α-Hederin Regulates SREBP1/FASN Pathway and Inhibits Malignant Phenotype of Non-small Cell Lung Cancer
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摘要:目的
探讨α-常春藤皂苷对非小细胞肺癌细胞增殖和侵袭的调控作用及其相关分子机制。
方法采用梯度浓度α-常春藤皂苷分别处理A549和HCC-1833细胞24和48 h后, CCK8法检测细胞活力值(OD450nm)并计算半数抑制浓度(IC50)。根据IC50值将A549细胞和HCC-1833细胞分为空白对照组和α-常春藤皂苷组。EdU试剂盒检测细胞增殖, 流式细胞术检测细胞周期和细胞凋亡率, Transwell检测细胞迁移率, 划痕实验检测细胞侵袭率, Western blot检测SREBP1和FASN蛋白表达水平, 油红O染色检测细胞脂质积累。
结果肺癌细胞的存活率随α-常春藤皂苷的浓度升高显著降低, 48 h对应的A549细胞和HCC-1833细胞的IC50分别为15 μg/ml和25 μg/ml。与对照组相比, α-常春藤皂苷处理后, 细胞的增殖、迁移被显著抑制, 细胞阻滞于G1/S期, 细胞凋亡率增加, SREBP1和FASN的蛋白表达和细胞脂质积累都显著降低。
结论α-常春藤皂苷可抑制NSCLC细胞增殖、迁移, 诱导细胞凋亡, 使细胞阻滞于G1/S期, 通过下调SREBP1和FASN的表达, 减少细胞脂质积累, 阻碍非小细胞肺癌恶性进程。
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关键词:
- α-常春藤皂苷 /
- 非小细胞肺癌 /
- 固醇调节元件结合蛋白-1 /
- 脂肪合成酶 /
- 脂质积累
Abstract:ObjectiveTo explore the regulative effect of α-Hederin on the proliferation and invasion of NSCLC and investigate its related molecular mechanism.
MethodsAfter A549 and HCC-1833 cells were treated with a concentration gradient of α-Hederin for 24 and 48 h, the OD450nm was detected by using CCK8 assays, and the IC50 was calculated.The A549 and HCC-1833 cells were divided into the blank control and α-Hederin groups in accordance with IC50 values.Cell proliferation was detected by EdU assays, and cell cycle transformation and cell apoptosis were detected by flow cytometry.Cell mobility was detected by using Transwell and scratch assays.SREBP1 and FASN protein expression levels were detected through Western blot analysis, and cell lipid accumulation was detected via oil red O staining.
ResultsThe survival rate of lung cancer cells decreased significantly with the increase of α-Hederin concentration, and the IC50 values of A549 and HCC-1833 cells at 48 h were 15 and 25 μg/ml, respectively.Compared with the blank control group, cells proliferation and migration were significantly inhibited, cells were blocked in the G1/S phase, the apoptosis rate increased, and the protein expression and lipid accumulation of SREBP1/FASN significantly reduced after α-Hederin treatment.
Conclusionα-Hederin can inhibit the proliferation and migration, G1/S phase transition and induce the apoptosis of NSCLC cells and hinder the malignant progression of NSCLC by downregulating the expression of SREBP1 and FASN and reducing the accumulation of cell lipids.
