大黃素作用于體外非小細胞肺癌細胞的抗腫瘤機制分析

張美珍 李登云 胡丹蘭

肺癌的發病率在所有惡性腫瘤中占比較高，且逐年增長［1-2］，其中大多數屬于非小細胞肺癌。探討肺癌發病的相關機制與尋求有效、合適的治療藥物，向來是一項重大課題。大黃素（EM）是從大黃類植物中提取的有效活性成分，研究發現其對淋巴肉癌和肺癌等具有抑制作用，是具有很高藥用性的生物抑制劑［3-5］。細胞外調節蛋白激酶1/2（ERK1/2）是細胞中信號傳導的關鍵蛋白，M2型丙酮酸脫氫酶（PKM2）是ERK1/2的下游調控因子，在腫瘤相關蛋白P53的表達中發揮重要作用，而P53可以有效促進腫瘤細胞的凋亡。本研究旨在觀察大黃素對肺癌細胞中ERK1/2-PKM2/P53信號通道的影響，為肺癌的臨床治療提供新的科學思路。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器 人體非小細胞肺癌細胞（ATCC）；大黃素（CAS：32507-66-7；純度＞97%，上海同田生物技術有限公司）；DMEM培養基（高糖型）（CAS：HL12049.1，上海哈靈生物技術有限公司）；標準胎牛血清（CAS：16000-044，Gibco）；青鏈霉素（CAS：P1400，純度：98%，貴州賽蘭博科技有限公司）；MTT粉劑（CAS：298-93-1，上海吉凱基因科技有限公司）；細胞計數試劑盒（CAS：ZP328，Genview）；transwell小室（CAS：3415，Corning Life Sciences）二甲基亞砜（CAS：67-68-5，aladdin）；膜聯蛋白APC（CAS：KA3808，上海哈靈生物技術有限公司）；細胞凋亡檢測試劑盒（CAS：40302ES20，Merck）；酶標儀（CAS：Multiskan FC，賽默飛）；流式細胞儀（CAS：AttuneNxT，賽默飛）；熒光定量PCR（CAS：PikoReal，BIO-RAD）；Western濕電轉膜儀（Trans-Blot-cell）。

1.2 實驗方法 （1）細胞培養：將肺腺癌細胞制成懸液，之后置于胎牛血清培養基中，在37 ℃、5% CO2的孵箱中培養。（2）分組：將培養好的細胞分為藥劑組和溶劑組。其中，藥劑組按加入大黃素濃度的不同分為藥劑A組（大黃素濃度50 μg/ml）、藥劑B組（大黃素濃 100 μg/ml）、藥劑 C 組（大黃素濃度 150 μg/ml）、藥劑D組（大黃素濃度200 μg/ml）；溶劑組加入等量不含大黃素的溶劑（大黃素濃度0 μg/ml）。（3）MMT實驗：取對數期細胞，稀釋成3×104個/ml，接種于孔板，每孔100 μl。以培養液為空白對照，溶劑組和藥劑組各亞組均設5個復孔，在設定好參數的培養箱中培養48 h之后，每孔加入20 μl MTT，等待4 h后吸出上清，每孔加150 μl二甲基亞砜，震蕩，處理好樣品后將流式細胞儀波長設定為490 nm進行測定，計算細胞的抑制率。（4）Transwell 細胞侵襲實驗：取稀釋的人工基質膠l25 μl加入transwell板上室，使膠覆蓋整個聚碳酸酯膜，然后在設定好參數的培養箱中放置，使人工基質膠聚合；取對數期待測細胞，調整濃度為2×105個/ml，上室接種處理后肺癌細胞懸液，下室用初始的培養基做趨化因子；將細胞分組并置于設置好參數的培養箱中培養24 h，然后用工具擦去凝膠和膜上表面的細胞，處理完畢后進行細胞固定，結晶紫染色20 min，再使用PBS清洗多次；顯微鏡下計數，選取四周和中間5個方向隨機范圍內的細胞數，計算取平均值。（5）檢測細胞凋亡實驗：取對數期肺癌細胞，接種到6孔板中，每孔約2×105個細胞，置于設置好參數的培養箱中，根據細胞分組按照檢測試劑盒提供的操作步驟分別處理，繼續培養48 h，使用流式細胞儀檢測凋亡情況，計算結果。（6）Western blot蛋白檢測實驗：將肺癌細胞分為溶劑組和藥劑A、B、C、D四組，培養48 h，之后進行蛋白提取和蛋白定量。將樣品放在沸水中加熱至蛋白完全變性，拿出冷卻至室溫，進行電泳與轉膜，轉膜后進行封閉及免疫雜交，清洗好的膜用封閉緩沖液常溫封閉1 h，用洗膜液3次，一抗4 ℃孵育，過夜，洗膜，二抗常溫下孵育1 h，洗膜，處理完畢后，用化學發光法進行顯影處理，拍照，采用ImageJ軟件對實驗所得條帶進行定量分析，計算結果。

1.3 統計學方法 采用SPSS 21.0統計軟件。計量資料以（）表示，兩兩比較采用LSD-t法，多組比較采用單向方差分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組MMT實驗結果比較 隨著大黃素濃度的增加，肺癌細胞的抑制率明顯增加，呈濃度依賴性（P＜0.05）。見表 1、圖 1。

