当前位置: 首页 > 期刊 > 《中华劳动卫生职业病杂志》 > 2000年第2期
编号:10502932
HSP71在抗癌药物足草乙甙致成人肝细胞凋亡中的作用
http://www.100md.com 《中华劳动卫生职业病杂志》 2000年第2期
     HSP71在抗癌药物足草乙甙致成人肝细胞凋亡中的作用

    肖成峰 陈胜 高雅娟 王瑞波 贺涵贞 邬堂春

    摘要 目的:探讨HSP71在抗癌药物足叶乙甙(eto poside,VP-16)导致的成人肝细胞(L-02)凋亡中的作用。方法:采用Western blot、流式细胞术等方法。结果:L-02细胞在热应 激处理后HSP71表达增加,且与温度、受热时间及恢复时间有关。接受预热应激(41 ℃1 h,3 7 ℃2 h)的细胞经50 μg/ml和100 μg/ml VP-16处理4 h后细胞凋亡百分比为4.99% 和9.55%,较未受热应激组(8.72%和17.86%)明显降低。结论:HSP71 对VP -16导致的L-02细胞凋亡有一定抑制作用。

    关键词:热应激蛋白 足叶乙甙 成人肝细胞 细胞凋 亡

    凋亡(apoptosis)又称程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD),是一 种由基因调控的自主性细胞死亡方式[1]。机体内各种不利因素如缺氧、高温、辐 射及化疗药物等均可导致凋亡的发生。细胞凋亡的途径有很多种,其中由于DNA损伤而引发 凋亡的途径最为重要[2]。机体接触缺氧、高温等刺激因素诱导凋亡的同时又产生 一组被称为热应激蛋白(heat stress proteins,HSPs)的蛋白质[3,4]。HSPs具有 重要的细胞保护功能。作为“分子伴侣”,HSPs促进蛋白质的合成、折叠、装配和运输,还 参与变性蛋白质的清除等,这种重要功能可能与热耐受、毒物耐受有关[3]。HSPs 分为许多家族,其中最为重要、诱导产生最强的是HSP71[3]。但如此重要的HSP71 对细胞内重要遗传物质DNA的作用仍不太清楚。为此,本研究通过体外培养正常成人肝细胞 ,来探讨HSP71在抗癌药物足叶乙甙(etoposide,VP-16)所导致的细胞DNA损伤及凋亡中的作 用,为进一步了解HSPs的生物学功能和预防职业性毒物危害提供科学依据。
, http://www.100md.com
    材料与方法

    1.试剂及仪器:VP-16(Sigma公司)、兔抗人HSP71(加拿大Laval大学Robort Tang uay教授惠赠)、辣根过氧化物酶(HRP)标记羊抗兔IgG(Sigma产品,武汉公司博士德公司分 装)、流式细胞仪(美国Beckon Dickenson公司)。

    2.细胞培养:实验用成人正常肝细胞(L-02)由武汉大学中国典型培养物收藏中心(CCTCC)购 进。L-02细胞用DMEM培养基培养,其中含10%胎牛血清、100 U/ml青霉素(80万单位)、100 μg/ml链霉素,37 ℃培养箱中培养。隔天更换培养基,细胞密度不超过5×105 个/ml。

    3.细胞受热及染毒处理:同批接种后24 h半量更换培养基,12 h后取细胞置于电热恒温水温 箱中受热,然后于各时间点收集细胞,用Western blot检测HSP71水平。设立未受热应 激组作对照。
, 百拇医药
    细胞染毒处理:更换培养基12 h后取细胞于41 ℃受热1 h,置37 ℃恢复2 h后,接受 不同剂量VP-16作用4 h。0.25%胰酶消化,收集的细胞分为两份,分别用于细胞存活率 检测及流式细胞仪分析。设立未受热应激组作对照。

    4.细胞存活率检测:取4份0.2%台盼蓝与1份体积分数为4.25%的NaCl混 合。再用1份台盼蓝盐水溶液加到1份细胞悬液中(1∶2稀释)。然后立即滴加到计数板上并分 别计数未染色的细数及染色的细胞数。计算细胞存活率[细胞存活率=未染色的细胞 数/(未染色的细胞数+染色的细胞数)×100%]。

    5.Western blot检测HSP71表达:收集细胞,调整至总数一致,按Sambrook等[5]报 道的Western blot方法检测HSP71水平。其中一抗用兔抗人HSP71(1∶5 000)37 ℃孵育1 h,PBS洗10 min,重复3次,HRP标记羊抗兔IgG(1∶5 000)37 ℃1 h,PBS洗3次,DAB 显色,3 7 ℃PBS终止,拍片保存结果。
, http://www.100md.com
    6.流式细胞仪分析HSP71水平及细胞凋亡:适时收集足量细胞(1×106~2×106个),以 2 000 r/min离心4 min,0.5 ml乙醇-20℃固定过夜,离心,PBS洗一次。以后按照He等 [6]的方法用异硫氰酸荧光素(FITC)间接标记HSP71,用碘化丙啶(PI)染DNA,流式细 胞仪分析。

