ARHI對(duì)5-FU誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞周期阻滯和凋亡的影響

唐海靈， 莊 坤， 左利平， 張 欣， 楊振威， 韓 坤

(西安市中心醫(yī)院消化內(nèi)科，西安 710003；*通訊作者，E-mail：hankun411@163.com)

ARHI對(duì)5-FU誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞周期阻滯和凋亡的影響

唐海靈， 莊 坤， 左利平， 張 欣， 楊振威， 韓 坤*

(西安市中心醫(yī)院消化內(nèi)科，西安 710003；*通訊作者，E-mail：hankun411@163.com)

目的 探討ARHI對(duì)5-FU誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞周期阻滯和凋亡的影響。 方法 以穩(wěn)定轉(zhuǎn)染pIRES2-EGFP或pIRES2-EGFP-ARHI重組質(zhì)粒的BGC-823胃癌細(xì)胞系為模型，采用5-氟尿嘧啶(5-FU)刺激細(xì)胞24 h，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期和凋亡的改變，利用Western blot檢測(cè)cyclin D1、Bax、Bcl-2及活化caspase-3蛋白的表達(dá)水平。 結(jié)果 ARHI與5-FU都能夠?qū)е翨GC-823細(xì)胞發(fā)生G1期阻滯，G1期比例分別增加至61.64%±4.56%(P<0.05)和65.71%±4.89%(P<0.01)，二者聯(lián)合作用效果更明顯，G1期比例增加至81.14%±5.63%(P<0.01)；ARHI與5-FU引起的G1期阻滯與cyclin D1的表達(dá)水平降低相關(guān)；ARHI對(duì)BGC-823細(xì)胞凋亡沒有影響，5-FU可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，凋亡率為7.22%±1.55%(P<0.01)，而二者聯(lián)合作用導(dǎo)致更顯著的細(xì)胞凋亡，凋亡率達(dá)到17.34%±2.81%(P<0.01)；5-FU單獨(dú)或與ARHI聯(lián)合促使Bax/Bcl-2比值增高、caspase-3的活化增強(qiáng)。 結(jié)論 ARHI能夠增強(qiáng)5-FU誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞周期阻滯和凋亡。

胃癌； 抑癌基因； ARHI； 5-氟尿嘧啶； 細(xì)胞周期； 細(xì)胞凋亡

近幾十年來胃癌發(fā)病率不斷下降，但胃癌仍然是世界范圍內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一，居于癌性死因的第3位。胃癌患者男女比例為2∶1，中國、日本、韓國等東北亞國家是胃癌高發(fā)國家，其男性發(fā)病率可達(dá)69/10萬，而歐美等國家的胃癌發(fā)病率較低。雖然胃癌的臨床治療方法不斷改進(jìn)，但多數(shù)胃癌患者確診時(shí)已是晚期，因此，其5年生存率不足30%[1]。

人ARHI(aplysia ras homolog Ⅰ)基因定位于染色體1p31，編碼一種小GTP結(jié)合蛋白，屬于Ras超家族成員。雖然與原癌基因Ras具有54%-59%的同源性，但ARHI卻屬于腫瘤抑制基因，是Ras超家族中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)抑癌基因。ARHI在多種腫瘤組織和細(xì)胞中低表達(dá)，而過表達(dá)ARHI對(duì)多種腫瘤細(xì)胞具有抑制效應(yīng)[2]。本課題組前期發(fā)現(xiàn)ARHI在胃癌組織及細(xì)胞系中表達(dá)降低，而過表達(dá)ARHI能夠抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[3]。5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil，5-FU)是胃癌化療的基本藥物，與其他化療藥物類似，在臨床應(yīng)用過程中同樣面臨著耐藥性問題。本研究擬檢測(cè)過表達(dá)ARHI對(duì)胃癌細(xì)胞5-FU化療敏感性的影響，并揭示其相關(guān)的分子機(jī)制。

1 材料和方法

1.1 主要儀器

CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱(SANYO，日本)；小型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(Eppendorf，德國)；Infinite 200 Pro多功能酶標(biāo)儀(Tecan，瑞士)；蛋白電泳儀(Bio-Rad，美國)；FACSCalibur流式細(xì)胞儀(Beckman Coulter，美國)；FluorChem FC2凝膠成像分析系統(tǒng)(Alpha Innotech，美國)。

