Celecoxib對放射所致DNA損傷修復(fù)與凋亡的影響

雷宏偉 龍 成 姜永梅 佟恩娟 滕 云 李國權(quán)

環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)是花生四烯酸生物合成前列腺素(prostaglandin，PG)的限速酶，其亞型COX-2在多數(shù)惡性腫瘤中呈過度表達(dá)并與腫瘤預(yù)后密切相關(guān)[1-2]。已有研究表明COX-2的過度表達(dá)與放療抵抗正相關(guān)。選擇性COX-2抑制劑不僅具有抗腫瘤活性[3]，還有放療增敏效應(yīng)[4]，但其放射增敏機(jī)制還未明確。本實驗采用人肺腺癌A549細(xì)胞株，觀察選擇性COX-2抑制劑celecoxib對放射引起凋亡和DNA損傷修復(fù)的影響，進(jìn)一步探討celecoxib的放療增敏機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

人肺腺癌A549細(xì)胞系購自本院中心實驗室。Celecoxib購自大連美侖生物技術(shù)公司。Cell Counting Kit-8(CCK-8)試劑盒購自日本同仁化學(xué)研究所。引物序列、DNA Maeker及RT-PCR試劑盒購自TaKaRa寶生物工程有限公司。醫(yī)用直線加速器(美國Varian公司)；FACSCalibur 流式細(xì)胞儀(美國BD公司)；ΜVP(CA91786)凝膠成像分析系統(tǒng)(美國GENE公司)；核酸蛋白定量儀(德國Eppendorf公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)及處理 將A549細(xì)胞置于RPMI 1640培養(yǎng)基，37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，0.25%胰酶消化、分離、傳代。將細(xì)胞分為對照組(給相同體積的DMSO)、藥物組(celecoxib)、照射組(6MV X射線6 Gy)、聯(lián)合組〔celecoxib+6 GyX射線(藥物作用24 h后)〕，離心收集對數(shù)生長期A549細(xì)胞，分別種植于96孔板和6孔板中，細(xì)胞密度分別為6000細(xì)胞/孔和2.5×105細(xì)胞/孔。照射方法：醫(yī)用直線加速器，劑量率200 cGy /min，源皮距100 cm。

1.2.2 CCK-8法檢測celecoxib的增殖抑制作用、IC50值及確定放療增敏劑量 取對數(shù)生長期的A549細(xì)胞按每孔6×103個細(xì)胞接種于96孔培養(yǎng)板(100 μl/每孔)。加入不同濃度的celecoxib培養(yǎng)液100 μl，設(shè)置5個濃度梯度(10～160 μmol/L)，培養(yǎng)24 h、48 h、72 h后，每孔加入CCK-8液10 μL，繼續(xù)培養(yǎng)1 h，酶標(biāo)儀在550 nm處測定各孔吸光度值(A)，實驗重復(fù)3次。細(xì)胞對照組是A549細(xì)胞及培養(yǎng)液，空白對照組為等體積包含DMSO的培養(yǎng)液。公式為：①腫瘤細(xì)胞存活率(%)=〔(加藥組A值-空白對照組A值)/(細(xì)胞對照組A值-空白對照組A值)〕×100%；②腫瘤細(xì)胞抑制率(%)=1-腫瘤細(xì)胞存活率(%)。

1.2.3 半定量RT-PCR 取對數(shù)生長期的A549細(xì)胞根據(jù)實驗分組進(jìn)行處理，celecoxib作用48 h后收獲細(xì)胞，按說明書完成RNA提取純化、cDNA的合成及PCR擴(kuò)增。DNA-PKcs上游引物5'-ATCTCTTAAAGCGGGCCTTCG-3'，下游引物5'-AGGCATCAACTCA GGGACTGG-3'，退火溫度58℃，擴(kuò)增產(chǎn)物239bp。Ku80上游引物5'-TATGCTCCCACCGAGGCACAGTTGA-3'，下游引物5'-ACTGCCTTCAGCCAGACTGGAGACG-3'，退火溫度56℃，擴(kuò)增產(chǎn)物478 bp[5]；GAPDH上游引物5'-GCACCGTCAAGGCTGAGAAC-3'，下游引物5'-ATGGTGGTGAAGACG CCAGT-3'，退火溫度56℃，擴(kuò)增產(chǎn)物416 bp。PCR產(chǎn)物在1.5%瓊脂糖凝膠中電泳分離，紫外燈下觀察拍照。應(yīng)用quantity one電泳圖片分析軟件分析，目的基因和GAPDH的灰度比值表示mRNA相對表達(dá)量。

