基于线粒体凋亡通路探讨防己诺林碱对前列腺癌PC3细胞的生物学行为的影响

2023-08-14 11:01李冬,董明国,房志科,黄林石,陈继英
湖南中医药大学学报 2023年7期
关键词:自噬增殖前列腺癌

李冬,董明国,房志科,黄林石,陈继英

〔摘要〕 目的 基于線粒体凋亡通路探究防己诺林碱(fangchinoline, FAN)对前列腺癌PC3细胞生物学行为的影响。方法 将前列腺癌PC3细胞按照FAN处理浓度分为4组,分别为FAN 0 μmol/L组、FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组,各组依次采用FAN 0 μmol/L (DMSO替代)、5 μmol/L、10 μmol/L和20 μmol/L进行处理,孵育48 h后进行实验。CCK-8法检测PC3细胞增殖,平板克隆法检测PC3细胞克隆形成能力,流式细胞仪检测PC3细胞凋亡,Transwell实验检测PC3细胞侵袭,划痕实验检测PC3细胞迁移,Western blot检测PC3细胞自噬相关蛋白和线粒体凋亡通路蛋白。结果 与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞增殖能力、克隆形成能力、侵袭和迁移能力明显降低(P<0.001),凋亡率明显升高(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比, FAN 20 μmol/L组的PC3细胞增殖能力、克隆形成能力、侵袭和迁移能力明显降低(P<0.001);与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞中P62和Bcl-2蛋白表达明显降低(P<0.001),LC3B、Bax和Caspase-3蛋白表达明显升高(P<0.001)。结论 FAN可能通过线粒体凋亡通路抑制细胞增殖、侵袭和迁移,促进其自噬和凋亡,并呈现剂量依赖性。

〔关键词〕 前列腺癌;防己诺林碱;线粒体凋亡;PC3细胞;增殖;自噬

〔中图分类号〕R285.5       〔文献标志码〕A        〔文章编号〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2023.07.007

Effects of fangchinoline on biological behavior of prostate cancer PC3

cells based on mitochondrial apoptosis pathway

LI Dong, DONG Mingguo, FANG Zhike, HUANG Linshi, CHEN Jiying

Dongguan Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Dongguan, Guangdong 523005, China

〔Abstract〕 Objective To explore the effects of fangchinoline (FAN) on the biological behavior of prostate cancer PC3 cells based on mitochondrial apoptosis pathway. Methods Prostate cancer PC3 cells were divided into 4 groups according to FAN treatment concentrations, namely FAN 0 μmol/L, 5 μmol/L, 10 μmol/L and 20 μmol/L groups, which were treated with FAN 0 μmol/L (DMSO replacement), 5 μmol/L, 10 μmol/L and 20 μmol/L, respectively, then the experiment was carried out after 48 h incubation. The proliferation of PC3 cells was measured by CCK-8 method, the cloning ability of PC3 cells was determined by plate cloning method, the apoptosis of PC3 cells was detected by flow cytometry, the invasion of PC3 cells was checked by Transwell assay, the migration of PC3 cells was examined by scratch assay, and the autophagy related proteins and mitochondrial apoptosis pathway proteins of PC3 cells were measured by Western blot. Results Compared with FAN 0 μmol/L group, the proliferation, clone formation, invasion and migration of PC3 cells in FAN 5 μmol/L, 10 μmol/L and 20 μmol/L groups were significantly lower (P<0.001), and the apoptosis rate was significantly higher (P<0.001). Compared with FAN 5 μmol/L and FAN 10 μmol/L groups, the proliferation, clone formation, invasion and migration of PC3 cells in FAN 20 μmol/L group were significantly lower (P<0.001). Compared with FAN 0 μmol/L group, the expressions of P62 and Bcl-2 in PC3 cells in FAN 5 μmol/L, 10 μmol/L and 20 μmol/L groups were significantly lower (P<0.001), and the expressions of LC3B, Bax and Caspase-3 proteins were significantly higher (P<0.001). Conclusion FAN may inhibit cell proliferation, invasion and migration through mitochondrial apoptosis pathway, and promote autophagy and apoptosis in a dose-dependent manner.

