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编号:10500665
泰素帝诱导人肺腺癌细胞凋亡的实验研究
http://www.100md.com 《中华肿瘤杂志》 2000年第3期
     泰素帝诱导人肺腺癌细胞凋亡的实验研究

    李瑛 石廷章 赵卫红

    摘 要 目的 探讨泰素帝诱导人肺腺癌细胞凋亡的作用机制。方法 应用形态学方法、流式细胞术(FACS)、DNA凝胶电泳、Annexin V标记等方法检测细胞凋亡的发生,应用RT-PCR检测凋亡相关基因 Fas、bcl-2、c-myc表达的变化。结果 泰素帝对人肺腺癌细胞系 A549细胞的生长有明显的抑制作用,使细胞分裂阻滞于G2M期,并诱导肿瘤细胞发生凋亡。凋亡细胞表现为细胞固缩,核染色质聚集或断裂,DNA凝胶电泳显示清晰的DNA梯形条带,FAGS检测在G1期之前出现 sub-G1峰,凋亡率最高为 15.69%,Annexin V标记的方法检测凋亡时发现,坏死和凋亡共存。在泰素帝诱导 A549凋亡的过程中,凋亡相关基因 Fas转录水平比用药前增强,bcl-2和c-myc无明显变化。结论 除了坏死,凋亡也为泰素帝抑瘤的机制之一。泰素帝诱导 A549凋亡可能主要与促进 Fas基因表达有关。
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    主题词:肺肿瘤;腺癌;泰素帝;细胞凋亡;Fas基因

    泰素帝是 1986年由法国罗纳普朗克*乐安公司首先生产的一种半合成抗癌新药。其结构类似紫杉醇,是从欧洲紫杉针叶提取加工的,有促进细胞微管聚合、抑制微管解聚的作用,使细胞不能进行正常的有丝分裂。泰素帝的来源较紫杉醇更易获得,对某些肿瘤的杀伤作用是紫杉醇的 2倍,并且对某些过度表达P-糖蛋白的耐药细胞株仍然有效[1]。经多年的临床研究结果表明,其对多种癌症有效,特别是对转移性乳腺癌和晚期非小细胞癌[2]。在白血病和乳腺癌细胞的体外实验研究中,已经发现泰素帝的细胞毒性与其诱发细胞凋亡的作用有关[3,4]。泰素帝作为治疗非小细胞肺癌最有前景的新药[5],体内外实验均显示,对非小细胞肺癌有生长抑制和杀伤作用,但尚未见泰素帝诱导肺癌细胞凋亡的报道。我们选择人肺腺癌株 A549来探讨泰素帝诱导凋亡发生的比例及机制,为泰素帝临床应用提供理论依据。
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    材料与方法

    一、材料

    人肺腺癌细胞系 A549购自解放军总医院肿瘤生物研究所。泰素帝为法国罗纳普朗克*乐安公司提供。bcl2引物扩增产物为 170 bp,c-myc 为170 bp, Fas 为190 bp,β-actin (内标)为 450 bp。

    二、方法

    1.细胞培养: A549用含 10%小牛血清 RPMI 1640 培养基,在37℃、5% CO2饱和湿度的条件下培养,实验时取对数生长期细胞。

    2.形态学观察:细胞悬液离心涂片,瑞氏染液染色 5 min,光镜下观察。

    3.电镜观察:收集 106细胞,离心后以 3%戊二醛固定 24 h,1% OsO4固定2 h,常规脱水、包埋、聚合、切片、染色。
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    4.DNA 凝胶电泳:采用卢圣栋[6]的快速法提取 DNA。细胞悬液溶于 DNA提取液1中,加入 NP-40,混匀后离心弃上清;沉淀加入 DNA提取液 2及6 mol/L NaCl,混匀后离心取上清,用乙酸铵、冰乙醇沉淀 DNA;沉淀物溶于 TE缓冲液;经1.8%琼脂糖凝胶电泳。

    5.流式细胞仪分析:经流式细胞术(FACS)常规预处理细胞后上机测定细胞周期分布及凋亡率,以未加药者为对照组。

    6.Annexin V标记:使用 Boehringer Mannheim 公司试剂盒 Annexin-V-flous。收集 106/ml 细胞,加入 200 μl工作液,室温下 10~15 min后上机检测。

    7.RT-PCR:首先提取 RNA,收集 107细胞加入 200 μl裂解液及氯仿,离心取上层水相;加入等体积的酚:氯仿:异戊醇(24∶24∶1),离心吸取上清;加入醋酸钠和异丙醇,-20℃放置 20 min,离心弃上清,室温晾干。然后进行反转录反应,样品加入 15 μl RT液,1 μl 酶混合离心数秒,42℃水浴 30 min。最后进行 PCR反应,加入 PCR液 20 μl,1 μl Taq酶,1滴石蜡油,离心数秒,上机进行 PCR循环;变性 94℃ 45 s,55℃退火45 s,72℃延伸 45 s,共35个循环。经 2%琼脂糖凝胶电泳,紫外光下观察照相。
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    8.统计分析:均采用 6.04版 SAS软件,进行统计分析。