表1 各組MMT實驗結果比較（n=5）

圖1 大黃素濃度與抑制率變化折線圖

2.2 各組肺癌細胞侵襲能力比較 藥劑組侵襲細胞的數量明顯低于溶劑組，藥劑組大黃素濃度與侵襲細胞數呈負相關（P＜0.05）。見表2、圖 2。

表2 肺癌細胞侵襲能力比較（n=5）

圖2 transwell實驗肺癌細胞結晶紫染色

2.3 各組細胞凋亡水平比較 藥劑四組肺癌細胞的凋亡率高于溶劑組，大黃素濃度與凋亡率呈正相關（P＜0.05）。見表 3、圖 3。

表3 細胞凋亡水平比較（n=5）

圖3 各組肺癌細胞細胞凋亡圖

2.4 Western blot實驗結果 藥劑組各組ERK1/2、PKM2蛋白的表達水平更低，P53蛋白的表達水平更高；大黃素濃度與ERK1/2、PKM2蛋白的表達呈負相關（P＜0.05），與P53蛋白的表達呈正相關（P＜0.05）。見表4、圖4。

表4 各組蛋白表達水平比較（n=5）

圖4 各組蛋白表達水平

3 討論

正常情況下，細胞的增殖受其自身限制，且侵襲轉移能力較差，通過細胞凋亡維持正常細胞內環境的穩定［6］。而腫瘤細胞的細胞分裂不受約束，侵襲與轉移能力急速增強，細胞異常活躍，凋亡因子明顯受到抑制，導致腫瘤細胞難以控制［7］。常見抗腫瘤藥的作用機制有以下幾種：①干擾核酸進行生物合成；②破壞DNA結構和功能；③嵌入DNA中干擾轉錄過程；④干擾影響蛋白質合成；⑤調節體內激素產生抑制作用。抗腫瘤藥通過以上機制抑制腫瘤細胞的作用無差別，同時均能較大程度地損害正常細胞。大黃素是一種從自然植物中提取的蒽醌類化合物，通過嵌入干擾和生物還原等作用機制，對腫瘤細胞具有較高的特異性，且本身毒性較低，對正常細胞影響很低。大黃素吸收進入人體后，約一半劑量去向不明，在肌肉組織及脂肪中均未能檢出，可能與它在體內的脂溶性相關，在肝組織中的劑量遠遠多于其他體內組織，排泄量為吸入劑量的2.7%，主要由糞便排出。所以，大黃素的濃度與劑量在體內的代謝轉化、吸收排泄均有據可依，通過調整大黃素的濃度與劑量，有助于個體差異性的臨床治療。

ERK1/2位于RAS/RAF/MEK/ERK通路下游，當RAS/RAF/MEK/ERK通路發生異常時，細胞的正常功能會出現障礙，甚至發生癌變。作為RAS/RAF/MEK/ERK通路下游的“最終管理器”，靶向抑制ERK1/2有望用于治療通路異常激活造成的癌變，對于產生RAF或MEK抑制劑耐藥的患者也可能有效。ERK1/2信號途徑可被多種刺激因子激活，與細胞的周期活動密切相關［8-10］，磷酸化是其發揮生理功效的關鍵［11-12］。相關實驗研究發現，加入抑制ERK1/2活化后，細胞中原癌基因的表達會相應減少，通過調控ERK1/2可有效減少細胞的癌變［13-14］。PKM2和P53是ERK1/2通路的下游調控因子，PKM2可促進腫瘤細胞的活躍［15］，P53有助于細胞凋亡，進而抑制腫瘤細胞［16-17］。

本研究結果表明，藥劑組中肺癌細胞的增殖能力與溶劑組相比均降低，細胞侵襲能力明顯下降，細胞凋亡率增加，且效果和大黃素濃度明顯相關，說明大黃素可以有效抑制肺癌細胞的增殖能力。在分子水平上，藥劑組肺癌細胞中ERK1/2和PKM2蛋白的表達低少于溶劑組，且與大黃素濃度相關，說明大黃素可以抑制ERK1/2-PKM2信號通路，降低ERK1/2的磷酸化，降低PKM2蛋白的表達，濃度越高則作用效果越明顯，提示大黃素的作用靶點是ERK1/2、PKM2信號通路。同時，大黃素會促進肺癌細胞中P53的高表達，表達水平和大黃素濃度呈正相關，說明大黃素可通過誘導P53高表達促進肺癌細胞的凋亡。

綜上，大黃素可以有效抑制肺癌細胞的增值、侵襲，促使肺癌細胞凋亡。其作用機制可能是抑制ERK1/2的磷酸化，阻斷ERK1/2-PKM2信號通路，誘導P53表達，最終達到抑制肺癌細胞的目的。不過，本研究僅探討了大黃素的體外抗腫瘤作用機制，作用效果未與同類型藥物進行比較，大黃素及其衍生藥物能否成為治療非小細胞肺癌的特效藥，還需要更多的對比研究、動物及人體試驗進一步驗證。