伐地那非增加EGCG-β-乳球蛋白納米粒對肝癌細胞的抑制作用

陳春曉，樓文雨，丁鎮建，李卓燁，楊媛媛，金鵬，杜琪珍

伐地那非增加EGCG--乳球蛋白納米粒對肝癌細胞的抑制作用

陳春曉，樓文雨，丁鎮建，李卓燁，楊媛媛，金鵬，杜琪珍*

浙江農林大學農業與食品科學學院，浙江 杭州 311300

較高濃度的EGCG才能抑制癌細胞的增殖，通過納米化和EGCG與其他藥物的聯合使用是提高EGCG生物活性的重要策略。本研究將EGCG和伐地那非（VD）同時包埋于-乳球蛋白（-Lg）納米載體中，制備出EGCG-VD--Lg納米粒（EV-NPs），體外試驗證實，EV-NPs能提高人肝癌細胞（HepG2細胞）中Caspase-3活性，使HepG2細胞在S期產生明顯的阻滯，誘發細胞核分裂，從而導致HepG2細胞凋亡。研究結果表明，將EGCG與微量的VD聯合使用，并通過納米化包埋可以顯著提高EGCG的抗癌活性。這一方法在EGCG抗癌制品的開發方面具有潛在的價值。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯；伐地那非；-乳球蛋白；納米粒；增殖抑制

綠茶中主要活性成分為表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG），EGCG含有較多的酚羥基，具有抗氧化性，對炎癥、癌癥、心血管疾病的防治具有積極的意義[1]。但由于EGCG對光、熱和弱堿性環境敏感，在體液環境易降解和聚合，其在體內的生物利用率較低。

-乳球蛋白（-Lg）屬于一種高度結構化的蛋白質，是一種廉價的、性能優良的包埋材料[2]。用-Lg包埋白藜蘆醇、姜黃素和-3多不飽和脂肪酸可以改善這些功能性成分的生物利用率[3-5]。課題組前期研究表明，用-乳球蛋白包埋EGCG-維生素C可以使EGCG對腫瘤細胞的增殖抑制率提高20%~30%，但增效作用幅度相對不高[6]。已有研究表明，EGCG與伐地那非（Vardenafil，VD）聯合使用（EGCG-VD）對抑制癌細胞有一定的協同作用[7]。因此，本研究采用-Lg包埋EGCG-VD，以期進一步提高EGCG對腫瘤細胞增殖的抑制率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

人肝癌細胞（HepG2細胞，中國生命科學院細胞庫）；表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、鹽酸伐地那非（VD）、-乳球蛋白（-Lg）：西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；4′,6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）染液：江蘇凱基生物技術股份有限公司；細胞凋亡檢測試劑盒、細胞周期檢測試劑盒：BD Pharmingen公司；活性Caspase-3檢測試劑盒：BioVision公司。

全自動手持式細胞計數器：美國Millipore公司；熒光顯微鏡DM 2500：德國徠卡公司；酶標儀MD SpectraMax M4：美國Molecular Devices（MD）公司；流式細胞儀BD FACSCalibur：美國BD Biosciences；Nano-ZS 90型激光粒度儀：英國馬爾文公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 納米粒的制備

參照EGCG--Lg納米粒（E-NPs）的制備方法[8-9]，并根據實際情況進行方法上的改進。即用0.01?mol·L-1的磷酸鹽緩沖溶液（pH 6.5）溶解-Lg，配置配制成8?mg·mL-1的-Lg溶液；用純凈水配制EGCG濃度1?mg·mL-1的系列EGCG-VD溶液：(EGCG)∶(VD)分別為（1∶0）、（3∶1）、（4∶1）、（5∶1）、（10∶1）、（15∶1）、（20∶1）、（25∶1）；然后將2.5?mL-Lg溶液分別與2.5?mL系列EGCG-VD溶液混合，再超聲處理6?min即得到系列EGCG-VD--Lg納米粒（EV-NPs）。

1.2.2 粒徑、電位測定

各納米粒的粒徑和電位采用英國馬爾文公司Nano-ZS 90型激光粒度儀測定。測試溫度為25℃，掃描波長633?nm，散射角為173°。

1.2.3 細胞活力測定

參照文獻[10-11]，采用MTT（四甲基偶氮唑鹽比色法）試驗測定細胞活力。培養細胞（37℃、5% CO2）至貼壁70%時，倒出培養基，用胰酶進行消化。消化完畢后用移液槍輕輕吹打混勻，用培養基稀釋至預定濃度。將稀釋好的細胞以每孔200?μL（約5?500個細胞）分別接種于96孔板中，在37℃、5% CO2的培養箱中培養至細胞完全貼壁（約24?h）。更換新鮮細胞培養基（180?μL），加入20?μL受試藥物（受試組）或生理鹽水（對照組）繼續培養，培養24?h或48?h后進行細胞活性測定。將培養液棄置后用PBS緩沖液洗滌細胞2次，然后在每孔中加入完全培養基200?μL和MTT溶液50?μL，孵育4?h后將培養液移去，再加入二甲基亞砜（DMSO）150?μL，以300?r·min-1的低速搖床振蕩10?min，用酶標儀在492?nm測定吸光值。受試藥物對腫瘤細胞的抑制率按下式計算：