1.2 主要試劑

DMEM培養(yǎng)基(Gibco，美國)；胎牛血清(Gibco，美國)；細(xì)胞培養(yǎng)用青霉素-鏈霉素、胰酶細(xì)胞消化液、Annexin Ⅴ-FITC細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒、細(xì)胞周期與細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒、RIPA裂解液(上海碧云天生物技術(shù)有限公司)；抗cyclin D1、Bax、Bcl-2、活化caspase-3、β-actin抗體(Cell Signaling Technology，美國)；BCA蛋白定量試劑盒、ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒(Pierce，美國)。

1.3 細(xì)胞培養(yǎng)

穩(wěn)定轉(zhuǎn)染pIRES2-EGFP或pIRES2-EGFP-ARHI重組質(zhì)粒載體的BGC-823胃癌細(xì)胞系由本室保存。細(xì)胞接種于25 cm2培養(yǎng)瓶中，加入約5 ml DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清、1%青霉素-鏈霉素)，于37 ℃、5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每2-3 d胰酶消化傳代1次。

1.4 穩(wěn)定細(xì)胞系的建立

本課題組前期已經(jīng)建立了穩(wěn)定表達(dá)pIRES2-EGFP或pIRES2-EGFP-ARHI重組質(zhì)粒載體的BGC-823胃癌細(xì)胞系[3]。簡(jiǎn)要過程為：將pIRES2-EGFP對(duì)照載體及構(gòu)建好的pIRES2-EGFP-ARHI重組質(zhì)粒載體轉(zhuǎn)染BGC-823細(xì)胞，采用遺傳霉素(G418，400 μg/ml)篩選4周，通過Western blot鑒定ARHI的表達(dá)，獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)染細(xì)胞系。

1.5 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期和凋亡

檢測(cè)細(xì)胞凋亡按試劑盒說明書進(jìn)行，簡(jiǎn)要過程為：采用10 μmol/L的5-FU刺激BGC-823細(xì)胞24 h，然后收集細(xì)胞，取1×105個(gè)細(xì)胞，依次加入Annexin Ⅴ-FITC結(jié)合液、Annexin Ⅴ-FITC、碘化丙啶(PI)染色液，室溫避光孵育20 min，然后通過流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡。檢測(cè)細(xì)胞周期的簡(jiǎn)要過程為：將收集的細(xì)胞中加入預(yù)冷的70%乙醇固定過夜，加入PI染色液，37 ℃避光孵育30 min，然后通過流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞周期。

1.6 Western blot檢測(cè)蛋白表達(dá)

采用10 μmol/L的5-FU刺激BGC-823細(xì)胞24 h，然后收集細(xì)胞，加入適量RIPA裂解液裂解細(xì)胞提取蛋白，采用BCA法進(jìn)行蛋白定量后，加入樣品緩沖液煮沸5 min。取50 μg蛋白樣品進(jìn)行SDS-PAGE、轉(zhuǎn)膜，然后用5%脫脂奶粉封閉NC膜，依次加入一抗、二抗，最后采用ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒顯色并成像。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 ARHI對(duì)5-FU誘導(dǎo)的細(xì)胞周期的影響

以穩(wěn)定轉(zhuǎn)染了pIRES2-EGFP、pIRES2-EGFP-ARHI質(zhì)粒載體的BGC-823細(xì)胞系為模型，5-FU處理細(xì)胞后，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期的變化。結(jié)果表明：pIRES2-EGFP組細(xì)胞G1期比例為55.10%±4.37%；pIRES2-EGFP-ARHI組細(xì)胞發(fā)生G1期阻滯，G1期比例增加為61.64%±4.56%(P<0.05)；5-FU刺激后同樣引起細(xì)胞發(fā)生G1期阻滯，G1期比例增加為65.71%±4.89%(P<0.01)；而ARHI與5-FU聯(lián)合作用導(dǎo)致更為顯著的G1期阻滯，G1期比例增加為81.14%±5.63%(P<0.01)。隨著G1期比例增高，相應(yīng)的G2期和S期的比例下降(見圖1)。

