Notch-1下調對雙氫青蒿素抗人骨肉瘤細胞株U-2OS存活率的影響*

齊　磊，　段永剛,△，　丁英奇，　張　龍，　劉玉章，　唐曉龍，　伍　驥

(1陜西省中醫醫院骨科，陜西 西安 710003； 2河北北方學院附屬第二醫院骨外科，河北 張家口 075100； 3中國人民解放軍空軍總醫院骨科，北京 100142)

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Notch-1下調對雙氫青蒿素抗人骨肉瘤細胞株U-2OS存活率的影響*

齊磊1，段永剛1,2△，丁英奇2，張龍2，劉玉章2，唐曉龍2，伍驥3

(1陜西省中醫醫院骨科，陜西 西安 710003；2河北北方學院附屬第二醫院骨外科，河北 張家口 075100；3中國人民解放軍空軍總醫院骨科，北京 100142)

[摘要]目的： 探討Notch-1下調對雙氫青蒿素抗人骨肉瘤細胞株U-2OS細胞存活率的影響及其作用機制。方法: 雙氫青蒿素(5、10、15和20 μmol/L)孵育U-2OS細胞后，采用免疫印跡和實時熒光定量聚合酶鏈反應檢測骨肉瘤細胞中Notch-1、基質金屬蛋白酶(MMP)-2、MMP-9和Notch-1通路下游基因Hes-1的蛋白和mRNA的表達水平。下調Notch-1表達后，采用MTT法、免疫印跡法和細胞遷移實驗檢測在雙氫青蒿素作用下U-2OS細胞的存活率，MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達以及U-2OS細胞的遷移能力。結果: 免疫印跡法與逆轉錄聚合酶鏈反應結果顯示雙氫青蒿素呈劑量依賴性降低U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白和mRNA的表達水平(P<0.05)；下調Notch-1表達后，增強了雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞生長的作用，MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達及細胞遷移能力進一步降低，顯著低于加藥組(P<0.05)。結論: 雙氫青蒿素可抑制U-2OS細胞中Notch-1通路的活性；下調Notch-1的表達可增強雙氫青蒿素抗骨肉瘤的作用。

[關鍵詞]Notch-1； 雙氫青蒿素； 人骨肉瘤細胞株U-2OS； 細胞存活率

骨肉瘤是一種多發病于兒童，成人常見，非血液性的惡性腫瘤，尤其在兒童中具有很高的發病率。其顯著特點是具有較高的肺轉移率(約為 10%～20%)和復發率。目前，骨肉瘤的臨床治療仍存在一定的困難，如化療藥物的毒副作用、耐藥性的出現、病情復發及腫瘤細胞轉移肺部等。通過化療或手術治療后，獲得痊愈的患者也很少。隨著以手術為主，化療以及區域性介入化療為輔，聯合放療、基因、免疫、生物、中藥治療等多程式的治療方案的出現，使患者5年生存率大大提高，由20%升至60%～70%[1]。研究顯示，Notch-1信號通路在腫瘤細胞增殖、分化中起重要作用[2]。有研究報道指出，Notch-1分子在胰腺癌、宮頸癌、結腸癌以及骨肉瘤等多種癌癥細胞組織中呈高表達[3-4]，且在骨肉瘤細胞的侵襲轉移中發揮關鍵作用。抑制骨肉瘤細胞中Notch-1信號通路，其侵襲轉移能力明顯降低[5]。已知基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)與Notch-1信號之間存在相互作用，而Hes-1為Notch-1通路的下游信號分子，在體內外抑制多種細胞的發育分化，Notch-1通路在多種細胞中主要通過Hes-1發揮作用。

