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编号:10207005
三氧化二砷联合木黄酮抑制CML细胞增殖的研究
http://www.100md.com 《江苏医药》 2000年第10期
     作者:张日 支雅军 朱子玲 仇红霞 夏学鸣

    单位:(215006 苏州医学院附属第一医院,江苏省血液研究所)

    关键词:三氧化二砷;木黄酮;K562细胞;凋亡

    江苏医药001009 【摘要】 目的 探索三氧化二砷(As2O3)联合酪氨酸激酶抑制剂木黄酮抑制慢性粒细胞性白血病(CML)细胞增殖的效应及可能机制,为临床应用提供理论依据。方法 以CML细胞系K562为模型,通过细胞增殖检测、形态学观察、肿瘤集落形成和琼脂糖凝胶电泳手段,观察比较As2O3与木黄酮对CML细胞的增殖抑制效应。结果 经≥2.5μmol/L As2O3和5mg/L木黄酮处理2天后的K562细胞可出现增殖受抑和凋亡的形态学改变及DNA片段化,二者具有协同抑制作用。结论 As2O3与木黄酮能分别或协同抑制K562细胞生长,机制与诱导细胞凋亡有关。
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    Effects of As2O3 in combination with genistein on proliferation of the chronic myelocytic leukemic cells and its mechanism

    ZHANG Ri ZHI Yajun ZHU Ziling et al.

    (Jiangsu Institute of Hematology,The First Affiliated Hospital of Suzhou Medical College,Suzhou 215006)

    【Abstract】 Objective To explore the effects of As2O3(arsenic trioxide)in combination with genistein which is an inhibitor of protein tyrosine kinases on proliferation of the chronic myelocytic leukemia(CML) cells and its mechanisms.Methods K562 cell line was used as in vitro model.The anti-proliferation effects of As2O3 and genistein were studied by the cell proliferation,cell morphology,tumor colony formation,and DNA gel electrophoresis.Results Treatment with As2O3 of ≥2.5μmol/L and genistein of 5mg/L for two days could inhibit the cell proliferation and induce the apoptotic morphology and DNA fragmentation of K562 cells.Both of them showed synergic phenomenon.Conclusion As2O3 and genistein can inhibit the growth of K562 cells respectively or synergistically.The mechanism of growth inhibition might be associated with induced apoptosis.
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    【Key words】 Arsenic trioxide Genistein K562 cell line Apoptosis

    慢性粒细胞性白血病(CML)是一种源于造血干细胞的恶性克隆性疾病,分子发病学上以存在bcr/abl融合蛋白(P210)为特征,该蛋白具有过高表达的酪氨酸激酶(PTK)活性[1]。最近,我们已经报道了用于抑制急性早幼粒细胞白血病(APL)细胞增殖的As2O3同样能够有效地抑制CML细胞系K562细胞的增殖[2]。鉴于P210蛋白的PTK活性可影响到CML发病的多个环节,我们又尝试了将As2O3与PTK天然抑制剂木黄酮联用,以观察对CML细胞增殖的影响,并对其作用机制进行了初步探讨。

    材料与方法

    一、主要试剂:本研究所用的As2O3分别购自Sigma公司和哈尔滨医科大学;胎牛血清(FCS)、木黄酮和RPMI1640及IMDM培养基购自Gibco/BRL公司;蛋白酶K、RNA酶购自Promega公司。
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    二、细胞增殖功能检测及形态学观察:K562细胞为本所保存,生长于含10%FCS的RPMI1640培养基中,每周传代两次;收集对数生长期细胞,加入新鲜培养基及不同浓度的As2O3与木黄酮,按1×105/ml细胞数,在37℃、5%CO2条件下培养,每天采集细胞进行0.2%台盼兰染色,根据活细胞数目,利用(对照组细胞数—实验组细胞数)/对照组细胞数×100%的公式计算细胞增殖抑制率(%)。为了避免细胞密度过高对结果的影响,每天根据所测细胞数添加新鲜培养基及相应浓度的测试药物,以维持细胞数≤5×105/ml。在计数细胞的同时,取500个细胞在离心涂片机上,按500r/min离心5分钟,待片干后行Wright染色观察细胞形态。

