王雪晶,丁雪冰,滕軍放,馬明明,王志紅
(1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州450052;2.河南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州450003;3.鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,河南 鄭州450014)
神經(jīng)節(jié)苷脂(monosialotetrahexosy-1 ganglioside, GM1)是細(xì)胞膜的主要成分[1]。以往研究[2]發(fā)現(xiàn)外源性GM1 與脂蛋白結(jié)合,可通過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng),參與神經(jīng)修復(fù)及重構(gòu)的病理生理過程。膠質(zhì)瘤是常見的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤,至今為止沒有有效的治療手段。本課題組之前研究已證實GM1 通過上調(diào)巨自噬水平誘導(dǎo)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬性死亡,本研究進(jìn)一步探討GM1 通過調(diào)控惡性腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞U251 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)誘導(dǎo)其凋亡的具體機制。
1.1 細(xì)胞培養(yǎng) 人腦星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251 購于中國科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會細(xì)胞庫,常規(guī)培養(yǎng)于含體積分?jǐn)?shù)12%胎牛血清的DMEM 完全培養(yǎng)基中,置于37 ℃、體積分?jǐn)?shù)5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每1 ~2 d 換液1 次。待細(xì)胞鋪滿培養(yǎng)瓶底90%后,以消化液(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%胰蛋白酶和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%EDTA)消化,1∶4 比例傳代。
1.2 MTT 法檢測細(xì)胞存活率 U251 細(xì)胞接種于96孔板(密度為3 × 103/孔),次日對照組給予常規(guī)DMEM 培養(yǎng)基,實驗組分為3 個濃度組,分別加入0、100、250 μg·mL-1的GM1,每組設(shè)4 個復(fù)孔,培養(yǎng)48 h,棄培養(yǎng)基,每孔加10 μL MTT 和90 μL 無血清DMEM 培養(yǎng)基,37 ℃孵育2 h,加入150 μL DMSO 振蕩溶解,酶標(biāo)儀于570 nm 波長處測量吸光度(A)值,細(xì)胞存活率(%)=實驗組A 值/對照組A 值×100%。
1. 3 LDH 釋放檢測 實驗組加入0、100、250 μg·mL-1的GM1,培養(yǎng)48 h 后,收集細(xì)胞培養(yǎng)基,按照LDH 試劑盒說明操作并計算LDH 釋放率。
1.4 流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞凋亡 實驗組加入0、100、250 μg·mL-1的GM1,48 h 后收集細(xì)胞,預(yù)冷1 ×PBS洗滌后棄去上清,重懸細(xì)胞于Annexin 結(jié)合緩沖液,每份標(biāo)本容量為120 μL,加入8 μL Alexa Fluor 488 AnnexinⅤ和2 μL 100 μg·mL-1PI 工作液,室溫下孵育15 min,加入400 μL Annexin 結(jié)合緩沖液,在冰上輕輕混勻,立即用流式細(xì)胞儀檢測分析。
1.5 Western blot 法檢測蛋白表達(dá) 0、100、250 μg·mL-1的GM1 孵育48 h 后收集細(xì)胞,提取總蛋白并檢測。經(jīng)SDS-PAGE 電泳,濕轉(zhuǎn)至PVDF 膜后封閉,加入抗CHOP(1 ∶500)、抗caspase-12(1 ∶500)抗體,4 ℃過夜。加入HRP 標(biāo)記的二抗,孵育2 h,ECL 液顯色,膠片曝光,GAPDH 設(shè)為內(nèi)參。
1.6 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 13.0 進(jìn)行分析,計量資料用±s 表示,組間比較采用t 檢驗,檢驗水準(zhǔn)α=0.05。
2.1 GM1 對U251 細(xì)胞存活率的影響 MTT 法檢測結(jié)果顯示:0、100、250 μg·mL-1GM1 作用48 h 后,U251 細(xì)胞存活率分別為(96. 0 ±4. 2)%、(74. 1 ±13.2)%、(59.2 ±10.3)%,與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P 均<0.05),且呈劑量依賴性。見圖1。
圖1 GM1 對U251 細(xì)胞存活率的影響
2.2 GM1 對U251 細(xì)胞LDH 釋放率的影響 U251細(xì)胞經(jīng)0、100、250 μg·mL-1GM1 作用48 h 后,收集培養(yǎng)上清液,按照LDH 試劑盒說明操作并計算LDH釋放率。LDH 釋放率(%)= 上清LDH/總LDH ×100%,以對照組為100%,實驗組與對照組比較。0、100、250 μg·mL-1GM1 作用48 h 后,U251 細(xì)胞LDH釋放 率 為(100. 0 ± 6. 3)%、(140. 0 ± 15. 5)%、(172.0 ±11.3)%,與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P 均<0.05),且呈劑量依賴性。見圖2。
圖2 GM1 對U251 細(xì)胞LDH 釋放率的影響
2.3 GM1 對U251 細(xì)胞凋亡率的影響 0、100、250μg·mL-1GM1 作用48 h 后,U251 細(xì)胞凋亡率為(3.1±0.2)%、(16.0 ±1.9)%、(37.1 ±12.1)%,與對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P 均<0.05),且呈劑量依賴性。見圖3。
圖3 GM1 對U251 細(xì)胞凋亡率的影響
2.4 GM1 對U251 細(xì)胞CHOP、caspase-12 表達(dá)水平變化的影響 與對照組比較,0、100、250 μg·mL-1GM1 作用48 h 后,CHOP 表達(dá)水平明顯上調(diào),且呈現(xiàn)劑量依賴性(P <0.05);caspase-12 活性片段表達(dá)水平明顯上調(diào),且呈現(xiàn)劑量依賴性(P <0.05)。見圖4。