對照組、受試組分別代表對照組和受試組的平均吸光值。

1.2.4 細胞形態觀察

將HepG2細胞用相應受試藥物處理48?h，然后用倒置顯微鏡觀察腫瘤細胞的形態。

1.2.5 細胞凋亡可視化觀察

采用DAPI染色對樣品處理后的HepG2細胞的凋亡情況進行可視化觀察。將HepG2細胞接種于培養皿中，常規培養24?h后加入受試藥物，給藥處理48?h后移去原培養基，并用PBS緩沖液洗滌細胞，然后在避光條件下加入DAPI染色液，染色處理15?min后移去染色液，PBS緩沖液漂洗細胞后用熒光顯微鏡觀察。

1.2.6 細胞凋亡率和壞死率測定

HepG2細胞被樣品處理后的凋亡率和壞死率通過Annexin-FITC/PI雙染色-流式細胞儀進行測定。首先將HepG2細胞接種于培養皿中培養至80%~85%的融合狀態，然后加入相應濃度的EV-NPs（EGCG濃度設為60?μg·mL-1）、EGCG（60?μg·mL-1）和VD（12?μg·mL-1）。給藥后培養48?h，移去培養基，用PBS緩沖液洗滌細胞，用胰酶進行消化后離心收集細胞。然后按照細胞凋亡試劑盒使用說明書對細胞進行處理，處理完畢后用流式細胞儀進行測定。

1.2.7 細胞周期阻滯測定

采用PI染色法對細胞周期阻滯進行測定。測定步驟按周期阻滯試劑盒說明書進行。首先收集已用供試藥品處理好的細胞，然后用冰乙醇進行冷凍處理（過夜），離心移去乙醇后用PBS緩沖液洗滌處理后的細胞，再加入適量的PI染色液，充分染色后用流式細胞儀測定細胞周期阻滯。

1.2.8 細胞中Caspase-3活性測定

細胞中Caspase-3活性通過Caspase-3活性檢測試劑盒進行測定。給藥處理后的細胞，先用PBS緩沖液洗滌，然后將細胞轉移至培養皿中，用胰酶進行消化，再加入培養基（含10%胎牛血清和1%雙抗）分散細胞。細胞懸液轉移至離心管后離心去除培養基，用PBS緩沖液清洗細胞，再用50?μL預冷的細胞裂解緩沖液（Cell lysis buffer）對細胞進行裂解，通過BCA檢測法調節裂解液中的蛋白質濃度至3~4?μg·μL-1。取45?μL稀釋裂解液于96孔板中，加入50?μL含有二硫蘇糖醇（DTT）的反應緩沖液（含10?mmol·L-1DTT）和Caspase-3活性顯色底物（終濃度為200?μmol·L-1），在細胞培養箱中培養1.5?h；培養結束后用酶標儀在405?nm測定吸光度。吸光度高低即表明細胞的活性Caspase-3含量的高低。

1.3 統計學方法

試驗進行3次重復，使用SPSS 19.0軟件對獲得的試驗數據進行統計分析，試驗數值表示為：平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 EGCG與VD的質量比對納米體系的影響

可以通過電位來判斷納米粒的穩定性，通常認為電位的絕對值在30?mV以上時納米體系穩定[12]。本研究制備的納米體系的粒徑、電位和多分散指數（PDI）如表1所示。由于-Lg的等電點為pH 5.1，當(EGCG)∶(VD)為1∶1時，呈酸性的VD使得體系的pH為5.8，接近-Lg的等電點，導致-Lg溶解度降低而出現渾濁現象[13]；(EGCG)∶(VD)在(3∶1)~(25∶1)的幾種納米體系均澄清，測得的平均粒徑為71?nm左右，電位均小于–35.1?mV，納米體系穩定。同時，較小的PDI值表明，納米顆粒大小較一致。(EGCG)∶(VD)為5︰1制備的納米粒的透射電鏡圖（圖1）表明，EGCG-VD--乳球蛋白制備的納米粒（EV-NPs）呈球形，粒徑度大小與激光粒度儀測定結果（表1）一致。

