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编号:11027268
脂氧合酶抑制剂NDGA对HT29结肠癌细胞诱导凋亡机制研究
http://www.100md.com 《中国普通现代外科进展》 2006年第4期
     【摘要】目的:探讨脂氧合酶抑制剂NDGA体外诱导HT29结肠癌细胞凋亡机制。方法:RTPCR检测NDGA处理后HT29结肠癌细胞5脂氧合酶信使核糖核酸(5LOXmRNA)和端粒酶催化活性亚单位(hTERTmRNA)表达水平变化,激光共焦显微镜观察细胞内游离钙变化。结果:结肠癌HT29细胞5LOXmRNA和hTERTmRNA呈阳性表达,随着NDGA药物浓度的增大,细胞凋亡率的上升,5LOXmRNA和hTERTmRNA表达水平逐步下降。细胞内钙浓度同步上升。结论:NDGA诱导凋亡是多方面因素共同作用的结果,5LOX、端粒酶、游离钙都可能参与其诱导凋亡的过程。

    【关键词】脂氧合酶抑制剂·细胞凋亡·5脂氧合酶·端粒,末端转移酶·钙·结肠肿瘤

    Research on apoptosis mechanism of HT29 colon cancer cell induced by NDGA

    XIA Guangtao1,ZHANG Yuanchao1,WU Sensen2,YIN Lixia3,ZHANG Shangzhong2

    1Department of Rheumatism,Shandong Provincial Hospital of Shandong University

    (Jinan 250021,China)

    2Department of Digestion,Qilu Hospital of Shandong University(Jinan 250021,China)

    3Department of Paediatrics,People’s Hospital of Chiping County(Shandong 252100,

    China)

    【ABSTRACT】Objective:To find out the apoptosis mechanism of HT29 colon cancer cell induced by NDGA,the lipoxygenase inhibitor in vitro.Methods:We applied respectively:RTPCR to detect colon cancer cell’s expression of 5LOX messenger ribonucleic acid(5LOXmRNA) and that of messenger ribonucleic acid about human telomerase reverse transcriptase(hTERTmRNA)respectively,confocal laser scanning electron microscope to examine intracellular free calcium.Results:Colon cancer cell lines HT29 showed positive expression of 5LOXmRNA.This expression became weaker following the rise of cell’s apoptosis and so were hTERTmRNA.Intracellular Free calcium increased following the rise of cell’s apoptosis.Conclusion:The apoptosis of tumor cell is caused by a combination of factors,with 5LOX,telomerase and free calcium all active in the course.

    【KEY WORDS】Lipoxygenase inhibitors·Apoptosis·5Lipoxygenase·Telomerase·Calcium·Colonic neoplasms 花生四烯酸代谢分为环氧化酶(COX)和脂氧合酶(LOX)两个途径,这两个途径与肿瘤细胞凋亡的关系比较密切。研究证明脂氧合酶抑制剂去甲二氢愈创木酸(nordihydroguaiaretic acid,NDGA)能够诱导HT29结肠癌细胞发生凋亡[1],本文从5LOX、端粒酶(hTERT)、游离钙三个方面研究其诱导凋亡的机制。

     1 材料与方法

    1.1 仪器及设备 37℃ CO2恒温培养箱(NV2500E,美国),超净工作台(YJ1450S,苏州),倒置相差显微镜(Olympus,日本)普通光学显微镜(Olympus,日本BH2),台式高速离心机(HERMLEZK380),稳压稳流电泳仪(北京六一仪器厂),PCR扩增仪(MiniCycler公司),激光共聚焦扫描显微镜(LSM510,德国ZEISS公司),图像处理软件ImagePro plus(Zeiss LSM Version3,1,0,99)以及其他常规细胞培养设备。

    1.2 材料和试剂

    1.2.1 结肠癌细胞株 HT29结肠癌细胞株购自山东省医学科学院肿瘤生物治疗中心。

    1.2.2 主要试剂 RPMI1640培养液和胰蛋白酶购自Gibco公司。新生小牛血清购自中国杭州四季青生物工程材料研究所。NDGA购自Calbiochem公司,RTPCR试剂盒购自济南贝西生物公司。Fluo3/AM购自美国Molecular Probe公司,用DMSO将其溶解后配成1mmol/L的储存液,-20℃避光保存,实验时用无钙PBS稀释成5μmol/L。

    1.3 细胞培养 常规培养HT29结肠癌细胞。采用处于指数生长期的细胞进行实验,分别加入不同浓度的药物药处理后,继续在CO2恒温箱孵育相应的时间后,进行有关指标检测。

    1.4 RTPCR检测5LOXmRNA

    引物序列:

    上游引物:5’CCCGGGGCATGGAGAGCA3’

    下游引物:5’GCGGTCGGGCAGCGTGTC3’

    扩增片断长度为416bp。

    βaction作为内参照物

    上游引物:P1 5’GTGGGGCGCCCCAGGCACCA3’

    下游引物:P2 5’CTCCTTAATGTCACGCACGATTTC3’

