蘿卜硫素通過調(diào)節(jié)Bax表達(dá)降低結(jié)腸癌細(xì)胞株對(duì)5-氟尿嘧啶的耐藥性

顧文燕，李麗，吳敏

恩施土家族苗族自治州中心醫(yī)院，湖北 恩施 445000

結(jié)腸癌(colon cancer)屬于消化道最常見的惡性腫瘤之一，其死亡率位于所有惡性癌癥的第3位[1]。結(jié)腸癌的治療主要依靠手術(shù)，然而化療整個(gè)過程易產(chǎn)生藥物的耐藥性，成為結(jié)腸癌患者復(fù)發(fā)或死亡的主要原因[2]。于是，解決結(jié)腸癌多藥耐藥問題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。研究已證實(shí)，中藥在輔助治療腫瘤中有著較好的效果，并且其引發(fā)的不良反應(yīng)較少，患者可耐受藥物應(yīng)用[3]。蘿卜硫素(sulforaphane，SFN)又稱1-異硫氰酸-4-甲磺?；⊥?，分子式為：C6H11S2NO，其結(jié)構(gòu)式見圖1，是一種來源于十字花科植物的異硫氰酸酯類化合物，已發(fā)現(xiàn)SFN在抗乳腺癌、前列腺癌及克隆癌等多種腫瘤細(xì)胞方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)的生物活性[4-6]。還發(fā)現(xiàn)SFN在一定劑量下對(duì)白血病細(xì)胞增殖具有抑制作用，還能增強(qiáng)化療藥物的敏感性[7]。然而SFN是否影響5-氟尿嘧啶(5-FU)對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞的敏感性還有待研究。5-FU為臨床上廣泛使用的基礎(chǔ)藥物，然而95%的結(jié)直腸癌患者出現(xiàn)了5-FU的抗性，極大降低了患者的治愈率。腫瘤細(xì)胞獲得耐藥性的機(jī)制是很復(fù)雜的，如藥物靶點(diǎn)發(fā)生變化、藥物失活、細(xì)胞內(nèi)藥物的流入與流出，藥物引起的損傷及逃避凋亡等[8]。Bax信號(hào)通路對(duì)結(jié)腸癌在內(nèi)的多種腫瘤發(fā)生發(fā)展均表現(xiàn)出調(diào)控作用[9]。早期研究發(fā)現(xiàn)，人結(jié)腸癌細(xì)胞SW-480對(duì)5-FU能夠產(chǎn)生耐藥性[10]，穿心蓮內(nèi)酯能夠通過上調(diào)Bax表達(dá)逆轉(zhuǎn)人結(jié)直腸癌對(duì)5-FU的耐藥性[11]。因此，本文研究了SFN能否增強(qiáng)5-FU對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞化療耐受的能力，及其對(duì)結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞凋亡的影響。

圖1 蘿卜硫素結(jié)構(gòu)式

1 材料

1.1 儀器

BBS-DDC超凈工作臺(tái)(山東博科科學(xué)儀器有限公司)；LRH-150 BOD CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱(美國Thermo公司)；Victor3 1420 Multilable Counter酶標(biāo)儀(DX540，美國)；DYCZ-24DN凝膠電泳儀(北京六一儀器廠)；成像系統(tǒng)(BIO-RAD，美國)；CytoFLEX LX流式細(xì)胞儀、Bio-Rad iQ5實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(貝克曼，中國)。

