肉桂酸衍生物恢复耐药病原菌和肿瘤细胞药敏性的作用机制研究

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研究目的:随着全球耐药性病原体不断蔓延,很多人类赖以生存的药物正在迅速失效,治疗手段日益减少,抗生素耐药威胁着每个人的健康和生命,尚待有效的临床途径将其克服。研究指出,天然多酚类化合物是抗生素增敏剂的天然宝库,而肉桂酸及其衍生物是一类重要的天然酚类活性分子,肉桂酸及其衍生物具有抗肿瘤,抗病毒,抗氧化和防腐杀菌等作用。然而,肉桂酸及其衍生物对于抗生素是否有增敏活性还鲜有报道。因此,本课题以肉桂酸衍生物为对象,分别从细菌耐药和肿瘤细胞耐药两个方面进行恢复药敏性研究。研究方法:对于细菌耐药,我们在低于MIC的浓度下,对肉桂酸类衍生物进行活性筛选。对筛选出的4-二甲氨基肉桂酸和4-甲氧基肉桂酸作用的紫色杆菌ATCC12472体内的毒力因子如紫色色素、溶血素、几丁质酶进行了活性抑制研究;借助结晶紫染色测定、扫描电镜和共聚焦显微镜分析了两个肉桂酸衍生物与氨基糖苷类抗生素联用对紫色杆菌生物被膜的协同破坏作用;通过代谢组学分析和荧光实时定量PCR探究了两种肉桂酸衍生物的作用机制。对于细胞耐药,我们通过细胞增殖实验和联合指数的计算我们发现阿魏酸能够协同表阿霉素增强表阿霉素抗乳腺癌细胞MDA-MB-231的药敏性,然后进行了软琼脂克隆实验细胞划痕实验对协同作用进行了验证;通过流式细胞仪我们检测了凋亡率;通过使用Western blot技术,凋亡相关蛋白Bax,Bcl-2,Caspase-3和内质网应激关键蛋白PDI,IRE1α,PERK的表达水平。研究结果:我们在低于MIC的浓度下,对肉桂酸类衍生物进行活性筛选时发现,4-二甲氨基肉桂酸和4-甲氧基肉桂酸对于紫色杆菌ATCC12472具有良好的群体感应抑制作用。接着,我们对两种肉桂酸衍生物单独使用时紫色杆菌体内的毒力因子如紫色色素、溶血素、几丁质酶进行了研究,发现有明显降低其毒力因子的作用;通过代谢组学分析,两种肉桂酸衍生物处理后都能引起细菌体内群体感应相关代谢物如乙醇胺和L-蛋氨酸的下调;通过荧光实时定量PCR分析发现,DCA(100μg/m L)对紫色杆菌中cvi I和cvi R的表达降低率为47%和42%,MCA(200μg/m L)抑制紫色杆菌中cvi I和cvi R的表达分别为51%和55%;DCA(100μg/m L)和MCA(200μg/m L)降低细菌体内信号分子的合成分别为65%和67%。接着我们借助结晶紫染色测定、扫描电镜和共聚焦显微镜分析了两个衍生物与氨基糖苷类抗生素联用对紫色杆菌生物被膜的协同破坏作用,发现在DCA(100μg/m L)组和MCA(200μg/m L)组使用氨基糖苷类抗生素后,紫色杆菌生物被膜的清除率分别为79%和63%。通过对肉桂酸衍生物的恢复乳腺癌细胞药敏性的活性筛选,我们发现阿魏酸能够协同表阿霉素,通过内质网应激途径增强表阿霉素抗乳腺癌细胞MDA-MB-231的药敏性。通过细胞增殖实验,10μM、100μM阿魏酸与0.02μM,0.1μM,0.2μM,1μM,2μM,4μM的表阿霉素的联合指数均小于0.9,说明阿魏酸能够协同增强乳腺癌细胞MDA-MB-231对表阿霉素药敏性,软琼脂克隆实验进一步证明了这一点;通过细胞划痕实验,10μM的阿魏酸与1μM的表阿霉素联合用药组相比于其他组在12,24,36,48,60,72 h对迁移能力有明显的抑制效果,说明阿魏酸能够协同表阿霉素降低肿瘤细胞的侵袭性;通过流式细胞仪检测阿魏酸用药前后表阿霉素作用的乳腺癌细胞,发现阿魏酸(10μM)能够协同表阿霉素(1μM)增强乳腺细胞MDA-MB-231的凋亡率;通过使用Western blot技术,当10μM阿魏酸与1μM表阿霉素联用时,相比于对照组和10μM阿魏酸组,凋亡相关蛋白Bax与Bcl-2比值和Caspase-3表达水平显著升高,内质网应激关键蛋白PDI,IRE1α表达上调,内质网应激相关蛋白PERK表达上调,并且在使用内质网应激抑制剂后效果反转,证明阿魏酸是通过促进内质网应激通路增强乳腺癌细胞MDA-MB-231联合表阿霉素通过Bax/Bcl-2/Caspase-3途径诱导细胞凋亡。研究结论:4-二甲氨基肉桂酸和4-甲氧基肉桂酸能够通过抑制生物被膜,部分恢复氨基糖苷类抗生素对于紫色杆菌生物被膜的药敏性。阿魏酸能够促进内质网应激通路增强乳腺癌细胞MDA-MB-231联合表阿霉素通过Bax/Bcl-2/Caspase-3途径诱导细胞凋亡,是恢复乳腺癌细胞药敏性的潜在药用佐剂。
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