三氧化二砷對人骨肉瘤細胞MG-63增殖和凋亡的影響

張衛(wèi)華, 劉思源, 華長城

(1.永康市第一人民醫(yī)院 手外科，浙江 永康 321300； 2.河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院 骨與軟組織腫瘤科，河北 石家莊 050051；3.亳州市人民醫(yī)院 骨科，安徽 亳州236800)

骨肉瘤在骨科惡性腫瘤中較為常見。骨肉瘤常用化療藥物包括氨甲喋呤、順鉑、阿霉素及異環(huán)磷酰胺等。骨肉瘤患者常對化療藥物耐藥，放化療效果欠佳，預(yù)后較差[1]。三氧化二砷是中藥砒霜的有效成分，我國學者應(yīng)用砷劑治療急性早幼粒細胞白血病(APL)，療效顯著[2]。目前國內(nèi)外對三氧化二砷治療骨肉瘤的研究較少，本研究旨在探討三氧化二砷(arsenic trioxide, ATO)對人骨肉瘤細胞株MG-63的作用，以期對臨床應(yīng)用提供指導。

1 材料和方法

1.1 主要試劑 DMEM培養(yǎng)基及胎牛血清購自美國Gibco公司，二甲基亞砜(DMSO)、胰蛋白酶-EDTA消化液購自北京索萊寶生物科技有限公司，四甲基偶氮唑藍(MTT)購自美國Sigma公司，增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)、Caspase-3酶原抗體及CyclinE均購自武漢博士德生物工程有限公司，Bax、Bcl-2、CyclinD1均購自SANTA公司，三氧化二砷購自哈爾濱醫(yī)大藥業(yè)有限公司(國藥準字：H19990191)。

1.2 細胞培養(yǎng) 人骨肉瘤細胞MG-63為河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院實驗中心凍存品。以含有10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基，在37℃、5% CO2、飽和濕度條件下培養(yǎng)。每2～3 d傳代1次，取對數(shù)期生長細胞用于實驗。

1.3 光鏡觀察 將MG-63細胞接種于96孔板培養(yǎng)皿中，待細胞貼壁生長至對數(shù)生長期，分成對照組(不含藥物培養(yǎng)基)及實驗組(含8 μmol/L ATO培養(yǎng)基)繼續(xù)培養(yǎng)，每組設(shè)3個復孔，置于倒置相差顯微鏡下，于24 h及36 h照相觀察其形態(tài)變化。

1.4 MTT法 取對數(shù)生長期的MG-63細胞經(jīng)胰酶消化后，將細胞調(diào)整為1.0×104/ mL，接種于96孔板，培養(yǎng)6～8 h，待細胞貼壁后用于實驗。設(shè)置對照組(不含藥培養(yǎng)基)，含不同濃度ATO組(10、8、6、4 μmol/L)。每組設(shè)5個復孔，分別培養(yǎng)24、36、48、60 h后，每孔加入MTT液繼續(xù)培養(yǎng)4 h后加入DMSO，37℃放置10～20 min，采用酶標儀(波長570 nm)測量吸光度，細胞生長抑制率(%)=[1-(A加藥-A空白)/(A對照-A空白)]×100%。

1.5 流式細胞術(shù) 將MG-63細胞接種在25 mL培養(yǎng)瓶中，待細胞長到80%融合，更換含不同濃度藥物的培養(yǎng)基作用36 h，每組3瓶。收集細胞，PBS洗滌，冰預(yù)冷的70%乙醇固定、離心，加入碘化丙啶室溫避光染色30 min, 用Epics-XLⅡ型流式細胞儀檢測細胞凋亡和細胞周期分布。

1.6 蛋白印跡法 MG-63細胞經(jīng)藥物作用36 h后，收集細胞，每瓶細胞加100L含PMSF的裂解液(50 mmol/L Tris-Hcl pH7.4，1 mmol/L EDTA, 150 mmol/L Nacl, 1 mmol/L PMSF)，于冰上裂解30 min后，4℃ 12 000 rpm，離心半徑10 cm 離心5 min。取上清移于-20℃保存。SDS-PAGE電泳后將蛋白轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜。含10%小牛血清的TBST室溫下封閉1 h后，加入1.5%BSA稀釋的一抗PCNA(1∶500)、Cyclin D1(1∶200)、Cyclin E(1∶500)、Bcl-2(1∶200)、Bax (1∶1 000)、Caspase-3(1∶500)孵育過夜。TBST緩沖液洗4次后，加入1.5%BSA稀釋的二抗(1∶5 000)，孵育1 h。TBST洗4次，ECL化學發(fā)光試劑反應(yīng)2 min，檢測條帶并照相、分析、保存。

1.7 統(tǒng)計學分析 采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件，數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差表示，采用方差分析進行顯著性檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 三氧化二砷對細胞形態(tài)的影響 8 mol/L 三氧化二砷處理MG-63細胞24 h、36 h，細胞貼附能力減弱、漂浮細胞增多，并出現(xiàn)細胞皺縮、體積變小、胞質(zhì)濃縮，最后破裂凋亡等變化。對照組細胞數(shù)量多而完整、完全貼壁、胞質(zhì)均勻、狀態(tài)良好、無細胞破裂。見圖1。

2.2 三氧化二砷對MG-63細胞生長的抑制作用 三氧化二砷可抑制MG-63細胞的生長，其效果與時間和濃度相關(guān)，見表1。三氧化二砷對MG-63細胞24、36、48、60 h的IC50分別為12.12、9.29、7.59、6.96 μmol/L。