1.2 試藥

結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞株由武漢巴菲爾公司提供(來自美國ATCC細(xì)胞庫)；蘿卜硫素(杭州林格貝科技有限公司，含量≥99%)；DMEM高糖培養(yǎng)基、胎牛血清(美國Gibco公司)；胰蛋白酶(Thermo Scientific公司)；5-氟尿嘧啶(上海吉至公司，CAS66-22-8，0.25 g·(10 mL)-1；CCK8試劑盒(日本同仁公司，批號(hào)：WST-78)；RIPA裂解液(上海吉諾公司)；BCA試劑盒(北京百奧公司)；RNA提取試劑盒及superRreal PreMix Plus(SYBR Green)(TIANGEN公司)；Annexin V-FITC/PI試劑盒(碧云天公司)；β-actin、Bax抗體(英國Abcam公司)；HRP標(biāo)記羊抗兔IgG(上海谷歌公司)；Lipo2000轉(zhuǎn)染試劑盒(上海博耀生物科技有限公司，批號(hào)：11668-027)。

2 方法

2.1 SW-480細(xì)胞培養(yǎng)

結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞采用DMEM完全培養(yǎng)基培養(yǎng)，包含10%胎牛血清、1%雙抗(100 U·mL-1青霉素+100 U·mL-1鏈霉素)，培養(yǎng)箱條件設(shè)置：溫度37為℃、5%CO2濃度、恒濕。細(xì)胞生長融合至80%～90%，采用0.25%胰酶-0.125%EDTA溶液消化，顯微鏡下觀察細(xì)胞變圓后立即加入培養(yǎng)基終止消化，并以1∶3比例傳代培養(yǎng)。

2.2 CCK8法檢測SW-480細(xì)胞活力

將對(duì)數(shù)生長期細(xì)胞接種于96孔板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)過夜后，加入不同濃度(0、10、20、40 μmol·L-1)的SFN，聯(lián)合不同劑量的5-FU(0、5、10、20、50、100 μmol·L-1)對(duì)SW-480細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)24 h后，吸干舊培養(yǎng)液，每孔加入10 μLCCK8試劑，將96孔板繼續(xù)放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2 h后，用酶標(biāo)儀測定450 nm處的吸光度值，計(jì)算細(xì)胞活力。

細(xì)胞活力(%)=A藥物組/A對(duì)照組×100

(1)

2.3 流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡

將對(duì)數(shù)生長期細(xì)胞接種于6孔板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分為對(duì)照組(Control)、蘿卜硫素組(SFN組，20 μmol·L-1)、5-氟尿嘧啶組(5-FU組，5 μmol·L-1)、SFN+5-FU聯(lián)合組，待藥物干預(yù)24 h后，將收集的細(xì)胞重懸于Binding Buffer中，依次加入Annexin V-FITC 5 μL和PI 5 μL，室溫避光孵育，流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞凋亡率；圖3中右下限代表早期凋亡細(xì)胞數(shù)、右上限代表中晚期凋亡細(xì)胞數(shù)。

2.4 RT-PCR分析Bax、Suvivin、Bcl-2、p53及caspase-3 mRAN表達(dá)

將對(duì)數(shù)生長期細(xì)胞接種于6孔板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，藥物干預(yù)方法及實(shí)驗(yàn)分組按照2.3項(xiàng)進(jìn)行。待藥物干預(yù)細(xì)胞結(jié)束后，收集細(xì)胞加入TRIzol提取細(xì)胞總RNA，并對(duì)核酸進(jìn)行濃度及純度法測定。吸去1 μg總RNA逆轉(zhuǎn)錄cDNA，程序設(shè)定為30 ℃(10 min)→42 ℃(50 min)→85 ℃(10 min)→4 ℃(5 min)。根據(jù)試劑說明書，RT-PCR體系為20 μL，cDNA 2 μL，引物4 μL，2×FastFire qPCR PreMix 10 μL，dd H2O 4 μL。擴(kuò)增條件設(shè)置為：94 ℃(10 min)；94 ℃(15 s)；60 ℃(1 min)；循環(huán)40次。以β-actin作為內(nèi)參，基因引物序列見表1。mRNA表達(dá)水平以2-ΔΔCt計(jì)算相對(duì)表達(dá)量，以β-actin作為內(nèi)參。

