DADS诱导人胃癌BGC823细胞凋亡及其与smac和survivin表达的关系

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  [摘要] 目的 研究二烯丙基二硫(DADS)诱导胃癌BGC823细胞凋亡及其机制。 方法 实验分DADS处理组和DADS未处理组,进行体外细胞培养,通过MTT法检测DADS对胃癌BGC823细胞生长的影响、通过流式细胞术检测细胞周期的分布、通过免疫组化检测smac和survivin蛋白的表达。 结果 MTT实验显示DADS作用于BGC823细胞后,细胞生长抑制率呈时间、浓度依赖性增高,流式细胞术显示DADS明显将细胞周期阻滞于G2/M期,且呈浓度、时间依赖性。免疫细胞化学显示处理组较未处理组smac表达明显增加,而survivin蛋白表达明显降低(P < 0.05)。 结论 DADS可体外抑制人胃癌BGC823细胞增殖,使该细胞阻滞于G2/M期,其机制可能与上调smac及下调survivin的表达有关。
  [关键词] DADS; 胃癌; smac;survivin;细胞增殖; 细胞周期
  [中图分类号] R735.2[文献标识码] A[文章编号] 1673-9701(2012)10-0001-03
  Apoptosis and expression of survivin and smac in human gastric cancer BGC823 cells induced by Diallyl Disulfide
  WANG Lixin1 SHI Shuisheng2 HE Runyuan1
  1.Graduate School of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China; 2.Gastroscopy Room, the Second Affiliated Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
  [Abstract] Objective To investigate the apoptosis in human gastric cancer BGC823 cells induced by DADS, and study the mechanism. Methods The experiment was divided into two groups: treated group with DADS and untreated group. BGC823 cells proliferation was measured by MTT assay. Cell cycle distribution was analyzed by flow cytometry (FCM). The expression of survivin, smac was detected by immunohistochemistry. Results MTT showed that DADS significantly inhibited BGC823 cells proliferation with a dose and time-dependent manner,Flow cytometry revealed that DADS could markedly arrest cell cycle in G2/M phase with a dose and time-dependent manner. The expression of survivin and smac were observed in the two groups of immunohistochemistry,survivin was weakened markedly in the treated group, but smac was enhanced markedly in the treated group (P < 0.05). Conclusion DADS had significant inhibitory effect on proliferation of human gastric cancer BGC823 cells in vitro and arrested cell cycle in G2/M,and its molecular mechanism is related to downregulating expression of survivin and upregulating expression of smac.
  [Key words] Diallyl disulfide; Gastric cancer; Smac; Survivin; Cell proliferation; Cell cycle