    三、肿瘤集落形成检测:将K562细胞按1×104/ml数目加入由不同浓度的As2O3和木黄酮及20%FCS与1.1%甲基纤维素组成的IMDM培养体系中,充分混匀后浇注于直径35mm的塑料培养皿中,每皿1ml,37℃、5%CO2、饱和湿度条件下培养7天,倒置显微镜下计数≥40个细胞的集落。为求结果精确,每实验点均一式三份,结果取均数。
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    四、DNA琼脂糖凝胶电泳分析:收集1×107经或未经不同浓度As2O3和木黄酮处理不同时间的K562细胞,用4℃保存的1×PBS洗两次,离心后加入2ml细胞裂解液,裂解液由50mmol/LTris-HCl(pH=8.0),20mmol/L EDTA,2%SDS和0.01%(w/v)蛋白酶K组成。与裂解液混匀的细胞在37℃水浴18小时后,加入0.8ml饱和NaCl溶液并冰浴5分钟,然后经3000r/min离心1小时,取上清液按20mg/L浓度加入RNA酶,37℃15min培养后,用2倍体积的无水乙醇-20℃过夜沉淀,最后将所获的DNA在1.25%琼脂糖凝胶中电泳1小时左右,紫外灯下观察照相。

    结果

    一、细胞增殖的改变:与未加药物处理的阴性对照组相比,经2.5μmol/L As2O3或5mg/L木黄酮单独处理48小时的K562细胞,其增殖抑制率均达到50%左右;随着药物浓度的增高与培养时间的延长,抑制率也相应增大;当两者联合应用时,可见到明显的协同作用,结果见表1。未观察到两种来源的As2O3对K562细胞的生长抑制有明显差异。
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    表1 As2O3和木黄酮对K562细胞增殖的抑制率(%) 时间

    (天)

    As2O3(μmol/L)

    木黄酮(mg/L)

    As2O3(μmol/L)

    +木黄酮(mg/L)

    0.5

    1

    2.5

    5
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    2.5

    5

    7.5

    10

    1+2.5

    1+5

    1

    8

    10

    30

    49

    5

    18

    29
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    30

    18

    24

    2

    9

    14

    51

    69

    7

    47

    52

    56

    61

    71
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    3

    11

    17

    65

    84

    8

    55

    64

    68

    79

    82

    4

    13

    18
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    76

    91

    10

    63

    70

    75

    82

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    5

    13

    21

    81

    94

    11
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    71

    83

    86

    95

    94

    二、形态学的变化:当细胞经2.5μmol/L As2O3处理48小时,即出现明显的凋亡形态学改变,包括胞体变小、胞膜皱缩和泡状突起及不规则凹陷、核固缩、染色质浓聚成块并分布于核膜周边等;值得注意的是,经木黄酮处理后的细胞尽管也表现出凋亡形态学改变,但细胞体积并不缩小,反而表现为明显至极度肿大。两者联用后,在胞体缩小的细胞群中,仍有不少大体积细胞的存在。

    三、肿瘤集落形成的影响:K562细胞经半固体培养7天后形成的肿瘤集落数目随着所加的As2O3与木黄酮浓度的增高而减少。当培养体系中所加的As2O3浓度梯度依次为0.5,1,2.5和5μmol/L时,集落形成抑制率对应为14%,37%,68%和99%;木黄酮对集落形成的抑制效应不及As2O3敏感,在浓度达到10mg/L时的抑制率仅50%;但两者联用后,亦存在协同抑制现象,当As2O3浓度为1μmol/L、木黄酮浓度分别为2.5和5mg/L时的抑制率则可达44%和59%。
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    四、DNA凝胶电泳改变:实验前检测所用细胞的台盼兰拒染率均在90%以上。电泳结果显示,K562细胞经≥2.5μmol/L的As2O3培养36~48小时,其DNA电泳凝胶上可见清晰的梯状条带,第一条带的DNA大小约为200bp,依次倍增,说明在核小体连接处的DNA能被As2O3随机切断,形成寡聚核小体;而所用As2O3的浓度≤1μmol/L、培养时间为48小时或虽为2.5μmol/L、但时间仅24小时时,则未显示梯状DNA条带;以木黄酮10mg/L处理4天或1μmol/L As2O3与10mg/L木黄酮联用3天时的K562细胞也见到DNA梯状条带。讨论

