20(S)-原人参二醇型皂苷通过EGFR-MAPK信号通路抑制A549细胞增殖

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人参具有大补元气、生津止渴和补血养血等功效,在中国有悠久的药用历史。2012年原卫生部发布的《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》规定,批准人参(人工种植)作为新资源食品,为人参的发展的应用提供新方向。人参皂苷作为人参中主要的活性成分之一,拥有多种药理学活性。表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)磷酸化激活后,能够调节细胞增殖、凋亡、周期和侵袭等进程。EGFR在肿瘤细胞中呈现过度表达或异常激活状态,诱导肿瘤细胞发生和发展。肺癌位于癌症死亡率首位,且主要为非小细胞型肺癌(non small-cell lung cancer,NSCLC)。因此,研究从人参皂苷中筛选靶向EGFR抑制肺癌细胞增殖的化合物具有重要意义,为人参的应用提供新方向和思路。本文的主要研究内容和结论如下:(1)分子水平上建立均相时间分辨荧光(homogenous time-resolved fluorescence,HTRF)筛选平台,从人参皂苷中筛选高活性和高选择性EGFR酪氨酸激酶抑制剂。对ATP浓度、EGFR激酶浓度及反应时间优化后,确定体系反应条件为:EGFR激酶浓度0.0041 ng/μL,反应时间40 min,ATP浓度为1.41μM。选用星形孢菌素(staurosporine)作为阳性对照对筛选平台准确性进行验证。共筛选出20(R)-Rg3、20(S)-Rg3、20(R)-Rh2、20(S)-Rh2、Rc、CK、20(R)-PPD、20(S)-PPD、20(R)-Rg2、F1、20(R)-PPT、20(S)-PPT和Pseudoginsenoside Rh2等13种人参皂苷能够抑制EGFR激酶活性,并且原人参二醇型皂苷抑制效果优于原人参三醇型皂苷。细胞水平上,对HTRF平台筛选出的人参皂苷继续进行细胞抗增殖活性筛选。基于A549人非小细胞型肺癌细胞模型,通过MTT实验最终选择有明显的抑制作用的人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD。同时,MRC-5人正常胚肺成纤维细胞MTT实验证实,人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD对正常肺细胞生长增殖无明显抑制。选用人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD对A549细胞发挥IC20、IC40和IC60抑制效果的浓度进行后续研究。这三种人参皂苷均属于原人参二醇型皂苷,并且互为代谢产物。模拟水平上,通过分子对接和动力学模拟分析,证实EGFR蛋白与人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD能够通过疏水作用和氢键作用稳定结合,结合稳定性由高到低:20(S)-Rg3、20(S)-PPD和20(S)-Rh2。(2)Ras-Raf-MEK-ERK级联信号是MAPK通路的重要组成部分之一,调控细胞的增殖分化、凋亡、转移和侵袭等生理进程。本研究利用实时荧光定量PCR、Western blot等手段,探究不同浓度人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理下,对A549细胞EGFR-MAPK信号通路基因m RNA和蛋白表达水平的影响。结果表明,人参皂苷20(S)-Rh2能够抑制EGFR激酶Tyr1068位点的磷酸化,而人参皂苷20(S)-Rg3和20(S)-PPD并不通过Tyr1068位点抑制EGFR蛋白的磷酸化。人参皂苷20(S)-Rg3主要抑制Ras和Raf激酶活性;人参皂苷20(S)-Rh2主要抑制B-Raf和Raf-1磷酸化,抑制下游靶蛋白MEK和ERK的表达;人参皂苷20(S)-PPD主要抑制B-Raf磷酸化,抑制下游靶蛋白MEK和ERK的磷酸化激活。人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD能够通过抑制EGFR-MAPK信号通路的激活,抑制A549细胞增殖。对EGFR靶蛋白的抑制效果从强到弱分别为:20(S)-PPD、20(S)-Rh2和20(S)-Rg3。利用细胞划痕实验对培养0、6、12和24 h后的细胞迁移情况进行测定。结果表明,人参皂苷20(S)-Rg3处理24 h时,A549细胞愈合率与DMSO对照组相比明显下降,并呈现剂量依赖性,从24.63%下降到21.92%(24μM)、19.66%(30μM)和17.10%(37μM)。人参皂苷20(S)-Rh2处理仅6 h时,在浓度22μM和35μM条件下,A549细胞愈合率与DMSO对照组相比已经显著下降,仅为6.76%和6.35%。人参皂苷20(S)-PPD处理12 h时,A549细胞愈合率与DMSO对照组相比下降,从17.00%下降到9.37%(36μM)、13.41%(41μM)和14.22%(46μM),其中在浓度36μM时显著抑制。人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD能够抑制细胞的迁移。抑制效果呈现一定的时间和剂量依赖性,即在长时间和高浓度条件下,抑制效果较好。(3)利用流式细胞术检测不同浓度人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理下对A549细胞凋亡的影响。结果表明,人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理后,整体细胞凋亡率均有上升。另外,利用实时荧光定量PCR、Western blot等手段,探究人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理下,对A549细胞细胞凋亡信号通路的调节因子基因m RNA和蛋白表达水平的影响。结果表明,人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD能够通过调控Caspase-9、Caspase-3、PARP1、STAT3、Bcl-XL、Survivin等关键因子基因m RNA和蛋白表达水平,促进A549细胞凋亡。(4)利用流式细胞术检测不同浓度人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理下对A549细胞周期循环进程的影响。结果表明,20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理后,能够将细胞周期循环阻滞于G0/G1期,从而抑制A549细胞的增殖。对细胞周期循环抑制效果从强到弱分别为:20(S)-PPD、20(S)-Rh2和20(S)-Rg3。另外,利用实时荧光定量PCR、Western blot等手段,探究20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD处理下,对A549细胞细胞周期信号通路的调节因子基因m RNA和蛋白表达水平的影响。结果表明,人参皂苷20(S)-Rg3、20(S)-Rh2和20(S)-PPD能够通过调控细胞周期信号通路中Cyclin、CDK、Cdc25等关键因子,主要是下调Cyclin A2、Cyclin D1、Cyclin E1与CDK蛋白形成复合物的含量,抑制细胞周期向S期的转换,阻滞循环于G0/G1期。
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