三氧化二砷誘導原發(fā)性肝癌細胞凋亡與ROS相關的線粒體通路機制研究.pdf

1、原發(fā)性肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)屬于常見的惡性腫瘤之一,它在全球范圍內影響著人類的健康,縮短了患者的生存時間,降低了其生活質量。其發(fā)病率在惡性腫瘤中位居世界第五,死亡率位居世界第三,每年有一百萬的新增病例。HCC具有侵襲性強、瘤體增長迅速、對化療抵抗、術后復發(fā)率高等特點。近年來,盡管有新的化療藥物和治療策略的廣泛應用,但是,對于HCC的治療仍不理想。因此,如何增加患者的生存期,提高患者的生存質量,以

2、及如何更加有效的治療HCC,已經變得十分迫切與必要。
　　三氧化二砷(Arsenic trioxide,As203)是中國傳統(tǒng)中藥——砒霜的有效成分。早在上世紀70年代,As2O3就已經作為治療急性早幼粒細胞白血病(acute promyelocytic leukemia,APL)的臨床藥物。近年來,大量研究證實As2O3對實體瘤細胞在體內和體外都有作用,尤其是在肝癌細胞中,進一步被證實有抑制肝癌細胞增殖的作用。相關的機制研究表明

3、,肝癌細胞的凋亡與線粒體通路有關。經研究表明,As2O3誘導肝癌細胞凋亡時,會有大量的活性氧產生(reactive oxygen species,ROS),然而,當加入抗氧化劑 N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine,NAC)后,可以抑制 As203誘導肝癌細胞凋亡。As2O3誘導肝癌細胞凋亡的機制是通過激活線粒體通路,且可以抑制Bcl-2蛋白的表達,增加Bax蛋白的表達,同時釋放細胞色素C(cytochrome c,

4、cyt c)進入到了細胞質內,從而激活半胱氨酸天冬氨酸特異性酶(Cysteine aspartic acid specific protease,caspase),進而可以進行級聯反應,最終引起細胞的凋亡。Smac與cyt c一樣,同為線粒體蛋白,其引起細胞凋亡的機制為通過抑制凋亡抑制蛋白(Inhibitors of apoptosis protein,IAP),消除其對caspase的抑制作用,從而使caspase進入到細胞質中,發(fā)揮

5、作用,最終導致細胞的凋亡。為了進一步探討 As2O3誘導肝癌細胞凋亡的線粒體通路,以及相關蛋白的表達情況,我們選取兩個常用的HCC細胞系,分別進一步探討As2O3是否通過調節(jié)ROS介導的線粒體通路發(fā)揮誘導肝癌細胞凋亡的作用,以及 As2O3是否通過調節(jié)線粒體相關蛋白的表達從而發(fā)揮誘導肝癌細胞凋亡的作用。
　　【目的】：
　　1.培養(yǎng)肝癌細胞系,分別為SMMC-7721細胞系及HepG2細胞系。
　　2.探討As2O3是

6、否可以將肝癌細胞的增殖所抑制并且誘導肝癌細胞的凋亡。
　　3.探討As2O3是否通過ROS介導的線粒體通路發(fā)揮誘導肝癌細胞凋亡的作用。
　　4.探討As2O3是否通過調節(jié)相關線粒體蛋白的表達從而發(fā)揮誘導肝癌細胞凋亡的作用。
　　【方法】：
　　1.細胞培養(yǎng)及分組:
　　(1) SMMC-7721肝癌細胞系,人肝癌細胞系置于含有10％胎牛血清的1640培養(yǎng)基,并放入培養(yǎng)箱培養(yǎng),24 h后換液,48 h后用胰蛋

