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1 第 39 卷第 4 期 2018 年 8 月 同济大学学报 ( 医学版 ) JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(MEDICAL SCIENCE) Vol 39 No 4 Aug doi: / j 基础研究 苦参碱通过 P38 通路调节 H2AX 磷酸化抑制宫颈癌细胞的增殖及迁移 赵淑婷, 雷 蕾, 程静新 ( 同济大学附属东方医院妇产科, 上海 ) 摘要 目的探讨苦参碱对宫颈癌细胞增殖 凋亡 迁移的影响及其可能的分子机制 方法不同浓度苦参碱作用于宫颈癌细胞, 通过 CCK8 法,EdU 法 流式细胞术 Transwell 实验 划痕实验检测细胞的增殖 凋亡 迁移能力 利用 Western 印迹法检测苦参碱对 H2AX 磷酸化蛋白 ( 即 γh2ax) P38 磷酸化蛋白 ( 即 pp38) 水平的影响 通过干扰 H2AX(Ser139) 位点的磷酸化, 检测苦参碱对宫颈癌细胞增殖 迁移的影响 通过干扰 P38 磷酸化, 检测苦参碱对 H2AX 磷酸化的影响 结果苦参碱对宫颈癌细胞体外增殖具有显著抑制作用 ( P<0 05), 且呈药物浓度依赖性 ; 苦参碱显著提高细胞凋亡率, 而对迁移能力具有显著抑制作用 (P<0 05); 苦参碱能够显著促进 γh2ax 及 pp38 蛋白的表达 (P<0 05), 且呈浓度依赖性 H2AX( Ser139) 位点的磷酸化是苦参碱发挥抑增殖和迁移的作用位点 苦参碱通过 P38 通路调控 H2AX(Ser139) 位点的磷酸化 结论苦参碱抑制宫颈癌细胞的增殖和迁移, 诱导细胞凋亡, 可能是通过调控 P38 通路使 H2AX(Ser139) 位点磷酸化发挥对宫颈癌的抑癌作用 关键词 苦参碱 ; 宫颈癌 ; 增殖 ; P38; H2AX 基因 中图分类号 R711 文献标志码 A 文章编号 (2018) Matrine inhibits proliferation and migration of cervical cancer cells through H2AX phosphorylation regulated by P38 signaling pathway ZHAO Shu ting, LEI Lei, CHENG Jing xin ( Dept. of Obstetrics and Gynecology, East Hospital, Tongji University, Shanghai , China) Abstract Objective To investigate the effects of matrine on the proliferation and migration of cervical cancer cells and the underlying mechanisms. Methods CCK 8 assay, EdU assay, Transwell assay and wound healing assay were applied to examine the proliferation, apoptosis and migration of cervical cancer SiHa and C33A cells. Western blotting was applied to detect the expression of H2AX and P38 in cervical cancer cells. CCK8 and Transwell assay were used to detect the effect of matrine on the cell proliferation and migration by interfering with H2AX phosphorylation. Western blot was used to detect the H2AX phosphorylation by interfering with P38 phosphorylation. Results Matrine suppressed the proliferation(p<0 05), induced apoptosis and inhibited the migration of cervical cancer cells(p<0 05). Further investigation discovered