匡微,鄭銀彬,李雨奇,田平平,蘇強(qiáng),向小聰(.川北醫(yī)學(xué)院附屬南充市中心醫(yī)院組織工程與干細(xì)胞研究所,四川南充 67000;.川北醫(yī)學(xué)院附屬南充市中心醫(yī)院心胸外科,四川南充 67000;.安徽醫(yī)學(xué)高等??茖W(xué)校醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院,合肥 060;4.川北醫(yī)學(xué)院附屬南充市中心醫(yī)院藥學(xué)部,四川南充 67000)
結(jié)腸癌是一種高異質(zhì)性疾病,盡管其早期患者可以通過手術(shù)和輔助方案治療,但治療后仍有部分患者容易復(fù)發(fā)[1―2],且大多數(shù)患者在診斷時(shí)已經(jīng)處于中晚期階段,常規(guī)療法已經(jīng)很難有效[3―4],亟需尋找新的有效治療方案。目前,結(jié)腸癌細(xì)胞的高轉(zhuǎn)移特性是導(dǎo)致結(jié)腸癌預(yù)后不良的主要原因,其中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要因素。因此,開發(fā)可有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT的藥物尤為重要。
毛萼乙素是從疏花毛萼香茶菜中提取的一種具抗癌活性的二萜類化合物,已有報(bào)道顯示,其在急性髓系白血病[5]、乳腺癌[6]、胰腺癌[7]等惡性腫瘤中發(fā)揮了較好的治療作用,但其是否可用于治療結(jié)腸癌尚不明確。目前已有研究發(fā)現(xiàn),異常的Wnt/β-聯(lián)蛋白(β-catenin)激活可直接驅(qū)動(dòng)結(jié)腸癌的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[8―10],但毛萼乙素是否可通過該信號(hào)通路治療結(jié)腸癌尚不明確?;诖耍P者以結(jié)腸癌細(xì)胞HT29、HCT116為研究對(duì)象,探討毛萼乙素對(duì)上述2種細(xì)胞侵襲、遷移的影響,并基于Wnt/β-catenin信號(hào)通路初探毛萼乙素對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞EMT的作用,以期為毛萼乙素治療結(jié)腸癌提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
本研究所用主要儀器有TS100F型熒光倒置顯微鏡(日本Nikon公司)、DMi8型倒置顯微鏡(德國Leica公司)、810FUGE型低溫高速離心機(jī)(美國Thermo Fisher Scientific公司)、TD-5Z型臺(tái)式低速多管架離心機(jī)(四川蜀科儀器有限公司)、DYY-6D型電泳儀(北京六一生物科技有限公司)、Gel Doc XR+全自動(dòng)凝膠成像系統(tǒng)(上海艾研生物科技有限公司)等。
毛萼乙素(貨號(hào)84745-95-9)購自云南西力生物技術(shù)股份有限公司;Licl(Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活劑)購自北京伊諾凱科技有限公司(貨號(hào)A53473);XAV939(Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制劑)購自美國MCE公司(貨號(hào)284028-89-3);兔源原癌基因蛋白質(zhì)c-myc、N-鈣黏蛋白(N-cadherin)、E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、β-catenin、T細(xì)胞因子4(TCF4)、細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)、鋅指轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail、β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)均購自山東華安生物科技有限公司(貨號(hào)分別為HA721182、ET107-37、ET1607-15、ET1601-5、R1401-11、ER0722、EM1706-65、ET1701-80);羊抗免疫球蛋白G二抗購自美國Sigma公司(貨號(hào)A6154);ECL化學(xué)發(fā)光試劑購自上海雅酶生物科技有限公司(貨號(hào)SQ201);McCoy’s 5A培養(yǎng)基、胎牛血清購自美國Gibco公司(貨號(hào)分別為16600108、10100147)。
結(jié)腸癌細(xì)胞HT29、HCT116購自中國科學(xué)院細(xì)胞庫。
將HT29細(xì)胞或HCT116細(xì)胞培養(yǎng)于含10%胎牛血清的McCoy’s 5A完全培養(yǎng)基中,置于37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