〔Keywords〕 prostate cancer; fangchinoline; mitochondrial apoptosis; PC3 cells; proliferation; autophagy

前列腺癌是男性泌尿生殖系统高发的一种恶性肿瘤,好发于中老年男性,随着年龄的增高,前列腺癌的发病率逐渐升高[1]。我国前列腺癌的发病率虽然低于西方国家,但由于部分人群的饮食和生活方式西方化,人口老龄化加剧以及筛查手段的普及,我国前列腺癌的发病率和死亡率呈显著上升趋势[2]。因该病早期无明显症状,导致大部分患者确诊时已为前列腺癌的中晚期,所以,前列腺癌早期诊断和治疗一直备受临床关注。前列腺癌的发生和进展的过程比较复杂,涉及多种机制的参与,前列腺癌起源于前列腺上皮内瘤变,并受生活方式和饮食等多种因素的驱动[3]。目前,临床上针对前列腺癌的治療主要以药物和手术根治性治疗为主要手段[4],早期通过手术根治性治疗,5年的生存率可以达到95%以上[5]。但是前列腺癌容易出现骨转移,最后发展为去势抵抗性前列腺癌,可以通过内分泌结合放疗或者化疗的方法来延长患者的生存期,但是化疗方案不仅存在一定的不良反应,还容易产生耐药性等[6],所以临床需要探索新的治疗方式,对于前列腺癌的治疗具有重要的意义。

防己诺林碱(fangchinoline, FAN)是从防己中提取的一种中药单体,具有较好的药用价值[7-9]。现代研究表明,FAN具有镇痛、抗血小板聚集、抗炎和降压等作用[10]。也有研究表明,该药物有抗菌、抗肿瘤的作用[11],但关于FAN在前列腺癌中的相关作用机制报道较少,所以本研究基于线粒体凋亡通路,探究FAN对前列腺癌细胞PC3增殖、凋亡、侵袭、迁移能力及自噬的影响,进一步阐明其对前列腺癌的治疗作用及其机制。

1 材料与方法

1.1  细胞来源

实验细胞前列腺癌细胞株PC3来源于中国科学院细胞库(批号:20190117)。

1.2  主要试剂

FAN(成都思科华生物技术有限公司,批号:20120405);胰蛋白酶、胎牛血清(武汉爱博泰克生物科技有限公司,批号:A1267、A1311);CCK-8增殖检测试剂盒、BCA蛋白定量试剂盒(碧云天生物技术有限公司,批号:18104001、2010201);4%多聚甲醛(成都思科华生物技术有限公司,批号:180319);P62、LC3B、Bcl-2、Bax和Caspase-3一抗(美国San?鄄taCruz公司,批号:B5172、ST005、P0263、BL520B、B40721);辣根过氧化酶标记的二抗(美国Pierce公司,批号:BL516B);Matrigel胶(北京索莱宝公司,批号:150316)。

1.3  主要仪器

INCO108型CO2恒温培养箱(德国Memmert公司);Tecan Infinite M200酶标仪(美国Bio-RAD公司);CKX53型倒置相差显微镜(Olympus公司);164-5050电泳仪(北京市六一仪器厂);D2060R 型流式细胞仪(艾森生物有限公司)。

1.4  细胞培养和分组

将前列腺癌PC3细胞放在含有10% FBS和1%青霉素、链霉素的RPMI 1640培养基中,置于37 ℃、5% CO2的培养箱培养,待PC3细胞融合度达到80%时,进行传代处理。细胞分组:将前列腺癌PC3细胞按照FAN处理浓度分为4组,分别为FAN 0 μmol/L组、FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组,各组依次采用DMSO、5 μmol/L FAN、10 μmol/L FAN和20 μmol/L FAN进行处理,细胞培养箱孵育48 h后进行后续实验。

1.5  CCK-8法检测PC3细胞增殖

将各组PC3细胞经胰蛋白酶消化,以1×104个细胞/mL每孔接种于96孔培养板中,将不同FAN浓度的PC3细胞设置3个不同的时间点,分别为24、48、72 h,培养一定时间后,弃掉培养基,每孔加入100 μL的CCK-8试剂和对应的含血清培养基,置于37 ℃、5% CO2的培养箱孵育4 h,采用酶标仪测定450 nm波长处细胞的吸光度,记录数值并计算。

1.6  平板克隆法检测PC3细胞克隆形成能力

将各组PC3细胞经胰蛋白酶消化,以1×104个细胞/孔接种于6孔培养板中,将不同浓度的FAN的PC3细胞分别设置3个复孔,置于37 ℃、5% CO2的培养箱培养7 d,吸去上清液,采用4%多聚甲醛固定15 min,吸去多聚甲醛,5%结晶紫染色10 min,PBS清洗,显微镜下观察细胞群落数量,计算细胞克隆的形成数量。

1.7  流式细胞仪检测PC3细胞凋亡

将各组PC3细胞以1×105个细胞/mL/孔接种于6孔培养板中,加入FAN,孵育48 h后,PBS清洗,收于1.5 mL的离心管中,向离心管中依次加入5 μL AnnexinV-FITC和10 μL PI,避光室温孵育20 min。孵育完成后,流式细胞仪检测细胞凋亡情况,采用FlowJo 10.6.2软件进行数据分析。

