摘要:目的探讨姜黄素衍生物C212对白血病细胞的周期阻滞和诱导凋亡作用。方法K562细胞分为低、中、高剂量实验组和对照组(分别含1.5,3.0,4.5和0μmol·L-1姜黄素衍生物C212),HL-60细胞分为低、中、高剂量实验组和对照组(分别含0.8,1.6,2.4和0μmol·L-1姜黄素衍生物C212)。用噻唑蓝法检测细胞的生长抑制率,用流式细胞术检测线粒体膜电位与细胞周期,用蛋白质印迹法检测p53、p21和p27的表达水平。结果姜黄素衍生物C212对K562细胞24,48和72h的半抑制浓度(IC50)分别为(12.47±0.19),(3.63±0.06)和(2.00±0.07)μmol·L-1;对HL-60细胞24,48和72h的IC50分别为(1.84±0.08),(1.07±0.03)和(0.76±0.01)μmol·L-1。与对照组相比,4.5μmol·L-1姜黄素衍生物C212作用于K562细胞1,2和3h后,膜电位耗散的细胞从(2.43±0.78)%依次增加到(6.73±0.60)%,(18.30±0.54)%,(31.87±0.83)%;2.4μmol·L-1姜黄素衍生物C212作用于HL-60细胞1,2和3h后,绿色荧光部分细胞所占百分比比例从(2.27±0.57)%增加至(9.07±0.69)%,(15.37±0.77)%,(26.87±0.91)%。干预24h后,低、中、高剂量实验组分别有(10.71±2.46)%,(25.45±2.10)%,(24.84±2.11)%的K562细胞和(13.85±2.12)%,(18.03±3.07)%,(21.40±1.94)%的HL60细胞阻滞于G2/M期。姜黄素衍生物C212剂量依赖性地上调周期调控蛋白p53、p27和p21蛋白的表达水平。结论C212一方面通过诱导白血病细胞线粒体膜电位的耗散,促使细胞凋亡;另一方面,可通过上调周期负调控蛋白水平,阻滞细胞周期,抑制白血病细胞的增殖。
关键词:姜黄素衍生物C212;抗白血病;增殖抑制;线粒体膜电位
白血病是一类起源于造血干细胞恶性克隆性疾病[1]。姜黄素及其衍生物能够明显抑制白血病细胞的生长[2-3]。本实验室发现一种新型的姜黄素衍生物C212可明显抑制K562和HL-60细胞的增殖。本研究旨在探讨姜黄素衍生物C212对白血病细胞的周期阻滞和诱导凋亡作用。
1材料与方法
1材料药品与试剂姜黄素衍生物C212,纯度:>95%,本课题组对姜黄素进行结构改造合成。四甲基偶氮唑盐(MTT)、碘化丙啶(PI),均购自美国Sigma公司;JC-1细胞线粒体膜电位检测试剂盒,南京凯基生物公司生产;β-actin单克隆抗体,美国SantaCruz公司生产;抗p21、p53等一抗,均为美国CST公司生产;BCA蛋白定量试剂、辣根过氧化物酶(HRP)标记的羊抗鼠/兔免疫球蛋白G(IgG)二抗,均为美国Pierce公司生产。仪器CX31P-OC-1普通光学显微镜,日本Olympus公司产品;MicroplateReader450酶标仪、EPS600稳压稳流电泳仪,均为美国Bio-Rad公司产品;FACSCantoⅡ流式细胞仪,美国BD公司产品;免疫印迹成像系统,美国Carestream公司产品。细胞株人慢性粒细胞白血病细胞K562细胞,人急性粒细胞白血病细胞HL-60细胞,均购自中科院上海细胞研究所。
2实验方法
