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姜黄素诱导人慢粒白血病K562细胞凋亡与线粒体途径的关系

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维普资讯 http://www.cqvip.com 248· tl}界肿瘤孝考2007年第6卷第4期TumourJournal oftheWorldVolume 6,Number4,Dec 2007 文章编号:1683.0342(2007)04.0248.05 术论著术 姜黄素诱导人慢粒白血病K562细胞凋亡与线粒体途 径的关系 吴丽贤 ,许建华 ,黄秀旺 ,张昆仲 ,温彩霞 ,陈元仲 摘要:目的研究姜黄素(Cur)对慢性粒细胞白血病(CML)细胞株K562的作用,并且探讨该作用 与线粒体凋亡途径的关系。方法应用M3 ̄I ̄法检测Cur对细胞增殖的影响,AO/EB荧光染色法、细胞 光度术、DNA凝胶电泳等方法观察细胞凋亡,分光光度法检测Caspase.3的活性,用蛋白免疫印迹法检 测细胞色素C的含量。结果Cur对K562细胞抑制作用呈量效、时效关系;Cur对人正常骨髓单个核 细胞与K562细胞之间有一定的选择性,对K562细胞的敏感性约为人正常骨髓单个核细胞的5倍,在 对K562细胞抑制超过95%时,对人正常骨髓有核细胞几无毒性。Cur 5.0,10.0pg/mL作用24h,可诱导 K562细胞凋亡,促进细胞色素C释放,激活caspase.3。结论Cur可通过线粒体途径诱导人慢性粒细胞 白血病K562细胞凋亡。 关键词:姜黄素;K562;慢性粒细胞白血病;细胞色素c;caspase.3 中图分类号:R733.7;R73.34 文献标识码:A Induction of apoptosis by curcumin in K562 cells involves mitochondrion pathway wu Li—Xian,XUJian—Hua ,HUANHXiu—Wang,ZHANGKun—Zhong,WENCai—Xia.CHENYuan·Zhong (Institute of Clinical Pharmacology,Dept.Of Pharmacology,Fujian Medical University(FMU),Fuzhou 350004,China; Fujian Institute ofHematology,Fuzhou 350004,China) Abstract:0bjective To test efects of curcumin(Cur)on K562 cells,and reveal the relationship between Cur-induced apoptosis and mitochondrion pathway.Methods MIT was used to examine the proliferation inhibited by Cur ̄The typical morphological changes of apoptosis were observed by AO/EB examined by lfuorescence microscopy.Quantitate apoptotic cells with subdiploid DNA content was measured by flow cytometry.The activities of Caspase一3 were analyzed by spectrophotometry.The amounts of cytochrome C in cytosolic and S-100 fraction were tested by Western blot.Results Cur was a potent inhibitor of proliferation of K562 cells with low toxicity to normal marrow mononuclear cells.Cur induced cytosolic accumulation of cytochrome C and activities of caspase一3,triggering apoptosis of K562 cells.Conclusions Cur was able to induce the apoptosis of K562 cells by mitochondrion pathway. Key words:Curcumin;chronic myeloid leukemia;cytochrome c;caspase·3 姜黄素(Curcumin,Cur)系从姜科植物姜黄中 胞均有明显的体外杀伤作用,并且对B16、EAC等 提取的酚性色素,有抗氧化、抗突变、抗促癌、抗炎、 小鼠瘤株均有显著的体内抗癌作用。