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编号:10222007
增殖细胞核抗原反义核酸对人肝癌细胞增殖的抑制作用
http://www.100md.com 《福建医科大学学报》 2000年第3期
     作者:朱金海 黄建富 殷凤峙 陈志哲

    单位:朱金海 黄建富 殷凤峙(福建医科大学 附属协和医院肝胆外科,福州 350001);陈志哲(福建医科大学 附属协和医院血液科,福州 350001)

    关键词:寡核苷酸类;反义;肝肿瘤;增殖细胞核抗原

    福建医科大学学报000315

    摘要: 目的 观察增殖细胞核抗原(PCNA)反义核酸对人肝癌细胞的抑增殖效应。 方法 设计针对PCNA mRNA的18个碱基的反义核酸,分反义组、正义组和空白组作用于HepG-2肝癌细胞,MTT法和3 H-TdR掺入法观测肝癌细胞的生长抑制情况,流式细胞仪检测细胞周期的改变。 结果 反义组肝癌细胞生长受到明显抑制,抑制作用于培养48 h达高峰,达50%左右,72 h后减弱,96 h已基本消失。反义组肝癌细胞与空白对照组相比较,G0/G1期细胞增加21.9%,而S期和G2/M期细胞分别减少20.3%和59.5%。 结论 PCNA反义核酸对HepG-2肝癌细胞的生长具有明显的抑制作用。
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    中图分类号: R394.2; R735.7; R977 文献标识码: A

    文章编号:1000-2235(2000)03-0252-04

    Inhibition of Hepatocellular Carcinoma Cell Proliferation

    by Antisense Oligonucleotides Targeting the Messenger RNA

    Encoding Proliferation Cell Nuclear Antigen

    ZHU Jin-hai HUANG Jian-fu YIN Feng-zhi

    (Department of Hepatobiliary Surgery, The Affiliated Union Hospital, Fujian Medical University, Fuzhou 350001, China)
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    ABSTRACT: Objective To investigate the inhibitory effect of proliferation cell nuclear antigen(PCNA) antisense oligonucleotides on hepatocellular carcinoma cell proliferation. Methods The antisense oligonucleotides were complementary to 18-mer sequences next to the start codon of PCNA mRNA sequences. The human hepatocellular carcinoma cell line HepG-2 was treated with antisense oligonucleotides. The inhibition of proliferation was estimated by MTT method and 3 H-TdR incorporation rates. The cell cycle was analysis by Flow cytometry. Results The cell proliferation was inhibited effectively by antisense oligonucleotides. The cell growth rate was reduced nearly 50% after 48 hours treatment. The proportions of G0/G1 phase increased to 21.9% compared to that of the control,and the proportions of S and G2/M phase were reduced to 20.3% and 59.5%. This effect decreased after 72 hours and disappeard after 96 hours. Conclusion That PCNA antisense oligonucleotides exerts a strong inhibitory effect on hepatocellular carcinoma cell proliferation.
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    KEY WORDS: oligonucleotides,antisense; liver neoplasm; proliferation cell nuclear antigen

    针对性选择肝癌癌变中发挥重要作用的环节如癌基因、生长因子或受体等,通过反义核酸技术特异性进行封闭,可以有效杀伤肝癌细胞或抑制肝癌细胞的增殖,因此肝癌的反义核酸基因治疗已成为肝癌治疗研究的热点。增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen,PCNA)是一种细胞增殖必需的核抗原,是DNA聚合酶δ的重要辅助因子,在DNA复制、细胞增殖和细胞周期调控中发挥重要作用,是反义核酸治疗的良好靶分子。Sakakura等把PCNA mRNA反义核酸作用于胃癌,明显抑制多种胃癌细胞系的生长[1,2]。已证实PCNA在肝癌中呈高表达,并与恶性程度正相关[3,4]。笔者于1999年9~12月将PCNA的反义核酸作用于肝癌细胞,观察作用效果。
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    1 材料与方法

    1.1 材料 HepG-2人肝癌细胞由同济医科大学附属同济医院肝病研究所林菊生教授惠赠;胎牛血清购自杭州四季青公司;MTT试剂购自华美公司;3H-TdR购自上海原子能研究所;PCNA mRNA反义核酸由上海生工生物工程公司合成,序列根据PCNA cDNA序列设计,与PCNA mRNA中AUG起始密码子后的18位碱基序列互补[5]。反义(ASODN)序列为5'-GAC CAG GCG CGC CTC GAA-3',正义(SODN)序列为5'-TTC GAG GCG CGC CTG GTC-3',全硫代修饰,PAGE纯化,分装冻干后保存于-20℃。使用前用不含任何血清的RPMI 1640培养液稀释,配成150 μmol/L的浓度备用。