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Key words:
- α-Hederin /
- NSCLC /
- SREBP1 /
- FASN /
- Lipid accumulation
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0 引言
非小细胞肺癌(NSCLC)一般发现较晚,且肺癌细胞的化疗耐药和侵袭转移常导致患者预后不良,现阶段仍无有效的治疗手段,非小细胞肺癌的远期疗效仍不乐观。α-常春藤皂苷是存在于白头翁中的一种单桥糖三萜皂苷,也称五环三萜类皂苷,化学式为C41H66O12,含有鼠李糖和果胶糖,鼠李糖具有还原性和水溶性,果胶糖具有良好的胶凝化和乳化稳定作用。五环三萜类皂苷多存在于五加科和伞型植物中,是天然型皂苷中一类广泛应用于临床的化合物,具有广泛的生物活性,如抗病毒、抗炎性反应等,对多种肿瘤细胞具有良好的抗肿瘤作用。白头翁具有清热解毒、凉血止痢、燥湿杀虫等功效。近年来,多个研究表明α-常春藤皂苷在多种肿瘤细胞中具有抗癌和抗增殖活性[1]。
研究表明,多种癌细胞会过表达脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FASN),FASN能够调节非小细胞肺癌的致癌信号和肿瘤免疫原性,固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)是参与胆固醇合成吸收及脂肪酸合成的关键核转录因子,调节体内脂质代谢水平,同时SREBPs依赖性脂质合成能促进肿瘤细胞增殖。已有研究表明,SREBP1在肿瘤中有潜在致癌作用,在宫颈癌、乳腺癌等多种肿瘤中发现SREBP1过表达[2-3]。但目前关于α-常春藤皂苷防治非小细胞肺癌的作用及其发挥药效的机制研究较少,α-常春藤皂苷是否能通过调控SREBP1/FASN通路并抑制非小细胞肺癌的恶性表型有待实验研究证实。本研究就此展开探讨,以期为非小细胞肺癌的防治提供思路。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试剂与仪器
DMEM培养基、胎牛血清(FBS)、磷酸缓冲盐溶液(PBS)、双抗(美国Gibco公司);胰酶(德国OXOID公司);人肺癌细胞株A459和HCC-1833(中科院细胞库赠予);α-常春藤皂苷(美国MCE公司);CCK8试剂盒(翌圣生物科技(上海)有限公司);EdU试剂盒(苏州优逸兰迪生物科技有限公司);FITC膜联蛋白V细胞凋亡检测试剂盒Ⅰ(美国BD公司);细胞凋亡与周期检测试剂盒(上海碧云天生物科技公司);PAGE凝胶快速制备试剂盒(上海雅酶生物公司);BCA蛋白浓度测定试剂盒(上海翌圣生物科技有限公司);BSA(上海翌圣生物科技有限公司);蛋白电泳MARKER(美国Thermo公司);PVDF(美国Invitrogen公司);Western blot细胞裂解液(广州Biosharp公司);PMSF、甲醇、甘氨酸(江苏阿拉丁公司);SREBP1、FASN和β-Tubulin抗体(美国Protein tech公司);油红O染色试剂盒(南京建成生物工程研究所)。
1.1.2 实验仪器
酶标仪、台式高速离心机、细胞培养平板购自美国Thermo公司;流式细胞仪BD FACSMelody购自美国BD公司;超纯水系统Advantages 10购自美国Millipore公司;电泳仪、电泳槽购自上海BIO-RAD公司;恒温培养摇床购自上海BLUEPARD公司。
1.2 实验方法
1.2.1 细胞培养和CCK8法检测细胞增殖
NSCLC细胞株A549和HCC-1833使用DMEM培养基,加入10%胎牛血清和1%双抗,在37℃、5%CO2培养箱中培养。将5×103个细胞接种于96孔板中,另铺5个副孔。细胞贴壁后加入浓度梯度α-常春藤皂苷,分别处理24和48 h后加入CCK8试剂,37℃、5%CO2培养箱孵育1 h后酶标仪检测细胞450 nm处吸光度值,绘制细胞活力曲线并计算细胞24和48 h的IC50值。
1.2.2 EdU检测细胞增殖
将3.5×104个细胞接种于24孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,按照EdU试剂盒说明书进行染色,其中A549细胞组处理浓度为0、7.5、15 μg/ml;HCC-1833细胞组处理浓度为0、15、25 μg/ml,染色完成后立即使用荧光显微镜拍摄。
1.2.3 细胞凋亡检测
将3.5×105个细胞接种于6孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,按Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒说明书操作,其中A549细胞组处理浓度为0、7.5、15 μg/ml;HCC-1833细胞组处理浓度为0、15、25 μg/ml,处理完成后1 h内用流式细胞仪上机检测。其中Q2-1+Q2-2+Q2-4为凋亡细胞。