    结果

    1.细胞形态学变化:0.1 μmol/L泰素帝作用于A549 72 h时,光镜下观察有10%~20%细胞出现固缩,细胞核染色质聚集,断裂成数个圆形颗粒,胞膜仍完整。电镜下可见细胞体积变小,胞浆凝缩,内质网疏松与胞膜融合成一个个空泡,核内染色质凝聚成新月状附着于核膜边(图1)。以上形态改变表明,A549在泰素帝诱导下出现了细胞凋亡。另有部分肿胀细胞,胞膜已破碎,细胞器崩溃,染色质疏松为坏死细胞。

    当泰素帝剂量加大时,则花团样多核细胞更多,肿胀破裂的坏死细胞比例更大,而核固缩的凋亡细胞并未增多。

    2.DNA 凝胶电泳分析:0.1 μmol/L泰素帝作用于 A549 72 h始出现梯形条带,在(0.01~10) μmol/L 范围内作用 72 h均出现凋亡特有的梯形条带,但当剂量加大至10 μmol/L时,其背景夹杂有坏死的膜状改变(图2)。
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    3.流式细胞术(FCM):经 FCM进行周期检测,泰素帝 0.1 μmol/L作用 12 h已有明显的G2M阻滞;当 1 μmol/L作用 48 h时,G2M期细胞高达80.01%。第3天以后,由于部分阻滞的细胞发生死亡,使G2M、G1、S期细胞均相应减少,Sub-G1期细胞增多。亚二倍体峰 sub-G1峰的面积代表凋亡细胞的比例(apo%)。泰素帝 0.1 μmol/L 作用 A549 72 h的 apo%最高为15.69%,其他浓度时间的 apo%均低于此值。t20901.gif (3102 bytes)

    C:A549对照组;1~4:0.01,0.1,1.0,10 μmol/L泰素帝作用72 h组;Mr:PBR 322BstN1

    图2 DNA凝胶电泳结果
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    4.Annexin-V-flous标记:磷脂酰丝氨酸(phosphatidylscrine, PS)正常时分布于细胞膜内,细胞发生凋亡早期便从膜内翻转至膜外。Annexin V在Ca2+存在时可以和PS特异结合,故 Annexin V试剂盒可作为检测凋亡的早期手段,且较敏感[7]。结合碘化丙啶(PI)染色,可将细胞分为4种属性:Ⅰ象限:PI高染,异硫氰酸荧光素(FITC)低染,为坏死细胞;Ⅱ象限:PI、FITC均高染为凋亡后坏死细胞及部分坏死细胞;Ⅲ象限:PI、FITC均低染为正常细胞;Ⅳ象限:PI低染,FITC高染,为凋亡细胞。因Ⅱ象限由凋亡后坏死细胞和部分坏死细胞两部分组成,无法区分,故除了对Ⅰ和Ⅳ象限分别进行凋亡和坏死的粗略统计外,还应考虑Ⅱ+Ⅳ和Ⅰ+Ⅱ象限的数值(表1)。

    泰素帝0.1 μmol/L作用于A549 24h,坏死比对照组增加了3.3倍,而凋亡比例不高。第2天坏死比例下降,凋亡比例增加,是第1天的 2.4倍,象限Ⅱ(凋亡后坏死和部分坏死)为对照组的 3.8倍。结合象限Ⅱ+Ⅳ和Ⅰ+Ⅱ的数值变化,提示凋亡后坏死占有相当比重。
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    5.凋亡的相关基因:泰素帝 0.1 μmol/L作用于A549 24 h后,Fas基因转录较用药前增强,而c-myc和bcl-2基因的转录无明显变化(图3)。

    表1 泰素帝1.0 μmol/L对A549的

    Annexin V检测

    组别

    时间

    (d)

    细胞百分比(%)

    Ⅰ

    Ⅱ

    Ⅲ

    Ⅳ
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    Ⅱ+Ⅳ

    Ⅰ+Ⅱ

    对照组

    1

    2.8

    8.2

    80.6

    8.5

    16.7

    11.0

    泰素帝

    1

    12.1
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    17.8

    66.8

    3.4

    21.2

    29.9

    泰素帝

    2

    11.6

    31.4

    48.8

    8.2

    39.6

    43.0
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    讨论

    1.凋亡的检测:本实验采用多方法检测,发现0.1 μmol/L泰素帝对人肺腺癌细胞系A549有诱导凋亡的作用,其作用 72 h的apo%最高,此浓度为周期阻滞峰值浓度(1 μmol/L)的1/10。另外,凋亡的发生迟于周期阻滞,开始于 48 h(即周期阻滞达峰值时),72 h达峰值后又逐渐下降。即在肿瘤细胞陆续进入 G2M期阻滞后,凋亡的比例也开始增加,提示凋亡的发生可能与周期阻滞有关。体内实验也有类似发现,Ronald等[8]在移植了 Mca-4腺瘤的小鼠中观察泰素帝的作用时也发现,瘤细胞在周期阻滞之后发生了凋亡和坏死,但是在鳞癌 SCC-VII,尽管周期阻滞非常明显却没看到凋亡。有关二者的确切关系尚须深入研究。

