有機氯類農藥在殘留劑量下聯合誘導乳腺癌MCF-7細胞增殖的機制研究

郎朗，董曉琪，狄靜波

1. 哈爾濱商業大學中藥學博士后科研流動站，哈爾濱 150076 2. 哈爾濱商業大學生命科學與環境科學研究中心，哈爾濱 150076

有機氯類農藥曾被廣泛用于農林領域，但因其難降解，易通過食物鏈生物富集和放大，危害人類健康，已被列為持久性有機污染物，雖已于1983年停止生產和使用，但在環境和多種植物中仍可檢出[1]。筆者課題組在前期實驗中，檢測了東北地區中藥材中有機氯類農藥的殘留量，雖然單一有機氯類農藥含量未超出國家標準，但其聯合毒性效應需引起關注。本實驗選取雌激素受體陽性的乳腺癌MCF-7細胞為受試對象，研究了六氯苯、β-六六六和p,p’-滴滴涕單一和聯合毒性作用。采用MTT法考察3種農藥單獨和聯合作用時對乳腺癌MCF-7細胞生長的影響，用流式細胞儀檢測有機氯類農藥聯合作用時對乳腺癌MCF-7細胞周期分布的影響，用Western Blot法檢測有機氯類農藥聯合作用時對乳腺癌MCF-7細胞中ERα、ERβ、ERK1/2、p-ERK1/2、Ki67、c-Myc和CyclinD1蛋白表達的影響。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實驗材料

乳腺癌MCF-7細胞由哈爾濱商業大學生命科學與環境科學研究中心提供；雌二醇(E2，純度≥98%)購自美國Sigma公司；六氯苯(HCB，純度≥99%)購自天津市光復精細化工研究所；β-六六六(β-BHC，純度≥99%)、p,p’-滴滴涕(p,p’-DDT，純度≥99%)購自天津市農業部環境保護科研監測所；溴化四氮唑藍(MTT，純度≥97.5%)購自美國Sigma公司；兔抗ERα、ERβ、ERK1/2和p-ERK1/2多克隆抗體購自北京市中杉生物技術有限公司；兔抗Ki67、CyclinD1多克隆抗體和人β-肌動蛋白抗體購自北京市博奧森生物技術有限公司。WELLSCAN MK 3型酶標儀、EPS-300型電泳儀購自美國Bio-Rad公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響

乳腺癌MCF-7細胞饑餓培養3 d(無酚紅RPMI1640培養液，含10%去雌激素的胎牛血清)，稀釋為4×104個·mL-1的細胞懸液，按每孔4 000個接種于96孔板中，24 h后，加入不同濃度藥物，陽性對照組加入E2，濃度為1.0×10-8mol·L-1。單一給藥設3組，根據前期實驗中檢測到的中藥材中有機氯類農藥的殘留量，確定毒性實驗劑量[2]，HCB濃度為3.5×10-9mol·L-1，β-BHC濃度為7.4×10-9mol·L-1，p,p’-DDT濃度為5.4×10-8mol·L-1。設4個聯合用藥組，分別為HCB+β-BHC、HCB+p,p’-DDT、β-BHC+p,p’-DDT、HCB+β-BHC+p,p’-DDT(均為等效劑量)。同時設溶劑對照組(0.1%濃度的正己烷)，每個劑量組設6個平行孔。繼續培養24、48和72 h后，測定OD490值。計算細胞增殖率(proliferation rate, PR)：

1.2.2 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞周期的影響

饑餓培養MCF-7細胞，稀釋后加入6孔板，按每孔1.5×105個細胞培養24 h后，每孔加1 mL的藥液。給藥組為E2組、β-BHC+p,p’-DDT聯合組、HCB+β-BHC+p,p’-DDT聯合組和溶劑對照組(均為等效劑量)。每組設3個平行樣，48 h后收集細胞，離心后用PBS沖洗。用預冷的70%乙醇在4 ℃冰箱里固定細胞12 h后，離心后倒去固定液，加入配好的PI染液500 μL，室溫孵育30 min，過300目濾網，流式細胞儀檢測。