2.2 EVβ-NPs對HepG2細胞增殖抑制作用

細胞液EGCG終濃度為60?μg·mL-1時，不同EGCG與VD的質量比的EV-NPs與E-NPs（不添加VD）對HepG2細胞增殖抑制率如表2。

表1 EGCG與VD質量比對納米粒的粒徑、ζ電位和PDI的影響

圖1 EVβ-NPs [m(EGCG)∶m(VD)=5∶1]透射電鏡照片

可以看出，添加VD制備的納米粒（EV-NPs）在24?h和48?h比E-NPs對HepG2細胞的抑制效果更好。當(EGCG)∶(VD)為5∶1時，EV-NPs處理24?h和48?h對HepG2細胞的抑制比不添加VD的E-NPs [(EGCG)∶(VD)=1∶0]分別提高69%和75%。(EGCG)∶(VD)=3∶1的EV-NPs（178?nm）的抑制效果不及(EGCG)∶(VD)=5∶1的EV-NPs（73?nm），可能是因為(EGCG)∶(VD)=3∶1的EV-NPs的粒徑過大。據文獻報道[14]，當納米粒的粒徑在50~75?nm時，細胞易內吞納米粒，而(EGCG)∶(VD)=5∶1的EV-NPs的粒徑更適合于細胞的內吞。當VD的添加量減少到(EGCG)∶(VD)到10∶1和15∶1后，EV-NPs的粒徑無明顯變化（表1），但它們的腫瘤細胞抑制活性顯著降低，可能是由于VD的添加量過少所致。

2.3 EVβ-NPs對HepG2細胞形態的影響

通過對比正常細胞組、VD組、不添加VD的E-NPs組和EV-NPs組細胞的形態（圖2）可以看出，EV-NPs組細胞變形嚴重，大多數細胞呈球形（圖2-D），而正常細胞呈條形（圖2-A）。相對而言，E-NPs組細胞只有輕度的細胞變形，而VD組細胞形態與正常組細胞基本一致。由此看來，納米形式的樣品對細胞產生了一定的毒性，而含有VD的EV-NPs對HepG2細胞的毒性比E-NPs進一步提高。

表2 不同納米粒對HepG2細胞增殖的抑制率

注：不同處理間不同上標字母表示有顯著性差異（< 0.05）

Note: Significant differences (< 0.05) were indicated by different uppercase letters in each column

2.4 EVβ-NPs導致的HepG2細胞凋亡作用

對照組和VD處理的HepG2細胞中正常細胞的細胞核藍色熒光彌散均勻（圖3-A和圖3-B），而E-NPs和EV-NPs處理的細胞細胞核均出現了典型的細胞凋亡形態，即染色質邊緣化、細胞核固縮、形成凋亡小體（紅色箭頭所示）。但EV-NPs處理的細胞的細胞核裂解比E-NPs更嚴重，凋亡小體進一步裂解成碎塊（圖3-D）。結果表明，EV-NPs誘導HepG2細胞凋亡的作用效果比EGCG--NPs進一步提高。

2.5 EVβ-NPs導致的HepG2細胞凋亡和壞死

EV-NPs與不同受試樣品作用于HepG2細胞產生的細胞凋亡率與細胞壞死率存在明顯差異（圖4）。結果表明，E-NPs和EV-NPs處理的HepG2細胞的凋亡率顯著高于壞死率，且細胞壞死率和凋亡率顯著高于對照組和VD處理組（＜0.01）。此結果印證了上述DAPI染色顯示的細胞凋亡結果（圖3）。增加樣品濃度，EV-NPs導致HepG2細胞的凋亡率和壞死率亦逐漸提高（圖4-B），且具有明顯的劑量加性效應。

圖2 不同樣品處理的HepG2細胞形態

圖3 不同樣品處理HepG2細胞后經DAPI染色顯示的細胞核形態差異

2.6 EVβ-NPs對HepG2細胞周期的影響

用EV-NPs處理的HepG2細胞呈現出S期細胞占比率大幅升高的現象（圖5），表明EV-NPs可使細胞S期產生阻滯，從而誘導細胞凋亡。但E-NPs和VD處理的細胞，S期細胞占比率相較于正常對照組細胞有明顯下降。EV-NPs與E-NPs的顯著差別是納米顆粒的大小，EV-NPs平均粒徑為73?nm，而E-NPs的平均粒徑只有31?nm。有研究報道，最適合于細胞內吞的納米直徑為50~75?nm[14]，而EV-NPs大多數處于這一范圍。由此推測EV-NPs對細胞S期產生的阻滯可能與其粒徑尺寸有關。

