异硫氰酸苄酯通过激活p53和AMPK-FOXO1a信号通路诱导宫颈癌细胞周期阻滞和凋亡

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网络出版时间:2024-01-1010:57:49 网络出版地址:https://link.cnki.net/urlid/34.1086.R.20240108.1831.040
异硫氰酸苄酯通过激活p53和AMPK FOXO1a信号通路
诱导宫颈癌细胞周期阻滞和凋亡
塔玛莎·库尔曼江,王小静,李欣奕,王昊,解国轩,陈云杰,温婷,程夕露,努尔阿米乃·麦麦提,李金玉
(新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室,新疆特殊环境物种多样性应用与调控重点实验室,
新疆师范大学生命科学学院,新疆乌鲁木齐 830054)
收稿日期:2023-08-19,修回日期:2023-11-20
基金项目:新疆维吾尔自治区重点研发计划项目子课题资助项目
(No2022B03018 5);新疆特殊环境物种多样性应用与调
控重点实验室资助项目(XJTSWZ 2021 02);新疆师范大
学博士启动基金资助项目(No3010010267)。

作者简介:塔玛莎·库尔曼江(1999-),女,硕士生,研究方向:药理
学,E mail:1326431115@qq.com;
王小静(1972-),女,博士,硕士生导师,研究方向:药理
学,共同第一作者,E mail:wxjdy@163.com;
李金玉(1978-),女,博士,副教授,硕士生导师,研究方
向:药理学,通信作者,E mail:lijinyu234@163.com;
努尔阿米乃·麦麦提(1990-),女,博士,讲师,研究方
向:药理学,通信作者,E mail:Mynura@126.comdoi:10.12360/CPB202307067
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2024)01-0114-12
中国图书分类号:R 332;R329 25;R329 28;R394 2;
R737 33;R979 1
摘要:目的 研究异硫氰酸苄酯(benzylisothiocyanate,BITC)
对小鼠U14宫颈癌细胞增殖的影响,基于转录组数据分析
探讨细胞毒性机制。

方法 MTT法检测BITC对U14细胞
活性的影响,Hochest33258和荧光倒置显微镜检测细胞核
形态变化,流式细胞术检测细胞周期和凋亡,基于Illumina
Novaseq6000测序平台建立BITC(20μmol·L-1)给药前后
U14细胞转录组数据库,使用生物信息学分析手段对差异基
因功能和信号通路进行富集分析。

qRT PCR和Westernblot
验证信号通路关键分子表达变化。

结果 BITC呈时间和浓
度依赖性抑制U14细胞的活性,阻滞细胞在G0/G1期,诱导
了细胞凋亡,上调了Bax、CytC、cleavedcaspase 9/3、下调了
Bcl 2、cleavedcaspase 7的表达量;通过转录组分析,差异基
因主要富集在细胞周期、FOXO、p53、细胞凋亡等信号通路,
qRT PCR或Westernblot验证p53、p21、Ire1a、Atf4、CHOP、
AMPK、FOXO1a等分子表达上调,CyclinD3,CyclinE,Cdk2
分子表达下调。

结论 BITC阻滞U14细胞周期、通过
caspase 3线粒体依赖途径和内质网应激途径诱导细胞凋亡,
其机制与p53和AMPK FOXO1a信号通路有密切关系。

关键词:异硫氰酸苄酯;宫颈癌;转录组;p53;FOXO;细胞周
期;细胞凋亡
开放科学(资源服务)标识码(OSID): 宫颈癌是全球女性癌症相关发病率和死亡率的主要原因之一。

2020年全球宫颈癌新发病例60 4万,发病率15 6/100000;死亡病例34 2万,死亡率8 8/100000[1]。

尽管通过人乳头瘤病毒(humanpapillomavirus,HPV)疫苗接种和筛查可高度预防宫颈癌。

对已经感染HPV的中晚期宫颈癌患者,仍迫切需要寻找新的高效、低毒抗宫颈癌药物。

通过饮食蔬菜和水果是有效预防癌症的手段。

异硫氰酸酯(isothiocyanates,ITCs)是广泛存在拟南芥、油菜、旱金莲、水芹、卷心菜、甘蓝、萝卜等十字花科蔬菜中的一种天然抗癌活性分子,是由前体硫苷在体内黑芥子酶作用下水解而来[2]。

到目前为止,已经报道了几十种天然的或半合成的异硫氰酸盐,以莱菔硫烷(sulforaphane,SFN)、苯乙基异硫氰酸酯(phenethylisothiocyanate,PEITC)和异硫氰酸苄酯(benzylisothiocyanate,BITC)报道较多。