青蒿素是一種含過氧基團的倍半萜內酯類化合物，具有多種衍生物[6]。對瘧原蟲有強大且迅速的殺滅作用，被推薦為以青蒿素為主體的聯合治療，對抗瘧疾取得良好的效果。青蒿素類藥物被人體吸收后，主要轉化為雙氫青蒿素(dihydroartemisinin，DHA)來發揮藥理作用。雙氫青蒿素以其高效、低毒的抗瘧疾作用，除被廣泛應用于治療瘧疾外，近十多年來發現雙氫青蒿素還具有抗腫瘤、治療血吸蟲病、提高生物體免疫力等功效。已有研究表明雙氫青蒿素能有效地抑制人骨肉瘤細胞的增殖和轉移侵襲，且能促進其凋亡，能明顯地抑制人骨肉瘤細胞生存活力和克隆形成[7]。劉朝霞等[8]研究發現雙氫青蒿素能抑制卵巢癌Skov3細胞的增殖，能夠下調Skov3細胞中的Notch的表達，其機制可能是通過下調Notch1信號傳導實現的。但尚未有雙氫青蒿素在骨肉瘤方面的研究報道。本實驗通過研究Notch-1通路對雙氫青蒿素抗人骨肉瘤細胞株U-2OS細胞的影響，探討其作用機制。

材料和方法

1材料與試劑

人肉骨瘤U-2OS細胞株購于中國科學院上海生物細胞研究所；RPMI-1640和DMEM培養基購于美國Life Technologies；LipofectamineTM2000，SYBR Green qPCR試劑盒購于Invitrogen；靶向Notch-1基因的2對siRNA寡核苷酸(S1和S2)購于Ambion, S1正義鏈為5’-GAUUCUGAUUCGCCAACCGATT-3’，反義鏈5’-UCGGUUGCGAAUCAGAAUCTG -3’；S2正義鏈為5’-GAUGUAACAUUGACAUUGATT-3’，反義鏈5’-UCAAUGUCAAUGUUACAUCTC-3’；Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1抗體購于Santa Cruz；雙氫青蒿素購于南京澤郎醫藥科技有限公司；MTT試劑購于Sigma；Transfer小室購于Chemicon；其余試劑均為國產分析純。

2細胞培養、實驗分組及其干預

將人骨肉瘤U-2OS細胞株置于含10% 胎牛血清、1×105U/L青霉素、100 mg/L鏈霉素的高糖DMEM培養基貼壁培養，在37 ℃、5% CO2培養箱中培養，每1～2 d用0.25%胰酶消化傳代1次。

本實驗按下列兩種情況分組：(1)分為空白對照(control，Con)組和不同濃度(5、10、15和20 μmol/L)雙氫青蒿素溶液孵育U-2OS細胞24 h組。(2)分5組：空白對照組；DHA組；陰性對照(NC+DHA)組，加入非特異性siRNA；S1+ DHA和S2+ DHA組，分別加入轉染了靶向Notch-1基因的兩對siRNA序列S1和S2，轉染結束后，向除空白組外的細胞中加入15 μmol/L雙氫青蒿素溶液分別孵育12 h、24 h、36 h和48 h。

3實驗方法

3.1細胞轉染按LipofectamineTM2000說明書進行操作。取對數生長期的U-2OS細胞，用0.25%胰酶消化，采用血球計數板技術，加入RPMI-1640培養液調整細胞濃度為1×108/L。取2 mL接種于6孔板，在37 ℃、5% CO2培養箱中培養，待細胞融合至70%左右，將2組siRNA溶于無血清RPMI-1640培養基中，加入LipofectamineTM2000，輕輕混合均勻，室溫靜置30 min，形成復合體后置于37 ℃、5% CO2培養箱培養，4 h后去掉轉染液，改用正常細胞培養液培養24 h。以同樣方式轉染空載體與非特異性siRNA。

3.2Western blotting法檢測相關蛋白表達水平取各組細胞棄去培養液，PBS洗滌3次，提取細胞蛋白并定量。取適量裂解產物，以1∶4比例加入樣品與緩沖液，進行SDS-PAGE，電泳完成后將蛋白轉移至硝酸纖維素膜上，用脫脂牛奶室溫封閉1 h，加入相應 I 抗于4 ℃孵育4 h，TBST洗滌20 min；加入相應 II 抗于室溫孵育1 h，TBST洗滌20 min；顯色，成像掃描分析系統保存圖像。