表1 引物序列

2.5 Western Blot實(shí)驗(yàn)

將細(xì)胞分為4組：對(duì)照組、SFN組、5-FU組及SFN+5-FU聯(lián)合組，帶藥物處理24 h后，收集藥物處理完的細(xì)胞，裂解細(xì)胞離心制備成勻漿后，采用BCA法測定總蛋白濃度，每孔上樣50 μg蛋白進(jìn)行凝膠電泳，待蛋白分離完成后進(jìn)行轉(zhuǎn)膜實(shí)驗(yàn)。之后采用5%脫脂牛奶對(duì)條帶進(jìn)行封閉1 h，然后加入β-actin、Bax抗體(稀釋比1∶1000)4 ℃孵育過夜，洗膜后HRP標(biāo)記羊抗兔IgG，室溫孵育1 h后，洗膜3次后，ECL顯色曝光，采用Image J軟件分析蛋白含量。

2.6 Bax低表達(dá)轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)

低表達(dá)質(zhì)粒pcDNA-Bax siRNA由武漢巴菲爾生物有限公司合成，引物序列為：F 5′-ATGTTGGGGATCCATGAGCTTCCTGAGCCGA-3′；R 5′-GGTTGGCTCGAGTCAGTATATAGTAAGGCT-3′。具體步驟如下：單鏈目的片段Bax-siRNA與線性質(zhì)粒載體連接；取5 μL過夜連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞，涂布與含Kanar抗性的LB平板上選擇培養(yǎng)；用試劑盒小量提取質(zhì)粒，用EcoRI做酶切鑒定，挑選酶切鑒定正確的質(zhì)粒轉(zhuǎn)化菌液Bax-siRNA測序。NC序列為GCCTGCATCATCAAATCCA，Bax-siRNA序列為CAGTCTGAAGCACTTATAA。采用Lipo 2000轉(zhuǎn)染試劑盒進(jìn)行轉(zhuǎn)染，操作按照說明書進(jìn)行。將細(xì)胞接種于6孔板，待細(xì)胞融合至80%左右開始轉(zhuǎn)染；將4 μg質(zhì)粒DNA加入到250 μL DMEM培養(yǎng)液中混勻，取10 μL Lipo 2000加入到另外250 μL DMEM培養(yǎng)液中混勻，室溫下靜置5 min；然后將上述兩種DMEM培養(yǎng)液混合，總體積500 μL，輕輕混勻后室溫下靜置20 min，最后將混勻溶液輕輕加入到6孔板中，轉(zhuǎn)染4～6 h后更換為新鮮培養(yǎng)液，轉(zhuǎn)染24 h后檢測Bax蛋白表達(dá)。

2.7 統(tǒng)計(jì)分析

3 結(jié)果

3.1 SFN增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞株增殖能力的抑制效應(yīng)

為了探討SFN是否增強(qiáng)5-FU對(duì)結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞增殖能力的抑制效應(yīng)，采用不同濃度的SFN聯(lián)合不同劑量的5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)。見圖2。在相同劑量SFN處理前提下，聯(lián)合5-FU處理，隨著5-FU劑量的升高，SW-480細(xì)胞增殖能力明顯減弱；在相同劑量5-FU干預(yù)基礎(chǔ)之上，較高SFN的干預(yù)濃度可使SW-480細(xì)胞增殖活性降低。提示5-FU可抑制SW-480細(xì)胞的增殖能力，并表現(xiàn)出劑量依賴性；SFN還可增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞增殖的抑制效應(yīng)。

圖2 SFN增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞增殖的抑制效應(yīng)

3.2 SFN增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)效應(yīng)

流式細(xì)胞儀分析了SFN+5-FU聯(lián)合對(duì)SW-480細(xì)胞凋亡的影響，結(jié)果見圖3～4。表明SFN+5-FU聯(lián)合組細(xì)胞凋亡率(51.10±6.34)%顯著高于5-FU組細(xì)胞凋亡率(36.76±4.29)%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。還發(fā)現(xiàn)5-FU組、SFN+5-FU聯(lián)合組細(xì)胞凋亡率均顯著高于對(duì)照組(9.21±3.26)%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