將6孔板背面用記號(hào)筆畫3條橫穿過孔的直線,然后將HT29或HCT116細(xì)胞以1.5×105個(gè)/孔接種于6孔板中,待細(xì)胞完全貼壁后,使用槍頭在細(xì)胞生長面垂直于背后直線劃痕,并用磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗掉落的細(xì)胞。將上述2種細(xì)胞分為對(duì)照組和毛萼乙素不同濃度組(1.0、1.5 μmol/L,濃度參考文獻(xiàn)[5]設(shè)置),每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔。培養(yǎng)0、24、48 h后,采用倒置顯微鏡觀察劃痕的愈合情況,并拍照。采用Image J v1.8.0軟件測(cè)量劃痕的距離,計(jì)算細(xì)胞遷移率[細(xì)胞遷移率=(0 h劃痕寬度-不同時(shí)間點(diǎn)劃痕寬度)/0 h劃痕寬度×100%]。
2.3.1 Transwell侵襲實(shí)驗(yàn) 取對(duì)數(shù)生長期的HT29、HCT116細(xì)胞,制成細(xì)胞密度為5×105mL-1的無血清細(xì)胞懸液,分別給予0(對(duì)照組)、1.0 μmol/L(濃度根據(jù)“2.2”項(xiàng)下實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置,下同)的毛萼乙素刺激,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔。取上述細(xì)胞懸液200 μL加到Transwell小室上層,下層中加入含20%胎牛血清的McCoy’s 5A培養(yǎng)基600 μL。將細(xì)胞侵襲小室置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,然后以4%多聚甲醛固定30 min,再用1%結(jié)晶紫染色30 min后,于倒置顯微鏡下觀察穿過基底膜的侵襲細(xì)胞數(shù)。每個(gè)樣本觀察5個(gè)視野,取平均值作為檢測(cè)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,然后計(jì)算細(xì)胞侵襲率[細(xì)胞侵襲率=(對(duì)照組侵襲數(shù)-實(shí)驗(yàn)組侵襲數(shù))/對(duì)照組侵襲數(shù)×100%]。
2.3.2 Transwell遷移實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)前,在Transwell小室內(nèi)膜上均勻鋪入稀釋后的Matrigel 50 μL,待其凝結(jié)后,取對(duì)數(shù)生長期的HT29、HCT116細(xì)胞,制成細(xì)胞密度為1×106mL-1的無血清細(xì)胞懸液,分別給予0(對(duì)照組)、1.0 μmol/L的毛萼乙素刺激,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔。其余操作同“2.3.1”項(xiàng),然后計(jì)算細(xì)胞遷移率[細(xì)胞遷移率=(對(duì)照組遷移數(shù)-實(shí)驗(yàn)組遷移數(shù))/對(duì)照組遷移數(shù)×100%]。
采用Western blot法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取HT29細(xì)胞或HCT116細(xì)胞按2×105個(gè)/孔接種于6孔板后分為對(duì)照組和毛萼乙素0.5、1.0、1.5 μmol/L組。培養(yǎng)24 h后,收集細(xì)胞,加入RIPA裂解液裂解20 min,離心,取上清液,經(jīng)BCA法檢測(cè)蛋白濃度后,進(jìn)行變性、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳和轉(zhuǎn)膜;以5%脫脂奶粉溶液封閉1 h,PBST緩沖液清洗5 min×3次后,加入E-cadherin、N-cadherin、Snail、β-actin一抗(稀釋度均為1∶500)孵育過夜;以PBST緩沖液清洗5 min×3次,加入二抗(稀釋度為1∶5 000)孵育1 h;加入ECL化學(xué)發(fā)光試劑顯色,以全自動(dòng)凝膠成像系統(tǒng)成像,采用Image J v1.8.0軟件進(jìn)行分析,以目的蛋白與內(nèi)參(β-actin)的灰度值比值表示其表達(dá)水平。
采用Western blot法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取HT29細(xì)胞或HCT116細(xì)胞按2×105個(gè)/孔接種于6孔板后,分為對(duì)照組、毛萼乙素組(1.0 μmol/L)、Licl[11]組(10 mmol/L)、毛萼乙素+Licl組(1.0 μmol/L毛萼乙素+10 mmol/L Licl)。培養(yǎng)24 h后,收集細(xì)胞,按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞并進(jìn)行電泳,然后加入β-catenin、c-myc、cyclin D1、TCF4、N-cadherin、β-actin一抗(稀釋度均為1∶500)孵育過夜;以PBST緩沖液清洗5 min×3次,加入二抗(稀釋度為1∶5 000)孵育1 h,按“2.4”項(xiàng)下方法進(jìn)行顯色及灰度值分析。
