黃芩苷調節Notch/JAG1信號通路對舌癌細胞惡性生物學行為的影響

王 歡, 夏 力, 李 瑋, 謝春鳳

(四川省綿陽市中心醫院耳鼻咽喉頜面外科, 四川 綿陽 621000)

舌癌是一種惡性程度高、已發生早期遷移和侵襲的口腔癌之一,98%以上為鱗狀細胞癌。雖然手術治療提高了患者的存活率,但仍然很低。此外,手術對患者身體的傷害也很大。因此,有時有必要進行放療和化療,以防止癌癥復發。促進舌癌細胞上皮-間充質轉化(EMT),是舌癌預后不良的獨立危險因素[1]。因此,研究一些低損傷效應的藥物和基因治療可以加強癌癥的預防和治療。黃芩苷(Bai)是一種芐基異喹啉生物堿,是中草藥黃芩的主要活性成分,已被證明在人類癌癥中具有抗增殖、抗炎和抗轉移作用[2]。相關研究發現,Bai抑制乳腺上皮細胞EMT過程,抑制乳腺癌的發生[3]。但是關于Bai在舌癌上的研究還尚未見人報道。Notch通路是研究舌癌的常見通路,下調Notch/JAG1信號軸可以抑制舌癌細胞EMT、遷移、侵襲,從而起到抗舌癌效果[4]。近期,人們發現Bai可以通過調節Notch通路抑制足細胞損傷[5]。本研究的創新點是首次研究了Bai對舌癌上的作用效果及其作用機制。本研究旨在探究Bai是否可以通過抑制Notch/JAG1信號通路對舌癌細胞惡性生物學行為產生影響。

1 材料與方法

1.1細胞及主要材料:人舌磷癌細胞CAL27購自南京萬木春生物科技有限公司;人口腔上皮細胞HOEC購自深圳市豪地華拓生物科技有限公司;Bai(HPLC≥98%)購自上海玉博生物科技有限公司;Notch/JAG1通路激活劑VPA購自北京百奧萊博科技有限公司;MTT細胞增殖及毒性檢測試劑盒購自江西艾博因生物科技有限公司;Annexin V-FITC/PI 雙染細胞凋亡檢測試劑盒購自武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司;E-cadherin兔抗一抗、vimentin兔抗一抗、Snail兔抗一抗、Notch1兔抗一抗、JAG1兔抗一抗、內參蛋白GAPDH兔抗一抗、HRP標記的山羊抗兔IgG二抗均購自Abcam;酶標儀(型號:EnVision)購自珀金埃爾默企業管理有限公司;離心機(型號:Multifuge X4F)購自ThermoFisher公司;NovoCyte 流式細胞儀購自廣州柏賽柯生物技術有限公司;Transwell小室購自北京達科為生物技術有限公司。

1.2細胞培養:將購買的CAL27和HOEC細胞均在DMEM培養基中培養,并補充有10%胎牛血清、100U/mL青霉素-鏈霉素,培養基置于5%CO2,37℃培養箱培養。

1.3MTT法檢測Bai對HOEC細胞毒性的影響:收集HOEC細胞懸液稀釋至5×104個/mL,取20μL細胞懸液接種在96孔板上,培養1d后,細胞進入對數生長期時添加不同濃度的Bai(0、10、20、30、40、50和100μM)繼續培養24h,然后在每孔中加入濃度為5mg/mL的MTT溶液25μL,室溫孵育4h后,加入100μL二甲基亞砜,充分震蕩后測量570nm處吸光度值。

1.4細胞分組:將CAL27細胞分為CAL27組(未處理的CAL27細胞)、L-Bai組(10μM Bai處理CAL27細胞)、M-Bai組(20μM Bai處理CAL27細胞)、H-Bai組(40μM Bai處理CAL27細胞)[6]、VPA組(8mM Notch/JAG1通路激活劑VPA處理CAL27細胞[7])、H-Bai+VPA組(40μM Bai和8mM VPA共同處理CAL27細胞),培養48h。收集細胞,按照1.3的操作步驟檢測Bai對CAL27細胞活力的影響。