圖3 SFN對(duì)5-FU誘導(dǎo)SW-480細(xì)胞凋亡的影響

注：與Control組比較，*P<0.05；與5-FU組比較，#P<0.05。圖4 SW-480細(xì)胞凋亡率比較

3.3 SFN對(duì)凋亡基因mRNA表達(dá)的影響

SFN、5-FU及其聯(lián)合干預(yù)SW-480細(xì)胞后，細(xì)胞中凋亡相關(guān)的Bax、Suvivin、Bcl-2、p53及caspase-3基因表達(dá)結(jié)果見圖5。提示SFN+5-FU聯(lián)合組Bax基因表達(dá)量顯著高于5-FU組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，說明SFN能增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞中促凋亡基因Bax表達(dá)的誘導(dǎo)作用；然而SFN+5-FU聯(lián)合組與5-FU組中Suvivin、Bcl-2、p53及caspase-3基因表達(dá)水平比較差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

注：與5-FU組比較，*P<0.05。圖5 SFN對(duì)SW-480細(xì)胞凋亡基因表達(dá)的影響

3.4 SFN對(duì)Bax蛋白表達(dá)的影響

SFN、5-FU及其聯(lián)合干預(yù)SW-480細(xì)胞后，Bax表達(dá)水平見圖6，提示SFN+5-FU聯(lián)合組Bax表達(dá)量顯著高于5-FU組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。說明SFN能增強(qiáng)5-FU對(duì)SW-480細(xì)胞中促凋亡蛋白Bax表達(dá)的誘導(dǎo)作用。

注：與5-FU組比較，*P<0.05。圖6 SFN對(duì)SW-480細(xì)胞Bax蛋白表達(dá)的影響

3.5 低表達(dá)質(zhì)粒下調(diào)SW-480細(xì)胞表達(dá)Bax

采用Bax低表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞，應(yīng)用Western Blot分析Bax蛋白表達(dá)量，結(jié)果見圖7，提示篩選的pcDNA-Bax質(zhì)?？娠@著降低細(xì)胞中Bax蛋白表達(dá)。

注：與Control組比較，*P<0.05。圖7 pcDNA-Bax質(zhì)粒下調(diào)SW-480細(xì)胞中Bax的表達(dá)

3.6 Bax低表達(dá)減弱SFN對(duì)5-FU的敏感性

為了探討低表達(dá)Bax是否影響SFN對(duì)5-FU的敏感性，采用pcDNA-Bax質(zhì)粒轉(zhuǎn)染SW-480細(xì)胞，同時(shí)應(yīng)用5 μmol·L-15-FU及20 μmol·L-1SFN對(duì)細(xì)胞進(jìn)行孵育24 h后，檢測細(xì)胞活力，見圖8。提示與對(duì)照組比較，SFN+5-FU組細(xì)胞活力顯著降低(P<0.05)，而Bax低表達(dá)能明顯減弱SFN和5-FU聯(lián)合對(duì)SW-480細(xì)胞的抑制作用(P<0.05)。

注：與Control組比較，*P<0.05；與SFN+5-FU組比較，#P<0.05。圖8 低表達(dá)Bax減弱SFN協(xié)同5-FU的腫瘤抑制效應(yīng)

