辣木皮乙醇提取物调控ROS/p38信号转导抑制头颈鳞癌

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背景与目的:头颈鳞癌位于世界范围内最常见肿瘤第七位,拥有极高患病率与死亡率。大多数靶标特异性抗癌药物均未达到预期效果。当前的重点是寻找可以延迟发展甚至治愈头颈鳞癌而无明显副作用的新型细胞毒剂。天然产物能够调节癌症微环境和多种细胞信号转导级联,在抗癌中起着重要作用而成为新的药物来源。辣木因营养价值高而闻名世界,一直被用于治疗多种疾病,归其原因主要为其中所含的丰富生物活性物质。辣木已被报道对多种癌症具有抑制作用,但是迄今为止,鲜少见辣木与头颈鳞癌有关报道。辣木提取物是否对头颈鳞癌具有明显抑制作用以及可能机制还不清楚。本研究的目的一是探究辣木对于头颈鳞癌的相关作用及可能机制,二是探明辣木提取物中主要抑癌成分。方法:(1)辣木各部位粗提物抗氧化活性及对头颈鳞癌抑制能力分析将不同部位(根、叶、种子、皮)辣木原材料以不同浓度乙醇溶液(0、50、70、90%)进行提取,采用Folin-Ciocalteu法、氯化铝比色法、DPPH和ABTS·+自由基清除能力和Fe3+还原能力以测定各提取物中总多酚与黄酮含量及体外抗氧化性能。从每个相同部位的4种提取物中挑选出1种抗氧化能力最强的提取物,以CCK-8、细胞克隆形成、流式细胞术、DAPI核染、Western blot分析这4种提取物对于头颈鳞癌(CNE-1、CAL27)的抑制作用,并从中挑选出抑癌能力最强成分用于接下来的实验。(2)辣木皮70%乙醇提取物MOB对头颈鳞癌生物学行为和顺铂耐药性的影响及相关机制探究辣木皮70%乙醇提取物MOB为上一章节中所挑选的抑癌能力最强成分。MOB作用于头颈鳞癌细胞(5-8F、CNE-1、CAL27、CAL27/CDDP)24小时后,以CCK-8、细胞克隆形成、流式细胞术、Western blot、RT-PCR、细胞迁移(划痕)和Transwell侵袭实验探讨头颈鳞癌生物学行为(增殖、凋亡、转移能力)的变化,并研究辣木对于头颈鳞癌顺铂耐药的影响。结合活性氧清除剂(NAC)、p38特异性抑制剂(SB203580、SB202190)及强效激活剂(Anisomycin)以检测细胞中活性氧ROS含量、p38磷酸化水平以探究可能机制。以UHPLC-QE-MS技术分析MOB可能成分。(3)辣木皮70%乙醇提取物(MOB)分离纯化组分体内对头颈鳞癌增殖、转移的影响依次以氯仿溶液、乙酸乙酯溶液、正丁醇溶液萃取MOB,以DPPH与ABTS·+自由基清除能力、CCK-8与流式细胞术分别探究各萃取相的抗氧化与抑头颈鳞癌性能,从4组萃取相中筛选出对头颈鳞癌抑制性能最强萃取相。以头颈鳞癌细胞5-8F构建裸鼠异种移植瘤、肺转移模型。于建模前3周开始至建模后第4周末,以所筛选出的抑癌性能最强萃取相进行干预,探寻辣木体内对头颈鳞癌的影响。以大孔吸附树脂、硅胶柱依次对所挑选萃取相进行富集与纯化,并使用CCK-8检测各纯化后组分的抑癌能力。结果:(1)辣木种子、根、皮的70%乙醇提取组分与辣木叶的水提取组分在相应部位提取物中具有更强的抗氧化性能。这4个提取物可明显抑制头颈鳞癌增殖并诱导凋亡,其中辣木皮70%乙醇提取物抑癌能力最强。辣木各部位经不同浓度乙醇溶液提取后,共获得16种粗提物,粗提物得率为2.20-27.0%,其中辣木叶水提物得率最高,而辣木皮70%乙醇提取物得率最低。样品中总酚含量在4.72-69.0 GAE/g DM之间。