that matrine significantly induced the phosphorylation of the H2AX and P38 in a dose dependent manner ( P < 0 05). Matrine inhibited proliferation and migration by phosphorylation of H2AX ( Ser139) site. Matrine regulated phosphorylation of H2AX 22 收稿日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金 ( ) 作者简介 : 赵淑婷 (1990 ), 女, 硕士研究生.E mail: zhaoshuting2015@ 163.com 通信作者 : 程静新.E mail: @ 163.com

2 第 4 期赵淑婷等 : 苦参碱通过 P38 通路调节 H2AX 磷酸化抑制宫颈癌细胞的增殖及迁移 ( Ser139 ) site through the P38 pathway. Conclusion Matrine can inhibit cervical cancer cell proliferation and migration in vitro and this action may be related to P38 signaling pathway and phosphorylation of H2AX ( Ser139) site. Key words matrine; cervical cancer; proliferation; P38; H2AX 宫颈癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一, 且发 病率逐年增高 [1] 即使在早期宫颈癌根治性切除 术后, 仍大约有 20% ~ 30% 的患者复发 [2 3] 化疗广 泛用于治疗复发或转移性疾病 [4] 苦参碱是一种从豆科槐属植物中提取的生物 碱, 具有利尿 抗病原体 抗肝炎病毒等作用, 且无明 显的毒性作用 [5 7] [8 10] 既往研究表明, 苦参碱可能 是通过抑制癌细胞增殖 诱导细胞凋亡和细胞自噬 而对胃癌 乳腺癌 非小细胞肺癌和胰腺癌等发挥抗 肿瘤作用 其抗肿瘤作用极其复杂, 涉及对细胞增 殖 凋亡及周期的影响 本研究旨在探讨苦参碱对 宫颈癌细胞生长和转移的抑制作用与 H2AX 是否 相关 1 材料与方法 1 1 主要试剂 苦参碱 ( 分析纯 ) 购自上海源叶公司, 磷酸缓冲盐 溶液 (phosphate buffer saline, PBS) 购自美国 Corning 公司 ;Lipofectamine TM 3000 购自美国 Invitrogen 公司 ; Cell Counting Kit 8(CCK8) 试剂盒购自日本同仁公司 ; Cell Light EdU Apollo 567 In Vitro Imaging Kit 购自 广州锐博公司 ; 细胞凋亡与坏死检测试剂盒购自上海 碧云天生物技术有限公司,Annexin V FITC 试剂盒 Transwell 小室购自美国 BD 公司 ; 鼠单克隆抗体 β actin 购自美国 Proteintech 公司 ; 兔单克隆抗体 H2AX P38 抗鼠 IgG 及抗兔 IgG 二抗购自英国 Abcam 公司 1 2 细胞系 人宫颈癌 SiHa C33A 细胞购自中国科学院上 海细胞库 SiHa 细胞用含有 10% 血清的 DMEM 培 养液培养 ;C33A 细胞用含有 10% 血清的 MEM 培养 液培养 以上细胞置于 37,5% CO 2 饱和湿度下 贴壁培养, 根据细胞生长状况 1 ~ 2 d 换液一次 1 3 方法 CCK8 试验将对数生长期细胞按 / 孔接种于 96 孔板, 贴壁后更换不同浓度苦参碱 (0 ~ 2 mg / ml) 培养基, 于 h 后按照 CCK8 说明书配制 CCK8 溶液, 在培养箱中温育 2 h, 用酶标仪测定 450 nm 处吸光度值 (A 450 ) EdU 法将 个宫颈癌细胞接种于 96 孔板, 贴壁后更换培养基,24 h 后按 EdU 试剂盒说明配置溶液, 试剂 A 液孵育 2 h,4% 多聚甲醛固定, 甘氨酸脱色, 渗透剂孵育 Apollo 反应溶液避光 室温 孵育后 Hoechst33342 反应液避光室温孵育, 于荧光显微镜下观察 流式细胞术将细胞种于 6 孔板培养 12 h 后, 更换正常及含 0 5 