2.1细胞培养[4]K562和HL-60细胞培养在含10%胎牛血清、青霉素100U·mL-1和链霉素100μg·mL-1(1%双抗)的RPMI1640培养液中,置于37℃,5%CO2饱和湿度培养箱中培养,取对数生长期细胞用于开展本实验研究。2.2细胞分组与给药方法25.00,12.50,6.25,3.13,1.56,0.78和0μmol·L-1姜黄素衍生物C212分别作用于K562细胞和HL-60细胞24,48和72h,用于检测姜黄素衍生物C212对细胞的生长抑制作用。将4.5和2.4μmol·L-1姜黄素衍生物C212(高剂量实验组)分别作用于K562细胞和HL-60细胞1,2和3h,并设置未加药空白对照组,用于检测姜黄素衍生物C212对线粒体膜电位的影响。将K562细胞分为低、中、高剂量实验组和对照组(分别含1.5,3.0,4.5和0μmol·L-1姜黄素衍生物C212处置),HL-60细胞分为低、中、高剂量实验组和对照组(分别含0.8,1.6,2.4和0μmol·L-1姜黄素衍生物C212处置),作用24h后,检测姜黄素衍生物C212对细胞周期及周期调控蛋白表达的影响。2.3观察指标2.3.1用MTT法检测C212对K562和HL-60细胞的增殖抑制作用[4]取对数生长期K562细胞和HL-60细胞,稀释至4×104cell·mL-1,接种于96孔板,每孔180μL,分别加入25.00,12.50,6.25,3.13,1.56和0.78μmol·L-1的姜黄素衍生物C21220μL作为实验组及相同浓度的二甲基亚砜(DMSO)作为对照组,设置背景对照,每组均设定3个平行孔。药物作用24,48和72h后,每孔加入5mg·mL-1MTT20μL,于37℃继续孵育4h,以8000r·min-1离心5min,弃上清液,每孔加入DMSO150μL,震荡10min,甲臜溶解后,于570nm处测定光密度(OD)值。细胞生长抑制率=(OD对照组-OD实验组)/(OD对照组-OD背景孔)×100%。2.3.2用JC-1染色检测C212对K562和HL-60细胞线粒体膜电位的影响[5]细胞分组和给药方法同“2.2”,以1000r·min-1离心5min,收集细胞,重悬于1×IncubationBuffer500μL,37℃孵育20min。离心后,弃上清液,1×Incuba-tionBuffer洗2次,1×IncubationBuffer500μL重悬后转移至流式管,4℃避光保存,在60min内上机检测,JC-1是线粒体膜电位依赖性探针,线粒体膜电位正常时,其富集于线粒体以多聚体形式存在,发红色荧光;当线粒体膜电位耗散时,JC-1以低聚体形式存在,发绿色荧光。JC-1红绿荧光的比值变化反应C212对线粒体膜电位的影响。2.3.3用碘化丙啶(PI)染色检测C212对白血病细胞的细胞周期的影响[6]细胞分组和给药方法同“2.2”,以1000r·min-1离心5min,收集细胞,重悬于预冷的75%的乙醇5mL中,在-20℃下,固定24h。以5000r·min-1离心5min,弃上清液,磷酸盐缓冲溶液(PBS)洗1遍,将细胞重悬于PI染色液(50μg·mL-1),于室温避光染色30min。将其转移至流式管中,于4℃避光,保存在冰上,并在流式细胞仪上检测。2.3.4用蛋白质印迹法检测C212对p53、p21和p27蛋白水平的影响[4]细胞分组和给药方法同“2.2”,收集细胞,用RIPA冰上裂解30min,以1.2×104r·min-1离心5min,收集上清细胞裂解液,进行BCA定量后,进行DSA-PAGE分离蛋白样品后,经5%脱脂奶粉封闭1h,1×TBST洗3遍,4℃一抗孵育过夜,1×TBST洗3遍,HRP-IgG室温孵育1h,1×TBST洗3遍后,进行显影。
3统计学处理