辣木叶中多酚含量最高,根中70%组分多酚含量虽与50%组分间无统计学意义,但高于另外两组根提取物,皮与种子70%乙醇提取组分在同部位提取物中均含有更高的多酚。总黄酮含量从2.74-123 mg RE/g DM,在种子、根、叶子中黄酮含量与多酚具有相同的趋势,但皮中50%乙醇提取物黄酮含量与90%中无明显差异,但高于另外两个组分。70%种子提取物抗氧化活性明显强于其他种子提取物,尽管ABTS·+检测结果示50与70%种子提取物之间无统计学意义。70%根提取物也同样表现出强于其他根提取物的抗氧化性能,虽然FRAP结果示50与70%根提取物之间无统计学意义。但是,ABTS·+结果示辣木叶水提取物的抗氧化活性明显强于辣木叶乙醇提取物,而在其他检测结果中水、50与70%叶提取物间无统计学差异。在辣木皮提取物中,DPPH与ABTS·+结果示70%组分抗氧化活性明显强于其他皮组分,而FRAP结果中3个乙醇提取组分间无明显差异。总之,辣木种子、根、皮的70%乙醇提取物与辣木叶的水提取物在相同部位提取物中具有最强抗氧化活性,分别记为辣木种子MOS、根MOR、叶MOL、皮MOB。以这4种提取物干预头颈鳞癌细胞(CNE-1、CAL27),发现各提取物作用于头颈鳞癌细胞的第一个24小时,头颈鳞癌细胞增殖即被明显抑制。在CNE-1细胞中,IC50为1.10、1.07、0.298和0.135 mg/m L,而在CAL27细胞中为1.22、1.19、0.251和0.163 mg/m L,依次为MOB、MOL、MOR、MOS。使用单因素分析发现各提取物均表现出时间与浓度依赖性。与对照组相比,实验组克隆团数量明显减少,此结果与CCK8一致。以这4种提取物处理细胞24小时后,与对照相比,凋亡细胞明显增加,早期凋亡细胞核显示核染色加深、浓缩,新月形核染色质聚集在核膜的一侧。晚期凋亡细胞核显示出核碎裂。凋亡相关蛋白BCL-2表达明显下调,BAX表达上调,BCL-2/BAX的比例按以下顺序下调:MOB>MOL>MOR>MOS。由此发现,辣木皮70%乙醇提取物MOB对头颈鳞癌作用最强,而辣木种子70%乙醇提取物MOS作用最弱。(2)辣木皮70%乙醇提取物MOB可刺激细胞(5-8F、CNE-1、CAL27、CAL27/CDDP)中活性氧ROS生成,并调控p38磷酸化,从而明显抑制头颈鳞癌细胞(5-8F、CNE-1、CAL27)增殖、迁移并诱导凋亡。同时,MOB可通过诱导头颈鳞癌顺铂耐药细胞(CAL27/CDDP)线粒体途径凋亡并增强顺铂对耐药细胞毒性反应而逆转顺铂耐药。MOB同时显著抑制3个头颈鳞癌细胞(5-8F、CNE-1、CAL27)增殖,其中5-8F相较于CNE-1与CAL27对MOB更为敏感。MOB作用后各实验组处于S期的细胞数、细胞克隆数均明显减少。同时,各实验组细胞凋亡率明显增加,细胞核呈现凋亡状,促凋亡蛋白BAX、Bid表达量明显增加,抑凋亡蛋白BCL-2则明显减少,而前半胱天冬酶pro-caspase 3表达减少,裂解半胱天冬酶cleaved caspase 3表达明显增加。MOB缓解了头颈鳞癌的划痕愈合,明显减少了Transwell实验中细胞的穿透数量,明显下调转移相关蛋白Slug与Vimentin m RNA与蛋白水平表达,而E-cadherin表达被明显上调。由此可见MOB抑制了头颈鳞癌由上皮到间充质转化,缓解了其迁移与侵袭,从而抑制了头颈鳞癌的转移性能。MOB明显抑制舌鳞癌顺铂耐药细胞CAL27/CDDP增殖(IC50为293.4μg/ml),并且CCK8、克隆形成与EDU增殖实验同时证实MOB与顺铂联用后加重顺铂对耐药系细胞毒性,抑制耐药细胞增殖。