有关Cur对人 抗血小板、降血脂等广泛的药理作用…,我们的前 慢性粒细胞白血病K562细胞的杀伤动力学特征以 期研究发现 J,Cur对MGC803、Be17402、B16细 及对人正常骨髓细胞的细胞毒作用均未见文献报 收稿日期:2007.07.19:修回日期:2007.08.31 道。本文对此加以研究,并进一步研究Cur对人白 基金项目:国家自然科学基金(No 30171158,30472187)资助:福建 省资助省属高校项目(No 2005K048)资助 血病K562细胞凋亡的影响,探讨其作用机理为Cur 作者单位:福建医科大学1药理系;2临床药理研究所,福建福州 用于治疗人慢性粒细胞白血病奠定基础。 350004:3福建省血液研究所,福建福州350004 作者简介:吴丽贤(1975.),女(汉族),博士学位,教师.主要研究 1材料和方法 方向:抗癌药理。 通讯作者:许建华(1958.),男(汉族),福建省福州市人;博士学位, 1.1材料 博士生导师:福建医科大学药学院院长;先后主持国家自然科学基金 项目、教育部重点科研项目、全国高校骨干教师课题、省部级重大科研 1.1.1 实验药品和试剂Cur按文献 。 方法从福建 课题;发表论文40余篇,获科研成果奖多项.主要研究方向:药理学。 建阳地区产的姜黄(Curcuma Longa L)中提取、分 维普资讯 http://www.cqvip.com tl}界肿霜孝专2007年第6卷第4期TumourJournaloftheWorldVolume 6.Number4,Dec 2007 ·249· 离,经硅胶薄层及HPLC鉴定,与标准品的比移值 相同。吖啶橙(AO)及溴乙锭(EB)为Fluka公 司产品。流式细胞仪DNA含量测定试剂盒(Kinesis 50)为BIO—RAD产品,caspase一3活性测定试剂盒 均为南京凯基生物公司产品。 1.1.2细胞株及培养条件人慢性粒细胞白血病 K562细胞引自中国科学院细胞库,培养于含10% 新生牛血清、IOOIU/mL青霉素、lOOgg/mL链霉素 的PRMI1640培养液传代、培养。取指数生长期的 细胞用于实验。指数生长期和坪期细胞的制备参照 文献p 进行。 1.2方法 1.2.1 人正常骨髓有核细胞的分离与培养 选择 缺铁性贫血病人或其它非肿瘤病人的骨髓,常规骨 髓穿刺,采集骨髓,肝素抗凝,用淋巴细胞分离液 梯度离心分离有核细胞,PBS洗3次,以含15%胎 牛血清,IOOIU/mL青霉素、lOOgg/mL链霉素的 RPMI 1640培养液制成细胞悬液,常规原代培养, 以MTT法测定Cur对骨髓细胞的影响。 1.2.2 Cur对细胞增殖抑制的观察 1.2.2.1 MTT法观察Cur的细胞毒作用 参照文献 【 进行。 1.2.2.2 Cur对K562细胞集落形成率的影响【7】实 验组及对照组各4孔,前者加入一定浓度的药物, 后者加入等量溶剂,作用2h后,洗去含药的培养液, 接种于24孔培养板中,200个细胞/孔,加培养液 lmL,于37 ̄C,5%CO2培养7~lOd,计数集落数, 多于50个细胞者计为集落。存活率=给药组集落数 ,对照组集落数xlO0%。 1I2_2.3量效关系曲线分析【8】 以药物浓度对细胞 存活率的对数值做线性回归,计算Do值【Do为使细 胞存活率下降63%的药物浓度,Do=一1/(2.303xb), b为量效关系曲线之斜率】。 1.2.3 Cur对细胞凋亡的观察 1.2.3.1 DNA倍体分析取药物作用后的细胞悬 液,以PBS调整浓度为10b,mL,取200gL加入 Kinesis50试剂,室温避光孵育30min,用BECTON DICKINSON FAScan型流式细胞仪作DNA分析, 以ModFit LT软件分析细胞DNA含量分布直方图, 拟合并计算各时相的细胞及亚二倍体凋亡细胞的百 分比。 1.2_3.2 DNA凝胶电泳参照文献 进行。 1.2.4胞浆部分(S.100)和线粒体部分裂解液提取 [1Ol取加药处理或未处理细胞lxlO 悬浮于5倍体 积的缓冲液A(0.02 mol/L HEPES—KOH pH 7.5,0.01 mol/L KCL,0.00 1 5MgC12 mol/L,0.O0 1 mol/L EDTANa2,0.O0 1 mol/L DTT,0.O0 1 mol/L PMSF,0.25 mol/L蔗糖),用22号针头吹吸使其均一化,800xg 离心10 min,取上清4℃12000xg离心lOmin,沉淀 即为线粒体,将上清于lO0000xg离  ̄60min,此时 上清即是胞浆部分(S一100)。线粒体溶解于缓冲液 B(0.05 mol/L Tris—HC1 pH 7.5,0.15 mol/L NaC1, 0.002 mol/L EDTANa2,0.001 mol/L钒酸钠,体积分 数为1%的Triton X一100,0.001 mol/L PMSF)。胞浆 部分(S一100)和线粒体部分裂解液用于免疫印迹, 测定细胞色素C含量。 1.2.5 免疫印迹法检测蛋白含量变化【llJ提取药 物处理后的细胞蛋白,用Lowry法进行定量,紫外 分光光度仪检测,调节每份样品蛋白浓度,加等量 蛋白于2xSDS样品缓冲液『0.1mol/L"Iris—HC1,pH 6.8,20%甘油,4%SDS,0.O05g溴酚蓝,10%13一 巯基乙醇1,煮沸5min,在SDS聚丙烯酰胺凝胶中 进行电泳;或用免疫共沉淀法所得样品电泳。