1.2.3 Western Blot法測定增殖相關蛋白

饑餓培養MCF-7細胞，稀釋為1.0×106個·mL-1，分裝于培養瓶中，用RIPA裂解液提取細胞總蛋白，BCA法進行蛋白定量后，加入蛋白上樣緩沖液煮沸備用，制備100 g·L-1SDS-PAGE凝膠進行電泳。采用濕轉電轉儀將凝膠蛋白轉印到PVDF膜上，轉膜結束后將膜用含5% BSA的TBST溶液于室溫條件下封閉2 h。利用TBST緩沖液漂洗PVDF膜3次，每次15 min，然后與相應的一抗在4 ℃條件下孵育過夜。TBST洗膜3次，每次15 min，然后加入二抗(堿磷酶標記羊抗鼠或羊抗兔IgG)室溫孵育1 h，TBST洗膜3次，每次15 min，化學發光法檢測，圖像采集，ImageJ軟件進行圖像分析。

1.3 統計學方法

2 結果(Results)

2.1 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響

如圖1所示，3種有機氯類農藥單獨或聯合誘導乳腺癌MCF-7細胞24、48和72 h后，分別計算各組平均OD值，經分析可知，殘留劑量下3種農藥分別作用于細胞24、48和72 h后，細胞增殖與對照組比較無明顯差異(P>0.05)。當農藥聯合作用時，在24、48 h時β-BHC+p,p’-DDT組、HCB+β-BHC+p,p’-DDT組細胞增殖有顯著提高(P<0.01)，與E2組作用相似。β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組24 h增殖率分別為115.0%和120.1%，48 h增殖率分別為121.2%和126.3%。作用72 h時，各組與對照組相比差異不顯著(P>0.05)。

圖1 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞增殖的影響(n=6)注：與對照組相比，*P<0.05、** P<0.01。E2表示雌二醇，濃度為1.0×10-8 mol·L-1；HCB、β-BHC和p,p'-DDT分別表示六氯苯、 β-六六六和p,p'-滴滴涕，其殘留濃度分別為3.5×10-9 mol·L-1、7.4×10-9 mol·L-1和5.4×10-8 mol·L-1。Fig. 1 Effect of organochlorine pesticides on the proliferation of breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=6) Note: compared with control, * P<0.05, ** P<0.01. E2 stands for estradiol, and its concentraiton is 1.0×10-8 mol·L-1; HCB, β-BHC and p,p'-DDT stand for hexachlorobenzene, β-hexahexachlorocyclohexane and p,p'-clofenotane; their residual doses were 3.5×10-9 mol·L-1, 7.4×10-9 mol·L-1 and 5.4×10-8 mol·L-1.

2.2 殘留劑量下有機氯類農藥聯合對乳腺癌MCF-7細胞周期的影響

細胞的增殖和分化受細胞的Gl、S、G2和M 4個時期嚴格調控，殘留劑量下有機氯類農藥聯合對細胞周期的作用如表1所示，β-BHC+p,p’-DDT組與HCB+β-BHC+p,p’-DDT組、E2組與對照組相比G1期細胞比例顯著降低(P<0.05)，S期細胞比例顯著升高(P<0.01)，G2/M期細胞比例無明顯變化(P>0.05)。2種農藥聯合組使乳腺癌MCF-7細胞的S期細胞比例顯著增加，促進細胞增殖。

表1 殘留劑量下有機氯類農藥作用乳腺癌 MCF-7細胞48 h后細胞周期的變化Table 1 Changes of cell cycle of breast cancer MCF-7 cells treated with organochlorine pesticides at residual dose for 48 h n=3)

注：A為HCB，B為β-BHC，C為p,p’-DDT；與對照組相比，*P<0.05、**P<0.01。

Note: A represents HCB; B represents β-BHC; C represents p,p’-DDT; compared with control, *P<0.05, **P<0.01.