2.7 EVβ-NPs對HepG2細胞凋亡蛋白表達的影響

不同樣品處理的HepG2細胞的Caspase-3活性存在顯著差異（圖6），EV-NPs處理組細胞Caspase-3活性最高，其次為E-NPs組處理細胞，而VD處理組的Caspase-3活性與正常細胞組無差異?？梢姡珽GCG與VD聯用顯著提高了凋亡蛋白的表達，說明EV-NPs主要通過調控Caspase-3信號通路誘導細胞凋亡。

注：EVβ-NPs設置3個濃度，EVβ-NPs-1的EGCG濃度為30?μg mL-1；EVβ-NPs-2的EGCG濃度為60?μg mL-1；EVβ-NPs-3的EGCG濃度為90?μg mL-1。不同處理間不同字母表示有顯著性差異（P<0.05）

圖5 不同樣品處理的HepG2細胞的細胞周期分布

注：*與CK（正常生長細胞）組比較有顯著性差異（P<0.05），**與CK組比較有極顯著性差異（P <0.01）

3 討論與結論

3.1 討論

EGCG有一定的抗腫瘤作用，但其穩定性較差，抗腫瘤效果離臨床應用還有較大的差距[15]。-Lg包埋EGCG可阻礙EGCG與氧氣的接觸從而相對提高了EGCG的穩定性，這種簡單的包埋可以一定程度提高EGCG的抗癌活性[16]。將EGCG與抗氧化劑綠原酸、3-巰基己醇、沒食子酸甲酯等聯合包埋于-Lg中，可以進一步提高EGCG的穩定性，EGCG的抗癌活性可以進一步提高[17-19]。然而，僅僅提高EGCG的穩定性，其抗癌活性依然難以達到臨床應用要求。本研究結果表明，將EGCG與伐地那非聯合包埋于-Lg中制備成納米粒，其體外抗腫瘤活性進一步增強，是一種有別于通過提高EGCG穩定性來提高其抗癌活性的策略。

伐地那非（VD）是一種PDE5抑制劑，研究表明，PDE5抑制劑可能通過增加細胞對藥物的攝取來提高抗癌藥物的療效[20-21]。因此，本研究中，EV-NPs表現出比E-NPs更好的腫瘤細胞抑制效果，極可能是得益于VD增加了細胞對EGCG的攝取。類似于VD的PDE5抑制劑還有多種，如西地那非、他達那非、雙嘧達莫等。研究將這些PDE5抑制劑與EGCG聯用，并采取納米化包埋，有可能進一步提高EGCG的抗癌活性。其次，本研究僅進行了EV-NPs體外抑制腫瘤細胞增殖的作用效果，有必要通過動物試驗和人體試驗進一步確認其在抗癌上的應用前景。

3.2 結論

EGCG與伐地那非聯合包埋于-Lg中制備成納米粒（EV-NPs），能提高Caspase-3的活性，使HepG2細胞在S期產生明顯的阻滯，促進細胞核分裂，從而加速腫瘤細胞的凋亡。因此，將EGCG與微量的VD聯合使用，并通過納米化包埋，在EGCG抗癌制品的開發方面具有潛在的價值。

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Vardenafil Improves the Proliferative Inhibition of EGCG--lactoglobulin Nanoparticles Against Liver Cancer Cells

CHEN Chunxiao, LOU Wenyu, DING Zhenjian, LI Zhuoye, YANG Yuanyuan, JIN Peng, DU Qizhen*

School of Agricultural and Food Science, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Hangzhou 311300, China

The combination of nano and other drugs is an important strategy to improve the biological activity of EGCG, since a high EGCG concentration is essential for the inhibition of the proliferation of cancer cells. In this study, EGCG-vardenafil (VD)--lactoglobulin (-Lg)-nanoparticles (EV-NPs) was prepared by encapsulating EGCG and VD in-Lg nano-carriers.experimental results show that EV-NPs could upgrade the activity of caspase-3 in HepG2 cells compared to the native EGCG, which caused cell cycle arrest in the S phase of HepG2 cells to induce cell nuclear division, and finally lead to HepG2 cell apoptosis. The results demonstrate that the encapsulation of EGCG-VD can significantly improve the anticancer activity of EGCG, and possesses potential value in the development of EGCG anticancer products.

EGCG, vardenafil,-lactoglobulin, nanoparticles, proliferative inhibition

S571.1；Q946.84+1

A

1000-369X(2020)04-528-08

2019-10-09

2020-04-11

浙江省重點研發（2019C02072）、浙江農林大學大學生創新（113-2013200135、115-2013200021）

陳春曉，女，碩士研究生，主要從事天然活性物質方面的研究。

qizhendu@163.com

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