1.8  Transwell实验检测PC3细胞侵袭

采用不含血清培养基稀释Matrigel胶,将Transwell上室平铺Matigel胶50 μL,培养基中培养30 min。将不同FAN浓度的PC3细胞调整为1×105/mL,在每个Transwell上室加入细胞悬液200 μL,下室加入相同药物浓度的正常培养基,设置3个复孔,常规培养24 h后,吸走培养基,4%多聚甲醛固定10 min,PBS清洗,结晶紫染色10 min,PBS清洗,显微镜下拍照。

1.9  划痕试验检测PC3细胞迁移

将各组PC3细胞经胰蛋白酶正常消化,离心处理,4000 r/min,离心半经10 cm,4 ℃条件下离心10 min,离心后放在含有血清的DMEM高糖培养基重悬细胞,以5×105个/mL接种于每孔中,孵育2 h,在培养板上横线划痕,PBS清洗,置于37 ℃、5%的CO2的培养箱孵育24 h,于0 h和24 h在光学显微镜下取样,应用Image-Pro Plus Version 6.0软件测量。

1.10  Western blot检测PC3细胞自噬相关蛋白和线粒体凋亡通路蛋白

将各组PC3细胞加入RIPA蛋白质裂解液进行蛋白质提取,采用BCA蛋白质测定试剂盒检测蛋白浓度。上样前向蛋白质样品中加入5×loading buffer,电泳,转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉封闭2 h,加入蛋白P62(1∶1 000稀释)、LC3B(1∶1 000稀释)、Bcl-2(1∶1 000稀释)、Bax(1∶1 000稀释)和Caspase-3(1∶1 000稀释)一抗,4 ℃孵育过夜,加入辣根过氧化酶标记的二抗(1∶1 000稀释),37 ℃培养箱中孵育1 h。经ECL化学发光显色,凝胶成像,Image J图像处理软件进行分析处理。

1.11  统计学分析

采用SPSS 21.0软件进行数据分析,计量资料符合正态分布和方差齐性采用“x±s”表示,组间两两比较采用t校验,多组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA),以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1  FAN对前列腺癌PC3细胞增殖的影响

FAN 0 μmol/L组、FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞增殖率分别为100.00%±0.00%、77.83%±21.62%、45.42%±11.28%和10.47%±3.59%。与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组在24~72 h的PC3细胞增殖能力明显降低(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞增殖能力显著降低(P<0.001)。

2.2  FAN对前列腺癌PC3细胞克隆形成能力的影响

与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞克隆形成能力明显降低(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞克隆形成能力显著降低(P<0.001)。详见表1和图1。

2.3  FAN对前列腺癌PC3细胞凋亡的影响

与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞凋亡率明显升高(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞凋亡率显著升高(P<0.001)。详见表1和图2。

2.4  FAN对前列腺癌PC3细胞侵袭和迁移的影响

与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞侵袭和迁移能力明显降低(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞侵袭和迁移能力显著降低(P<0.001)。详见表1和图3—4。

2.5  FAN对前列腺癌PC3细胞自噬相关蛋白的影响

与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞P62蛋白表达明显降低(P<0.001),LC3B蛋白表达明显升高(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞P62蛋白表达显著降低(P<0.001),LC3B蛋白表达显著升高(P<0.001)。详见表2和图5。

2.6  FAN对前列腺癌PC3细胞线粒体凋亡通路蛋白相对表达的影响

与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组的PC3细胞Bcl-2蛋白表达明显降低(P<0.001),Bax和Caspase-3蛋白表达明显升高(P<0.001);与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞Bcl-2蛋白表达显著降低(P<0.001),Bax和Caspase-3蛋白表达显著升高(P<0.001)。详见表3和图5。

3 讨论

前列腺癌就是发生于男性前列腺组织中的恶性肿瘤,是前列腺腺泡细胞异常无序生长的结果[12]。前列腺癌的发病率具有明显的地理和种族差异,是西方国家常见的恶性肿瘤肿瘤之一,现已经成为男性死亡的第二大原因[13]。前列腺癌的发展与前列腺组织的炎症具有一定的相关性[14],在临床上,许多慢性炎症在后期使致癌因子在种族、年龄、遗传、饮食以及生活方式等因素的影响下,发生和发展成为肿瘤[15]。其中,家族遗传是前列腺癌的第二大影响因素,控制着5%的前列腺癌的遗传易感性[16]。另外,前列腺癌是睾酮依赖性恶性肿瘤,在日常饮食中摄入高纤维、低脂肪食物可以减少血液中70%的睾酮,抑制前列腺癌的发生[17]。近年来,我国前列腺癌的发病率明显低于西方国家,但是随着工业的发展,致癌因素增多,导致我国前列腺癌的发病率和死亡率逐年上升[18]。据调查统计,我国前列腺癌的发病率位于第5位,死亡率位居第9位,严重威胁着男性的健康[19]。因此,前列腺癌的治療已经受到了国内外学者的高度重视,已成为肿瘤研究的热点之一。