表1 三氧化二砷對MG-63細胞生長的抑制作用

A．對照組；B.8 μmol/L三氧化二砷，24 h; C.8 μmol/L三氧化二砷, 36 h

圖1 倒置顯微鏡觀察三氧化二砷作用下MG-63細胞形態(tài)學變化(×100)

2.3 三氧化二砷對MG-63細胞周期的影響 與對照組G0/G1期細胞比例(32.92±2.01)比較，4 μmol/L三氧化二砷組(12.53 ±1.18)、6 μmol/L三氧化二砷組(2.66±0.44)、8 μmol/L三氧化二砷組(15.13±0.71)、10 μmol/L三氧化二砷組(9.15±0.73)的G0/G1期細胞比例均減少，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。與對照組S期細胞比例(42.45±1.44)比較，4 μmol/L三氧化二砷組(74.42±1.06)、6 μmol/L三氧化二砷組(72.93±1.07)、8 μmol/L三氧化二砷組(52.36±2.33)、10 μmol/L三氧化二砷組(81.48±1.56)的S期細胞比例均增加，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見圖2。

2.4 三氧化二砷對MG-63細胞凋亡的影響 與對照組凋亡率(1.30±0.31)比較，4 μmol/L三氧化二砷組(2.79±0.22)、6 μmol/L三氧化二砷組(13.60±0.91)、8 μmol/L三氧化二砷組(9.58±0.84)、10 μmol/L三氧化二砷組(9.46±1.34)的凋亡率均增加，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；三氧化二砷作用后各組細胞均出現(xiàn)凋亡峰。見圖2。

A．對照組；B.4 μmol/L三氧化二砷; C.6 μmol/L三氧化二砷; D.8 μmol/L三氧化二砷; E. 10 μmol/L三氧化二砷。

2.5 三氧化二砷對MG-63細胞相關(guān)蛋白表達水平的影響 Western blot結(jié)果顯示，與對照組相比，8 μmol/L 三氧化二砷組處理36 h后的PCNA、Cyclin D1、Cyclin E和Bcl-2蛋白表達降低，Bax、Caspase-3蛋白表達升高，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見圖3。

*與control組比較，P<0.05。

3 討論

骨肉瘤患者常存在肉眼難以察覺的細小轉(zhuǎn)移灶，單純手術(shù)不能解決所有問題[3-5]。骨肉瘤一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移和復發(fā)，一般預(yù)后較差[6]。新輔助化療理念是術(shù)前化療+手術(shù)+術(shù)后化療，強調(diào)術(shù)前化療6～10周使腫瘤局限，可使部分骨肉瘤患者實現(xiàn)保肢治療[7-8]。篩選有效的骨肉瘤化療藥物對于實施新輔助化療非常關(guān)鍵。

Chen等[9]研究表明，三氧化二砷可誘導APL細胞凋亡和部分分化。大量研究表明[10-12]，除了對血液系統(tǒng)惡性腫瘤具有抑制增殖和誘導凋亡作用外，三氧化二砷對其他系統(tǒng)腫瘤也具有抑制增殖和誘導凋亡作用。郭衛(wèi)等[13]研究發(fā)現(xiàn)，三氧化二砷對Ⅲ期骨肉瘤、尤文肉瘤患者有較好的近期臨床療效。本研究結(jié)果表明，三氧化二砷對MG-63細胞的生長抑制具有劑量-時間效應(yīng)。Cyclin蛋白通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的CDKS組成蛋白激酶復合物來實現(xiàn)細胞的復制和增殖。Cyclin D在細胞周期中屬正性調(diào)節(jié)因子，過度的表達可激活CDK-4，促進細胞增殖[14]。細胞增殖的基因擴增引起Cyclin E蛋白表達增強[15]。Cyclin D調(diào)節(jié)G1進展，Cyclin E是實現(xiàn)G1/S轉(zhuǎn)換。本研究結(jié)果顯示，三氧化二砷將MG-63細胞阻滯于S期，提示三氧化二砷能干擾MG-63細胞的DNA合成及有絲分裂。

PCNA是細胞DNA合成所需蛋白，其表達、合成與細胞周期關(guān)系密切。PCNA在G1期合成增加，S期達到高峰。PCNA常作為測定細胞增殖水平的指標，PCNA表達減少，表明細胞增殖受到抑制。Bcl-2家族是目前研究較多的凋亡相關(guān)基因家族，Bcl-2和Bax均屬于Bcl-2家族， Bax/Bcl-2比值升高說明促進細胞凋亡，Bax/Bcl-2比值降低說明抑制細胞凋亡。Caspase家族是實現(xiàn)凋亡信號轉(zhuǎn)導的關(guān)鍵蛋白，Caspase3處于Caspase家族完成細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導過程中的中心位置，是最主要的終末剪切酶，受上下游蛋白酶的調(diào)控。Caspase3表達增強，說明促進細胞凋亡。本研究結(jié)果顯示，三氧化二砷下調(diào)MG-63細胞的PCNA、CyclinD1、CyclinE和Bcl-2蛋白表達，上調(diào)Bax、Caspase-3蛋白表達。

綜上所述，三氧化二砷對體外MG-63細胞具有抑制增殖和促進凋亡的作用，能下調(diào)PCNA、CyclinD、CyclinE和Bcl-2蛋白表達，上調(diào)Bax、Caspase-3蛋白表達。