BITC在结构上带有一个芳香环侧链和一个高度亲电的碳原子中心,水解时会产生活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS),因此造成脱氧核糖核酸氧化损伤[3]。

研究证实,BITC是一种有效的化学保护剂,它可以防止啮齿类动物的化学致癌作用,同时也具有抗癌作用。

在不同的体内外实验中发现,BITC能够诱导多种肿瘤细胞凋亡、细胞周期阻滞、抑制细胞迁移和侵袭、抑制血管生成和诱导细胞自噬。

其中,乳腺癌、胰腺癌、肺癌是报道较多的肿瘤[4-5]。

此外,研究证明,BITC对正常组织无毒性,是一种安全的有潜力的抗癌活性物质[6]。

然而,BITC对宫颈癌的作用及其机制未有详尽报道。

本研究初步评估了BITC对小鼠宫颈癌细胞U14的细胞毒性,通过RNA seq分析、qRT PCR及Westernblot方法探讨了BITC抑制U14细胞增殖的作用机制,为开发和利用BITC用于宫颈癌治疗提供理论依据。

·411·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2024Jan;40(1):114~25
1 材料与方法
1.1 实验药物 BITC(98%,C7H2F3NS)购于上海源叶公司,使用前溶于DMSO中,配置成200mmol·L-1的母液,过滤除菌后,4℃冰箱储存,使用时用DMEM培养液对其进行稀释。

1.2 细胞培养 将U14细胞(新疆医科大学生物实验室)接种在含DMEM培养皿(含10%FBS和1%双抗)中,37℃、5%CO

培养箱中培养。

1.3 试剂 MTT(3( 4,5 二甲基噻唑 2) 2,5 二苯基四氮唑溴盐)、二甲基亚砜(DMSO)购自美国Sigma公司;顺铂(Cisplatin)购自上海源叶生物有限公司;DMEM培养基、胰蛋白酶、双抗(青霉素10kU·mL-1和链霉素10g·L-1混合液),胎牛血清(FBS)购自BI公司;BCA蛋白定量试剂盒,ECL显色剂,β actin、Bcl 2、CytC、Bax、p21、MDM2、CyclinD3、CDK2、CyclinE、AMPK、Foxo1α二抗山羊抗兔IgG购自上海碧云天生物技术有限公司;caspase3/7/9、cleavedcaspase 3/7/9购自CellSignalingTech nology公司。

1.4 仪器 DYCZ 24DN型电泳槽(北京六一),DYCZ 40D型转膜槽(北京六一),DYY 10C型电泳仪(北京六一),Illumina测序平台(上海美吉生物公司),Cytoflex流式细胞仪(美国Beckman公司)1.5 方法 
1.5.1 MTT法检测U14细胞增殖活性 将对数生长期的细胞按照2×103/孔接种于96孔板中培养,每孔100μL,37℃过夜培养24h后,弃上清,用BITC(0、20、40、60μmol·L-1)和0 1%DMSO(相当于60μmol·L-1BITC工作液中DMSO的浓度)分别处理U14细胞24、48、72h,以不加配合物为空白对照,Cisplatin为阳性对照。

每个组别设置6个平行孔。

将上清吸出,在避光的环境下,每孔内添加无血清培养基配置的MTT100μL,细胞培养4h后,吸出上清,再加入200μLDMSO,振荡孵育10min,使其充分溶解结晶紫。

酶标仪490nm处读取每孔吸光度值,按照如下公式计算细胞的相对活性: 细胞的相对活性=实验组平均A值/对照组平均A值×100%
1.5.2 Hoechststaining33258染色法检测细胞核形变化 将对数生长期的U14细胞按照1×105/孔接种于24孔板中于37℃细胞培养箱中培养过夜,加入不同终浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)处理细胞24h后,每孔添加预冷的4%多聚甲醛500μL,4℃冰箱固定10min,固定后,每组细胞用PBS洗涤,滴加用PBS溶液稀释的Hoechst33258染色溶液以1∶100,孵育5min,用PBS洗涤3次(5min/次),然后直接使用荧光显微镜观察染色。