电泳 后转膜,NC膜以丽春红染色观察转膜效果,并标 出各标准分子量的位置,拍照后,用蒸馏水漂洗脱 色,再将NC膜置于塑料袋中,加入封闭液封闭1h 后,加细胞色素C和13-actin单抗室温作用1h,洗 去未结合的一抗,以Western blot试剂盒JJn--抗, 再予染色,拍照。 1.2.6分光光度法检测Caspase一3的活-性Caspase一 3分光光度法检测试剂盒是将caspase一3序列特异性 的多肽偶联至发色基团。当该底物被caspase一3剪切 后,发色基团即游离出来,可通过酶标仪或分光光 度计(L=405nm或400nm)测定其吸光值,可考察 caspase一3的活化程度。按试剂盒说明书操作。 2结果 2.1 Cur对K562细胞与人正常骨髓有核细胞的细 胞毒特点 2.1.1 Cur对K562细胞抑制的量效、时效关系 Cur对K562细胞抑制作用的量效、时效关系见图 1,其IC50为4.30p.g/mL。Cur lOp.g/mL对K562细 胞作用48h,以MTT法测定细胞增殖状态,其增殖 抑制率达95%以上。 2.1.2 Cur对K562细胞集落形成抑制的量效关系 Cur对不同增殖状态K562细胞集落形成抑制的量 效关系曲线见图2,Cur不论对增殖期细胞还是坪 期细胞,其量效关系曲线均呈典型的坪指数型,提 示Cur不论对增殖期细胞还是坪期细胞的抑制均存 在阈浓度。对增殖期与坪期细胞的D0值分别为 维普资讯 http://www.cqvip.com

‘250。 世界肿瘤袭砉2007年第6卷第4期Tumour Journal ofthe World Volume 6,Number4,Dec 2007 4.33 ̄g/mL、8.60 ̄tg/mL,阈浓度分别为2.5 ̄g/mL、 5.O g/n ,提示Cur对增殖期细胞的敏感性约为坪 期细胞的2倍。 ∽ _v一《al 细胞之间有一定的选择性,Cur对K562细胞的IC50 O O 1 1 为4.3gg/mL,而对人正常骨髓单个核细胞的IC50 ∞ ∞约为20 ̄g/mL,对K562细胞的敏感性约为人正常 骨髓单个核细胞的5倍。在Cur对K562细胞抑制 超过95%时,对人正常骨髓单个核细胞几无毒性。 B 2.1.3 Cur对人正常骨髓有核细胞的细胞毒特点 从图3可见,Cur对人正常骨髓单个核细胞与K562 A 0 2 4 6 8 1 0 0 1 2 24 36 48 Cur(tt mL1 Time fh1 图1 A Cur对K562细胞的体外杀伤效应 图1 B Cur对K562细胞的抑制作用 Fig 1 Effects ofCuronK562 cells 2.2 Cur诱导K562细胞凋亡的作用 2.2.1流式细胞光度术分析细胞凋亡Cur 2.5,5, 10 ̄g/mL作用后24h,以流式细胞仪分析细胞DNA 含量直方图,于5,10 ̄g/mL浓度,可见典型的亚 2倍体峰(图4 A3,A4)提示Cur 5,10 ̄g/mL作 用后24h可诱导K562细胞凋亡,且呈量效关系。 2.2.2 片段化DNA的琼脂糖凝胶电泳分析 Cur 0 5 10 15 20 2.5,5.0,10.0 ̄g/mL对K562细胞分别作用24h, CHI"u ̄lmL 提取细胞DNA进行琼脂糖凝胶电泳,结果见图4B, Cur 5.0,10.Oug/n 可引起K562细胞DNA的降解, 见明显的凋亡特征性梯状条带。 2.3 Cur对白血病细胞触发作用 Cur触发白血病 细胞线粒体细胞色素C释放Cur5、lO ̄g/mL均能促进 K562细胞中细胞色素C从线粒体释放,胞浆S一100 中的含量逐渐增加,相反,线粒体中的细胞色素C 含量逐渐减少(图5A),提示Cur可通过触发细胞色 素C从线粒体释放入胞浆,激活下游的凋亡通路。 2.4 Cur的活化作用Cur活化Caspase一3 Cur5、 图2 Cur对不同增殖状态K562细胞集落形成抑制的量效关系曲线 Fig 2 Effects of Cur on colony formation of proliferation or plateau cells 0 5 10 15 20 10 ̄g/mL均能促进K562细胞中OD值升高(图5B), 提示偶联有发色基团的Caspase一3序列特异性的多 肽底物被Caspase一3剪切,发色基团游离出来,说 明Caspase一3被细胞色素C激活。 Cur rtg/mL 图3 Cur对人正常骨髓单个核细胞与K562细胞毒的比较 Fig 3 Comparison of Cur cytotoxicity on normal marrow mononuclear andK562 cells 维普资讯 http://www.cqvip.com