1.2.4 Western blot實驗 取對數(shù)生長期的A549細(xì)胞根據(jù)實驗分組進(jìn)行處理，celecoxib作用48 h后收獲細(xì)胞，4℃PBS 液洗3遍，細(xì)胞裂解液裂解細(xì)胞提取總蛋白，用6%、12%的分離膠做SDS-PAGE，轉(zhuǎn)移至NC膜上，用5%脫脂奶TBST室溫封閉1 h，加入一抗4℃孵育過夜，TBST洗滌3次(每次10 min)，室溫下辣根過氧化物酶二抗孵育1.5 h，TBST洗滌3次(每次10 min)，ECL曝光試劑盒曝光顯影。掃描Western Blot蛋白條帶，應(yīng)用ImageMasterTM 2D Platinum軟件分析灰度。目的蛋白與GAPDH的灰度比值表示蛋白相對表達(dá)量。

1.2.5 流式細(xì)胞儀檢測凋亡率 取對數(shù)生長期的A549細(xì)胞分別根據(jù)實驗分組進(jìn)行相應(yīng)處理，celecoxib作用48 h后收獲細(xì)胞，胰酶消化，加1640培養(yǎng)液，取105個細(xì)胞，固定染色，應(yīng)用流式細(xì)胞儀檢測。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

所有實驗均重復(fù)3次，采用t檢驗和方差分析分析組間和組內(nèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析應(yīng)用SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果

2.1 Celecoxib對A549細(xì)胞增殖抑制作用及IC50值

不同濃度的celecoxib作用于A549細(xì)胞，對細(xì)胞增殖均有抑制作用，隨celecoxib濃度及作用時間的逐漸增加，細(xì)胞抑制率逐漸增高(P<0.01)，見表1。Celecoxib作用A549細(xì)胞48 h的IC01值為18.44 μmol/L，IC50值為58.74 μmol/L。取IC01值，即18.44 μmol/L作為后續(xù)實驗的放療增敏劑量。

表1 Celecoxib對A549細(xì)胞增殖抑制作用

2.2 Celecoxib聯(lián)合照射對A549細(xì)胞DNA-PKcs和Ku80mRNA表達(dá)的影響

DNA-PKcs mRNA表達(dá)：對照組(1.411±0.044)，藥物組(1.222±0.165)，照射組(1.632±0.055)，聯(lián)合組(0.588±0.05)。與對照組相比，照射組表達(dá)量升高(P<0.05)，藥物組表達(dá)量較對照組下降(P<0.05)，聯(lián)合組表達(dá)量較其余3組均明顯下降(P均﹤0.01)。Ku80mRNA表達(dá)：對照組(0.611±0.046)，藥物組(0.553±0.012)，照射組(0.662±0.018)，聯(lián)合組(0.301±0.016)。與對照組相比，照射組表達(dá)量升高(P<0.05)，藥物組表達(dá)量較對照組下降(P<0.05)，聯(lián)合組表達(dá)量較其余3組均明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)果提示放射可誘導(dǎo)DNA-PKcs和Ku80在mRNA水平表達(dá)增強(qiáng)，而celecoxib可顯著抑制放射誘導(dǎo)的DNA-PKcs和Ku80RNA表達(dá)。