1.2.4 细胞周期检测
将3.5×105个细胞接种于6孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,按照细胞周期试剂盒说明书处理细胞,其中A549细胞组处理浓度为0、7.5、15 μg/ml,HCC-1833细胞组处理浓度为0、15、25 μg/ml,处理完成后一天内上流式细胞仪检测。
1.2.5 细胞划痕实验和Transwell实验检测细胞迁移
将3.5×105个细胞接种于6孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,使用200 μl枪头对细胞进行划痕处理,分别拍摄0、24和48 h细胞迁移情况。
将4×104个细胞用无血清培养基重悬后接种于Transwell上室中,上室同时加入α-常春藤皂苷处理,其中A549细胞组处理浓度为0、7.5、15 μg/ml,HCC-1833细胞组处理浓度为0、15、25 μg/ml,下室加入500 μl完全培养基,α-常春藤皂苷处理24 h后多聚甲醛固定,结晶紫染色,显微镜拍照。
1.2.6 Western blot和油红O染色检测蛋白表达和脂质积累
将3.5×105个细胞接种于6孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,A549细胞组处理浓度为0、7.5、15 μg/ml;HCC-1833细胞组处理浓度为0、15、25 μg/ml,RIPA裂解液裂解细胞提取蛋白。SDS-PAGE电泳分离蛋白、PVDF转膜、5%脱脂奶粉封闭,孵育一抗SREBP1、FASN,4℃摇床避光过夜。次日回收一抗,TBST洗膜;加入二抗室温摇床孵育2 h,TBST洗膜3次,ECL法显影,Image J分析条带的灰度值,以β-tubulin为内参。
将3.5×105个细胞接种于6孔板中,细胞贴壁后加入α-常春藤皂苷处理24 h,其中A549细胞处理浓度为0、7.5、15 μg/ml,HCC-1833细胞处理浓度为0、15、25 μg/ml,按照油红O染色试剂盒说明书处理细胞,染色后显微镜拍照。
1.3 统计学方法
采用GraphPad Prism 9软件对实验数据进行统计分析,组间比较采用单因素方差分析。应用Image J软件进行图像分析,多组间比较采用单因素方差分析,两两比较采用t检验。P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 α-常春藤皂苷对NSCLC细胞增殖的影响
2.1.1 CCK8检测α-常春藤皂苷对NSCLC细胞增殖的影响
α-常春藤皂苷分别处理A549细胞(0~25 μg/ml)和HCC-1833(0~32 μg/ml)24和48 h后,细胞活力随α-常春藤皂苷浓度的升高而降低,说明α-常春藤皂苷可以抑制NSCLC细胞的增殖,48 h时A549和HCC-1833的IC50分别为15 µg/ml和25 µg/ml,见图 1。根据IC50值分别选取15 µg/ml和25 µg/ml浓度进行进一步实验分组。
2.1.2 EdU法检测α-常春藤皂苷对NSCLC细胞增殖的影响
0、7.5、15 μg/ml α-常春藤皂苷处理A549细胞和0、15、25 μg/ml α-常春藤皂苷处理HCC-1833细胞24 h后发现,随着α-常春藤皂苷浓度升高,EdU染色阳性细胞的比例显著下降,同时也验证了CCK8的结果,见图 2。
2.2 α-常春藤皂苷对NSCLC细胞凋亡的影响
α-常春藤皂苷处理A549细胞和HCC-1833细胞24 h后,结果显示,随着α-常春藤皂苷浓度升高,两种细胞凋亡率升高,说明α-常春藤皂苷可以抑制NSCLC细胞增殖、诱导细胞凋亡,见图 3。
2.3 α-常春藤皂苷对NSCLC细胞周期的影响
α-常春藤皂苷分别处理A549和HCC-1833细胞24 h后,细胞周期阻滞于G1期,S期细胞比例下降,说明α-常春藤皂苷能够阻滞NSCLC细胞周期的G1/S期转化,见图 4。
2.4 α-常春藤皂苷对NSCLC细胞迁移能力的影响
α-常春藤皂苷分别处理A549细胞和HCC-1833细胞24 h后,结果显示,细胞迁移能力被显著抑制,说明α-常春藤皂苷能够抑制NSCLC细胞的迁移能力,见图 5、6。
2.5 α-常春藤皂苷对NSCLC细胞SREBP1/FASN表达以及脂质积累的影响