    扩增片断长度为539bp。所有引物由上海博亚生物公司合成。

    分别将对照组及不同浓度药物(1,10,100μmol/L)处理48h后的癌细胞应用胰蛋白酶消化、培养液中和后离心(1000r/min,5min),PBS液冲洗后再离心1次,将细胞收入无菌EP管中保存于-80℃冰箱中保存备用。先提取总DNA,再逆转录成cDNA,进行PCR反应。PCR循环条件:94℃1min,58℃1min,72℃1min,循环35次,末次延长7min,2%琼脂凝胶电泳鉴定。紫外线灯下观察、照相。凝胶电泳图像输入美国Kogak凝胶分析系统,应用1D Image Analysis Softare进行表达强度分析,测出5LOX表达强度,计算相对指数,根据相对指数作统计学分析。相对指数=5LOX表达强度/βaction表达强度

    1.5 RTPCR检测hTERTmRNA

    引物设计:

    上游引物:5’TTCCTGCACTGGCTGATGAGTGT3’

    下游引物:5’CGCTCGGCCCTCTTTCTCTG3’

    扩增片断长度为329bp。

    βaction作为内参照物

    上游引物:P1 5’GTGGGGCGCCCCAGGCACCA3’

    下游引物:P2 5’CTCCTTAATGTCACGCACGATTTC3’

    扩增片断长度为539bp。所有引物由上海博亚生物公司合成。

    实验方法同上。

    1.6 激光扫描共聚焦显微镜测细胞内游离钙 将对照组及NDGA作用组细胞用无钙PBS清洗2~3次,加入200μL Fluo3/AM染液避光染色30min,用适量无钙PBS冲洗2遍,留少许通过共聚焦激光扫描显微镜以488nm氩离子激光激发后观察细胞内Ca2+的变化,并记录该视野的荧光强度,以细胞的荧光强度反映Ca2+的浓度。 细胞荧光强度=(该视野荧光强度/该视野细胞数)×系数

    1.7 统计学处理 定量资料数据均以x±s表示,计算采用SPSS12.0统计软件处理,进行方差分析、t检验、Dunnett t检验以及其他统计处理,P<0.05为有统计学意义。

     2 结 果

    2.1 NDGA对HT29结肠癌细胞5LOXmRNA表达的影响 RTPCR检测癌细胞5LOXmRNA的表达,βactin条带表现为扩增片断长度为539bp,宽窄及深浅基本一致,而5LOXmRNA条带表现为扩增片断长度为416bp,随着药物浓度增高,条带逐步变窄,变暗。提示的5LOXmRNA表达逐步降低。根据5LOXmRNA和βactin的表达强度计算相对指数,经1,10,100μmol/L浓度的NDGA作用后HT29结肠癌细胞其相对指数分别与对照组相比差异均有统计学意义(P<0.01)。见表1,图1。表1 不同浓度NDAG对HT29细胞5LOXmRNA表达影响(相对指数0[]0.728±0.0371[]0.547±0.066*10[]0.199±0.030*100[]0.095±0.009* *P<0.01 VS 0μmol/L组(对照组)2.2 NDGA对HT29结肠癌细胞hTERTmRNA的影响 βactin条带表现为扩增长度为539bp,宽窄及深浅基本一致,而hTERTmRNA条带表现为扩增片断长度为329bp,随着药物浓度增高,条带逐步变窄,变暗,提示hTERTmRNA表达逐步降低。根据hTERTmRNA和βactin的表达强度计算相对指数,经1,10,100μmol/L浓度的NDGA作用后HT29结肠癌细胞其相对指数,分别与对照组相比差异均有统计学意义(P<0.01)。见表2,图2。 图1 NDGA对HT29结肠癌细胞5LOXmRNA表达影响RTPCR表2 不同浓度NDGA对HT29细胞hTERTmRNA表达影响( 图2 NDGA对HT29癌细胞hTERTmRNA表达影响(RTPCR)

    2.3 激光共聚焦显微镜测细胞内游离钙 以细胞的荧光强度表示细胞内游离钙,经1,10,100μmol/L浓度NDGA分别处理后其细胞内荧光强度逐步升高。10,100μmol/L的NDGA处理后细胞内荧光强度与对照组差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。见表3,图3。

     3 讨 论

    细胞凋亡是一个多因素共同参与的过程。LOX又分为表3 不同浓度NDGA对结肠癌HT29细胞内游离钙影响 图3 NDGA作用后细胞内游离钙的变化(×200) A:0μmol/L B:100μmol/L3个亚型,5LOX、12LOX、15LOX,其中5LOX是比较重要的一个亚型,在肿瘤的发生方面起重要作用。大多数肿瘤细胞表达此物质[2]。研究认为,其作用机制主要是5LOX在钙的刺激下由细胞质转到核膜上,5脂氧合酶激活蛋白(FALP)与细胞膜磷脂释放出来的花生四稀酸(AA)特异性结合,将后者呈递给5LOX。5LOX影响AA氧化生成白三烯A4(LTA4)。继而影响LTA4转化为致炎物白三烯B4(LTB4)、白三烯C4(LTC4)、白三烯D4(LTD4)、白三烯E4(LTE4)等导致过敏反应的慢反应物质的生成[3]。Matsuyama M等[4]研究发现,应用5LOX抑制剂处理肾癌细胞,能够抑制剂癌细胞的生长,并且这种作用具有剂量依赖性。Hoque等[5]研究发现在79%食管癌患者的组织中表达5LOX,应用5LOX抑制剂AA861和REV5901能够诱导食管癌细胞发生凋亡,抑制细胞活力,同样具有剂量依赖性。在肺癌、前列腺癌等其他肿瘤也出现相似结果[6]。本实验应用RTPCR检测HT29结肠癌细胞5LOX呈阳性表达,随着NDGA药物作用浓度加大,5LOX表达逐步减弱,表明NDGA能够抑制5LOX表达,从而影响LT等产物的合成,影响细胞内代谢,从而诱发肿瘤细胞发生凋亡,与文献观点基本一致。