4 討論

系統(tǒng)性化療已是結(jié)腸癌規(guī)范化治療必不可少的環(huán)節(jié)，術(shù)前、術(shù)后均可采用藥物進(jìn)行輔助化療，提高晚期腫瘤患者獲得手術(shù)治療的機(jī)會(huì)。正是由于采用各種化療藥物對(duì)結(jié)腸癌患者進(jìn)行干預(yù)，才能夠促使晚期結(jié)腸癌患者的總生存率得以提升。然而，惡性腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的多藥耐藥是治療失敗的關(guān)鍵因素，不僅降低了患者的生存質(zhì)量，還導(dǎo)致大量醫(yī)療資源的浪費(fèi)。腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的多藥耐藥機(jī)制非常復(fù)雜，研究已證實(shí)，P-gp糖蛋白跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力的變化、細(xì)胞解毒活力的提升、DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)紊亂及凋亡通路的異常等方面均與多藥耐藥現(xiàn)象有關(guān)[12]。然而無論體外研究還是臨床治療應(yīng)用中，對(duì)上述耐藥因素進(jìn)行干預(yù)進(jìn)行耐藥逆轉(zhuǎn)，仍然存在較多問題。

SFN是一種藥理活性較強(qiáng)的天然活性物質(zhì)，在抗腫瘤方面也具有較好的作用效果，并且還提出其具有增強(qiáng)白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性[7]。SFN通過對(duì)細(xì)胞癌變起始期的調(diào)控，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞走向凋亡，還能夠阻滯腫瘤血管形成及降低腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移[13]。研究還發(fā)現(xiàn)，SFN可通過誘導(dǎo)促凋亡蛋白Bax表達(dá)抑制肝癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)其凋亡及降低其侵襲轉(zhuǎn)移能力[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，SFN能夠增強(qiáng)5-FU對(duì)結(jié)腸癌SW-480細(xì)胞增殖的抑制效應(yīng)，說明SFN可誘導(dǎo)SW-480細(xì)胞對(duì)5-FU的敏感性；并且研究還發(fā)現(xiàn)，SFN+5-FU聯(lián)合處理組中SW-480細(xì)胞凋亡率比單獨(dú)5-FU組的凋亡率明顯升高，提示SFN能增強(qiáng)5-FU誘導(dǎo)的SW-480細(xì)胞凋亡。

通過流式細(xì)胞儀發(fā)現(xiàn)，SFN能增強(qiáng)5-FU誘導(dǎo)的SW-480細(xì)胞凋亡，于是筆者從細(xì)胞凋亡角度考察介導(dǎo)SFN逆轉(zhuǎn)化療耐藥可能的分子機(jī)制，對(duì)可能的凋亡相關(guān)基因(Bax、Suvivin、Bcl-2、p53及caspase-3)進(jìn)行了檢測分析。結(jié)果證實(shí)，SFN+5-FU聯(lián)合組中Bax mRNA表達(dá)顯著高于其他3組。于是設(shè)想Bax可能介導(dǎo)了SFN逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥的過程，但具體機(jī)制尚不清楚。Bax基因家族是目前研究較多的與凋亡相關(guān)的基因，也是最受關(guān)注的促凋亡發(fā)生的基因家族[15]。研究已發(fā)現(xiàn)，Bax的表達(dá)在結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用，Bax蛋白家族與其他家族成員構(gòu)成復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)控細(xì)胞凋亡[16]。除此之外，研究已證實(shí)，Bax與腫瘤細(xì)胞的耐藥發(fā)生機(jī)制密切相關(guān)[17-18]。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，SFN+5-FU聯(lián)合處理組SW-480細(xì)胞中Bax蛋白表達(dá)水平明顯高于5-FU單獨(dú)處理組。為了進(jìn)一步驗(yàn)證SFN通過調(diào)節(jié)Bax表達(dá)逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌細(xì)胞對(duì)5-FU化療的耐藥作用，采用pcDNA-Bax低表達(dá)質(zhì)粒抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中Bax表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Bax低表達(dá)降低了SFN+5-FU聯(lián)合作用對(duì)SW-480細(xì)胞活力的抑制作用?？傊琒FN可增強(qiáng)5-FU對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖活力的抑制效應(yīng)，并且還對(duì)Bax表達(dá)具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)作用，提示SFN可通過增加Bax表達(dá)誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞對(duì)5-FU的敏感性。