1.5.3 流式细胞术检测细胞凋亡和周期 对数生长期的U14细胞按照8×105/皿接种到60mm的细胞培养皿中,用不同终浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)处理12h后,1200r·min-1离心5min收集细胞,收集的细胞沉淀用30μLPBS重悬后,每个样品分别加入膜联蛋白V FITC染液5μL和PI染液5μL,冰上避光孵育30min;对于细胞周期,细胞沉淀先用70%乙醇固定过夜,去除乙醇后,用30μLPBS重悬细胞,然后每个样品加入PI染液5μL冰上避光染色30min,充分混匀后上流式细胞仪检测细胞凋亡率和细胞周期分布。

1.5.4 转录组样品和数据处理 将对数生长期的细胞按照5×106/皿接种于100mm细胞培养皿中培养24h后,用不同终浓度的BITC(0、20μmol·L-1)分别处理U14细胞6h和18h后取样。

每个处理做3个生物学平行组。

以不加BITC作为空白对照,培养6h的3个空白对照组分别标记为K6 1、K6 2、K6 3。

BITC处理6h的3个实验组分别标记为B6 1、B6 2、B6 3,培养18h的空白对照组分别标记为K18 1、K18 2、K18 3。

BITC处理18h的实验组分别标记为B18 1、B18 2、B18 3。

共计12个样品用锡箔纸包裹后立即置于液氮中速冻。

采用TRIzol试剂盒提取样品RNA,利用琼脂糖凝胶电泳和微量紫外分光光度计检测RNA的浓度和纯度,质量合格后,进一步富集纯化mRNA,片段化逆转录得到双链cDNA。

然后依次末端修复,拼接,PCR扩增构建cDNA文库。

使用IlluminaNo vaseq6000进行转录组测序得原始数据(rawdata),采用Fastp分析软件对rawdata进行过滤,去除接头和低质量的reads后得到Cleandata。

使用Hisat软件,将Cleandata和参考基因组进行比对,获得后续分析的有效数据(mappedreads)。

1.5.5 表达量分析及差异基因筛选 利用RSEM软件对基因的表达水平进行定量分析,使用转录组条目(TPM)为表达量指标,进行样本间基因差异的表达分析。

使用DESeq2软件并以P<0 05、FoldChange(FC)≥2和FC≤0 5为筛选条件获得比较组间差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs)。

1.5.6 GO功能和KEGG富集分析 利用Blast2GO软件将DEGs在GO(GeneOntology)数据库进行比对获得GO功能注释,利用Goatools软件对DEGs进行GO富集分析;将DEGs在KEGG
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中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2024Jan;40(1)
(KyotoEncyclopediaofGenesandGenomes)数据库进行比对获得KEGG通路注释信息。

采用Fisher精确检验,以P<0 05时表示GO功能和KEGG通路出现了显著富集。

1.5.7 实时荧光定量PCR(qRT PCR)分析 BITC(0、20μmol·L-1处理细胞6h后采用TRIzol试剂盒提取样品总RNA,利用PrimerPremier5 0设计qRT PCR引物(Tab1),引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

按SuperReal荧光定量预混试剂盒说明书,以β actin为内参基因,采用相对比较2-ΔΔCt法对部分差异基因的表达水平进行定量检测,应用GraphPadPrism9软件作图分析。

Tab1 Ire1a,Aft4,β actinandothergeneprimersdesign
NamePrimersequences(5′ 3′)
Ire1aF:TAAGGACAACCCTACCTACAC
R:AATTCACGAGCAATGACG
Aft4F:AAGCCTGACTCTGCTGCTTAC
R:AACCATGCCAGATGAGCTC
CHOPF:CAGAGTTGTTGAGTTCCAGA
R:TTGGGTCTAATCTTGGTGTG
CyclinD3F:CGCGGTGTCAGAGTCTAGGG
R:ACCGAAGAGACAACGGCACA
CyclinEF:TTATCAGTGGTGCGACATAG
R:TTTGGTCATTCTGTCTCCTG
Cdk2F:TCTAAAAGCCACACCCTAAC
R:CAGGAAATGGAGTTGAAGGA
P21F:ATTGTTGGATTTTGTGGCTG
R:GTACTGCTTCATCAAAGTGC
MDM2F:AATTCTGGCTTCTTGGTTGA
R:CCAGTTTGGCTTTTTCAGAG
β actinF:ACCCTAAGGCCAACCGTGAA
R:ATGGCGTGAGGGAGAGCATA
1.5.8 Westernblot检测凋亡相关蛋白表达 将对数生长期的细胞按照5×106/皿接种于100mm细胞培养皿中,于37℃细胞培养箱中培养24h后,加入不同浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)处理12h,离心收集细胞,加入RIPA裂解液冰上裂解20min,离心保留上清,使用BCA法对细胞上清中的总蛋白含量进行定量。