世界肿瘪孝专2007年第6卷第4期Tumour Journal ofthe World Volume 6,Number4,Dec 2007 ·251· Al A2 A3 A4 B B1 B2 B3 B4 B5 图4 Cur诱导K562细胞凋亡的DNA倍体分析 Fig4 DNAcontenttestedbyflow cytometry and agarose gel analysis.Al,Bl:control A2,B2:Cur 2.5 p_g/mLfor 24 h:A3,B3:Cur 5p_g/mLfor 24 h A4,B4:Cur 10 ̄g/mLfor 24 hl B5:DNAmarke ̄ A B ■ 触 i Cont Cur5 Curl0(ug/m1) 图5 Cur触发K562细胞线粒体细胞色素C释放,活化caspase 3 Fig5 Cur-triggered release of cytochrome C from mitochondrion in K562 cells,resulting in activation of caspase 3 3讨论 作用2h的杀伤效果与以MTT法测定同浓度Cur对 细胞作用48h的杀伤效果相近。这种时效差异系由 于MTT法以测定残留活细胞作为判断药物杀伤的 基础,在药物作用终止时,活细胞群体中还包括已 姜黄素系从姜科植物姜黄中提取的B二酮多酚 类有效单体化合物,具有抗氧化、抗突变、抗促癌、 抗炎等广泛的药理作用,且价格低廉,毒性很低【J J, 该药的抗癌作用已有较多报道,但对慢性粒细胞白 血病(CML)的诱导凋亡作用未见报道。本文发现, Cur对K562有较强的杀作用,且呈量效、时效关系, IC50分别为4.3 ̄g/mL。Cur对人正常骨髓单个核细 胞与K562细胞之间有一定的选择性,对K562细胞 接受药物致死性损伤,失去增殖能力但暂时还未丧 失活力的细胞,因此低估了药物的作用,同时还无 法克服在药物作用过程中活细胞增殖对药物杀伤动 力学的干扰。本文以集落形成法分析Cur对不同增 殖状态K562细胞的杀伤动力学,通过量效曲线分 析发现,Cur不论对增殖期细胞还是坪期细胞,其 量效关系曲线均呈典型的坪指数杀伤型,提示Cur 对K562细胞的杀伤均存在阈浓度。对增殖期与坪 期细胞的D0值分别为4.33、8.601xg/mL,阈浓度分 别为2.5、5.0¨ nL,提示Cur对增殖期细胞的敏感 的敏感性约为人正常骨髓有核细胞的5倍,在对 K562细胞抑制超过95%时,对人正常骨髓单个核 细胞几无毒性,Cur对K562细胞细胞的选择性杀伤 作用提示该药具有很好的应用前景。 集落形成法为判断细胞增殖状态的可靠方法 【8J本文以此方法测定Cur 1~10 ̄g/mL对K562细胞 性约为坪期细胞的2倍,属于优势杀灭增殖期细胞 维普资讯 http://www.cqvip.com ·252· 世界肿瘤孝专2007年第6卷第4期Tumour JournaloftheWorldVolume 6,Number4,Dec 2007 的抗癌药。 rhizomes of carcuma xanthorriza and alpinia officinarum[J1. Chem Pharm Bull,1987,35:32.38. K562细胞是来源于慢性粒细胞白血病(CML) 红白血病变的细胞株,对化疗药物诱导的细胞调亡 有很强的抵抗性,这种抗凋亡的机理可能与CML 特征性的bcr/abl融合基因所表达的P210bcr/a 融合 蛋白具有很强的酪氨酸激酶(PTK)活性有关[1¨。本 文以AO/EB荧光染色法、DNA倍体分析、DNA凝 [5】 [4】 许建华,李常春,黄自强.雷公藤内脂对HeLa细胞的细胞动力 学影响[J】.中国药理学报,1989,10(6):550—556. 周建军,乐秀芳,韩家娴,等.评价抗癌物质活性的改良MTT 方法[J】.中国医药工业杂志,1993,24(10):455—458. [6】 Barranco SC,Novak JK,Humphrey RM.Response of mammalian cells following treatment with bleomycin and 1, 3-bis 胶电泳以及电镜超微结构观察等方法分析表明,Cur 5.0,10.0 ̄tg/mL作用24h,可诱导K562细胞凋亡,提 示Cur对CML的治疗可能具有一定的意义。细胞 凋亡的途径主要有两条,一条是通过胞外信号激活 细胞内的凋亡酶caspase,另一条是通过线粒体释放 凋亡酶激活因子激活caspase。这些活化的caspase 可将细胞内的重要蛋白降解,引起细胞凋亡。本研 究表明,Cur能促进K562细胞中细胞色素C从线 粒体释放,激活Caspase.3,引起细胞凋亡。 参考文献: [1】 Ammon HPT,Wahl MA.Pharmacology of curcuma longa[J].Planta Med,1991,57(1):1-7. [2】 [9】 [8】 [7】 (2-chloro—ethy1)·1-nirtosourea during plateau phase[J].Cancer Res, 1973,33(1):691—696. 李学汤,林晨,李佩茵.体外测定抗癌药物细胞毒作用的方法比 较[J】.中华血液学杂志,1986,8(3):184—188. 