2.3 殘留劑量下有機氯類農藥聯合對乳腺癌MCF-7細胞增殖相關蛋白的影響

2.3.1 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞雌激素受體蛋白的誘導

Western Blot法檢測結果如圖2所示，β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組均能降低乳腺癌MCF-7細胞中ERα蛋白表達量，且HCB+β-BHC+p,p’-DDT組<β-BHC+p,p’-DDT組β-BHC+p,p’-DDT組>E2組。2個聯合組都可以通過ER通路誘導乳腺癌MCF-7細胞增殖。

2.3.2 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞MAPK信號轉導通路的影響

如圖3所示，E2組、β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組與對照組相比，ERK1/2蛋白表達并無明顯變化(P>0.05)。

圖2 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中ER蛋白的影響(n=3)注：與對照組相比，*P<0.05、**P<0.01。Fig. 2 Effects of organochlorine pesticides on ER protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3) Note: compared with control, *P<0.05, **P<0.01.

圖3 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中ERK蛋白的影響(n=3)Fig. 3 Effects of organochlorine pesticides on ERK protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3)

如圖4所示，E2組、β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組與對照組相比，P-ERK1/2蛋白表達量均有升高(P<0.01)，且2個有機氯類農藥聯合組的促增殖效應強于E2組。

2.3.3 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞增殖相關蛋白的誘導

Ki67是一種只能在細胞核中進行表達的增殖相關蛋白，是檢測細胞增殖活性的較好的指標[3]。如圖5所示，與對照組相比，E2組和2個有機氯類農藥聯合組均可使Ki67蛋白表達量升高(P<0.01)，

HCB+β-BHC+p,p’-DDT組作用強度高于β-BHC+p,p’-DDT組，而β-BHC+p,p’-DDT組與E2組作用強度相當。

CyclinD1為ER調控的蛋白，當雌激素作用時能升高細胞G1期的早、中期CyclinD1蛋白表達量，誘導細胞的增殖。如圖6所示，與對照組相比，E2組和2個有機氯類農藥聯合組均使CyclinD1蛋白表達量升高(P<0.01)，且作用強度序列為HCB+β-BHC+p,p’-DDT組>β-BHC+p,p’-DDT組>E2組。

圖4 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中p-ERK蛋白的影響(n=3)注：與對照組相比，** P<0.01。Fig. 4 Effects of organochlorine pesticides on p-ERK protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3) Note: compared with control, ** P<0.01.

圖5 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中Ki67蛋白的影響(n=3)注：與對照組相比，** P<0.01。Fig. 5 Effects of organochlorine pesticides on Ki67 protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3) Note: compared with control, ** P<0.01.

圖6 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中CyclinD1蛋白的影響(n=3)注：與對照組相比，** P<0.01。Fig. 6 Effect of organochlorine pesticides on CyclinD1 protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3) Note: compared with control, ** P<0.01.

蛋白轉錄因子c-Myc是乳腺癌細胞的特異性蛋白。如圖7所示，與對照組相比，E2組和2個有機氯類農藥聯合組均可使c-Myc蛋白表達量升高(P<0.01)，且作用強度序列為HCB+β-BHC+p,p’-DDT組>BHC+p,p’-DDT組>E2組。

圖7 殘留劑量下有機氯類農藥對乳腺癌MCF-7細胞中c-Myc蛋白的影響(n=3)注：與對照組相比，** P<0.01。Fig. 7 Effect of organochlorine pesticides on c-Myc protein in breast cancer MCF-7 cells at the residual dose (n=3) Note: compared with control, ** P<0.01.