圖4 GM1 對CHOP 及caspase-12 表達(dá)水平的影響
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)翻譯后修飾、折疊和組裝的場所,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)相關(guān)修飾以及蛋白質(zhì)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體轉(zhuǎn)運等過程受阻,或錯誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大量蓄積則會損傷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常生理功能,稱為ERS[3]。ERS 主要激活3 條信號通路:未折疊蛋白反應(yīng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解功能和調(diào)節(jié)多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)的翻譯過程的調(diào)控[3]。ERS 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是一種新的凋亡途徑,與死亡受體途徑和線粒體途徑不同,ERS 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡過程更為復(fù)雜,主要通過3 種途徑:CHOP 途徑、ASK1-JND 途徑和caspase-12途徑[4]。ERS 是一種高度保守的細(xì)胞反應(yīng)機制,適度的ERS 對細(xì)胞有保護作用,而過度的ERS 啟動了ERS相關(guān)凋亡過程。研究[5]表明,ERS 與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),而ERS 介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡是腫瘤細(xì)胞自然死亡的一種重要形式,這為腫瘤治療研究提供新方向。
根據(jù)糖基數(shù)目不同,GM 分為GM1(含4 個糖基)、GM2(含3 個糖基)和GM3(含2 個糖基)[6-7]。隨著研究的不斷深入,人們逐漸發(fā)現(xiàn)GM1 不緊參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、神經(jīng)生長與修復(fù)等生理過程,也參與抑制了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移等病理過程,但具體機制仍不明[8]。膠質(zhì)瘤是原發(fā)于神經(jīng)系統(tǒng)最常見的腫瘤之一,惡性膠質(zhì)瘤預(yù)后差,平均生存周期不超過1 a[9]。手術(shù)是膠質(zhì)瘤的主要治療方式,但術(shù)后易復(fù)發(fā),各種單一的治療方案難以取得令人滿意的效果。因此,探索新的治療手段具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn),隨著GM1 濃度的增加U251 細(xì)胞存活率明顯降低,細(xì)胞損傷增加,細(xì)胞凋亡率增加,呈現(xiàn)劑量依賴性。進(jìn)一步研究證實,隨著GM1 濃度的增加可誘導(dǎo)U251 細(xì)胞ERS 相關(guān)通路CHOP/caspase-12 激活,從而誘發(fā)ERS 相關(guān)凋亡的啟動,導(dǎo)致U251 細(xì)胞的死亡。綜上所述,GM1 通過誘導(dǎo)ERS 相關(guān)凋亡抑制了U251 細(xì)胞的生長,促進(jìn)人腦星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡過程,為GM1 治療惡性腦膠質(zhì)瘤提供了新的理論依據(jù)。
[1]Zhang JZ,Jing L,Ma Y,et al. Monosialotetrahexosy-1 ganglioside attenuates diabetes-enhanced brain damage after transient forebrain ischemia and suppresses phosphorylation of ERK1/2 in the rat brain[J].Brain Res,2010,1344:200-208.
[2]Talibi SS,Aweid B,Aweid O. Prospective therapies for high-grade glial tumours:A literature review[J]. Ann Med Surg (Lond),2014,3(3):55-59.
[3]Yadav RK,Chae SW,Kim HR,et al.Endoplasmic reticulum stress and cancer[J].J Cancer Prev,2014,19(2):75-88.
[4]Chaudhari N,Talwar P,Parimisetty A,et al. A molecular web:endoplasmic reticulum stress,inflammation,and oxidative stress[J].Front Cell Neurosci,2014,8:213.
[5]Dicks N,Gutierrez K,Michalak M,et al. Endoplasmic reticulum stress,genome damage,and cancer[J].Front Oncol,2015,5:11.
[6]Sandhoff K,Harzer K.Gangliosides and gangliosidoses:principles of molecular and metabolic pathogenesis[J]. J Neurosci,2013,33(25):10195-10208.
[7]Yuki N.Human gangliosides and bacterial lipo-oligosaccharides in the development of autoimmune neuropathies[J].Methods Mol Biol,2010,600:51-65.
[8]Ledeen RW,Wu G,Lu ZH,et al.The role of GM1 and other gangliosides in neuronal differentiation. Overview and new finding[J].Ann N Y Acad Sci,1998,845:161-175.
[9]Kumthekar P,Raizer J,Singh S. Low-grade glioma[J]. Cancer Treat Res,2015,163:75-87.