將6孔板背面用記號(hào)筆畫3條橫穿過孔的直線,然后將HT29細(xì)胞或HCT116細(xì)胞按1.5×105個(gè)/孔接種于6孔板中,待細(xì)胞完全貼壁后,分別給予0(對(duì)照組)、1.0 μmol/L 的毛萼乙素以及 10 μmol/L XAV939[12]和 1.0 μmol/L毛萼乙素+10 μmol/L XAV939刺激,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,同“2.2”項(xiàng)下方法進(jìn)行劃痕愈合實(shí)驗(yàn),并檢測(cè)培養(yǎng)24、48 h后的細(xì)胞遷移率。取HT29細(xì)胞或HCT116細(xì)胞按2×105個(gè)/孔接種于6孔板后分為對(duì)照組、毛萼乙素組(1.0 μmol/L)、XAV939組(10 μmol/L)、毛萼乙素+XAV939組(1.0 μmol/L毛萼乙素+10 μmol/L XAV939)。培養(yǎng)24 h后,收集細(xì)胞,按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞并進(jìn)行電泳,然后加入β-catenin、N-cadherin、E-cadherin、β-actin一抗(稀釋度均為1∶500)孵育過夜;以PBST緩沖液清洗5 min×3次,加入二抗(稀釋度為1∶5 000)孵育1 h,按“2.4”項(xiàng)下方法進(jìn)行顯色及灰度值分析。
所有數(shù)據(jù)使用GraphPad Prism 7.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。呈正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析及SNK-q檢驗(yàn),組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。
與對(duì)照組比較,毛萼乙素1.0、1.5 μmol/L組2種結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移率均顯著降低(P<0.01),且呈一定濃度和時(shí)間依賴趨勢(shì)。結(jié)果見圖1。
圖1 毛萼乙素對(duì)2種結(jié)腸癌細(xì)胞遷移能力的影響結(jié)果
與對(duì)照組比較,毛萼乙素1.0 μmol/L組2種結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲率及遷移率均顯著降低(P<0.01)。結(jié)果見圖2。
圖2 毛萼乙素對(duì)2種結(jié)腸癌細(xì)胞侵襲、遷移的影響結(jié)果
與對(duì)照組比較,毛萼乙素1.0、1.5 μmol/L組2種結(jié)腸癌細(xì)胞中N-cadherin、Snail表達(dá)水平均顯著降低(P<0.01),E-cadherin表達(dá)水平均顯著升高(P<0.01);毛萼乙素0.5 μmol/L組HT29中E-cadherin表達(dá)水平顯著升高(P<0.01),HCT116細(xì)胞中Snail表達(dá)水平顯著降低(P<0.05),表明毛萼乙素可以抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT。結(jié)果見圖3、表1。
表1 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中EMT相關(guān)蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
表1 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中EMT相關(guān)蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
a:與對(duì)照組比較,P<0.01;b:與對(duì)照組比較,P<0.05
組別對(duì)照組毛萼乙素0.5μmol/L組毛萼乙素1.0μmol/L組毛萼乙素1.5μmol/L組HCT116細(xì)胞134.18±2.78 118.52±5.21b 100.42±7.43a 92.84±5.41a E-cadherin HT29細(xì)胞52.56±2.01 65.88±3.22a 80.83±5.11a 95.12±4.32a HCT116細(xì)胞57.54±4.51 68.75±5.63 79.66±8.98a 87.84±4.74a N-cadherin HT29細(xì)胞102.21±10.52 88.45±3.51 22.01±2.41a 12.89±3.31a HCT116細(xì)胞25.68±2.57 24.14±3.10 11.39±4.22a 1.50±0.01a Snail HT29細(xì)胞82.93±2.41 77.72±2.54 58.49±3.21a 47.66±2.21a
圖3 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中EMT相關(guān)蛋白表達(dá)的電泳圖
