雷公藤甲素抗肿瘤作用的分子机制研究

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目的:观察雷公藤甲素(triptolide,以下简称甲素)对多种肝癌和骨肉瘤细胞的增殖抑制和诱导凋亡作用,并探讨其抗肿瘤作用的分子机制;建立荷瘤鼠模型,观察甲素体内抑瘤效应和可能的毒副作用,初步探讨甲素体内抗瘤作用的分子机制。   方法:   (1)应用MTT法检测甲素刺激后细胞增殖活性的改变,并观察有无时间及浓度依赖;   (2)流式细胞仪AnnexinV/PI双标法和PI单染色法分别检测甲素诱导肿瘤细胞凋亡及周期阻滞效应;   (3)Western-blot检测甲素刺激后相关信号通路改变情况,并以Real-time RT-PCR检测甲素刺激后相关基因mRNA表达水平的变化,初步探讨甲素诱导肿瘤细胞凋亡及周期阻滞的分子机制;   (4)采用MAPK通路特异性抑制剂刺激细胞,观察其对甲素诱导肿瘤细胞凋亡作用有无影响,进一步明确该通路在甲素诱导肿瘤细胞凋亡过程中的作用;   (5)建立裸鼠皮下种植瘤动物模型,随机分为溶剂对照组和甲素给药组,腹腔注射连续给药10天,观察甲素体内抑瘤效应;收集瘤体标本,免疫组织化学法(IHC)检测凋亡相关蛋白表达情况;   结果:(1)甲素能够明显抑制多种肝癌细胞及骨肉瘤细胞的增殖:我们分别选用不同浓度点甲素(25、50、100、200nM)和作用时间点(12、24、48h),观察到甲素能够明显抑制多种肝癌细胞增殖,抑制率最高可达80%,与溶剂对照组相比,当药物浓度>25nM时,该抑制效应均有统计学意义。(2)不同浓度点(50、100、200nM)作用不同时间(12、24h)后,能够诱导P53野生型人肝癌细胞HepG2、SMMC-7721、Bel-7402等凋亡,且该效应呈时间和剂量依赖。相同浓度下,甲素也能够诱导P53缺失的人肝癌细胞Hep3B和大鼠骨肉瘤细胞UMR-106凋亡。并且,随着药物浓度和作用时间的进一步增加,凋亡细胞比例开始下降,坏死细胞比例随之增加。(3)甲素能够激活线粒体相关凋亡信号通路,导致Bax、Bid表达上调和Bcl-2表达下降,导致Caspase-3的活化而激活下游级联反应,最终导致肿瘤细胞凋亡。甲素同时激活多个上游凋亡相关信号通路,包括降低AKT蛋白表达,并抑制其磷酸化,同时显著下调癌基因C-myc的mRNA和蛋白表达水平。(4)甲素也能够激活MAPK信号通路,引起JNK、P38和ERK表达上调,并促进三者的磷酸化;分别应用JNK、P38和ERK特异性抑制剂SP600125、SB203580及PD98059预处理骨肉瘤细胞UMR106,均能够部分逆转甲素诱导骨肉瘤细胞凋亡作用;进一步检测发现,甲素能够抑制MKP-1的转录,而后者能够下调ERK、JNK及P38的磷酸化水平和活性。(5)甲素引起骨肉瘤细胞UMR-106 G0/G1期阻滞,与溶剂对照组相比,当药物浓度大于50nM时该周期阻滞效应具有统计学意义,P<0.05;同时,甲素对周期相关调控蛋白具有调节作用,能够上调P53磷酸化水平,并导致其下游的P21表达增加;同时,甲素能够抑制周期蛋白CyclinD、CyclinE的mRNA表达。(6)甲素能够明显抑制裸鼠皮下种植瘤的生长,给药组瘤体体积明显小于对照组,P<0.05,但各组间裸鼠体重差异无统计学意义;IHC结果显示,给药组内Caspase3、Bax表达明显增加,Bcl-2表达下降,与对照组相比该差异有统计学意义,P<0.05;应用TUNEL法可观察到给药组瘤体内有明显的凋亡现象。   结论:综上所述,甲素具有明显的抗肝癌作用,该作用与甲素能够抑制多种肝癌细胞增殖并诱导其凋亡有关。甲素能够调节NFκB,Akt,C-myc,MAPK等多个凋亡相关信号蛋白表达,激活线粒体相关凋亡途径,导致Caspase3剪切激活,从而诱导肝癌细胞发生凋亡。并且,该过程呈非P53依赖性。甲素也具有显著的抗骨肉瘤作用,能够通过MKP-1/MAPK途径诱导大鼠骨肉瘤细胞UMR-106发生凋亡,并且能够调节P21、CyclinD等周期相关蛋白表达诱导该类细胞发生G0/G1期阻滞。体内动物实验表明甲素能够抑制肿瘤细胞并且未见明显的毒副反应。我们的工作有助于进一步完善对雷公藤甲素生物学活性的了解,为肝癌的治疗提供新的选择,并为临床治疗用药方案提供新的思路和参考。
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