  胃癌是常见的恶性肿瘤,占我国消化道恶性肿瘤的第一位,并且在我国恶性肿瘤的发病率和病死率中均居首位[1]。胃癌早期诊断率低、生存期短、预后差。严重影响着人们的生活质量。肿瘤是机体在各种因素作用下,局部组织的细胞在基因水平上失去了对其生长的正常调控,导致细胞的异常增生而形成的新生物。二烯丙基二硫(diallyl disulfide,DADS)是大蒜主要有效成分烯丙基硫化物中的一类低分子量脂溶性化合物,可通过多种途径起到抗肿瘤作用。近年来,DADS的抗癌作用受到国内外广泛关注。其抗癌机制的研究已经进入细胞和分子水平。本实验以胃癌BGC823细胞为靶细胞,研究DADS诱导人胃癌BGC823细胞凋亡的机制及与survivin、smac的关系。
  1 材料与方法
  1.1 药品与试剂
  DADS(diallyl disulfide)为Sigma公司产品,d420=1.0,Mr146.28,纯度80%。人胃癌BGC823细胞购自武汉博士德生物工程试剂公司,RPMI-1640培养基购自美国Gibco公司,新生胎牛血清购自杭州四季青公司,MTT为Sigma公司产品,碘化丙啶(PI)为Sigma公司产品,SP免疫组化试剂盒购自北京康为世纪生物科技有限公司,DAB显色盒购自武汉博士德生物工程有限公司,兔抗人survivin抗体、兔抗人smac抗体均购自北京博奥森生物技术有限公司,仪器设备均由山西医科大学实验室提供。
  1.2 细胞培养
  BGC823细胞,用含10%灭活胎牛血清的RPMI-1640培养基,并加入青霉素100 kU/mL,链霉素100 kU/mL的培养体系,在37℃、5%CO2的恒温培养箱中培养,取对数生长期细胞进行实验。
  1.3 MTT实验
  取对数生长期细胞,常规胰酶消化制成单细胞悬液,调整细胞浓度,使细胞浓度为5 000个/孔,均匀接种于96孔平底培养板,每孔100 μL,培养24 h后,加入处理因素,设一个调零孔,空白对照组,DADS处理组(包括40 mg/L,50 mg/L,60 mg/L三个浓度),每组设6个复孔,继续培养12 h、24 h。然后每孔加入10 μL的5 g/L的MTT/PBS溶液,再培养4 h,后小心吸去全部的上清液,每孔加入100 μL的DMSO,置摇床上低速震荡10 min,使结晶充分溶解,在酶联免疫检测仪上检测OD490 nm的各孔吸光度值,并按下列公式计算抑制率。抑制率(IR%)=(1-处理组平均光密度值/对照组平均光密度值)×100%。
  1.4 流式细胞术
  取对数生长期细胞,常规胰酶消化制成单细胞悬液,调整细胞浓度,使细胞浓度为10 000个/孔,均匀接种于6孔平底培养板,培养24 h后,加入处理因素,设空白对照组,DADS处理组(包括40 mg/L,50 mg/L,60 mg/L三个浓度),每组设6个复孔,继续培养12及24 h。收集细胞,离心,1 000 rpm×5 min,弃上清,用4℃预冷的PBS溶液重悬细胞,离心,1000 rpm×5 min,重复1次,用4℃的70%乙醇固定4 h,检测前用PBS洗3次,RNA酶消化,碘化丙啶(PI)染色,流式细胞仪分析DNA含量,检测群体细胞中处于各个细胞周期中的细胞比例。
  1.5 免疫细胞化学分析
  取对数生长期细胞,常规胰酶消化成单细胞悬液,调整细胞浓度为1.5×106/mL,按上述分组制备细胞爬片,用4%多聚甲醛在4℃下固定20 min,PBS漂洗3次,每次2 min;滴加一滴内源性过氧化物酶封闭液(试剂1),室温下孵育10 min,用蒸馏水洗3次,每次2 min;滴加封闭用正常羊血清(试剂2),室温孵育10 min,甩干封闭液,滴加一抗,37℃过夜;PBS洗3次,每次2 min;滴加生物素标记羊抗兔二抗(试剂3),37℃孵育40 min;PBS洗3次,每次2 min;滴加HRP标记的链霉亲和素(试剂4),37℃孵育10 min;PBS洗3次,每次2 min;滴加新鲜配制的DAB显色液,显色5~10 min后,用自来水冲洗,苏木精浅染,乙醇脱水,二甲苯透明,中性树胶封片,图像分析仪检测平均光密度值及阳性率。
  1.6 统计学分析
  结果采用SPSS13.0软件进行分析,两组比较采用t检验,多组比较采用方差分析,并采用SNKt检验进行多重比较,数据以(x±s)表示,P < 0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 DADS对胃癌BGC823细胞的抑制作用
  MTT结果显示,胃癌BGC823细胞在不同浓度、不同时间DADS作用后,OD490值均比对照组低,且随着浓度增加、时间增加而明显降低,其抑制率呈浓度时间依赖性增加(P < 0.05),见表1。不同浓度之间进行多重比较,40 mg/L DADS的平均抑制率为12.8±0.038,50 mg/L DADS的平均抑制率为21.8±0.328,60 mg/L DADS的平均抑制率为31.1±0.328,各组之间进行多重比较,P < 0.05;不同时间进行两两比较,DADS作用12 h后,平均抑制率为14.8±0.0883,作用24 h后,平均抑制率29.0±0.134,两组比较,差异有统计学意义(P < 0.05)。
  2.2 DADS对胃癌BGC823细胞周期分布的影响