    2.泰素帝诱导凋亡在其抗肿瘤机制所处的地位:泰素帝对周期的阻滞作用已得到公认。本实验除观察到明显的周期阻滞现象外,还发现在 G2M期阻滞后,大部分细胞死亡,死亡方式除了坏死外,还有凋亡,究竟凋亡在泰素帝对A549细胞系的作用中处于什么地位呢?FCM检测其凋亡率最高为15.69%,在实体瘤诱导的凋亡中属中低水平。另外Annexin-V实验看到,坏死从始至终存在,且比例较高;而凋亡则早期比例较低,晚期凋亡细胞和凋亡后坏死细胞才逐渐增多。坏死似乎更占有优势。
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    体内实验也有类似发现。Ronald等[8]曾报道在移植了各种肿瘤的小鼠实验中,泰素帝可引起明显的周期阻滞以及相当低的凋亡反应(相对紫杉醇来说),但是泰素帝的疗效与二者均不相关,细胞的溶解坏死被认为是泰素帝杀伤肿瘤的主要方式。

    3.凋亡相关基因:Fas为TNF受体超家族成员,主要表达于活化的 T细胞表面,并可表达于多种肿瘤细胞表面,包括造血系统肿瘤和非造血系统肿瘤。其在肿瘤的凋亡反应中起重要作用,在泰素帝诱导A549凋亡的过程中其转录增加。

    原癌基因bcl-2是迄今为止功能最明确的细胞凋亡拮抗基因。近年研究发现,泰素帝及紫杉醇等作用于微管系统的药物,由于破坏了微管的完整性,导致 bcl-2磷酸化,从而促使细胞凋亡[9]。本实验中 A549细胞在使用泰素帝后 bcl-2表达并无明显减少,应进一步检测bcl-2家族其他成员和bcl-2的蛋白产物含量有无变化,以判断泰素帝致凋亡是否与bcl-2家族有关。t21001.gif (11231 bytes)
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    M:Mark;1:A549对照组;2:泰素帝处理组,每列上侧条带均为β-actin内标

    图3 0.1 μmol/L泰素帝对A549作用24 h的Fas、bcl-2、c-myc基因检测

    c-myc是癌基因中核心蛋白 Myc的家族成员,是细胞生长和细胞周期演进的正调控基因。近年研究发现,它也参与凋亡过程,具有双重性。泰素帝诱导A549的凋亡进程中,c-myc 转录水平并无明显变化。

    通过泰素帝在人肺腺癌A549细胞系的抗肿瘤机制的实验研究,可以看出泰素帝使肿瘤细胞分裂阻滞于G2M期,周期阻滞之后,肿瘤细胞以坏死和凋亡两种方式死亡。其中Fas基因参与了泰素帝诱导A549凋亡的过程,这些都为该药在非小细胞肺癌的治疗应用提供了一定的理论依据。关于凋亡在泰素帝抑瘤机制中的地位,仍需继续广泛和深入的观察研究。tb105.gif (16302 bytes)tb106.gif (14924 bytes)
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    图1 经电镜观察的A549细胞用药前后的形态改变。1a:A549未经泰 素帝处理;1b:泰素帝0.1μmol/L作用24h,细胞核染色质连聚,为凋亡早期改变

    作者单位:李瑛(100853 北京,解放军总医院肿瘤科)

    石廷章(100853 北京,解放军总医院肿瘤科)

    赵卫红(军事医学科学院二所)

    参考文献

    1.Ringel I, Horwitz SB. Studies with RP 56976 (taxotere): a semisynthetic analog of taxol. J Natl Cancer Inst, 1991,83:288-291.
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    2.Bissery MC. Preclinical pharmacology of docetaxel. Eur J Cancer, 1995,31A:sl-s6.

    3.Rita C, Pui CH, Frederick GB, et al. In vitro cytotoxicity of docetaxel in childhood acute leukemias. J Clin Oncol, 1998,16:907-913.

    4.Ferlini C, Scambia G, Distefano M, et al. Synergistic antiproliferative activity of tamoxifen and docetaxel on three oestrogen receptor-negative cancer cell lines is mediated by the induction of apoptosis. Br J Cancer, 1997,75:884-891.
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    5.Miller VA. Docetaxel in the management of advanced non-small cell lung cancer. Semin Oncol, 1998,25(Suppl 8):15-19.

    6.卢圣栋.现代分子生物学实验技术.第1版.北京:高等教育出版社.1993:103.

    7.Istvan V, Clemens H, Helga S, et al. A novel assay for apoptosis flow cytometric detection of phosphatidyl serine expression on early apoptotic cell useing fluorescein labelled Annexin V. J Immunolgical Methods, 1995,184:39-51.

    8.Ronald S, Kathryn A. Lack of correlation between mitotic arrest or apoptosis and antitumor effect of docetaxel. Cancer Chemother Pharmacol, 1999,43:165-172.

    9.Elizabeth Y, Stanley JK. Molecular thanatopsis: a discourse on the bcl-2 family and cell death. Blood, 1996,88:386-401., 百拇医药