mg / ml 苦参碱的培养基, 作用 24 h 后的细胞, 用预冷 PBS 充分洗涤细胞 3 次, 按照 Annexin V FITC 试剂盒说明书配置溶液, 细胞用 195 μl 结合缓冲液和 5 μl Annexin V FITC 室温避光孵育 10 min, 然后加入 10 μl 碘化丙啶室温避光孵育 10 min, 上机检测细胞凋亡率 细胞凋亡与坏死检测将 个宫颈癌细胞接种于 6 孔板, 贴壁后更换不同浓度苦参碱培养基, 作用 24 h 后, 先加入 Hoechst33342 染液 4 避光孵育 30 min, 再加入碘化丙啶染液 4 避光孵育 30 min 进行双标记染色, 于荧光显微镜下观察 细胞迁移试验在 Transwell 小室中加入 200 μl( 个 / ml) 不同处理后的无血清细胞悬液, 底部加入 600 μl 含 10% 血清的培养液 置于 37 培养箱中孵育 24 h, 将小室置于 4% 多聚甲醛溶液中固定后结晶紫染色,PBS 轻轻冲洗小室, 用棉棒将室顶细胞轻轻擦去, 晾干后于倒置显微镜观察, 随机取 3 个视野进行拍照, 统计细胞迁移率 划痕实验将细胞以每孔 密度接种于 6 孔板中, 待细胞贴壁长满后时用 10 μl 枪头垂直划一条直线, PBS 冲洗去除划下细胞, 更换含 ( mg / ml) 苦参碱的无血清的培养基, 放入 37 培养箱中培养, 用倒置显微镜下分别在 0 24 h 拍照 Western 印迹法检测干预后的细胞经预冷 PBS 漂洗后, 用 RIPA 裂解液处理后轻轻刮下细胞, 冰上反应 30 min 后超声并离心获得各组细胞总蛋 23

3 第 39 卷 同济大学学报 医学版 白 BCA 法检测蛋白浓度 与 5 SDS 蛋白上样缓冲 2 2 白 SDS PAGE 分离并转膜后用 5 脱脂牛奶封闭 1 h 化丙啶双染实验 评估苦参碱对宫颈癌细胞凋亡形 二抗 1 10 000 室温孵育 1 h 进行 ECL 反应 利 降低 出现亮蓝色 核染色质固缩染色体碎裂 固缩 溶液混合 100 下变性 8 min 每孔上样 30 μg 蛋 苦参碱对 SiHa C33A 细胞凋亡的影响 通过细胞凋亡与坏死检测 Hochest33342 和碘 后加入相应一抗 1 1 000 4 孵育过夜 随后加入 态的影响 结果显示 苦参碱作用后的细胞密度明显 用 Image J 软件分析蛋白条带 的细胞被染成亮蓝色或淡红色 通过流式细胞术 1 4 检测结果显示 苦参碱诱导细胞凋亡率升高 差异有 统计学处理 采用 SPSS 17 0 统计软件进行统计分析 所有 数据均以 x±s 表示 两组间比较采用 t 检验 多组之 间的检验采用单因素方差分析 P 0 05 为差异有 统计学意义 P 0 05 见图 2 2 3 苦参碱对 SiHa C33A 细胞迁移的影响 通过 Transwell 实验与划痕实验检测苦参碱对 统计学意义 宫颈癌迁移能力的影响 Transwell 实验结果显示 2 较正常对照组 苦参碱作用后的宫颈癌细胞的穿膜 结 2 1 果 苦参碱对 SiHa C33A 细胞增殖的影响 CCK8 法检测 0 0 25 0 5 1 0 2 0 mg ml 苦 参碱诱导 24 48 72 h 后对宫颈癌细胞 SiHa C33A 细胞增殖的影响 相同作用时间下 抑制作用随苦 参碱浓度的升高而增强 相同浓度下 抑制作用随苦 数量均减少 差异有统计学意义 P 0 05 划痕实 验结果显示 处理 24 h 时 正常对照组细胞划痕宽 度大于苦参碱作用后的宫颈癌细胞 即迁移能力受 到显著抑制 差异有统计学意义 P 0 05 见图 3 2 4 苦参碱对 SiHa C33A 细胞 H2AX P38 表达的影响 通过 Western 印 迹 法 检 测 苦 参 碱 对 γh2ax 参碱作用 时 间 的 延 长 而 增 强 在 苦 参 碱 浓 度 高 于 pp38 蛋白水平的影响 结果显示苦参碱随着药物浓 0 5 mg ml 时 差异有统计学意义 P 0 05 EdU 度增高 γh2ax pp38 的表达显著增高 即 H2AX 实验结果显示 1 mg ml 苦参碱作用后细胞的增殖 P38 磷酸化水平随着苦参碱浓度增高而增加 差异 受到抑制 差异有统计学意义 P 0 05 见图 1 有统计学意义 P 0 05 见图 4 Fig 1 图 1 苦参碱对宫颈癌细胞 SiHa C33A 增殖的影响 The effect of matrine on SiHa and C33A cell proliferation A CCK8 实验检测不同时间点 不同苦参碱对宫颈癌细胞增殖的影响 B EdU 法检测苦参碱对宫颈癌细胞增殖的影响 与对照组相 比 P 0 05 24