2.2 ARHI與5-FU對(duì)cyclin D1蛋白表達(dá)的影響

為檢測(cè)ARHI和5-FU引起B(yǎng)GC-823細(xì)胞周期阻滯的分子機(jī)制，5-FU處理BGC-823細(xì)胞后，通過Western blot檢測(cè)細(xì)胞周期蛋白cyclin D1的表達(dá)，結(jié)果表明：ARHI與5-FU都對(duì)cyclin D1的表達(dá)具有一定的抑制作用，5-FU的抑制效果較ARHI明顯，而二者聯(lián)合作用進(jìn)一步顯著抑制了cyclin D1的表達(dá)(見圖2)。

與pIRES2-EGFP組比較，*P<0.05，**P<0.01圖1 ARHI與5-FU對(duì)細(xì)胞周期的影響Figure 1 Effects of ARHI and 5-FU on cell cycle

圖2 ARHI與5-FU對(duì)cyclin D1表達(dá)的影響Figure 2 Effects of ARHI and 5-FU on cyclin D1 expression

2.3 ARHI對(duì)5-FU誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的影響

以穩(wěn)定轉(zhuǎn)染pIRES2-EGFP和pIRES2-EGFP-ARHI的BGC-823細(xì)胞系為模型，5-FU刺激細(xì)胞后，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡的變化。結(jié)果表明：pIRES2-EGFP組細(xì)胞凋亡率為0.61%±0.07%；pIRES2-EGFP-ARHI組細(xì)胞凋亡率為0.67%±0.09%，與pIRES2-EGFP組相比未發(fā)生明顯變化；而5-FU刺激后導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生明顯的凋亡，凋亡率為7.22%±1.55%(P<0.01)；ARHI與5-FU聯(lián)合導(dǎo)致更為顯著的細(xì)胞凋亡，凋亡率達(dá)到17.34%±2.81%(P<0.01，見圖3)。

2.4 ARHI與5-FU對(duì)Bax/Bcl-2比值及caspase-3活化的影響

為檢測(cè)ARHI和5-FU引起B(yǎng)GC-823細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制，采用Western blot檢測(cè)Bax、Bcl-2及caspase-3剪切體的表達(dá)變化，結(jié)果表明：ARHI對(duì)Bax、Bcl-2及活化caspase-3的表達(dá)沒有影響；5-FU促進(jìn)Bax表達(dá)而抑制Bcl-2表達(dá)，即導(dǎo)致Bax/Bcl-2比值升高，同時(shí)增加了caspase-3剪切體的表達(dá)；ARHI與5-FU聯(lián)合作用進(jìn)一步顯著提高了Bax/Bcl-2比值及caspase-3剪切體的表達(dá)(見圖4)。

與pIRES2-EGFP組比較，**P<0.01 圖3 ARHI與5-FU對(duì)細(xì)胞凋亡的影響 Figure 3 Effects of ARHI and 5-FU on cell apoptosis

圖4 ARHI與5-FU對(duì)Bax、Bcl-2及活化caspase-3表達(dá)的影響Figure 4 Effects of ARHI and 5-FU on expression of Bax, Bcl-2, and activated caspase-3

3 討論

Yu等[4]于1999年最早發(fā)現(xiàn)了ARHI基因，該基因?yàn)槟赶涤∮浕?，其在正常卵巢和乳腺?xì)胞中高表達(dá)，在卵巢癌和乳腺癌細(xì)胞中缺失或低表達(dá)。隨后的研究發(fā)現(xiàn)ARHI在胰腺癌、肝癌、甲狀腺癌、骨肉瘤、膠質(zhì)瘤、肺癌等其他腫瘤中也表現(xiàn)出低表達(dá)或缺失[2,5]。ARHI低表達(dá)或缺失的原因包括雜合性丟失、DNA甲基化修飾、組蛋白去乙酰化修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等[2]。重新表達(dá)ARHI能夠通過多種機(jī)制抑制腫瘤細(xì)胞的惡性表型[6]。