3.3Real-time PCR檢測相關基因mRNA的表達水平按TRIzol說明書提取總RNA，催化逆轉錄合成cDNA，運用SYBR Green qPCR試劑盒，檢測相關基因mRNA表達水平。引物序列見表1。反應條件為 95 ℃ 30 s；60 ℃ 90 s， 64 ℃ 30 s，共30個循環；72 ℃ 7 min。

表1　引物序列

F: forward; R: reverse.

3.4MTT法檢測U-2OS細胞存活率選擇處于對數生長期的U-2OS細胞，制備為細胞懸液，接種于96孔板，調整使得密度每孔5×103個，分別于12 h、24 h、36 h和48 h加入MTT溶液，繼續培養4 h，吸去培養液，每孔加入DMSO 100 μL，振蕩10 min，用酶標儀于488 nm處檢測吸光度值，并計算存活率，存活率(%)=(加藥孔吸光度值/空白對照組吸光度值)×100%。

3.5下調Notch-1表達后，檢測U-2OS細胞的遷移能力將細胞置于無血清DMEM培養液中培養，稀釋濃度為1×108/L；每Transwell小室的上室加入100 μL細胞懸液，下室加入300 μL完全培養基，孵育24 h。生理鹽水漂洗，甲醛固定30 min，結晶紫染色，倒置顯微鏡下拍照，選取3個視野計數。

4統計學處理

全部數據采用SPSS 15.0統計軟件進行分析，實驗結果采用均數±標準差(mean±SD)表示，組間差異采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Bonferroni校正的t檢驗對兩兩樣本間均數進行比較；以P<0.05為差異有統計學意義。

結果

1雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達

DHA組中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達降低，與對照組相比差異具有統計學意義(P<0.05)，提示雙氫青蒿素能抑制U-2OS細胞中Notch-1信號通路的活性，且其抑制作用具有劑量依賴性，見圖1。

Figure 1.The effects of dihydroartemisinin on the protein expression of Notch1, MMP-2, MMP-9 and Hes-1 in U-2OS cells. Mean±SD.n=6.*P<0.05vscontrol group.

圖1U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達

2雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的mRNA表達

U-2OS細胞經過5、10、15和20 μmol/L雙氫青蒿素溶液孵育24 h后，結果顯示實驗組中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的mRNA表達明顯降低(P<0.05)，見表2，結果與免疫印跡法一致，提示雙氫青蒿素呈劑量依賴性抑制Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的mRNA表達，表明雙氫青蒿素的抗骨肉瘤作用與Notch-1通路有關。

表2U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1 mRNA的表達

Table 2.The effects of dihydroartemisinin on the mRNA expression of Notch-1, MMP-2, MMP-9 and Hes-1 in U-2OS cells (Mean±SD.n=6)

DHA(μmol/L)Notch-1MMP-2MMP-9Hes-101.00±0.001.00±0.001.00±0.001.00±0.0050.78±0.05*0.81±0.06*0.83±0.04*0.85±0.05*100.49±0.03*0.42±0.04*0.50±0.03*0.45±0.04*150.22±0.02*0.19±0.02*0.24±0.02*0.18±0.02*200.21±0.02*0.20±0.01*0.23±0.02*0.17±0.02*

*P<0.05vs0 μmol/L.

3MTT法測定U-2OS細胞存活率

下調Notch-1的表達后，15 μmol/L雙氫青蒿素溶液孵育U-2OS細胞，并采用MTT法在各時點處檢測各組細胞的存活率。結果顯示48 h后，DHA組的存活率顯著低于空白對照組，而S1與S2轉染組的存活率進一步降低(P<0.05)。加藥組與陰性對照組間差異沒有統計學意義，見圖2。這提示下調Notch-1表達可增加雙氫青蒿素對U-2OS細胞活力的抑制作用。

Figure 2.Knockdown ofNotch-1 augmented dihydroartemisinin-induced decrease in viability of U-2OS cells. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsDHA group.