陈丽娟,盛瑞兰,汪承亚,等.AO/EB荧光染色法测定阿糖胞苷 诱导HL一60细胞凋亡[J】.中华血液学杂志,1998,19(1):41—48. Bedi A,Burber JP,Bedi GC,et a1.BCR—ABL mediated ihibition of apoptosis with delay of G2/M transition after DNA damage:a mechanism of resistence to multiple anticancer agents[J].Blood, 1995,86(2):1 148—1 152. n J,Xu G,Yeung SC.Cytochrome c release is upsream tto [10】 Paactivation of caspase一9,caspase·8,and caspase一3 in the enhanced apoptosis of anaplastic thyroid cancer cells induced by manumycin and paclitaxel[J].J Clin Endocrinol Metab,2001,86(3):4731—4740. 许建华,赵蓉,吴国土,等.姜黄素的体内外抗肿瘤作用[J】.中 药药理与临床,1998,14(3):15—17. [1l】 吴丽贤,许建华,黄秀旺,等.姜黄素对K562细胞增殖的影响 及其与P210 激活的Ras信号途径的关系[J】.中国药理学通 [3】 Uehara SI,Yasuda I,Akiyama K,et a1.Diarylheptanoids from the 报,2003,19(1):33—37. (上接第247页) rine lung adenocarcinoma by nonsteroidal antiinflammatory drugs[J]. Int J Cancer,2004,1 10(6):825·830. h JY,Yen ML,et a1.Cyclooxygenase·2 induces [10】 Sun JL,Shichemical expression of cyclooxygenase一2 in squamous cell carcinoma of he esophagus[tJ].Am J Surg,2005,189:1 10·1 15. ske K,Myklebust AT,Aamdal S,et 1.Detacteion of bone marrow [14】 Beimetastases in small cell lung cancer patients.Comparison of EPI·nd aHER·2/Neu·dependent vascular endothelial growth factor· C up·regulation:a novel mechanism of lymphangiogenesis in lung immunologic and morphologic methods[J].Am J Pathol,2002,141: 531.538. ennan JA,Hruban RH.Moleculr assessament of histopathological [15】 Bradenocarcinoma[J】.Cancer Res,2004,64(2):554·564. Kim HS,Youm HR,Lee JS,et a1.Correlation between cyclooxy 2 genase 2 and tumor angiogenesis in non2small cell lung cancer[J]. Lung Cancer,2003,42:163·170.  a1.The relationship [12】 Heehan KM,Sheahan KO,Donoghue DP,etstaging in squamous·cell carcinoma of he head tnd aneck[J].N Eng J Med.2003.7:429.435. ppelius A,Kufer P,Honold G et a1.Limitations of [16】 Zireverse·transcriptase polymerase chain reaction analyses for detection of micrometasattic epithelil caancer cells in bone etbween cyclooxygenase·2 expression nd acolorectal cancer[J].Am J Surg,2005,378(13):1254·1257. T,Ezaki T,Kabashima A,et a1.Signiicafnce of immunohisto· [13】 Nozoe marrow[J].J Clin Oncol,1997,15:2701·2708. 

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