地西他滨联合三氧化二砷对MDS细胞系增殖和凋亡的作用

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骨髓增生异常综合征(MDS)是源于造血干细胞的一组异质性克隆性恶性血液病。其病变特征是主要髓系细胞的一系或者一系以上发育异常(Dysplasia)造成骨髓无效造血和外周血细胞减少,最终有20%-40%的MDS患者转化为急性髓系白血病。MDS的发病率低,年发病率不超过十万分之五。MDS主要发生于老年人群,男性多于女性发病。至今,MDS的发病机制仍处于探索阶段,就当下的研究成果而言,可能与多基因累积突变、癌基因与抑癌基因异常、造血干或祖细胞增殖分化和凋亡行为异常,以及免疫功能紊乱等多种因素有关。MDS具有明显异质性,且发病时多超过60岁,可能存在各种老年性疾病且易发生合并症。介于此,选择适合于个体患者的治疗方案,是患者获得更长时间生存的关键所在。  地西他滨,是一种脱氧胞苷酸腺苷的天然类似物,具有S周期特异敏感性。早在1964年用于急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)的治疗,因其在MDS治疗中显示的良好药效,已于2006年被FDA推荐作为MDS中危-1及以上患者的治疗选择。2008年在我国免临床实验直接上市。低剂量的地西他滨可以替代肿瘤细胞内的胞嘧啶与DNA甲基转移酶共价结合而使其失活,有效逆转DNA的异常甲基化状态,发挥去甲基化作用,但不直接导致肿瘤细胞凋亡。已有研究证实,很多重要的抑癌基因(tumor suppressor genes,TSG),比如P15、P16/CDKNA2、RASSF1A、MLH1和APC等,因其启动子中CpG岛的DNA异常高甲基化而沉默表达,成为肿瘤发生发展的重要因素。因此,去甲基化治疗可以在一定程度上恢复抑癌基因活性,从而达到抗肿瘤的作用。但地西他滨不能阻断DNA甲基转移酶的合成,这也从机制上说明地西他滨需要连续给药,或者和其他化疗药物联合使用以获得更好的疗效。  三氧化二砷,是剧毒类矿物中药,以其“以毒攻毒”的特性,在我国已有1500多年的应用历史。20世纪90年开始用于治疗急性早幼粒细胞白血病,并且取得了极好的疗效,现在已成为APL治疗的首选药物。目前也已获得FDA批准用于治疗骨髓增生异常综合征,且单药治疗MDS安全性和耐受性好,但疗效有限。三氧化二砷的抗肿瘤作用主要体现在通过多种凋亡通路促使肿瘤细胞凋亡,同时,它在体内的代谢需要S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)提供的甲基参与,而SAM恰恰是DNA甲基转移酶的必需辅助因子,这样三氧化二砷消耗了甲基供体,竞争性抑制了DNA甲基转移酶,这对肿瘤细胞去甲基化治疗时有可能会增强去甲基化作用。  因此,我们可以得知,地西他滨主要通过抑制DNMT发挥去甲基化作用,三氧化二砷主要通过促进细胞凋亡和消耗甲基供体发挥抗MDS作用。于是,我们推测,地西他滨和三氧化二砷联合可能发挥协同治疗骨髓增生异常综合征的作用。  本研究旨在通过体外细胞实验,研究地西他滨联合三氧化二砷对MDS细胞系的增殖和凋亡的协同作用。我中心首次开展了地西他滨联合三氧化二砷在临床MDS患者中的应用,因此,也希望能结合本实验提供的实验数据,更好的推广地西他滨联合三氧化二砷在MDS高危患者中的临床应用。  目的:  研究地西他滨联合三氧化二砷对MDS细胞株(MDS-L和SKM-1)增殖及凋亡的影响,并探索相关作用机制。  方法:  应用CCK-8法检测细胞增殖状态,应用Compusyn软件分析药物IC50及两药联合协同指数;应用AnnexinⅤ-FITC/PI双染法检测细胞凋亡率;应用蛋白免疫印迹法检测Bcl2、Bax及Pro-caspase-3蛋白表达水平的变化。  结果:  1.CCK-8法检测细胞增殖抑制率:地西他滨、三氧化二砷对骨髓增生异常综合征细胞株(MDS-L和SKM-1)的增殖均有明显的抑制作用,呈剂量依赖性。药物作用于细胞72h后,地西他滨对MDS-L细胞的IC50为2.81μmol/L(95%CI:1.86~4.23),对SKM-1细胞的IC50为3.21μmol/L(95%CI:2.28~4.53);三氧化二砷对MDS-L细胞的IC50为4.11μmol/L(95%CI:3.23~5.23),对SKM-1细胞的IC50为4.48μmol/L(95%CI:4.05~4.97)。在MDS-L细胞株中,D2组(地西他滨2μmol/L)vs.D2A2组(地西他滨2μmol/L+三氧化二砷2μmol/L)(P=0.019<0.05),A2组(三氧化二砷2μmol/L)vs.D2A2组(P=0.031<0.05);在SKM-1细胞株中,D2组vs.D2A2组(P=0.028<0.05),A2组vs.D2A2组(P=0.001<0.05);即得出联合组的细胞增殖抑制率均显著高于各单药组。  2.AnnexinⅤ-FITC/PI双染法检测细胞凋亡率:地西他滨对MDS-L细胞和SKM-1细胞的促凋亡作用微弱。随着地西他滨剂量的增加,两细胞株的凋亡率有所增加。三氧化二砷对两细胞株的促凋亡作用明显,且成剂量依赖性;两药联合后凋亡率比两单药组明显增加。在MDS-L细胞株中,对照组凋亡率为3.28±0.35%;D2组为4.65±0.14%(vs.对照组,P=0.011<0.05);A2组为9.82±2.20%(vs.对照组,P=0.045<0.05);D2A2组为24.85±2.91%,比两单药组的凋亡率增加(vs.D2组,P=0.006<0.05;vs.A2组,P=0.021<0.05)。在SKM-1细胞株中,对照组为3.51±1.04%;D2组为6.34±2.21%(vs.对照组,P=0.107>0.05);A2组为32.97±7.18%(vs.对照组,P=0.015<0.05);D2A2组为52.14±8.12%,比两单药组的凋亡率增加(vs.D2组,P=0.007<0.05;vs.A2组,P=0.014<0.05)。  3.Western Blot检测细胞凋亡相关蛋白:各实验组作用于SKM-1细胞72h后,提取总蛋白。凋亡相关蛋白Bcl-2及Pro-caspase-3表达量减少,Bax表达量增加。地西他滨和三氧化二砷联合作用比单药更明显,且具有显著统计学差异(P<0.01)。  结论:  1.地西他滨及三氧化二砷均可以抑制MDS细胞增殖,抑制作用呈剂量依赖性变化;两药联合协同抑制MDS细胞增殖(CI<1)。  2.地西他滨促使MDS细胞凋亡的作用微弱,三氧化二砷明显促使MDS细胞凋亡,凋亡作用呈剂量依赖性;两药联合协同促使MDS细胞凋亡。  3.两药联合比两单药作用后,能显著下调Bcl-2表达水平,上调Bax表达水平,诱导Pro-caspase-3活化为Caspase-3。
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