7、白酶消化傳代。取對數生長期的細胞,將其隨機分為4組,分別加入含有0、5、10、20μM As2O3的培養(yǎng)液,被隨機分為了4組。
　　(2) HepG2肝癌細胞系,將人肝癌細胞系HepG2置于含有10%胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基中,并放入培養(yǎng)箱內進行培養(yǎng),24h后換液,48h后用胰蛋白酶消化且將其傳代。取對數生長期的細胞,隨機分為5組,分別加入0、2、5、15μM As2O3的新鮮培養(yǎng)液,第5組加入15μM As2O3的新鮮培養(yǎng)液

8、前需要用10mM的NAC預處理1h。從而將HepG2肝癌細胞系隨機分為5組。
　　2.噻唑藍還原法(MTT法)觀察As2O3對肝癌細胞活性的影響。
　　3.Hoechst33258染色觀察凋亡細胞核形態(tài)學變化。
　　4.流式細胞儀檢測細胞凋亡。
　　5.DCFH-DA活性氧檢測試劑盒測量細胞內ROS的量。
　　6.Rhodamine123檢測線粒體膜電位的變化。
　　7.蛋白免疫印記(Western

9、Blot)法檢測細胞凋亡蛋白水平的表達。
　　【結果】：
　　1.MTT法顯示:
　　(1)肝癌細胞的活力隨著As2O3濃度的增加及用藥時間的延長,而呈現的是遞減的趨勢。濃度為5μmol/L的AS2O3作用于肝癌細胞48h后,細胞活力有所下降(94.23±1.52%,P<0.05);濃度為10μmol/L的AS2O3作用于肝癌細胞后72h后,細胞活力明顯下降(78.21±1.73%,P<0.01);而當濃度為20μmo

10、l/L的AS2O3作用于肝癌細胞后72h后,細胞活力仍明顯下降(49.65±0.83%,P<0.01)。
　　(2)肝癌細胞的活力是隨著As2O3濃度的增加及用藥時間的延長,而呈現的是遞減的趨勢。濃度為5μmol/L的AS2O3作用于肝癌細胞48h后,細胞活力有所下降(78.12±1.51%,P<0.01);濃度為15μmol/L的AS2O3作用于HepG2細胞后72h后,細胞活力明顯下降(59.13±1.72%,P<0.01)。

11、然而,當給予抗氧化劑 NAC阻斷之后,細胞活力下降的趨勢則被抑制,與高劑量組比較,作用于72h后,細胞活力上升至(84.23±2.12%,P<0.01)。
　　2.Hoechst3325染色觀察凋亡細胞核形態(tài)學變化顯示:
　　(1)在原發(fā)性肝癌SMMC-7721細胞中,隨著As2O3濃度的增加,各組出現的凋亡征象也就越發(fā)地明顯。在給予5、10、20μmol/L的As2O3處理SMMC-7721細胞后,核固縮,染色質凝聚的細胞

12、數分別增加到(11.23±1.52%,P<0.01),(23.22±2.29%,P<0.01),(42.45±3.17%,P<0.01)。
　　(2)在原發(fā)性肝癌 HepG2細胞中,隨著 As2O3濃度的增加,各組出現的凋亡征象也就越發(fā)地明顯。在給予2、5、15μmol/L的As2O3處理HepG2細胞后,核固縮,染色質凝聚的細胞數分別增加到(17.73±0.91%,P<0.01),(24.23±2.21%,P<0.01),(47

13、.54±2.92%,P<0.01)。然而,當給予抗氧化劑 NAC阻斷之后,凋亡的細胞則會減少,與高劑量組比較,核固縮,染色質凝聚的細胞數減少到(19.77±2.12%,P<0.01)。
　　3.流式細胞儀檢測細胞凋亡顯示:
　　(1)在原發(fā)性肝癌SMMC-7721細胞中,隨著As2O3劑量的增加,各組細胞凋亡率和壞死率呈逐漸增加的趨勢,同時,活細胞率則會越來越少。在給予5、10、20μmol/L的As2O3處理肝癌細胞后,細