二者联用相较于单独应用顺铂或MOB时,凋亡相关蛋白BAX、Bid、Cleaved-caspase 3表达明显上调,而抑凋亡蛋白BCL-2与pro-caspase 3表达明显下调。总之,辣木提取物可以通过抑增殖促凋亡逆转头颈肿瘤顺铂耐药。MOB明显增加各细胞系中ROS生成,这一增加作用可以被活性氧清除剂NAC逆转。头颈鳞癌顺铂耐药细胞CAL27/CDDP中ROS含量明显高于正常头颈鳞癌细胞CAL27。Western blot结果显示MOB降低氧化还原酶SOD2、提高GPX1表达。MOB作用于头颈鳞癌普通细胞系(5-8F、CNE-1、CAL27)后p38磷酸化水平明显上调,但顺铂耐药细胞系CAL27/CDDP中p38磷酸化水平明显被抑制。进一步研究发现顺铂可明显增加CAL27与CAL27/CDDP细胞系中p-p38表达。MOB联合顺铂相较于顺铂单独使用时CAL27细胞中p38磷酸化水平明显增加,但CAL27/CDDP细胞中p38磷酸化水平明显被抑制。以p38特异性抑制剂与强效激动剂干预后,发现调控p-p38表达可以明显调控凋亡、迁移相关蛋白BAX、BCL-2、Caspase 3、E-cadherin、vimentin表达。而NAC可同时调控p-p38与凋亡、迁移相关蛋白表达。UHPLC-QE-MS技术对MOB成分进行分析发现所含成分大多为黄酮类物质,可能成分远超30种。(3)辣木皮70%乙醇提取物MOB萃取组分MOB-EAF在4个萃取组分中具有最强抗氧化及抑头颈鳞癌性能,并且体内抑制异种移植瘤生长与肺转移。以大孔吸附树脂、硅胶柱依次对MOB-EAF进行富集与纯化,获得3个抑癌性能较强组分。MOB依次以氯仿溶液、乙酸乙酯溶液和正丁醇溶液萃取后其得到4种萃取相,其中乙酸乙酯相MOB-EAF具有最强的体外自由基清除能力,其次为正丁醇相。乙酸乙酯相抑癌性能明显强于氯仿相与水相,但与正丁醇相间无统计学意义。对各实验组小鼠持续喂食MOB-EAF计7周后结果示实验组肿瘤生长速度明显慢于对照组,并且高浓度组要慢于低浓度组。实验组肺癌结节明显减少,高浓度组肺癌结节数明显少于低浓度组。以大孔吸附树脂对MOB-EAF进行富集后,共得到五个亚组分,以5-8F细胞来验证各组分抑癌性能。MOB-EAF萃取相IC50为117.6μg/ml,相较于MOB原液(IC50 136μg/ml)抑癌能力有所增强。在各亚组分中,20%乙醇洗脱亚组分抑癌性能最佳,IC50为68.28μg/ml,40%乙醇洗脱亚组分也表现出较强抑癌性能,IC50为100.5μg/ml,另外3个亚组分无明显抑癌性能。对20%乙醇亚组分进一步以硅胶柱洗脱后共得到9组亚萃取组分,结果示compound 4、compound 5、compound 6组分具有强的抑癌性能,IC50分别为55.88μg/ml、95.28μg/ml、79.77μg/ml。其中compound 4相较于20%乙醇亚组分抑癌能力明显提高。硅胶柱洗脱后共获得compound 4 2.48g、compound 5 1.49g、compound 6 2.88g,薄层色谱法TLC跟踪结果示分别含有6、3、3个成分。结论:(1)辣木各部位提取物均表现出强的抗氧化与抑头颈鳞癌性能。(2)辣木皮70%乙醇提取物MOB通过ROS/p38信号通路调控头颈鳞癌细胞增殖、凋亡和转移,并逆转顺铂耐药。(3)辣木皮70%乙醇提取物MOB分离纯化组分体内抑制头颈鳞癌增殖、转移。
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