圖2下調Notch-1的表達對雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞存活率的影響

4下調Notch-1表達后U-2OS細胞中MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達

在雙青蒿素(15 μmol/L)下調MMP-2、MMP-9和Hes-1的基礎上，我們進一步下調Notch-1表達，并以15 μmol/L雙氫青蒿素溶液孵育細胞24 h后，觀察以上蛋白的變化情況。結果發現S1和S2轉染組的U-2OS細胞中MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達與DHA組相比顯著降低(P<0.05)，而DHA組與陰性對照組間差異沒有統計學意義，見圖3，提示下調Notch-1表達可進一步降低MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達水平。

Figure 3.Knockdown ofNotch-1 enhanced dihydroartemisinin-induced decrease in the protein expression of MMP-2, MMP-9 and Hes-1 in U-2OS cells. Mean±SD. n=6.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsDHA group.

圖3下調Notch-1表達對U-2OS細胞中MMP-2、MMP-9和Hes-1蛋白表達的影響

5細胞遷移實驗

Transwell遷移實驗結果顯示，15 μmol/L雙氫青蒿素孵育U-2OS細胞24 h后，細胞遷移數明顯減少(P<0.05)；在此基礎上下調Notch-1表達后，S1和S2轉染組中細胞的遷移數與DHA組相比顯著減少(P<0.05)。DHA組與陰性對照組相比細胞遷移數間差異無統計學意義，見圖4。結果表明下調Notch-1表達能增強雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞遷移的能力。

Figure 4.The effect ofNotch-1 knockdown on the cell migration in the presence of dihydroartemisinin (×200). Mean±SD.n=6.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsDHA group.

圖4下調Notch-1表達后的Transwell遷移實驗結果

討論

骨肉瘤為骨外科中常見的好發于兒童和青少年的原發性惡性骨腫瘤，具有早期遠端轉移和高度局部復發傾向[7]。盡管近年來以外科手術輔助化療的治療措施上取得了較大進展，但患者的死亡率仍居高不下，最主要原因之一就是骨肉瘤很容易復發并迅速轉移。目前臨床上用于治療骨肉瘤的藥物大多毒副作用大，療效較差[10]。因此，近年來尋覓一種新的安全有效的治療方法成為骨肉瘤治療的研究熱點之一，對于提高患者的生存具有非常重要的意義。

青蒿素的早期研究主要是針對其高效的抗瘧疾活性。多種青蒿素衍生物中以雙氫青蒿素的水溶性良好，毒副作用最小。隨著研究的深入，發現雙氫青蒿素在抗腫瘤活性方面具有療效強，且對正常組織細胞的毒性很低。Notch受體是一組高度保守的跨膜蛋白，與細胞的增殖、分化及凋亡具有密切關系。研究表明基質金屬蛋白酶與Notch-1通路的信號有關，MMPs是一類鋅依賴性的蛋白水解酶，與腫瘤遷移轉移及血管重塑密切相關，MMP-2與MMP-9是家族中的一員[8, 11-12]。Hes-1作為Notch-1通路下游的靶基因，在Notch-1通路中起重要作用。本研究通過采用siRNA轉染人骨肉瘤U-2OS細胞，探討雙氫青蒿素抗骨肉瘤的作用及其相關機制。免疫印跡法和real-time PCR檢測結果表明雙氫青蒿素呈濃度依賴性抑制U-2OS細胞中Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白和mRNA的表達。提示雙氫青蒿素抗骨肉瘤作用與Notch-1通路的活性有關。