1.5流式細胞術檢測CAL27細胞凋亡:收集用藥物處理的CAL27細胞,用冷卻的PBS洗滌兩次后,重新懸浮在結合緩沖液中,然后在室溫避光條件下用5μL的Annexin V-FITC孵育5min,加入5μL PI孵育15min,最后,用流式細胞儀分析各組CAL27細胞凋亡率。

1.6Transwell檢測CAL27細胞侵襲、遷移能力:將藥物處理過的各組CAL27細胞用無血清培養基重懸,用有基質膠(侵襲)或不涂有基質膠(遷移)的Transwell評估CAL27細胞侵襲、遷移能力,首先,用移液槍吸取100μL濃度為4×105個細胞/mL的細胞懸液到Transwell上室,同時用移液槍吸取500μL DMEM培養基到Transwell下室,37℃下孵育24h后用棉簽去除膜上表面細胞,然后用4%多聚甲醛固定細胞20min,之后,將這些細胞用0.1%結晶紫染色10min。通過倒置顯微鏡以200倍放大倍率對侵襲、遷移細胞進行成像,并手動計數細胞數量。

1.7Western blot檢測EMT蛋白以及Notch/JAG1信號通路蛋白表達:使用RIPA緩沖液從細胞中提取總蛋白,然后在4℃下以12000rpm的轉速離心10min。收集上清液,并使用BCA蛋白質定量試劑盒定量蛋白質濃度。10% SDS-PAGE凝膠電泳分離等量蛋白質,然后通過電轉移到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上。用5%牛血清白蛋白封閉后,將膜與一抗在4℃孵育過夜,一抗為:E-cadherin(1∶2000)、vimentin、(1∶2000)、Snail(1∶1000)、Notch1(1∶1000)、JAG1(1∶2000)和GAPDH抗體(1∶2000),然后,用TBST洗滌后與HRP偶聯的二抗孵育,并使用ECL顯色試劑盒使目的條帶可視化后,用ImageJ分析灰度值。

2 結 果

2.1Bai對HOEC細胞毒性作用:0～100μM Bai對HOEC細胞無明顯毒性影響(P>0.05),見表1。

表1 Bai對HOEC細胞的毒性作用

2.2Bai對CAL27細胞活力的影響:與CAL27組相比,L-Bai組、M-Bai組、H-Bai組OD值依次顯著減小(P<0.05),Bai呈現劑量相關性,而VPA組OD值顯著增大(P<0.05);與H-Bai組相比,H-Bai+VPA組OD值顯著增大(P<0.05),見表2。

表2 各組CAL27細胞活力比較

2.3Bai對CAL27細胞凋亡的影響:與CAL27組相比,L-Bai組、M-Bai組、H-Bai組凋亡率依次顯著上升(P<0.05),Bai的處理效果呈現劑量依賴性,而VPA組凋亡率顯著下降(P<0.05);與H-Bai組相比,H-Bai+VPA組凋亡率顯著降低(P<0.05),見圖1,表3。

圖1 流式細胞術檢測CAL27細胞凋亡率

表3 Bai對CAL27細胞凋亡率的影響

2.4Bai對CAL27細胞遷移、侵襲的影響:與CAL27組相比,L-Bai組、M-Bai組、H-Bai組CAL27細胞遷移、侵襲數量依次顯著減少(P<0.05),且隨著Bai添加劑量的增加,細胞遷移、侵襲數量下降的更顯著,而VPA組CAL27細胞遷移、侵襲數量顯著升高(P<0.05);與H-Bai組相比,H-Bai+VPA組CAL27細胞遷移、侵襲數量顯著上升(P<0.05),見圖2、表4。

表4 Bai對CAL27細胞遷移和侵襲的影響

2.5Bai對CAL27細胞EMT的影響:與CAL27組相比,L-Bai組、M-Bai組、H-Bai組CAL27細胞E-cadherin蛋白水平依次顯著升高(P<0.05),vimentin、Snail蛋白水平依次顯著降低(P<0.05),而VPA組CAL27細胞E-cadherin蛋白水平顯著減少(P<0.05),vimentin、Snail蛋白水平顯著增加(P<0.05);與H-Bai組相比,H-Bai+VPA組CAL27細胞E-cadherin蛋白水平顯著下降(P<0.05),vimentin、Snail蛋白水平顯著上升(P<0.05),見圖3、表5。