    肿瘤凋亡机制,有关端粒酶的研究发现85%肿瘤组织中端粒酶检测阳性,而在90%以上的正常组织中端粒酶检测阴性,从而将端粒酶与肿瘤密切联系在一起。研究证实,端粒功能如被激活,细胞可获得无限增值的能力,导致肿瘤的发生[7]。抑制端粒酶活性,可以抑制肿瘤细胞生长,诱导肿瘤细胞发生凋亡,从而达到治疗肿瘤的目的。有学者应用药物降低端粒酶表达,诱导肺癌细胞凋亡,使其生长抑制[8]。端粒酶有3个主要成分:端粒酶RNA、端粒酶相关蛋白、端粒酶活性催化亚单位(hTERT)。其中,hTERT是端粒酶活性的限速因子,与端粒酶的活性成正相关,能够反映出端粒酶的活性。本实验发现NDGA抑制肿瘤细胞生长的同时,影响hTERTmRNA表达,提示端粒酶活性降低,证明NDGA抑制端粒酶活性是其作用于HT29结肠癌细胞机制之一。

    正常细胞内游离钙浓度([Ca2+]I)为50~150nmol/L,与细胞外钙离子浓度相差近10000倍,极少量的游离钙对细胞功能的调节起着极其重要的作用。国内大部分研究认为,Ca2+在信号传导中起着重要作用,是各条信号途径的枢纽。病理状态下细胞内钙超载将造成一紊列代谢系乱,直至细胞坏死或凋亡。应用激光扫描共聚焦显微镜测定细胞内游离钙。Fluo3/AM是新一代荧光探针,是一种脂溶性钙荧光指示剂,可穿过细胞膜进入细胞内,与细胞内的游离钙相结合,细胞内荧光强度的强弱代表细胞内游离钙浓度的高低。本实验显示,随着药物浓度升高,凋亡率的上升,细胞内游离钙荧光强度增强,表示细胞内游离钙的浓度逐步上升,提示细胞内游离钙的变化参与结肠癌HT29细胞的凋亡过程。但其具体影响机制还有待于进一步研究。

    参 考 文 献

    [1]夏光涛,张源潮,武森森,等.脂氧合酶抑制剂NDGA对HT29结肠癌细胞诱导凋亡的研究[J].中国现代普通外科进展,2006,9(1).

    [2]Sung H Hong,Ingalill Avis,Michele D,et al.Relationship of arachidonic acid metabolizing enzyme expression in epithelial cancer cell lines to the growth effect of selective biochemical inhibitors[J].Cancer Res,1999,59(1):22232228.

    [3]权华,殷明.5脂氧合酶代谢通路与肿瘤细胞增值及凋亡的关系[J].国外医学肿瘤学分册,2003,30(1):5760.

    [4]Matsuyama M,Yoshimura R,Mitsuhashi M,et al.5Lipoxygenase inhibitors attenuate growth of human renal cell carcinoma and induce apoptosis through arachidonic acid pathway[J].Oncol Rep,2005,14(1):7379.

    [5]Hoque A,Lippman SM,Wu TT,et al.Increased 5lipoxygenase expression and induction of apoptosis by its inhibitors in esophageal cancer:a potential target for prevention[J].Carcinogenesis,2005,26(4):785791.

    [6]Vernon E,Steele,Cathy,A,et al.Lipoxygenase inhibitors as potential cancer chemopreventives[J].Cancer Epidemiol Biomar Prev,1999,5(8):467483.

    [7]曹红云.端粒及端粒酶研究现状[J].龙岩师专学报,2004,22(3):6768.

    [8]Woo HJ,Choi,YH.Growth inhibition of A549 human lung carcinoma cells by betalapachone through induction of apoptosis and inhibition of telomerase activity[J].Int J Oncol,2005,26(4):10171023.

    [9]刘华,马春红,刘素侠,等.两种端粒酶逆转录酶启动子真核表达载体的构建[J].中国现代普通外科进展,2005,8(4):212215.

    1山东大学山东省立医院 风湿免疫科 (山东 济南 250021)

    2山东大学齐鲁医院 消化科 (山东 济南 250012)

    3山东省茌平县人民医院 儿科 (山东 茌平 252100), http://www.100md.com(夏光涛 张源潮 武森森 阴丽霞 张尚忠)