  流式细胞术显示,40、50、60 mg/L 浓度的DADS作用于胃癌BGC823细胞12 h后,G2/M期百分率分别增加到9.2%、16.5%、37.3%,与对照组比较,差异有统计学意义(P < 0.05);24h后,G2/M期百分率进一步增加至14.3%、21.6%、52.4%,(P < 0.05),各组之间进行两两比较,P均<0.05,表明DADS将细胞阻滞在G2/M期,从而使细胞增殖受抑制,并与浓度及时间有依赖关系。
  2.3 DADS对smac、survivin蛋白表达的影响
  免疫组化显示(表3、图2),对照组、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L DADS作用于胃癌BGC823细胞24 h后,smac蛋白阳性率分别为35.1%、41.5%、55.7%、64.7%,光密度值分别为1.170±0.036、0.217±0.031、0.273±0.015、0.317±0.015,smac表达较对照组逐渐增强,P < 0.05;survivin蛋白阳性率分别为67.2%、55.3%、48.3%、38.8%,光密度值分别为0.350±0.017、0.283±0.025、0.230±0.020、0.187±0.015,survivin表达较对照组逐渐减弱,P < 0.05;LSDt法两两比较,P均<0.05,表明各组之间差异有统计学意义。
  3 讨论
  从天然植物中提取有效成分预防和治疗癌症并探讨其发病机制已经成为近年来的研究热点。大蒜是百合科植物蒜的鳞茎,DADS(二烯丙基二硫)作为大蒜主要有效成分中的一类低分子量脂溶性化合物,目前国际上对其研究十分活跃,已有研究表明,DADS可抑制人类肿瘤细胞的增殖,例如结肠癌、肺癌、乳腺癌、肝癌等[2-6]。该研究主要探讨DADS抑制人胃癌BGC823细胞的机制及与survivin、smac的关系。
  survivin是凋亡抑制蛋白(inhibitor apoptosis proteins,IAP)家族的新成员,是迄今为止克隆出的最小IAP,survivin是由142个氨基酸组成的相对分子量为16.3×103的蛋白质,其编码基因长度为14.5kb,位于17号染色体的q25,含有4个外显子和3个内含子。survivin在胚胎、胎儿组织中规律表达,在成熟的组织中表达沉默, 而在绝大多数肿瘤组织及转化的肿瘤细胞系中过量表达,survivin的这种高选择性分布特点与其参与细胞增殖分化有关[7-9]。survivin能特异性地与末端效应细胞半胱氨酸蛋白酶caspase-3和caspase-7结合,通过在细胞内与微管的聚合和解聚,抑制其过表达引起的细胞凋亡,使一些转化细胞逃避机体免疫系统的监视而无法清除,从而异常存活、累积,形成优势克隆参与肿瘤的发生;另外,survivin蛋白由于其独特的亚细胞分布,被认为是处于细胞增殖与细胞死亡界面的分子,它可抑制凋亡蛋白酶,使肿瘤细胞逃避细胞周期G2/M期检测点(checkpoint)的监控,抵抗因DNA损伤或突变自身诱导的细胞凋亡,引起细胞生长及凋亡途径的紊乱,从而有利于肿瘤细胞异常分裂增殖[10]。
  线粒体蛋白smac(second mitochondria-derived activator of caspases),又称DIABLO(direct IAP binding protein with low PI)是2000年由美国Du等发现的一种新型线粒体膜间隙蛋白,由239个氨基酸前体组成,相对分子质量约26000,原蛋白约30000,是一种新发现的促凋亡蛋白。正常情况下,smac主要存在于细胞线粒体中,在凋亡诱导因素的前提下,线粒体同时释放smac 和细胞色素C。smac在细胞凋亡的线粒体途径中发挥着重要作用,它可以与IAPS的BIR结构域竞争性结合,使IAPs失去与caspase结合的能力,从而达到促凋亡的作用[11];也可以通过增强lAP泛素连接酶的活性而降解IAP蛋白使其含量降低,从而促进细胞凋亡。
  本研究结果显示,随着DADS浓度及作用时间的递增,DADS对胃癌BGC823细胞的抑制率逐渐增强;将细胞周期阻滞在G2/M期。survivin和smac的表达与DADS呈剂量依赖性关系,DADS浓度越高,survivin表达越多,而smac表达减少,它们之间呈负相关,(P < 0.05),这与以上survivin、smac作用机制相符合,DADS抑制肿瘤可能是通过下调survivin表达,而上调smac的表达来实现的。总之,鉴于DADS的毒性低,对多种肿瘤细胞有抑制作用,在肿瘤治疗方面有一定的应用前景,深入研究它的抗癌机制,对将来DADS的临床应用有重要意义,survivin、smac有望应用于肿瘤的靶向治疗,而smac和survivin之间的关系,将为肿瘤的诊疗提供了新思路。
  
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  (收稿日期:2012-02-09)
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