3 討論(Discussion)

筆者課題組前期研究中，檢測出東北地區中藥材中殘留的有機氯類農藥主要包括HCB、β-BHC和p,p’-DDT等3種，當單一存在時，殘留劑量均低于《中國藥典》的最低殘留量的參考值，未能誘導乳腺癌MCF-7細胞的增殖。但當3種農藥在此殘留劑量下兩兩聯合、三者聯合作用時，β-BHC+p,p’-DDT、HCB+β-BHC+p,p’-DDT組能促進細胞增殖，其他組與對照組比較則無明顯變化，且HCB+β-BHC+p,p’-DDT組的增殖效果高于β-BHC+p,p’-DDT組。可推測β-BHC+p,p’-DDT組對乳腺癌MCF-7細胞的影響存在著交互作用，使增殖效果顯著，而當三者聯合作用時，HCB可能促進了這種交互作用，此時增殖效果要強于β-BHC+p,p’-DDT組。

有機氯類農藥作為一類典型的具有雌激素活性的污染物，不僅能與雌激素核受體(nuclear estrogen receptor, nER)直接結合，激活下游靶基因的表達，還可通過活化雌激素膜受體(membrane estrogen receptor, mER)激活ERK/MAPK信號轉導通路，發揮雌激素作用，進而產生生物學效應[4]。當3種農藥在殘留劑量下，β-BHC+p,p’-DDT組與HCB+β-BHC+p,p’-DDT組作用于乳腺癌MCF-7細胞后，雌激素信號首先通過活化mER使其與信號分子c-Src或轉接蛋白(adaptor)等結合，激活ERK/MAPK通路,促進細胞中的p-ERK1/2的表達，p-ERK將雌激素信號轉至核內，與nER結合后使Hsp90游離，導致ER結構發生變化，進而調控下游基因的變化。除此之外，雌激素信號分子還會與nER直接結合，以二聚體形式與靶基因ERE結合，調節下游靶基因的轉錄和相關基因或蛋白的表達。ERα和ERβ分別為ER受體的2種亞型，ERα可通過調節胞內細胞周期因子或其他生長因子影響細胞增殖。ERβ可結合雌激素激活mRNA轉錄，對調控信號轉導、細胞周期及細胞凋亡有重要意義[5-7]。在兩者同時表達的狀態下，ERβ能夠抑制ERα的轉錄與表達，降低ERα對雌二醇的敏感性[8]，所以β-BHC+p,p’-DDT組與HCB+β-BHC+p,p’-DDT組作用于細胞后，使ERα表達量降低，ERβ表達量升高。c-Myc和Ki67是位于細胞核內的增殖相關蛋白，c-Myc作為一種原癌基因有著調控細胞周期的重要作用。Ki67常在增殖細胞中表達，受細胞周期調控[9]。c-Myc和Ki67作為細胞周期因子，可通過ERα、ERβ激活并表達。CyclinD1作為一種周期蛋白，能促進細胞增殖。c-Myc、Ki67的表達與CyclinD1表達存在正相關性，也就是說c-Myc、Ki67表達量的升高能夠促進CyclinD1的表達量的升高，而CyclinD1的過度表達將會誘導細胞向S期轉化，促進細胞增殖。結合本實驗結果，殘留的有機氯類農藥能夠激活ERK/MAPK信號通路，促進p-ERK的表達，轉導雌激素信號入核，活化ERα、ERβ蛋白，進而激活下游的轉錄因子c-Myc、Ki67和CyclinD1蛋白表達，促進細胞增殖。本研究為有機氯類農藥雌激素活性作用機制研究提供了理論依據。

綜上所述：(1)殘留劑量下，HCB、β-BHC和p,p’-DDT這3種農藥單一作用于乳腺癌MCF-7細胞時，由于劑量較低未能促進細胞增殖，β-BHC+p,p’-DDT組與HCB+β-BHC+p,p’-DDT組因存在著交互作用使增殖作用更顯著，且HCB+β-BHC+p,p’-DDT組增殖作用強于β-BHC+p,p’-DDT組。

(2)殘留劑量下，β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組作用于乳腺癌MCF-7細胞，使S期細胞比例明顯高于對照組，細胞呈明顯的增殖狀態。

(3)殘留劑量下，β-BHC+p,p’-DDT組和HCB+β-BHC+p,p’-DDT組激活經典的ERK-MAPK信號轉導途徑，受體酪氨酸激酶和適配體蛋白→Ras→Raf→MEK→ERK1/ERK2→轉錄因子→細胞增殖、轉化等相關基因表達，使細胞S期細胞數上升，最終誘導細胞增殖。