    1.2 细胞处理及反义核酸导入 HepG-2肝癌细胞用含10%胎牛血清的RPMI 1640培养液置37℃、5%CO2、饱和湿度培养箱。实验用细胞处于对数生长期,经胰酶-EDTA混和液消化。HepG-2细胞浓度5×104/ml,接种于96孔板中,每孔100 μl,培养8 h,至40%~50%细胞贴壁后,加入配制的寡核苷酸40 μl,终浓度为30 μmol/L,补充含10%胎牛血清的RPMI 1640培养液60 μl,终体积为200 μl。空白对照组加入不含任何血清的RPMI 1640培养液40 μl和含10%胎牛血清的RPMI 1640培养液60 μl。每组设3个以上平行孔。
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    1.3 细胞生长曲线的测定 每天于倒置相差显微镜下观察,每24 h消化每组3孔细胞,每孔分别计数,计算平均值,并绘出生长曲线[6]

    1.4 MTT法分析细胞增殖率 每组细胞培养24,48,72,96 h后,各孔加入MTT(5 mg/ml)20 μl,37℃,5%CO2培养箱温育6 h,小心吸去培养液,每孔加入二甲亚砜200 μl,微量振荡器混匀5 min,550 nm波长的酶标仪上测吸光度(OD值),并计算抑制率。

    抑制率=(对照组OD值-实验组OD值)/对照组OD值×100%

    1.5 3H-TdR掺入法检测细胞增殖 每组细胞分别于培养24,48,72,96 h结束前6 h,每孔加入3 H-TdR 1 μCi,消化后PBS洗二次,收集细胞于玻璃纤维滤膜上,依次通过生理盐水、5%三氯乙酸和无水乙醇,滤膜干燥后置入液体闪烁计数瓶中,加入水溶性闪烁液,于β-液体闪烁计数仪(Tri-Carb 2300TR,Packard Co. Lit,USA)中测定各样本的放射比活性,以实验组与对照组之比计算出3H-TdR相对的掺入率(百分比)。各组均重复3次,三次均值作为本实验的最终数值。
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    1.6 流式细胞仪检测细胞周期 培养48 h后,消化细胞,调整细胞浓度为104/ml,2000 r/min离心20 min,PBS洗涤2次,加入PI染色固定30 min,流式细胞仪(BIO-RAD,Bryte HS型,美国)检测细胞DNA含量。

    1.7 统计学处理 采用SPSS 8.0软件包进行t检验。

    2 结 果

    2.1 反义组对HepG-2肝癌细胞生长曲线的影响(图1) 培养各组的细胞随时间的延长,细胞数逐渐增加。反义组于24~72 h细胞数明显低于正义组和空白对照组,差别有显著性,于96 h差别无显著性。正义组和空白对照组之间细胞数无明显差别。镜下观察可见经反义组作用后HepG-2肝癌细胞明显生长不良,疏散,细胞贴壁慢(图2)。
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    图1 细胞生长曲线

    图2 HepG-2肝癌细胞(培养48 h)

    A:反义组 B:对照组 相差显微镜(×200)

    2.2 MTT法和3H-TdR掺入法观察反义组对HepG-2肝癌细胞生长的影响(表1,2) MTT法检测细胞生长抑制率与细胞计数所得结果相似。反义

    表1 MTT法检测反义组HepG-2细胞的抑制作用 分 组

    24 h

    48 h

    72 h
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    96 h

    OD值

    抑制率

    OD值

    抑制率

    OD值

    抑制率

    OD值

    抑制率

    对照组

    0.355±0.018

    -

    0.454±0.023
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    -

    0.662±0.013

    -

    0.879±0.022

    -

    正义组

    0.343±0.008

    3.3

    0.451±0.029

    0.2

    0.634±0.015

    4.2

, 百拇医药     0.910±0.016

    -

    反义组

    0.188±0.011

    43.8

    0.226±0.017

    50.2

    0.521±0.012

    21.3

    0.867±0.010

    7.1

, 百拇医药     与对照组比较,:P<0.05.表2 3H-TdR掺入率测定观察反义组HepG-2细胞的抑制作用 分 组

    24 h

    48 h

    72 h

    96 h

    cpm值

    掺入率

    cpm值

    掺入率

    cpm值

    掺入率

    cpm值
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    掺入率

    对照组

    1004±53

    1

    1550±68

    1

    2168±85

    1

    2789±135

    1

    正义组

    968±35

    96.3
, 百拇医药
    1459±75

    94.4

    1995±147

    92.5

    2690±101

    96.5

    反义组

    371±24

    36.8

    540±41

    34.7

    1218±69
, 百拇医药
    56.1

    2530±98

    90.7

    掺入率数值为实验组与对照组的比值,每一数值为三次实验的平均数. 掺入率=1-抑制率. :P<0.05.组具有明显的抑制作用,以培养48 h最显著,抑制率50%左右,72 h后作用减弱,96 h已基本无作用。2.3 反义组的HepG-2细胞周期分布的流式细胞仪分析显示见表3。培养48 h后,反义组HepG-2细胞与对照组比较,G0/G1期细胞增加21.9%,S期和G2/M期细胞分别减少20.3%, 59.5%。正义组的HepG-2细胞与对照组比较无明显改变。