    结 果

    1.热应激后L-02细胞HSP71表达:L-02细胞在39 ℃受热时,HSP71 表达增加不明显,40 ℃以后显著增高(图1A)。在恢复时间相同(3 h)的情况下,细胞在42 ℃随受热时间的延长,HSP71表达亦增加,呈时间依赖关系(图1B)。当细胞接受同一受热 条件(42 ℃1 h),HSP71先表达增多,后逐渐恢复至正常水平,表达高峰在4~6 h内出现(图1C)。t7901.gif (2655 bytes)
, 百拇医药
    图1 Western blot检测L-02细胞HSP71表达情况

    A:L-02细胞在不同温度下受热1 h后,37 ℃恢复3 h; B:细胞在42 ℃受热0~180 min 后,37 ℃恢复3 h; C:细胞42 ℃受热1 h,37 ℃恢复不同时间HSP71表达情况; c:正常对照

    2.VP-16对L-02细胞的毒性作用:图2表明VP-16急性作用4 h后,细胞存活率随 剂量的增加而降低,未受热处理组细胞接触100 μg/ml和200 μg/ml VP-16时存活率 较低(81.6%和72.7%),热处理(41 ℃1 h,37 ℃2 h)后细胞存活率则可明显提高(87.0 %和83.8 %)。t7902.gif (3428 bytes)

    图2 接触不同剂量VP-16时L-02细 胞存活率
, http://www.100md.com
    3.HSP71表达增高对L-02细胞凋亡的抑制:图3表明,50 μg/ml或100 μg/ml VP-16处 理细胞时,预热处理组凋亡百分率分别为4.99%和9.55%,明显低于未经受热处理组(8. 72%和17.82%)。细胞热应激后未经VP-16处理时凋亡百分率为4.68%,与正常对照( 3.62%)比较,变化不大。t8001.gif (12281 bytes)

    图3 流式细胞术分析L-02细胞凋亡情况

    A、B、C:细胞接触VP-16作用4 h,剂量分别为0、50、100 μg/ml; D、E、F:细胞经41 ℃1 h、37 ℃2 h后,接触0、50、100 μg/ml VP-16作用4 h;M1:凋亡百分率

    4.凋亡细胞HSP71水平与正常细胞比较:凋亡细胞由于DNA 含量减少,呈“亚二倍体”现象,其细胞内HPS71水平较正常二倍体或四倍体细胞低得多(图 4三角区)。同时,受热组细胞HSP71表达比未受热组高(图4),与Western blot结果一致。t8002.gif (8787 bytes)
, http://www.100md.com
    图4 流式细胞术检测L-0 2细胞HSP71水平及DNA含量

    A、B:L-02细胞接触0、50 μg/ml VP-16作用4 h; C、D: 细胞经41 ℃1 h,37 ℃2 h后,接触0、50 μg/ml VP-16作用4 h结果; HSP71用FITC间接 标记,DNA用PI染色; Ap:凋亡细胞

    讨 论

    VP-16导致细胞凋亡是由于抑制DNA拓朴异构酶Ⅱ的活力,阻止DNA复制而产生 [7]。本研究发现,L-02细胞接触VP-16作用4 h后,细胞存活率降低,流式细胞术 则检出明显的“亚G1峰”,表明细胞发生凋亡。其凋亡百分率有剂量依赖关系。

    细胞通过适应性改变对外界环境作出反应。大量资料表明,当组织、细胞受到 高温、缺氧和药物损伤时,均伴随HSPs含量的增加。HSPs表达增加与热耐受和毒物耐受有关 [4]
, http://www.100md.com
    本研究发现,L-02细胞在42 ℃受热1 h、37 ℃恢复4~6 h,HSP71表达显著增 加;在41 ℃受热时,HPS71表达已很明显。为了尽量减少高温与VP-16对L-02细胞DNA损伤 的联合作用,我们用VP-16处理时受热应激组采用41 ℃受热1 h。

