大黃素對低氧環境下SGC7901細胞HIF-1α和E-cadherin的影響*

張秋菊 ，李能蓮，馬亞偉，劉 靚，侯 茜，李亞玲

(1.甘肅中醫藥大學基礎醫學院，甘肅 蘭州 730000； 2.甘肅中醫藥大學臨床醫學院 2013級臨床醫學專業B班， 甘肅 蘭州 730000)

大黃是一味主要的破堅攻邪中藥，瀉下、破積、行瘀的功效強悍，因此被稱為“將軍”。惡性腫瘤大多有氣滯郁結、痰濕凝滯等病理因素，遷延日久而凝聚成腫塊。據“堅者削之，留者攻之，結者散之，客者除之”的治療原則，大黃常被作為攻邪藥來治療腫瘤，療效顯著。低氧是人體有形之瘤微環境的一個最顯著特點，絕大多數腫瘤細胞可耐受缺氧而存活，缺氧誘導因子-1α(hypoxia-inducible factor，HIF-1α) 就是啟動這一過程的關鍵分子。E-鈣黏蛋白(E-cadherin)是上皮細胞連接中最主要的黏附分子，被認為是HIF-1α下游的靶基因。HIF-1α和E-cadherin可共同影響腫瘤細胞的增殖與遷移[1]。本研究通過大黃的有效成分大黃素(emodin)干預胃癌SGC7901細胞來探討大黃素在低氧環境中對腫瘤細胞增殖及HIF-1α和E-cadherin的影響。

1 材料與方法

1.1 細胞培養

胃癌SGC7901細胞株由甘肅中醫藥大學中西醫結合實驗室饋贈。將SGC7901細胞株用加入體積分數100 mL/L的胎牛血清、質量分數100 mg /L青、鏈霉素的RPMI 1640培養液培養，放置于37 ℃、50 mL/L CO2、飽和濕度的培養箱，常規傳代培養。取對數生長期SGC7901細胞，經質量分數為2.5 g/L的胰酶消化后，接種于細胞培養瓶中，置于37 ℃、10 mL/L O2、940 mL/L N2低氧培養箱中培養。

1.2 試 劑

大黃素(純度﹥98%)、MTT試劑盒、二甲基亞砜(DMSO)，均購自北京索萊寶科技有限公司，批號依次為S90044，M8180，8370；鼠抗人E-cadherin單克隆抗體，購自北京中杉金橋生物有限公司，批號ZM-0092；鼠抗人HIF-1α多克隆抗體，購自于Immunoway公司，批號B3301。

1.3 分組與處理

實驗分空白對照組(含DMSO的培養基)和實驗組(大黃素分別為10，20，40，80，160 μmol/L)，共6組。大黃素用DMSO溶解稀釋后，用體積分數100 mL/L 胎牛血清的RPMI 1640培養液分別稀釋為10，20，40，80，160 μmol/L，待用。

1.4 檢測指標

1.4.1 胃癌SGC7901細胞增殖情況

以 MTT法檢測大黃素對胃癌SGC7901細胞增殖的影響。取對數生長期SGC7901細胞，以培養液稀釋為終濃度為1×105/mL 的單細胞懸液，以每孔100 μL 加入96孔培養板中，置于37 ℃、10 mL/L O2、940 mL/L N2的低氧培養箱中培養，24 h后實驗組加入不同濃度的大黃素。每組設5個重復孔，繼續分別孵育12，24，36，48 h。實驗結束前4 h加入質量分數為5 g/L的 MTT溶液20 μL ，振蕩后繼續培養4 h，終止培養，吸去上清，加入100 μL DMSO振蕩溶解10 min，空白對照調零，用酶聯免疫檢測儀測定490 nm波長下各孔OD值。計算細胞抑制率：抑制率=(1-實驗組OD值/對照組OD值)×100%。

1.4.2 E-cadherin和HIF-1α在胃癌SGC7901細胞中的表達

免疫組化檢測E-cadherin和HIF-1α在細胞中的表達。蓋玻片泡酸、高壓滅菌后，平放于12孔培養板底部；取對數生長期胃癌SGC7901細胞，以培養液稀釋為終濃度為1×105/mL的單細胞懸液；每孔加入2 mL；置于37 ℃、10 mL/L O2、940 mL/L N2低氧培養箱中培養；24 h細胞貼壁后，換液。根據MTT結果，選取大黃素10，40，80 μmol/L 3個梯度組，每組4個重復孔，設空白組，低氧孵育36 h。終止培養，以100 g/L 多聚甲醛固定，常規免疫組織化學染色法分別標記E-cadherin和HIF-1α。結果判定：E-cadherin表達在細胞漿和細胞膜上，HIF-1α表達在細胞質和細胞核上，呈棕黃色顆粒，在不同部位均一彌漫性分布。按染色強度[2]分為3級：淺黃色為(+)，棕黃色為(++)，棕褐色為(+++)。