2.3 Celecoxib聯(lián)合照射對A549細(xì)胞DNA-PKcs和Ku80蛋白的影響

DNA-PKcs蛋白表達(dá)：對照組(1.570±0.436)，藥物組(1.492±0.045)，照射組(1.858±0.021)，聯(lián)合組(1.195±0.025)。與對照組相比，照射組表達(dá)量升高(P<0.01)，藥物組表達(dá)量較對照組下降(P<0.05)，聯(lián)合組表達(dá)量較其余3組均明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，見圖1。Ku80蛋白表達(dá)：對照組(1.504±0.020)，藥物組(1.454±0.018)，照射組(1.996±0.016)，聯(lián)合組(1.240±0.0314)。與對照組相比，照射組表達(dá)量升高(P<0.01)，藥物組表達(dá)量較對照組下降(P<0.05)，聯(lián)合組表達(dá)量較其余3組均明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，見圖1。結(jié)果提示放射可誘導(dǎo)DNA-PKcs和Ku80在蛋白表達(dá)水平增高，而celecoxib可抑制放射誘導(dǎo)的DNA-PKcs、Ku80蛋白和RNA表達(dá)。

1、2、3、4分別代表對照組、藥物組、照射組、聯(lián)合組

2.4 Celecoxib聯(lián)合照射對A549細(xì)胞凋亡的影響

對照組、藥物組、照射組、聯(lián)合組凋亡率分別為(2.11±0.05)%、(4.72±0.09)%、(9.80±0.05)%、(11.95±0.04)%，照射組、藥物組凋亡率高于對照組(P<0.01)，聯(lián)合組凋亡率明顯高于其余3組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。

3 討論

研究證實應(yīng)用COX-2抑制劑能有效減少患惡性腫瘤的風(fēng)險并抑制腫瘤形成的進(jìn)程[6]。Celecoxib是選擇性COX-2的抑制劑，已在多項實驗中表現(xiàn)腫瘤細(xì)胞增殖抑制作用。本實驗研究顯示celecoxib對A549細(xì)胞具有增殖抑制作用，且隨藥物劑量、作用時間的增加而升高。

DNA雙鏈斷裂(DNA double strand breaks，DSBs)是電離輻射引起細(xì)胞死亡的主要原因之一，在哺乳類細(xì)胞中，非同源末端結(jié)合重組(DNA nonhomologous end-joining，NHEJ)是DSBs損傷修復(fù)中最重要的一種方式，DNA-PKcs、Ku70、Ku80等因子參與NHEJ修復(fù)。DNA-PK由DNA-PKcs和Ku組成，在輻射誘導(dǎo)的NHEJ修復(fù)中起到核心作用，其功能的喪失可導(dǎo)致細(xì)胞DSBs損傷修復(fù)能力的降低，使細(xì)胞對電離輻射的敏感性增高。已有研究提示放射線可引起膠質(zhì)母細(xì)胞DNA-PKcs蛋白的升高[7]，而DNA-PK的高表達(dá)是放療抵抗的可能機(jī)制之一，因此DNA-PK是放射增敏的潛在新靶點。有研究應(yīng)用siRNA的方法敲除Ku80的基因，發(fā)現(xiàn)Ku80表達(dá)陰性的宮頸癌細(xì)胞對電離輻射的敏感性增高[8]。Ku80低表達(dá)的非小細(xì)胞肺癌患者預(yù)后及治療效果明顯好于Ku80高表達(dá)者[9]。Ku70低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞對放射線更敏感，因此可以通過Ku70蛋白的表達(dá)水平來預(yù)測放療療效和局部控制率[10]。本實驗研究發(fā)現(xiàn)照射組DNA-PKcs、Ku80的mRNA、蛋白表達(dá)均高于對照組，而聯(lián)合組DNA-PKcs、Ku80的mRNA、蛋白表達(dá)均比其它各組降低，提示celecoxib聯(lián)合照射可降低DNA-PKcs、Ku80的表達(dá)，故COX-2可能是影響DNA損傷修復(fù)因子的上游調(diào)節(jié)因子之一，celecoxib可通過抑制放射誘導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)蛋白表達(dá)從而起到放療增敏作用。