與對(duì)照組比較,毛萼乙素組2種結(jié)腸癌細(xì)胞中Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白(β-catenin、c-myc、cyclin D1、TCF4)及N-cadherin的表達(dá)水平均顯著降低(P<0.05或P<0.01);Licl組2種結(jié)腸癌細(xì)胞中上述幾種蛋白的表達(dá)水平均顯著升高(P<0.05或P<0.01)。與毛萼乙素組比較,毛萼乙素+Licl組2種結(jié)腸癌細(xì)胞中上述幾種蛋白的表達(dá)水平被顯著逆轉(zhuǎn)(P<0.05或P<0.01)。結(jié)果見圖4、表2。
表2 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白及N-cadherin蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
表2 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白及N-cadherin蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
a:與對(duì)照組比較,P<0.01;b:與對(duì)照組比較,P<0.05;c:與毛萼乙素組比較,P<0.05;d:與毛萼乙素組比較,P<0.01
組別c-myc對(duì)照組毛萼乙素組Licl組毛萼乙素+Licl組β-catenin HT29細(xì)胞134.79±5.67 106.03±5.64a 149.65±4.21b 121.53±6.54c HCT116細(xì)胞104.24±5.47 82.62±8.12b 120.56±5.12b 101.08±8.12c HT29細(xì)胞40.64±1.53 19.68±4.57a 50.89±4.25b 35.31±3.21d HCT116細(xì)胞77.92±2.04 62.31±2.64b 106.10±4.25a 95.8±11.64d cyclinD1 HT29細(xì)胞18.85±3.21 12.39±1.19b 29.94±1.21a 24.79±3.92d HCT116細(xì)胞116.48±2.32 84.31±1.52a 128.66±3.41b 104.73±7.21d TCF4 HT29細(xì)胞69.07±5.21 18.00±3.11a 95.81±4.85a 64.95±3.47d HCT116細(xì)胞77.62±1.69 13.34±4.41a 86.54±2.21b 75.90±3.21d N-cadherin HT29細(xì)胞17.67±2.51 0.92±0.01a 23.68±0.95b 21.21±3.29d HCT116細(xì)胞25.15±4.21 7.86±0.59a 78.17±1.12a 28.15±3.13d
圖4 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白及N-cadherin表達(dá)的電泳圖
與對(duì)照組比較,毛萼乙素組2種結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移率及β-catenin、N-cadherin表達(dá)水平均顯著降低(P<0.01),E-cadherin表達(dá)水平顯著升高(P<0.05或P<0.01)。與毛萼乙素組比較,毛萼乙素+XAV939組2種結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移率及β-catenin、N-cadherin表達(dá)水平均進(jìn)一步降低(P<0.05或P<0.01),E-cadherin表達(dá)水平進(jìn)一步升高(P<0.01)。結(jié)果見圖5、表3。
表3 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中 β-catenin、N-cadherin、E-cadherin蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
表3 2種結(jié)腸癌細(xì)胞中 β-catenin、N-cadherin、E-cadherin蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)結(jié)果(±s,n=3,%%)
a:與對(duì)照組比較,P<0.01;b:與對(duì)照組比較,P<0.05;c:與毛萼乙素組比較,P<0.05;d:與毛萼乙素組比較,P<0.01
HCT116細(xì)胞447.02±16.84 300.53±10.64a 245.63±9.98a 131.48±8.31d組別對(duì)照組毛萼乙素組XAV939組毛萼乙素+XAV939組β-catenin HT29細(xì)胞103.58±8.26 68.98±3.74a 79.40±2.56a 55.44±2.21c HCT116細(xì)胞175.17±9.81 102.92±9.22a 94.89±7.43a 72.78±6.12d E-cadherin HT29細(xì)胞29.22±2.36 62.32±4.27b 104.48±14.87a 149.43±10.62d HCT116細(xì)胞60.08±2.76 92.08±3.80a 71.80±2.31b 134.52±5.98d N-cadherin HT29細(xì)胞63.97±3.51 42.41±1.13a 36.23±1.60a 21.51±2.95d