1.4.3 胃癌SGC7901細胞形態變化

倒置顯微鏡下，不同倍數各取5個視野，觀察大黃素對SGC7901細胞形態的影響。

1.5 統計學方法

2 結 果

2.1 不同時間、不同濃度大黃素對胃癌SGC7901細胞增殖的影響

MTT結果顯示：大黃素可明顯抑制低氧環境中SGC7901細胞的增殖，抑制率與濃度、時間呈成正相關。見表1和圖1。

表1 不同時間、不同濃度大黃素對胃癌SGC7901細胞的影響

組別12 h24 h36 h48 h空白組0.058 6±0.017 00.058 4±0.013 90.074 4±0.032 40.061 2±0.017 9大黃素10 μmol·L-1組0.436 0±0.057 40.433 6±0.017 70.482 6±0.068 20.495 2±0.035 6大黃素20 μmol·L-1組0.362 2±0.066 50.362 2±0.045 20.406 8±0.055 20.432 8±0.013 7大黃素40 μmol·L-1組0.321 4±0.024 10.308 6±0.046 50.324 8±0.037 80.268 4±0.041 1大黃素80 μmol·L-1組0.275 4±0.036 80.236 8±0.031 00.233 4±0.041 60.214 8±0.057 3大黃素160 μmol·L-1組0.241 4±0.023 30.177 6±0.026 20.186 8±0.024 50.145 2±0.033 5

圖1 胃癌SGC7901細胞抑制率與大黃素濃度、時間的關系

2.2 不同濃度大黃素對胃癌SGC7901細胞形態的影響

倒置顯微鏡觀察不同濃度大黃素作用36 h后SGC7901細胞數目和形態的變化。SGC7901細胞隨著大黃素濃度的增加，細胞數目明顯不斷減少；細胞形態由原來的多邊形逐漸變成小圓形；細胞與細胞之間的距離增大，連接消失，但細胞表面的突起逐漸變得粗大、延長。當大黃素濃度達到160 μmol/L時，絕大多數細胞變圓變亮，懸浮死亡。見圖2。

黑色箭頭所示為細胞間連接，白色箭頭所示為細胞突觸圖2 不同濃度大黃素干預36 h后的SGC7901細胞(×40)

2.3 不同濃度大黃素對SGC7901細胞中E-cadherin和HIF-1α表達的影響

E-cadherin和HIF-1α在SGC7901細胞中呈現不同的表達強度，應用Spearman等級相關分析發現：E-cadherin的表達與大黃素的濃度呈正相關(r=0.816，P=0.001<0.05)，而HIF-1α的表達與大黃素的濃度呈負相關(r=-0.646，P=0.023<0.05)。見圖3和表2。

圖3 大黃素濃度為80 μmol/L時，HIF-1α

組別nHIF-1α++++++E-cadherin++++++大黃素20 μmol·L-1組4112040大黃素40 μmol·L-1組4031022大黃素80 μmol·L-1組4400004

3 討 論

大黃素的化學名稱為 1，3，8-三羥基-6-甲基蒽醌，是中藥大黃的有效成分，也是分布最廣泛的一種蒽醌類物質。近年來研究發現，大黃素有明顯的抗腫瘤作用，但是作用機制仍有爭議[3]。HIF-1α是缺氧誘導因子的最主要亞型，與腫瘤細胞的能量代謝、血管生成、細胞增殖和凋亡等有密切關系。目前,HIF-1α被認為是腫瘤治療的潛在靶點，相應的藥物已經進入臨床試驗階段。本實驗模擬了實體瘤的低氧微環境，采用不同濃度的大黃素干預胃癌SGC7901細胞，發現大黃素可明顯抑制低氧環境下SGC7901細胞的增殖，而且抑制率隨濃度和時間的增加而增大，證實了大黃素的抗腫瘤活性。

免疫組織化學結果顯示，HIF-1α在SGC7901細胞中的表達隨大黃素濃度增加而降低(r=-0.646，P=0.023<0.05)，而E-cadherin蛋白的表達則與大黃素質量分數呈負相關(r=0.816，P=0.001<0.05)。大黃素干預后，HIF-1α和E-cadherin蛋白的表達呈現出了相反的趨勢，這一結論和多數學者研究結果相同，即E-cadherin是HIF-1α下游的靶基因，HIF-1α可活化上調E-cadherin的轉錄抑制因子[4-5]。因此，筆者認為大黃素可能通過降低HIF-1α，上調E-cadherin的表達這條通路，來殺傷腫瘤細胞，從而達到治療腫瘤的目的。

在實驗過程中，筆者發現大黃素還可影響SGC7901細胞的形態。正常生長的SGC7901細胞為多邊形，核大、位于細胞中央，細胞間橋密集可見。隨著大黃素濃度的增加，細胞呈現多態性，其表面的突起逐漸變得粗大、延長，最后體積逐漸縮小，變為小圓形，細胞間橋也隨細胞與細胞之間的距離增大而消失。筆者推斷細胞出現這種變化的原因可能為：大黃素影響了腫瘤細胞之間的連接作用，而發揮這一作用的蛋白質是E-cadherin，免疫組織化學結果也恰好證實了這一點[6-11]。

根據本實驗結果推斷：在低氧環境下，大黃素可能通過降低HIF-1α和增強其下游靶基因E-cadherin的表達這一通路來減弱腫瘤細胞對缺氧的耐受，使其增殖、遷移活性下降，甚至死亡，從而實現治療腫瘤的效果。