    表3 ASODN对HepG-2细胞周期的影响 分 组

    细胞周期时相分布(%)
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    G0/G1

    S

    G2/M

    对照组

    52.0

    43.8

    4.2

    正义组

    52.2

    43.2

    4.4

    反义组
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    63.4

    34.9

    1.7

    3 讨 论

    癌症的发生发展涉及到多个原癌基因的激活和抑癌基因的失活,一些细胞因子或生长因子也起到重要的作用,但这些因素作用的最终结果都将导致癌细胞的恶性增殖,因此针对性选择癌变中发挥重要作用的癌基因、抑癌基因、生长因子,通过反义核酸技术特异性进行封闭,可以遏制细胞的恶性增殖,达到治疗癌症的目的。

    PCNA是一种细胞增殖必须的核抗原,是DNA聚合酶δ的重要辅助因子,在DNA复制、细胞增殖和细胞周期调控中发挥重要作用,它出现在所有增殖期的细胞核中,在细胞进入S期时表达,而处在G0/G1期细胞则基本不表达。PCNA作为细胞增殖的标志,在肝癌中呈高表达,与肝癌的分期、分级以及预后有密切相关。因此笔者将PCNA作为反义核酸治疗的靶分子,特异性封闭PCNA基因表达,阻断DNA合成的共同通路,抑制肝癌细胞的增殖。
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    笔者的结果表明,针对PCNA mRNA设计的PCNA反义核酸能有效抑制HepG-2肝癌细胞的增殖,细胞的生长受到明显的抑制,效果最显著是在作用24~48 h,抑制率达50%以上,但在72 h后抑制作用逐渐消失。经流式细胞仪分析发现反义核酸作用后的增殖期细胞比例明显减少,说明PCNA反义核酸作用后改变了细胞的增殖周期。而正义核酸则无此作用。这一结果说明反义核酸进入细胞后通过碱基互补原则与靶mRNA结合,阻止蛋白质的翻译并且激活RNA酶H的活性,迅速降解mRNA,使mRNA的翻译功能减弱或消失,不能产生有效的作用蛋白,因此抑制了靶基因的表达,进而抑制细胞的增殖。

    至于反义核酸作用时间短的原因,笔者认为有如下原因:(1)给药为一次性剂量,新转录的mRNA未能被抑制,又翻译合成PCNA蛋白;(2)反义核酸进入细胞后部分被培养基及细胞内的核酸酶所降解;(3)反义核酸进入细胞的不均一性[7],有可能存在部分细胞尚未受作用而继续生长,因此呈现抑制效应的暂时性。
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    作者简介:朱金海(1972~),男,住院医师,医学硕士.

    参考文献:

    [1] Sakakura C,Hagiwara A,Tsujimoto H,et al. Inhibition of gastric cancer cell proliferation by antisense oligonucleotides targeting the messenger RNA encoding proliferating cell nuclear antigen[J]. Br J Cancer, 1994,70(6):1060~1066.

    [2] Sakakura C,Hagiwara A,Tsujimoto H,et al. The anti-proliferative effect of proliferating cell nuclear antigen-specific antisense oligonucleotides on human gastric cancer cell lines[J]. Surg Today, 1995,25(2):184~186.
, 百拇医药
    [3] Taniai M,Toimatsu M,Okuda H. Immunohistochemical detection of proliferating nuclear antigen in hepatocellular carcinoma relationship to histological grade[J]. J Gastrenterol Hepatol, 1993,8:420~425.

    [4] 史宪杰,李开宗,窦科峰,等. 增殖细胞核抗原在肝硬化、肝细胞不典型增生和肝细胞癌中的表达及意义[J]. 中华实验外科杂志, 1998,15(5):412~413.

    [5] Jaskulski D,Deriel JK,Mercer WE,et al. Inhibition of cellular proliferation by antisense oligodeoxynucleotides to PCNA cyclin[J]. Science, 1988,240:1544~1546.

    [6] 鄂 征. 组织培养和分子细胞学技术[M]. 第2版. 北京:北京出版社, 1997.155.

    [7] Stein CA.Phosphorothioate antisense oligodeoxynucleotides:questions of specificity[J]. Trends Biotechnol, 1996,14(5):147.

    收稿日期:2000-02-28, 百拇医药