4 第4期 赵淑婷 等 苦参碱通过 P38 通路调节 H2AX 磷酸化抑制宫颈癌细胞的增殖及迁移 图 2 苦参碱对宫颈癌细胞 SiHa C33A 凋亡的影响 Fig 2 The effect of matrine on SiHa and C33A cell apoptosis A 细胞凋亡实验对宫颈癌细胞凋亡的检测 B 流式细胞术对宫颈癌细胞凋亡的检测 与对照组相比 P 0 05 Fig 3 图 3 苦参碱对宫颈癌细胞 SiHa C33A 侵袭和迁移的影响 The effect of matrine on invasion and migration of SiHa and C33A cells A 宫颈癌细胞侵袭能力 B 宫颈癌细胞迁移能力 与对照组相比 P 0 05 25

5 第 39 卷 同济大学学报 医学版 Fig 4 2 5 图 4 苦参碱对宫颈癌细胞 SiHa C33A 中 H2AX 基因表达的影响 The effect of matrine on the expression of H2AX in cervical cancer cells 与 0 mg ml 苦参碱组相比 P 0 05 H2AX 磷酸化对苦参碱作用的宫颈癌细胞增 迁移的影响 结果显示 与 H2AX wt 组相比 苦参 碱对 H2AX 139m 组宫颈癌细胞的增殖抑制程度减 殖 迁移的影响 在宫颈癌细胞 SiHa 中稳转 H2AX wt 和 H2AX 低 迁移率明显增强 即 H2AX 磷酸化的阻断可降 139m 含有 Ser139 突变以阻断磷酸化 后加入苦参 低苦参碱对宫颈癌细胞的抑增殖 抑迁移的作用 差 碱 检测 H2AX 的磷酸化不同对宫颈癌细胞增殖 Fig 5 异有统计学意义 P 0 05 见图 5 图 5 H2AX 磷酸化对苦参碱作用的宫颈癌细胞增殖 迁移的影响 The effect of H2AX phosphorylation on proliferation and migration in cervical cancer cells A CCK8 法检测苦参碱在 H2AX 不同磷酸化下对宫颈癌细胞 48 h 增殖的抑制率的影响 B Transwell 实验检测苦参碱在 H2AX 不同 磷酸化下对宫颈癌细胞迁移的影响 与 H2AX wt 组相比 P 0 05 2 6 苦参碱通过 P38 信号通路对宫颈癌细胞 H2AX 磷酸化的影响 在宫颈癌细胞 SiHa 中加入 P38 磷酸激酶抑制 剂 SB202190 通过 Western 印迹法检测 P38 磷酸化 被抑制后对 γh2ax pp38 表达的影响 结果显示 加入抑制剂后 P38 信号磷 酸 化 通 路 被 抑 制 同 时 H2AX 磷酸化水平也随之降低 差异有统计学意义 P 0 05 见图 6 图6 苦参碱通过 P38 信号通路对宫颈癌细胞 H2AX 磷酸化的影响 Fig 6 The effect of Matrine on the phosphorylation of H2AX in cervical cancer cells through P38 signaling pathway 与苦参碱组相比 P 0 05 26

6 第 4 期赵淑婷等 : 苦参碱通过 P38 通路调节 H2AX 磷酸化抑制宫颈癌细胞的增殖及迁移 3 讨论 苦参碱对多种肿瘤有抑制作用, 且毒副作用较 小, 是一种应用于临床的高效 低毒的新型抗肿瘤 [8,11] 药 既往研究表明, 苦参碱在病毒性肝炎 心律 失常 皮肤炎症等的治疗中广泛应用, 且与标准疗法 联合应用能显著改善癌症患者的生活质量和预后, 显示其作为抗癌药物的潜力 然而, 其对肿瘤抑制 作用的具体机制目前还不明确, 尤其是在宫颈癌中 在本实验中, 探究不同浓度苦参碱对人宫颈癌细胞 系 SiHa 和 C33A 细胞功能的影响, 及与 P38 / H2AX 基因表达的相关性, 以期揭示苦参碱对宫颈癌抑癌 作用的机制 肿瘤细胞的增殖能力与肿瘤的恶性程度密切相 关 本研究验证了苦参碱对宫颈癌细胞增殖的抑 制, 苦参碱对宫颈癌 SiHa 和 C33A 细胞的增殖显著 抑制, 且呈剂量依赖 肿瘤的发生 发展不仅与细胞 的增殖分化有关, 还与细胞的凋亡障碍有密切关系, 细胞凋亡是维持机体自身稳态所必须的生理性细胞 自杀过程, 苦参碱在肝细胞癌中可通过凋亡诱导因 子的核转位而产生的细胞凋亡, 本研究发现在宫颈 癌中, 苦参碱可促进细胞凋亡 迁移和侵袭是评价 宫颈癌预后的重要指标并提示治疗后效果, 迁移能 