圖3 Western blot檢測CAL27細胞EMT相關蛋白表達

表5 Bai對CAL27細胞EMT相關蛋白的影響

2.6Bai對CAL27細胞Notch/JAG1信號通路蛋白的影響:與CAL27組相比,L-Bai組、M-Bai組、H-Bai組Notch1、JAG1蛋白水平依次顯著下調(P<0.05),而VPA組Notch1、JAG1蛋白水平顯著上調(P<0.05);與H-Bai組相比,H-Bai+VPA組Notch1、JAG1蛋白水平顯著升高(P<0.05),見圖4、表6。

圖4 Western blot檢測CAL27細胞中Notch1、JAG1蛋白水平

表6 Bai對CAL27細胞中Notch1 JAG1蛋白水平的影響

3 討 論

Bai具有多種藥理作用,包括抗氧化、抗炎和抗腫瘤活性。Bai可以抑制結腸癌細胞EMT、遷移、侵襲,是臨床上治療結直腸癌的重要候選藥物[8]。本研究用Bai處理HOEC細胞,結果發現,0～100μM Bai對HOEC細胞無明顯毒性影響。表明Bai對正常細胞無明顯毒性作用。而Bai處理CAL27細胞后,CAL27細胞OD值顯著下降,凋亡率顯著升高,且Bai對舌癌細胞的作用效果呈現劑量依賴性,表明Bai可抑制舌癌細胞增殖,促進其凋亡,從而抑制舌癌發展。

EMT被認為是癌細胞發展的重要過程,在癌癥轉移和侵襲過程中被激活。在EMT中,上皮細胞失去其上皮特征(如E-cadherin的下調),獲得間質表型(如N-cadherin和vimentin的上調),并激活下游轉錄因子(如Snail、Slug、Twist)[9]。EMT使得癌細胞獲得遷移和侵入周圍基質的能力,隨后通過血液和淋巴管擴散到遠處[10]。因此,抑制癌細胞EMT過程是治療癌癥的常見措施。本研究發現,Bai處理后CAL27細胞遷移、侵襲數量、vimentin、Snail蛋白水平顯著下降,E-cadherin蛋白水平顯著升高,表明Bai可能通過升高CAL27細胞E-cadherin水平使上皮細胞保持上皮特征,阻止其獲得間質表型,進而抑制CAL27細胞擴散到其它臨近組織。

Notch信號通路是一種進化上高度保守的細胞間通信途徑,可調節細胞間通訊并參與器官發育和細胞內平衡,當Notch受體和配體JAG1相互作用時,該途徑被激活[11]。Zhang等[12]發現,下調Notch信號通路可以通過抑制EMT來抑制舌癌細胞遷移和侵襲。Liu等[13]也發現,下調Notch通路,可以使N-cadherin、Vimentin和Snail表達降低,E-cadherin表達增加,抑制舌癌細胞EMT進程,進而起到抗舌癌作用。本研究發現,Bai處理CAL27細胞后,CAL27細胞Notch1、JAG1蛋白水平顯著下降,表明Bai可能通過下調Notch/JAG1信號軸來發揮抑制舌癌發展的作用。為了進一步證實猜測,我們用Notch/JAG1信號通路激活劑VPA處理CAL27細胞以及40μM Bai處理的CAL27細胞,結果發現VPA的作用效果與Bai的作用效果相反,且VPA逆轉了Bai對CAL27細胞的抑癌效果。

綜上所述,Bai可能通過抑制Notch/JAG1信號傳導抑制CAL27細胞EMT過程,進而抑制細胞遷移和侵襲,從而起到抗舌癌的效果。且在本研究中,Bai對CAL27細胞的影響效果呈現劑量相關性。本文的不足是缺少臨床研究,我們將在接下來的研究中深入探索。