天然產物及其结构修饰衍生物一直是研发抗肿瘤新药的自然宝库,包括紫杉醇类化合物、长春碱类化合物等挽救和延长了无数肿瘤患者的生命,一直在临床上占据重要地位[20]。防己始载于《神农本草经》中李当之《药录》,归膀胱、肺经,味苦性寒[21]。防己分为汉防己和木防己两大类,汉防己是防己科植物粉防己的干燥根,主要成分为FAN和粉防己碱[22]。实验表明,FAN具有抗氧化、抗炎镇痛、免疫调节、抗肿瘤和诱导细胞自噬等作用[23]。相关研究表明,FAN可通过线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡和降低磷酸化Akt来抑制乳腺癌细胞增殖[24]。也有研究报道,FAN以剂量依赖性地抑制人宫颈癌细胞的黏附、迁移和侵袭能力,而没有明显的细胞毒作用,作为治疗宫颈癌转移的候选药物[25]。另有研究表明,FAN可以抑制肺癌H1299和A549细胞的增殖、迁移和侵袭,并促进其凋亡[26]。

本研究通过体外实验首先验证了FAN对前列腺癌PC3细胞增殖、克隆形成、凋亡、侵袭和迁移的影响,结果显示,与FAN 0 μmol/L组相比,FAN 5 μmol/L组、FAN 10 μmol/L组和FAN 20 μmol/L组PC3细胞增殖能力、克隆形成能力、侵袭和迁移能力明显降低,PC3细胞凋亡率明显升高;与FAN 5 μmol/L组和FAN 10 μmol/L组相比,FAN 20 μmol/L组的PC3细胞增殖能力、克隆形成能力、侵袭和迁移能力显著降低,细胞凋亡率显著升高。从而说明,随着FAN浓度的逐渐升高,PC3细胞增殖能力、克隆形成能力、侵袭和迁移能力逐渐降低,而PC3细胞凋亡率逐渐升高。随后验证了FAN对前列腺癌PC3细胞自噬的影响,结果显示,FAN浓度越高,自噬相关蛋白P62蛋白表达越低,而LC3B蛋白表达越高。细胞自噬是生物体内细胞组分降解及循环的重要通路,自噬的主要功能是清除细胞内的大蛋白及损伤的细胞器,以保持细胞内营养物质的再利用及细胞内稳态的维持[27]。相关研究表明,肿瘤细胞内的自噬与肿瘤的生长与发展密切相关[28]。LC3B、P62是最常用于检测的自噬相关蛋白,LC3B是细胞自噬过程的重要调控因子,与自噬过程的发生密切相关[29],而P62的最突出的作用就是作为细胞选择性自噬的底物[30]。上述结果表明,FAN具有诱导细胞自噬的作用。

细胞凋亡是一种必不可少的程序性细胞死亡途径,线粒体、内质网应激和死亡受体是3条主要的凋亡通路[31]。线粒体作为调节细胞存活和凋亡的重要细胞器,在抗癌药物发挥药理作用过程中扮演关键的角色[32],一旦线粒体分裂和融合之间的平衡被打破,线粒体结构功能将受损,释放凋亡相关因子,凋亡因子在细胞凋亡过程中发挥着至关重要的作用[33]。本研究结果显示,FAN浓度越高,Bcl-2蛋白表达越低,而Bax和Caspase-3蛋白表达越高。当接收到凋亡信号时,线粒体的Bcl-2等癌基因蛋白的表达减小,Bax等促凋亡蛋白的水平升高,促使线粒体膜极化,诱导Caspase-3的激活,促进某些相关蛋白穿过线粒体膜[34]。

综上所述,FAN可能通过线粒体凋亡通路抑制细胞增殖、侵袭和迁移,促进其自噬和凋亡,并呈现剂量依赖性,对前列腺癌具有一定的辅助治疗价值。

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(本文编辑  苏  维)

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前列腺癌,这些蛛丝马迹要重视
‘金凯特’杏的组织培养与快繁
普伐他汀对人胰腺癌细胞SW1990的影响及其协同吉西他滨的抑瘤作用
自噬在糖尿病肾病发病机制中的作用
亚精胺诱导自噬在衰老相关疾病中的作用
雷帕霉素对K562细胞增殖和凋亡作用的影响
自噬在不同强度运动影响关节软骨细胞功能中的作用