞后凋亡相关蛋白PARP、Caspase3、Bax和Bcl2表达的变化。
12、报告基因方法检测顺铂、足叶乙甙及吉西他滨单药及上述药物与不同浓度PG490(10、50及100nM)联合处理A549细胞6小时后NFκB的转录活性。
13、采用SPSS13.0软件进行统计学分析,两组间均数的比较使用独立样本t检验方法:多组间均数比较使用单因素方差分析方法进行统计,在方差分析显著的情况下使用Bonferroni(方差齐性)进行多重比较;若方差不齐则使用采用近似F检验(如Welch方法)代替方差分析后采用Dunnett T3方法进行多重比较;计量资料用x±s表示,检验水准为α=0.05,双侧检验。
结果:
1、PG490对三种肿瘤八个细胞株在体外均有较明显抑制增殖作用,且呈剂量依赖性。不同实体瘤细胞株的IC50分别是肺癌细胞株A549:7.23±2.49nM、H125:19.87±3.90nM及WIL:21.78±1.37nM;大肠癌细胞株H630:1.39±0.35nM、RKO:2.62±0.68 nM和HCT116:5.51±2.07 nM;乳腺癌细胞株MCF7:18.51±3.05 nM及MDA231.MB:29.10±0.42nM。上述3种实体瘤中大肠癌细胞对PG490最敏感,其中又以H630最敏感:而在肺癌细胞株中A549最敏感,而H125和WIL对PG490的敏感性相对较低,与乳腺癌细胞株MCF7和MDA231.MB相似。
2、显微镜观察不同浓度PG490对肺癌细胞株A549和大肠癌细胞株H630、RKO和HCT116处理24小时后细胞形态学改变,结果显示低浓度的PG490(5、10nM)处理后细胞凋亡的特征不明显,当浓度增高至25nM后,细胞出现较明显凋亡现象,如染色质的凝聚、细胞膜起泡、细胞核断裂以及相关凋亡小体的出现。当浓度增高至50nM后,凋亡现象更加明显伴大部分细胞发生死亡。
3、采用流式细胞仪检测不同浓度(0、5、10、25及50nm)PG490作用于肺癌A549和大肠癌H630、RKO和HCT116细胞24小时后及肺癌H125细胞48小时后流式细胞仪测定凋亡细胞比例发现:低浓度的PG490(5、10nm)处理后凋亡细胞比例与空白对照组相比无显著增加(P>0.05)。当PG490浓度达到25或50 nm时上述5种肿瘤细胞的凋亡细胞比例均较阴性对照及低浓度组显著升高,统计学分析差异有显著性意义。
4、应用Western Bloting方法检测不同浓度PG490处理HCT116、H630、RKO和A549细胞24小时,处理H125细胞48小时后P53和P21蛋白的表达情况。3个大肠癌细胞株H630、HCT116和RKO和肺癌细胞A549均显示随着PG490浓度的增高,其P53的表达是逐渐升高的趋势。但H125细胞经PG490处理处理后其P53的表达水平无明显变化。当PG490浓度超过25nm后3种大肠癌细胞P21表达水平表现与P53升高相对应的明显下降。本实验无法检测出满意的A549细胞和H125细胞P21蛋白的表达情况。
5、Western Bloting结果显示PG490可以抑制5个肿瘤细胞株cyclin D1的表达及H630、RKO、HCT116和H125细胞cyclin E的表达,上调A549细胞CDK2的表达。但对A549细胞cyclin E和其他四个细胞CDK2的表达无明显影响。对于cyclin D3,H630、RKO、HCT116和H125细胞是低浓度逐渐上调的趋势,而高浓度(≥50nM)则明显下调,而A549细胞则无影响。对于H630和RKO细胞株,PG490对CDK4是下调,对于H125和HCT116则是上调的,而对A549细胞CDK4的表达则无明显影响。
6、应用50nm PG490处理大肠癌细胞株H630、RKO和HCT116不同时间(0、5min、30min、1h、6h、12h及24h)后提取全蛋白,应用Western Bloting检测IκBα的水平,结果示RKO和H630细胞6小时后对IκBα的表达无影响,而当处理超过12小时时IκBα水平反而下降,考虑与细胞开始死亡有关。而对于HCT116细胞株,则显示从处理30分钟起其IκBα水平呈明显下降。
7、同时应用Proteasome activity Assay分析PG490对蛋白酶体20S活性的影响,以DMSO作为阴性对照,以MG132作为阳性对照。结果显示PG490对蛋白酶体20S活性抑制程度与DMSO相似,显著低于蛋白酶体抑制剂MG132,提示PG490并不能抑制蛋白酶体20S的活性。
8、应用Western Bloting检测PG490处理上述5种细胞株后VEGF的表达情况,结果示PG490均能够显著抑制A549、H125、H630、RKO和HCT116细胞VEGF的表达,且呈剂量依赖性。
结论:
1、PG490除了单药本身对所研究的8种肿瘤细胞均表现出明显抑制肿瘤增殖和诱导凋亡活性外,无明显抑制增殖作用IC30浓度的PG490还能显著提高5FU对大肠癌H630、RKO、HCT116细胞,DDP、ETO、Gem对肺癌A549、H125和WIL细胞及Pac对乳腺癌MCF7和MDA231.MB细胞的增殖抑制作用和诱导凋亡。
2、PG490能够降低大肠癌H630、RKO、HCT116细胞和肺癌A549和H125细胞的细胞周期蛋白D1的水平,能够抑制大肠癌RKO、H630、HCT116细胞和非小细胞肺癌细胞H125细胞周期蛋白E活性,诱导非小细胞肺癌A549细胞CDK2的表达。提示调控细胞周期是PG490能够抑制上述肿瘤细胞的增殖的重要机制。
3、PG490能提高3种大肠癌细胞和肺癌A549细胞P53蛋白的表达水平,表明提高P53的蛋白水平是PG490诱导无P53突变肿瘤细胞凋亡的机制之一。PG490对肺癌H125细胞的P53蛋白的表达水平无明显影响,考虑与H125是P53突变细胞有关。
4、PG490并不能抑制蛋白酶体20s的活性,也不诱导大肠癌细胞IκBα的表达。表明表明NF-κB通路可能不是PG490处理下唯一发生改变并导致细胞凋亡的通路,PG490对不同肿瘤细胞NF-κB活性的影响及作用NF-κB通路的靶点可能存在不同。
5、不同浓度PG490能够抑制肺癌和大肠癌五种细胞系VEGF的表达,且随PG490浓度升高,VEGF的表达进一步下降,提示抑制VEGF的表达在PG490的抗肿瘤的分子机制中起重要作用。
6、PG490与不同化学药物联合能够增加caspase3活化和PARP的裂解,并上调Bax蛋白的表达和下调Bcl-2蛋白的表达。表明线粒体信号通路在PG490提高化疗药物诱导实体瘤细胞凋亡中起重要作用。
7、100nMPG490后能下调顺铂及足叶乙甙的高NFκB转录活性,但不能降低吉西他滨诱发的高NFκB转录活性,提示抑制NFκB的转录活性仅是PG490能够提高化疗药物诱导实体瘤细胞凋亡的机制之一。