用GraphPadPrism软件和Origin8.5软件进行One-wayanalysisofvariance实验数据分析。结果用x珋±s表示。结果1C212对K562和HL-60细胞的时量效关系随着时间延长,黄素衍生物C212对K562和HL-60细胞的抑制率逐渐增加,其对白血病细胞的增殖抑制作用呈剂量和时间依赖性,其中6.25μmol·L-1黄素衍生物C212作用于K562和HL-60细胞24,48和72h后,抑制率分别为(37.05±0.48)%,(59.61±1.66)%,(67.02±0.72)%和(63.63±1.23)%,(80.76±0.45)%,(90.43±1.73)%。黄素衍生物C212对K562和HL-60细胞24,48和72h的半抑制浓度(IC50)分别为(12.47±0.19),(3.63±0.06),(2.00±0.07)μmol·L-1和(1.84±0.08),(1.07±0.03),(0.76±0.01)μmol·L-1,且HL-60细胞对黄素衍生物C212更加敏感,具有比K562更低的IC50。结果见图1。2姜黄素衍生物C212诱导线粒体膜电位的耗散4.5μmol·L-1姜黄素衍生物C212作用于K562细胞1,2和3h及空白对照组的绿色荧光部分细胞所占百分比分别为(6.73±0.60)%,(18.30±0.54)%,(31.87±0.83)%和(2.43±0.78)%;2.4μmol·L-1姜黄素衍生物C212作用于HL-60细胞1,2和3h及空白对照组的绿色荧光部分细胞所占百分比分别为(9.07±0.69)%,(15.37±0.77)%,(26.87±0.91)%和(2.27±0.57)%。与空白对照组相比较,高剂量实验组能够快速耗散白血病细胞的线粒体膜电位,差异均有统计学意义(均P<0.05)。3各组白血病细胞(K562和HL-60)细胞周期比较随着姜黄素衍生物C212浓度的不断增加,G2/M期的K562和HL-60细胞比例也明显随之增加,差异均有统计学意义(均P<0.05),细胞被阻滞在G2/M期,见表1。4各组白血病细胞K562中p53、p21和p27蛋白表达水平的比较1.5,3.0,4.5μmol·L-1组和空白对照组白血病细胞p53蛋白相对表达量分别为0.69±0.04,0.66±0.03,0.72±0.02和0.38±0.02,p27蛋白相对表达量分别为0.60±0.03,0.73±0.03,0.92±0.05和0.33±0.02,p21蛋白相对表达量分别0.60±0.01,0.97±0.06,1.02±0.02和0.29±0.01。与空白对照组相比较,实验组K562细胞中p53、p21和p27的水平均显著性增加,呈剂量依赖性(均P<0.05)。结果见图2。讨论在细胞凋亡的早期表现中,可以观察到因线粒体膜的破裂,各种离子自由通过线粒体膜,使膜电位发生变化,细胞色素C(Cyt-C)被释放进入细胞质中,激活Caspase级联反应,诱导细胞凋亡。研究显示,姜黄素衍生物C212能够引起白血病细胞线粒体膜电位的耗散,预示着其可能诱导白血病细胞凋亡。据相关文献报道,诱导细胞的衰老在抑制癌症发生发展的初期具有重要意义[7]。p53/p21通路在调控细胞周期进展和细胞衰老中表现出重要作用[8]。p53蛋白是重要的抑癌因子之一,参与调控肿瘤细胞的增殖、凋亡及DNA损伤等重要过程[9]。p21基因是p53关键的下游靶标分子之一,能调控肿瘤细胞衰老的起始。p21与p53共同组成细胞周期检查点,能降低受损伤DNA复制的机会,进而发挥抑癌作用。p53和p21蛋白在白血病细胞中的总表达率可达50%,所以,同时调控2种蛋白水平可以提高预测白血病预后的价值。另外,p27蛋白对细胞增殖的负调控的生物学功能,提示其可能作为一个抑癌候选基因,并且有报道说明了p27与白血病有着相关密切的联系[10]。本实验结果显示,姜黄素衍生物C212能够上调p53、p21和p27的表达,使受损伤的DNA不能进入复制状态,导致细胞周期阻滞,姜黄素衍生物C212可能通过诱导白血病细胞的衰老来抑制增殖。
作者:沈云珠 刘碧 黄晓威 许建华