本課題組前期發(fā)現(xiàn)ARHI在胃癌組織及細(xì)胞系中表達(dá)明顯下調(diào)或缺失，而在正常胃組織中普遍表達(dá)，且ARHI表達(dá)與患者腫瘤的分化程度及TNM分期有關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)過表達(dá)ARHI能夠抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[3,7]。5-FU是消化系統(tǒng)腫瘤最常用的化療藥物，但在臨床應(yīng)用過程中同樣面臨耐藥性問題，因而提高腫瘤細(xì)胞對(duì)5-FU的敏感性具有重要價(jià)值。近期研究表明,ARHI能夠顯著提高卵巢癌細(xì)胞對(duì)順鉑(cisplatin)的化療敏感性[8]。本研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)ARHI可導(dǎo)致BGC-823胃癌細(xì)胞發(fā)生G1期阻滯，同時(shí)增強(qiáng)了5-FU誘導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯。雖然ARHI對(duì)凋亡沒有影響，但明顯增強(qiáng)了5-FU誘導(dǎo)的凋亡。

cyclin D1在細(xì)胞周期由G1期進(jìn)入S期過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。Bax、Bcl-2是細(xì)胞凋亡線粒體通路中的關(guān)鍵分子，Bax促進(jìn)凋亡而Bcl-2抑制凋亡，二者比值變化可以反映細(xì)胞凋亡趨勢(shì)變化。caspase-3是細(xì)胞凋亡執(zhí)行的關(guān)鍵分子，未活化的前體分子量為32/35 kD，活化后剪切為17/19 kD[6,8]。Yu等[4]研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)ARHI能夠降低cyclin D1的表達(dá)，從而抑制卵巢癌和乳腺癌細(xì)胞的增殖。Washington等[8]發(fā)現(xiàn)ARHI可通過抑制Bcl-2的表達(dá)而促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞凋亡。本研究同樣發(fā)現(xiàn)ARHI導(dǎo)致G1期阻滯的同時(shí)可抑制cyclin D1的表達(dá)。雖然單獨(dú)表達(dá)ARHI并不抑制Bcl-2的表達(dá)，但可增強(qiáng)5-FU對(duì)Bcl-2表達(dá)的抑制效應(yīng)，并增強(qiáng)Bax表達(dá)，最終提高Bax/Bcl-2比值、活化caspase-3而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。總之，本研究結(jié)果表明ARHI可提高胃癌細(xì)胞對(duì)5-FU的化療敏感性，有待于更深入研究其機(jī)制及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

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Effects of ARHI on 5-FU-induced gastric cancer cell cycle arrest and apoptosis

TANG Hailing, ZHUANG Kun, ZUO Liping, ZHANG Xin, YANG Zhenwei, HAN Kun*

(DepartmentofGastroenterology,Xi’anCentralHospital,Xi’an710003,China;*Correspondingauthor,E-mail:hankun411@163.com)

ObjectiveTo elucidate the effects of ARHI on 5-FU-induced gastric cancer cell cycle arrest and apoptosis.MethodsBGC-823 gastric cancer cells were stably transfected with recombinant plasmid vector pIRES2-EGFP or pIRES2-EGFP-ARHI for the experiments. After 5-fluorouracil(5-FU) stimulation, flow cytometry was used to detect the changes of cell cycle and apoptosis. Western blot was used to detect the protein expression levels of cyclin D1,Bax,Bcl-2 and activated caspase-3.ResultsBoth ARHI and 5-FU induced G1phase arrest in BGC-823 cells,and the percentage of G1cells increased to 61.64%±4.56%(P<0.05) and 65.71%±4.89%(P<0.01), respectively. The combined effect of ARHI and 5-FU was more significant, and the percentage of G1cells increased to 81.14%±5.63%(P<0.01). ARHI and 5-FU-induced G1phase arrest was accompanied by down-regulated protein expression of cyclin D1. ARHI had no effect on BGC-823 cell apoptosis,and 5-FU was able to induce significant apoptosis with an apoptotic rate of 7.22%±1.55%(P<0.01). The combined effect of ARHI and 5-FU was more significant, and the apoptotic rate increased to 17.34%±2.81%(P<0.01). 5-FU alone or ARHI and 5-FU-induced BGC-823 cell apoptosis were accompanied by increased Bax/Bcl-2 ratio and activated caspase-3 expression.ConclusionARHI can enhance 5-FU-induced cell cycle arrest and apoptosis in gastric cancer cells.

gastric cancer; tumor suppressor gene; ARHI; 5-Fluorouracil; cell cycle; cell apoptosis

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81502084)

唐海靈，男，1980-07生，碩士，主治醫(yī)師，E-mail：xasthl@163.com

2016-11-30

R735.2

A

1007-6611(2017)01-0026-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.01.006