    本研究表明,受热应激的细胞比未受热应激组细胞存活率高(图2)。说明受热应激的细胞已 经产生药物耐受。流式细胞术进一步研究发现,50 μg/ml和100 μg/ml VP-16均可导致L -02细胞“亚G1峰”出现,即发生凋亡,且经41 ℃1 h处理后的细胞凋亡百分比明显较对照 组低(图3)。HSP71-DNA双变量图则表明凋亡细胞HSP71含量明显低于正常的二倍体或四倍体 细胞(图4),提示HSP71含量减少,不足以保护VP-16所致的DNA损伤,因而发生凋亡。同时 ,受热应激组细胞HSP71水平高于对照组(图4),与Western blot结果一致,说明HS P71可以抑制抗癌药物导致的细胞凋亡,在保护机体内重要的遗传物质DNA中发挥重要作用 。
, 百拇医药
    有关HSP71如何保护DNA受损从而抑制细胞凋亡这一课题尚不够深入。但已有文献从以下几个 方面报道HSPs与DNA之间的关系:(1)HSPs在受热时合成,恢复期转移至胞浆,第2次应激时 再分布于细胞核[3];(2)各种因素诱导HSPs表达的同时,又可导致DNA片段化并发 生凋亡[8,9];(3)热应激抑制DNA外显子的拼接和mRNA翻译,而热耐受细胞则可拮 抗这种抑制作用[10]等等。近年又发现HSPs可以与抑癌基因如p53表达产物、凋亡 调节基因bax等相互作用来调节细胞凋亡[11,12],这些均为以后深入研究HSPs与 细胞凋亡之间的关系提供了有利依据。

    研究HSP71与成人肝细胞DNA损伤进而发生凋亡之间的关系有重要意义。一方面,它可以为肿 瘤的治疗提供全新的途径,尽管肿瘤细胞较正常肝细胞有较强的药物耐受能力。资料表明, HSP71参与机体细胞热耐受或药物耐受的形成,肿瘤细胞的这种异乎寻常的适应能力与其 胞浆内HSPs表达升高高度相关。因此,如果能找到某种物质特异性地抑制HSPs的表达,将极 大地提高肿瘤细胞对化疗或热疗的敏感性。另一方面,而且也是最重要的,由于各种职业性 有害因素直接作用于正常机体,导致功能性或器质性病变,部分有害因素(如苯)甚至可以引 起遗传物质DNA的损伤,因此,探讨HSP71与DNA之间的关系,通过某种预刺激因素使细胞内H SP71表达增加,产生较强的毒物耐受能力,从而就可达到预防苯等职业性有害因素危害的目的。
, http://www.100md.com
    基金项目:国家自然科学基金青年基金资助项目(39700118)

    作者单位:肖成峰(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    陈 胜(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    高雅娟(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    王瑞波(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    贺涵贞(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    邬堂春(430030 武汉,同济医科大学职业医学研究所)

    参考文献

    [1]Kerr JFR,Wyllie AH,Gurrie AR.Apoptosis:a basic biological phenome non with wide ranging implications in tissue kinetics.Br J Cancer,1972,26:239-2 57.
, http://www.100md.com
    [2]Saini KS,Walker NI.Biochemical and molecular mechanisms regulatin g apoptosis.Mol Cell Biochem,1998,178:9-25.

    [3]Morimoto RI,Tissieres A,Georgopoulos C.Progress and perspectives on the biology of heat shock proteins and molecular chaperones.In:The biology of heat shock proteins and molecular chaperones.Morimoto RI,et al.eds.Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NY,1994.l-30.

    [4]Lindquist S,Craig EA.The heat-shock protein.Ann Rev Genet,1988, 22:631-677.
, 百拇医药
    [5]Sambrook J,Fritsch EF,Maniatis T.分子克隆实验指南.金冬雁,黎孟枫 译.第二版.北京:科学出版社,1993.880-898.

    [6]He LS,Fox MH.Variation of heat shock protein 70 through the cell cycle in HL-60 cells and its relationship to apoptosis.Exp Cell Res,1997,232:64 -71.

    [7]Dal Pra I,Whitfield JF,Chiarini A,et al.Changes in nuclear prote in kinase C-delta holoenzyme,its catalytic fragments,and its activity in polyom avirus-transformed pyF111 rat fibroblasts while proliferating and following exp osure to apoptogenic topoisomerase-Ⅱ inhibitors.Exp Cell Res,1999,249(1):147- 160.
, 百拇医药
    [8]Baxter GD,Lavin MF.Specific protein dephosphorylation in apoptosi s induced by ionizing radiation and heat shock in human lymphoid tumor lines.J I mmunol,1992,148:1946-1954.

    [9]Lennon SV,Martin SJ,Cotter TG.Induction of apoptosis (programmed cell death) in tumor cell lines by widely diverging stimuli.Biochem Soc Trans,19 90,18:343-345.

    [10]Mivecchi NF,Ogilvie PE.Effect of heat shock proteins(Mr 70 00 0) on protein and DNA synthesis at elevated temperatures.Cancer Res,1989,49:14 92-1496.

    [11]张永幸,贺涵贞,邬堂春,等.职业性肺癌中HSP70,HSP27与p53表达的 相关性研究.中华劳动卫生职业病杂志,1998,16:78-80.

    [12]Gordon SA,Hoffman RA,Simmons RL,et al.Induction of heat shock p rotein 70 protects thymocytes against radiation-induced apoptosis.Arch Surg,199 7,132:1277-1282., 百拇医药