圖5 毛萼乙素聯(lián)合XAV939對(duì)2種結(jié)腸癌細(xì)胞遷移能力及β-catenin、N-cadherin、E-cadherin蛋白表達(dá)的影響
腫瘤轉(zhuǎn)移是結(jié)腸癌相關(guān)死亡的主要原因[13―14],轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌預(yù)后較差,傳統(tǒng)的治療方法如手術(shù)切除和化療并不能有效防止腫瘤轉(zhuǎn)移[15]。目前臨床仍缺乏能夠有效抑制結(jié)腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的方案,因此,開發(fā)抗結(jié)腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移藥物顯得尤為重要。
細(xì)胞的侵襲和遷移是結(jié)腸癌發(fā)生轉(zhuǎn)移的重要過程[16]。本研究通過劃痕愈合實(shí)驗(yàn)和Transwell實(shí)驗(yàn)檢測(cè)毛萼乙素抑制結(jié)腸癌細(xì)胞侵襲和遷移的能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)毛萼乙素能夠顯著降低結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲率和遷移率,且其遷移能力具有一定濃度和時(shí)間依賴趨勢(shì)。
EMT是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移最主要的原因[17],故本研究檢測(cè)不同濃度毛萼乙素處理結(jié)腸癌細(xì)胞后EMT相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn),毛萼乙素能夠抑制結(jié)腸癌間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物N-cadherin以及與EMT呈正相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Snail的表達(dá),同時(shí)還能促進(jìn)上皮細(xì)胞表型標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá),這表明毛萼乙素可以抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT。
目前研究顯示,Wnt/β-catenin信號(hào)通路是調(diào)節(jié)結(jié)腸癌EMT的關(guān)鍵信號(hào)通路[18],且其在結(jié)腸癌中被高度激活[19―20],因此,抑制該信號(hào)通路活性對(duì)結(jié)腸癌的治療具有重要作用。本研究通過檢測(cè)Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白β-catenin及其下游靶蛋白(c-myc、cyclin D1、TCF4)的表達(dá)情況,并通過利用該信號(hào)通路激活劑Licl進(jìn)行功能回復(fù)實(shí)驗(yàn),以探討毛萼乙素抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT是否與抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活有關(guān)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),毛萼乙素可以抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá),且該抑制作用能被該信號(hào)通路激活劑Licl逆轉(zhuǎn),這表明毛萼乙素可通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT。
為進(jìn)一步研究毛萼乙素在今后臨床轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用價(jià)值,本研究檢測(cè)毛萼乙素與Wnt/β-catenin通路抑制劑XAV939的相互作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩者聯(lián)用后,結(jié)腸癌細(xì)胞遷移率及β-catenin、N-cadherin蛋白表達(dá)水平進(jìn)一步降低,這表明毛萼乙素與Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制劑XAV939之間存在協(xié)同作用。
綜上所述,毛萼乙素可通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活抑制結(jié)腸癌細(xì)胞EMT。