由上述實驗結果表明在15 μmol/L與20 μmol/L的雙氫青蒿素作用下，Notch-1、MMP-2、MMP-9和Hes-1的蛋白表達和mRNA表達沒有明顯差異，因此在后續實驗中采用15 μmol/L的濃度進行實驗。下調Notch-1的表達后，MTT法檢測結果表明雙氫青蒿素能顯著抑制U-2OS細胞的生長，表明下調Notch-1能增強雙氫青蒿素抑制U-2OS細胞的生長能力。另通過免疫印跡法檢測轉染siRNA并采用雙氫青蒿素孵育24 h后，U-2OS細胞中MMP-2、MMP9和Hes-1的蛋白表達水平明顯降低，與加藥組相比具有顯著差異。進一步實驗證實，下調Notch-1表達后，雙氫青蒿素對U-2OS細胞活力的抑制作用增強，以及抗骨肉瘤作用也增強。再者，Transwell遷移實驗證明，下調Notch-1表達后，在雙氫青蒿素作用下，U-2OS細胞的遷移能力明顯減弱。

綜上所述，雙氫青蒿素抗骨肉瘤的作用機制與Notch-1通路密切相關，提示下調Notch-1的表達可增強雙氫青蒿素的抗骨肉瘤作用。

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(責任編輯： 陳妙玲， 羅森)

*[基金項目]國家自然科學基金資助項目(No. 81173372; No. 81101797)

Knockdown ofNotch-1 augments inhibitory effect of dihydroartemisinin on viability of human osteosarcoma cell line U-2OSQI Lei1, DUAN Yong-gang1, 2, DING Ying-qi2, ZHANG Long2, LIU Yu-zhang2, TANG Xiao-long2, WU Ji3

(1DepartmentofOrthopedics,ShanxiProvinceHospitalofTCM,Xi’an710003,China;2DepartmentofOrthopedicSurgery,TheSecondHospitalAffiliatedtoHebeiNorthUniversity,Zhangjiakou075100,China;3DepartmentofOrthopedics,AirForceGeneralHospitalofPLA,Beijing100142,China.E-mail:drduanyonggang@126.com)

[ABSTRACT]AIM: To investigate the effect of Notch-1 knockdown on the growth of dihydroartemisinin-inhibited human osteosarcoma cell line U-2OS. METHODS: U-2OS cells treated with different concentrations of dihydroartemisinin (5, 10, 15 and 20 μmol/L) were collected. The expression of Notch-1, MMP-2, MMP-9 and Hes-1 at mRNA and protein levels was measured by real-time PCR and Western blotting, respectively. U-2OS cells were transfected with Notch-1 siRNA for 24 h and incubated with dihydroartemisinin for another 24 h. The cell apoptotic rate, protein expression of MMP-2, MMP-9 and Hes-1, and the migration ability were measured by MTT assay, Western blotting and Transwell experiment, respectively. RESULTS: Dihydroartemisinin (5, 10, 15 and 20 μmol/L) decreased the expression of Notch-1, MMP-2, MMP-9 and Hes-1 at mRNA and protein levels in a dose-dependent manner. Down-regulation of Notch-1 significantly enhanced the effect of dihydroartemisinin on the cell apoptosis, the protein expression of MMP-2, MMP-9 and Hes-1, and migration ability (P<0.05). CONCLUSION: Notch-1 pathway is involved in the process of dihydroartemisinin-inhibited U-2OS cell growth. Knockdown of Notch-1 augments the inhibitory effect of dihydroartemisinin on U-2OS cell viability.

[KEY WORDS]Notch-1; Dihydroartemisinin; Human osteosarcoma cell line U-2OS; Cell viability

通訊作者△Tel: 0377-61660213; E-mail：huishuang1976@163.com

[收稿日期]2015- 05- 12[修回日期] 2015- 09- 24

[文章編號]1000- 4718(2015)12- 2126- 04

doi:10.3969/j.issn.1000- 4718.2015.12.002

[中圖分類號]R362

[文獻標志碼]A