14、胞的凋亡比例從1.94±0.58%(未用As2O3處理的細胞)增加至(23.67±2.19%,P<0.01),(39.22±1.95%,P<0.01),(54.23±2.46%,P<0.01)。
　　(2)在原發(fā)性肝癌 HepG2細胞中,隨著 As2O3劑量的增加,各組細胞凋亡率和壞死率呈逐漸增加的趨勢,同時,活細胞率則會越來越少,呈劑量依賴性。在給予2、5、15μmol/L的As2O3處理HepG2細胞后,細胞的凋亡比例從2.8

15、2±0.55%(未用As2O3處理的細胞)增加至(18.91±2.77%,P<0.01),(38.75±1.92%,P<0.01),(59.18±1.79%,P<0.01)。然而,當給予抗氧化劑 NAC阻斷之后,凋亡的細胞則會減少,與高劑量組比較,細胞凋亡的數目減少到(13.1±2.13%,P<0.01)。
　　4.測定細胞內ROS產生的量:
　　(1)隨著 As2O3量的增加,細胞內 ROS產生的量也是隨之增加的,呈現出劑

16、量依賴的關系。在給予5、10、20μmol/L的As2O3處理SMMC-7721細胞后,檢測到的細胞內 ROS的量,分別是對照組的1.2倍(P<0.05),2.1倍(P<0.01),3.2倍(P<0.01)。
　　(2)隨著 As2O3量的增加,細胞內 ROS產生的量也隨之增加,呈現出劑量依賴的關系。在給予2、5、15μmol/L的As2O3處理HepG2細胞后,檢測到的細胞內ROS的量,分別是對照組的1.1倍(P<0.05),1

17、.8倍(P<0.01),3.2倍(P<0.01)。然而,當給予抗氧化劑NAC阻斷之后,細胞內產生的ROS的量會減少,與高劑量組比較,細胞內ROS的量減少到高劑量組的0.33倍(P<0.01)。
　　5.線粒體膜電位(△ψm)的測定:
　　(1)隨著As2O3用藥量的增加,檢測到的線粒體膜電位是呈下降的趨勢,呈劑量依賴的關系。在給予5、10、20μmol/L的As2O3處理SMMC-7721細胞后,線粒體膜電位下降的量,分別是

18、空白對照組的0.91倍(P<0.05),0.73倍(P<0.01),0.52倍(P<0.01)。
　　(2)隨著As2O3用藥量的增加,檢測到線粒體膜電位是下降趨勢,呈劑量依賴的關系。在給予2、5、15μmol/L的As2O3處理HepG2細胞后,線粒體膜電位下降的量,分別是空白對照組的0.95倍(P<0.05),0.74倍(P<0.01),0.53倍(P<0.01)。然而,當給予抗氧化劑NAC阻斷之后,線粒體膜電位減少的趨勢則會

19、被抑制,與高劑量組比較,線粒體膜電位上升的量是高劑量組的1.64倍(P<0.01)。
　　6.Western Blot法檢測細胞凋亡蛋白水平的表達顯示:
　　(1)在SMMC-7721細胞中,細胞內Bax/Bcl-2的比值隨著As2O3濃度的增加而上調,具體而言,Bax蛋白的表達量上調,Bcl-2蛋白的表達量下調。同樣,隨著As2O3濃度的增加,細胞內cyt c、Smac、caspase-3、caspase-6、caspas

20、e-9蛋白的表達量均上調,呈劑量依賴關系,差異均具有統(tǒng)計學意義。
　　(2)在HepG2肝癌細胞系中,檢測細胞內caspase-3、caspase-6、caspase-9蛋白的表達,三種蛋白的表達均呈上升趨勢,且呈劑量依賴性。然而,當加入抗氧化劑NAC之后,三種蛋白的表達量上升的趨勢則被抑制。用Western Blot法檢測cyt c、Smac的表達呈上升的趨勢,Bax/Bcl-2的比值同樣呈上升的趨勢,Bax蛋白的表達量上調,B