力强的细胞更具有复发和转移的潜能 [12] 本实验 通过 Transwell 实验和划痕实验检测苦参碱对宫颈 癌细胞的迁移和侵袭能力的影响, 发现苦参碱在宫 颈癌中显著抑制细胞的迁移能力 这一结果与前列 腺癌的低迁移率一致 [5], 进一步验证了苦参碱对宫 颈癌细胞迁移的抑制作用 [13] ; 通过 CCK8 EdU 等 实验技术, 针对细胞的增殖 凋亡 转移等多角度综 合证明苦参碱对宫颈癌的抑增殖 促凋亡 抑转移等 抗肿瘤作用 [14 15] 关于苦参碱对肿瘤抑制作用的机制研究认 为, 抑制作用可能与 mir 21/ PTEN / Akt 通路 AKT / GSK3β / β Catenin 等通路相关 本研究通过苦参碱 作用于宫颈癌细胞, 证明苦参碱随浓度增加可梯度增 加 γh2ax pp38 的表达, 提示苦参碱的抑癌作用可 能与 H2AX 相关 H2AX 属于编码组蛋白 H2A 家 族, 参与细胞的增殖和 DNA 的修复 [16] DNA 损伤 可导致增殖失控和驱动恶性肿瘤的形成 H2AX 在 Ser139 位点发生磷酸化进而调控细胞增殖 细胞凋 亡 DNA 的修复中起重要作用 在真核细胞中, 生 物 物理及化学因素等可使 DNA 损伤而形成 [17] γh2ax 在越来越多的证据表明,γH2AX 参与 多种人类恶性肿瘤的凋亡过程中 H2AX 磷酸化可 由 ATM ATR 和 DNA PKcs 催化 [18] [19 20] 研究报 道,H2AX 的磷酸化可通过 P38 丝裂原活化蛋白激 酶途径调控细胞的凋亡 在本研究中发现, 苦参碱 抑制宫颈癌增殖 迁移时,γH2AX pp38 的表达增 加, 提示苦参碱可能是通过诱导 H2AX 磷酸化进而 发挥作用 为证明 H2AX 是通过磷酸化激活发挥 作用, 通过抑制 H2AX 的磷酸化发现苦参碱对增 殖 迁移的抑制作用解除 为探究 γh2ax 的作用 通路, 通过阻断 H2AX 上游基因 P38 的磷酸化, 结 果证实 P38 磷酸化的阻断可抑制 γh2ax 的表达 综上所述, 本研究发现苦参碱能够有效抑制宫 颈癌 SiHa / C33A 细胞的增殖 迁移, 诱导细胞凋亡, 并证实苦参碱通过 P38 信号通路使 H2AX(Ser139) 位点磷酸化发挥抑增殖 抑迁移作用 本研究下一 步将继续阐述苦参碱有无其他通路调控 H2AX 的 表达, 为宫颈癌辅助治疗的临床前和临床评价奠定 基础 参考文献 [ 1 ] JEMAL A, BRAY F, CENTER M M, et al. Global cancer statistics[j]. CA Cancer J Clin, 2011,61(2): [ 2 ] FRIEDLANDER M, GROGAN M. Guidelines for the treatment of recurrent and metastatic cervical cancer [ J]. Oncologist, 2002,7(4): [ 3 ] ROTMAN M, SEDLIS A, PIEDMONTE M R, et al. A phase Ⅲ randomized trial of postoperative pelvic ir radiation in stage IB cervical carcinoma with poor prog nostic features: follow up of a gynecologic oncology group study[j]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2006,65 (1): [ 4 ] SCATCHARD K, FORREST J L, FLUBACHER M, et al. Chemotherapy for metastatic and recurrent cervical cancer[j]. Cochrane Database Syst Rev, 2012,10: D6469. [ 5 ] HUANG H, DU T, XU G, et al. Matrine suppresses invasion of castration resistant prostate cancer cells by downregulating MMP 2/ 9 via NF κb signaling path way[j]. Int J Oncol, 2017,50(2):

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