Western blot结果显示,α-常春藤皂苷诱导后,与对照组相比,A549细胞的SREBP1蛋白表达显著降低(P < 0.0001, P < 0.0001),FASN蛋白表达显著降低(P=0.0204, P=0.005);HCC-1833细胞的SREBP1蛋白表达显著降低(P=0.0084, P < 0.0001),FASN蛋白表达降低(P < 0.0001, P < 0.0001),说明α-常春藤皂苷通过调控SREBP1/FASN通路并抑制非小细胞肺癌的恶性表型,见图 7。
油红O染色结果显示,α-常春藤皂苷处理后,细胞脂质积累显著降低,说明α-常春藤皂苷能抑制NSCLC细胞的脂质积累,见图 8。
3 讨论
目前肺癌的西医治疗以手术、放化疗及靶向治疗等方式为主,中医药也积极参与非小细胞肺癌的治疗过程,中药防治癌症逐渐趋于精准化,临床疗效可观。α-常春藤皂苷是存在于白头翁中的三萜皂苷类化合物,将白头翁汤应用于肺癌的治疗,属于“热者寒之”的中医治疗原则。
研究发现,α-常春藤皂苷能够影响多种癌细胞的增殖、细胞周期、凋亡和自噬。在非小细胞肺癌中的调控作用和机制方面,本课题组先前的研究证实了α-常春藤皂苷能够通过破坏谷胱甘肽氧化还原系统,促进肺癌细胞铁死亡[5];α-常春藤皂苷能显著抑制非小细胞肺癌A549细胞的增殖、移植瘤体积及瘤重的增长和肿瘤糖酵解,其机制可能是通过调节c-Myc及HIF-1α而抑制其下游GLUT1、HK2、PKM2、LDHA、MCT4的表达来抑制肿瘤糖酵解[6-7]。在肝癌中,α⁃常春藤皂苷和雷公藤红素协同作用能够抑制SMMC7721肝癌细胞增殖[8],并与Hippo-Yes相关蛋白信号通路转导[9]和活性氧介导的线粒体通路有关[10]。在食管癌和胃癌的研究中,α-常春藤皂苷引起细胞内GSH耗竭、刺激Caspase-3的级联反应并通过活性氧途径介导食管癌细胞凋亡[11-12],并在体内外增强胃癌细胞对顺铂等化疗药物的治疗敏感度[13-15]。在结直肠癌的研究中,α-常春藤皂苷通过改变结肠癌细胞周期分布,增加Caspase-3表达,降低AKT磷酸化和Bcl2的表达,促进细胞凋亡,从而达到抗肿瘤效果,并且与化疗药物有协同作用[16-19];更重要的是,α-常春藤皂苷被认为能通过激活AMPK/mTOR信号通路,诱导结直肠癌细胞凋亡和自噬,并会被明星抗氧化物N-乙酰半胱氨酸所逆转。在黑色素瘤研究中,α-常春藤皂苷具有抑制B16细胞增殖及诱导凋亡作用,其可能通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路来发挥细胞毒及诱导凋亡作用[20]。这些研究表明,α-常春藤皂苷对多种肿瘤有潜在的治疗作用,涉及的机制非常广泛。本研究数据揭示,α-常春藤皂苷通过降低SREBP1/FASN的表达来抑制非小细胞肺癌细胞中的脂质积累和合成,从而达到抑制肿瘤生长的目的,这充实了我们对α-常春藤皂苷抗肿瘤机制的理解。
脂肪酸合成酶(FASN)是合成脂肪酸的关键酶,在肺癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌、结肠癌、乳腺癌、卵巢癌、骨肉瘤、非霍奇金淋巴瘤和肾细胞癌多种肿瘤中均有表达上调现象,其过表达与预后不良、肿瘤的侵袭、癌症复发风险高和耐药性相关,已经被认为是一种致癌蛋白[21-23]。研究表明多种中药单体,如三七总皂苷[24]、甲基莲心碱[25]、苦参碱[26]、丁香酚[27]和姜黄素[28]等能够影响细胞中SREBP1/FASN的表达。同时有研究整合了NSCLC患者的基因组和临床数据,结果表明FASN突变可以被认为是癌症免疫治疗疗效评估的指标,也是肺癌治疗中的潜在靶点之一[29]。目前鲜有研究报道过α-常春藤皂苷对非小细胞肺癌SREBP1/FASN脂代谢相关表达的影响。本研究通过探讨α-常春藤皂苷对非小细胞肺癌增殖和迁移、周期和凋亡以及SREBP1/FASN的表达和脂质积累的影响,证明α-常春藤皂苷能够调控SREBP1/FASN通路并抑制非小细胞肺癌的恶性表型。
综上所述,本研究证实了α-常春藤皂苷可显著抑制非小细胞肺癌细胞的增殖和迁移,诱导其凋亡,阻滞细胞周期G1/S期转化,下调SREBP1和FASN蛋白的表达,抑制细胞的脂质积累,抑制非小细胞肺癌的能量代谢,从而发挥抑制肺癌细胞恶性表型的作用,有望为临床中医药治疗非小细胞肺癌提供更好的支持。
Competing interests: The authors declare that they have no competing interests.利益冲突声明:所有作者均声明不存在利益冲突。作者贡献:常毓真:实验实施,论文撰写和修改杨浩:实验构思,方法设计,数据分析、整理,论文审阅和修改黄钢:实验指导,论文修改,基金项目支持 -
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期刊类型引用(1)
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