    近来的研究证实,CML的发生与存在于细胞中的P210蛋白高表达PTK活性密切相关,该蛋白可激活胞内酪氨酸激酶底物蛋白如Grb-2、Shc、SOS和CRKL等,通过信号传导活化Ras/MAPK和Jak-STAT等信号途径,上调核内基因c-myc、c-fos表达,使细胞发生白血病转化、过度增殖与分化受抑[1];此外,P210蛋白还能通过细胞生存基因Bcl-xL而非bcl-2的过表达,以及阻断细胞色素C从线粒体的释放,从而使细胞内能诱导凋亡的半胱氨酸蛋白酶家族成员-3(Caspase-3)不能活化,导致凋亡受抑,从而形成白血病细胞在体内大量累积[1,3]
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    近年,我国学者创立的利用As2O3诱导凋亡的机制来治疗APL的方法引起了国内外同行的极大兴趣[4]。然而,迄今为止,关于As2O3或As2O3联合木黄酮对CML细胞生长影响的报道罕见。为了探索扩大As2O3治疗谱的可能性,同时为从抑制P210蛋白的PTK活性这一发病途径寻找CML治疗新方法提供理论依据,我们开展了此项研究。通过至少5次以上的重复实验证明,作为CML模型的K562细胞经≥2.5μmol/L的As2O3或5mg/L的木黄酮处理48小时,可以出现明显的增殖抑制效应,同时二者间还存在明显的协同抑制现象。从形态学角度观察,此时的细胞尽管尚保存完整的膜结构,但已开始出现程序性细胞死亡的特征性改变,这种改变随着培养时间的延长而越加典型。体外肿瘤集落形成检测亦获得了与上述类似的结果。DNA电泳分析证实,经As2O3和/或木黄酮处理的K562细胞,可见到典型的DNA阶梯状条带,提示其生长受抑的机制与诱导细胞凋亡有关。不过,与陈竺等人见到的1μmol/L As2O3处理APL的NB4细胞24小时即可诱导出凋亡现象相比[4],诱导K562细胞凋亡所需的As2O3不仅浓度高,而且时间长,提示K562细胞比其它白血病细胞对促凋亡药物具有更强的耐药性。依据所获结果,最近我们在临床上对CML患者进行了砷剂试用,取得了满意的疗效(另文发表)。另外,徐冬娥等人用含砷的白血康片治疗4例CML均获效的事实[5],也支持本研究结果。研究证明,非特异性酪氨酸激酶抑制剂木黄酮的主要作用机制与抑制P210蛋白的PTK活性,减低其蛋白的酪氨酸磷酸化水平,阻断胞内信号传导途径,进而使K562细胞生长受抑、并向红系分化有关[6],而诱导凋亡仅是其次要机制,这也许是木黄酮诱导K562细胞的DNA片段化不及As2O3敏感的原因。1998年起,经FDA批准,美国Druker教授等人首次将人工合成的酪氨酸激酶抑制剂CGP57148(亦称信号传导抑制剂571)进行了Ⅰ期临床试用,经10余例对α-干扰素耐药的CML患者的验证,发现所有病例均能很好耐受、并取得了临床与血液学的缓解,从而为CML的治疗开辟了一条崭新的途径[7]
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    综上所述,我们的初步研究结果首次证实,As2O3不仅自身能有效地抑制CML细胞增殖,而且与木黄酮之间具有协同作用,这一结果显示了潜在的临床应用价值。关于两者间抗白血病的相互关系、更深层次的作用机制以及合适的临床药理剂量等问题,尚待进一步研究。

    基金项目:苏州医学院附属第一医院青年骨干基金(HY007)

    参考文献

    1,Pasternak G,Hochhaus A,Schultheis B,et al.Chronic myelogenous leukemia:molecular and cellular aspects.J Cancer Res Clin Oncol,1998,124:643-660.

    2,张日,朱子玲,仇红霞,等.三氧化二砷诱导K562细胞凋亡的初步研究.苏州医学院学报,1999,19:1167-1158.
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    3,Amarante-Mendes GP,Kim CN,Liu L,et al.Bcr-abl exerts its antiapoptotic effect against diverse apoptotic stimuli through blockage of mitochondrial release of cytochrome C and activation of caspase-3.Blood,1998,91:1700-1705.

    4,Chen GQ,Zhu J,Shi XG,et al.In vitro studies on cellular and molecular mechanisms of arsenic trioxide(As2O3)in the treatment of acute promyelocytic leukemia:As2O3 induces NB4 cell apoptosis with downregulation of bcl-2 expression and modulation of PML-RAR α/PML proteins.Blood,1996,88:1052-1061.
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    5,徐冬娥,阮芸,潭擎缨,等.白血康片治疗恶性血液病疗效观察.临床血液学杂志,2000,13:82.

    6,Honma Y,Okabe-Kado J,Kasukabe T,et al.Inhibition of abl oncogene tyrosine kinase induces erythroid differeniation of human myelogenous leukemia K562 cells.Jpn J Cancer Res,1990,81:1132-1136.

    7,Druker BJ,Sawyers CL,Talpaz M,et al.Phase I trail of a specific abl tyrosine kinase inhibitor,CGP57148,in interferon refractory chronic myelogenous leukemia patients.Proc ASCO,1999,18:24a.

    收稿:2000-05-15, 百拇医药