放射線導(dǎo)致的不能被修復(fù)的DNA損傷激活凋亡相關(guān)基因，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。DNA-PK是感受DNA損傷的分子探測器，它的高表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡[11]。利用siRNA方法抑制DNA-PK的轉(zhuǎn)錄，或者利用抑制劑直接抑制其蛋白表達(dá)，均可以減少DNA損傷修復(fù)和誘導(dǎo)凋亡[12-13]。本實驗結(jié)果顯示，celecoxib聯(lián)合照射抑制DNA-PKcs表達(dá)的同時，促進(jìn)了細(xì)胞的凋亡。進(jìn)一步證明，DNA-PKcs對細(xì)胞凋亡的作用。

綜上所述，選擇性COX-2抑制劑celecoxib對肺腺癌A549細(xì)胞具有放射增敏的作用，其作用可能通過抑制DNA-PKcs及ku80的表達(dá)，減少DNA損傷修復(fù)及促進(jìn)放射誘導(dǎo)的凋亡的途徑實現(xiàn)。但深入的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

[1] Ke HL，Tu HP，Lin HH，et al.Cyclooxygenase-2 (COX-2) up-regulation is a prognostic marker for poor clinical outcome of upper tract urothelial cancer〔J〕.Anticancer Res，2012，32(9)：4111-4116.

[2] Mestre F，Gutierrez A，Ramos R，et al.Expression of COX-2 on Reed-Sternberg cells is an independent unfavorable prognostic factor in Hodgkin lymphoma treated with ABVD〔J〕.Blood，2012 ，119(25)：6072-6079.

[3] 雙金權(quán)，吳 婷，莊則豪，等.NS398對SGC7901胃癌細(xì)胞生長及CD44V6、MMP-9基因表達(dá)的影響〔J〕.實用癌癥雜志，2013，28(1)：15-19.

[4] Ma HI，Chiou SH，Hueng DY，et al.Celecoxib and radioresistant glioblastoma-derived CD133+ cells：improvement in radiotherapeutic effects〔J〕.J Neurosurg，2011，114(3)：651-662.

[5] 徐慧婷，于世英，夏 曙，等.選擇性COX-2抑制劑對放射所致DNA損傷修復(fù)的影響〔J〕.腫瘤防治研究，2008，35(8)：538-542.

[6] Schetter AJ，Heegaard NH，Harris CC.Inflammation and c-

ancer： interweaving microRNA，free radical，cytokine and p53 pathways〔J〕.Carcinogenesis，2010，31 (1)： 37-49.

[7] Mi J，Dziegielewski J，Bolesta E.Activation of DNA-PK by ionizing radiation is mediated by protein phosphatase 6〔J〕.PLoS One，2009，4(2)：e4395.

[8] 莊 亮，于世英，黃曉園，等.RNAi抑制Ku80表達(dá)后促進(jìn)宮頸癌SiHa細(xì)胞的放射敏感性〔J〕.中國癌癥雜志，2007，17(5)：385-389.

[9] 蔡 云，羅慶豐，高 玟，等.Ku80蛋白在非小細(xì)胞肺癌中表達(dá)的臨床意義〔J〕.實用癌癥雜志，2010，25(6)：599-600.

[10] Lee SW，Cho KJ，Park JH，et al.Expressions of Ku70 and DNA-PKcs prognostic indicators of local control in nasopharyngeal carcinoma〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2005，62(5)：1451-1457.

[11] Gurley KE，Moser R，Gu Y，et al.DNA-PK suppresses a p53-independent apoptotic response to DNA damage〔J〕.EMBO Rep，2009，10(1)：87-93.

[12] Lu D，Huang J，Basu A，et al.Protein kinase C activates protein kinase B/Akt via DNA-PK to protect against tumor necrosis factor-alpha-induced cell death〔J〕.J Biol Chem，2006，281(32)： 22799-22807.

[13] Tichy A，Novotna E，Durisova K，et al.Radiosensitization of human leukaemic molt-4 cells by DNA-dependent protein kinase inhibitor，NU7026〔J〕.Acta Medica (Hradec Kralove)，2012，55(2)：66-73.