总蛋白采用12%SDS PAGE电泳分离后,转至硝酸纤维素(PVDF)膜。

使用5%脱脂奶粉于室温封闭2h后,TBST洗涤3次,15min/次,加入一抗(β actin、Bcl 2、Bax、CytC、caspase 3/7/9、cleavedcaspase 3/7/9)37℃孵育2h,TBST洗涤3次,然后加入二抗(HRP标记的山羊抗兔IgG)37℃孵育1h,TBST洗涤3次,按1∶1比例加入发光A液和B液,暗室显色,用凝胶成像仪观察显影蛋白条带。

1.5.9 统计学分析 所有数据用Graphpadprism9
软件进行统计分析,数据均显示为mean±SD,n=3。

采用单因素方差分析。

与Control相比,P<0 05具有差异显著性。

2 结果
2.1 BITC对U14细胞活力的影响 用不同浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)处理细胞24、48、72h后,BITC显著抑制了U14细胞的增殖作用(P<0 001)(Fig1A),72h的抑制率分别为62 63%、92 56%、95 42%(Fig1B),3个时间段的IC50值分别是22 54μmol·L-1、15 39μmol·L-1、12 43μmol·L-1。

与Control组相比,随着BITC处理浓度的增加,细胞形态逐渐变圆,贴壁能力减弱,细胞数量显著下降(Fig1C)。

2.2 BITC诱导了U14细胞核DNA凝聚 不同浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)作用HeLa细胞24h后,采用Hoechst33258染色,倒置荧光显微镜观察,如Fig2所示,Control组可见细胞形态完整,细胞染色均匀,但BITC组染色质浓缩,蓝白荧光强,且随着浓度增加,细胞荧光比例增加,核碎片现象加重,表明BITC作用于细胞DNA,可能诱导U14细胞凋亡。

2.3 BITC诱导U14细胞阻滞 如Fig3所示,BITC处理U14细胞12h后,显著增加了G

/G

期细胞比例(P<0 05),降低了S期细胞分布(P<
0 01)。

同时,也观察到G

/M期细胞随着浓度增加先上升后降低。

揭示BITC主要诱导细胞周期阻滞
在G

/G

期。

2.4 BITC诱导U14细胞凋亡 诱导肿瘤细胞凋亡是治疗癌症的手段之一。

细胞凋亡途径主要有外源性死亡受体途径、内源性内质网途径、内源性线粒体途径[7]。

为了进一步确认BITC是否诱导了U14细胞凋亡,不同浓度的BITC(0、20、40、60μmol·L-1)作用U14细胞12h后,通过AnnexinV PI双染,流式细胞仪检测分析显示,与Control相比,随着BITC浓度的增加,BITC剂量依赖性地诱导了细胞凋亡(P<0 05,P<0 01),细胞凋亡率从最初的7 81%上升到86 4%(Fig4A)。

Westernblot进一步分析显示(Fig4B),与Control相比,促凋亡蛋白Bax、CytC、cleavedcaspase 3/9表达显著增加(P<0 05和P<0 01),抑制凋亡蛋白Bcl 2、caspase 3/7/9、cleavedcaspase 7蛋白表达显著下降(P<0 01)。

这些结果表明,BITC可通过线粒体途径诱导U14细胞凋亡。

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Fig4 EffectofBITConapoptosisofU14cells(珋x±s,n=3)
TheapoptosisofU14cellswereanalyzed.A:Theindividualdotplotsdetectedbyfowcytometrywereshowedintheupperpaneandthesummarydataofcellapotosisratewerecountedinthelowerpane;B:theexpressionofapotosisproteinwasdetectedbyWesternblot.1:Bax;2:Bcl 2;3:caspase3;4:cleavedcaspase3;5:caspase7;6:cleavedcaspase7;7:caspase9;8:cleavedcaspase9;9:CytC;10:β actin. P<0 05, P<0 01vsControlgroup
2.5 差异基因筛选 采用RSEM软件和DESeq2
软件进行差异筛选分析,如图Fig5所示,经BITC6
h处理后,以空白组作为对照,在BITC处理组细胞
中共获得2447个DEGs,其中下调基因1308个,上
调基因1139个。

经BITC18h处理后,共获得
1824个DEGs,其中下调DEGs有883个,上调DEGs
有941个。

由于BITC作用6h的差异基因较多,以
下通路富集分析主要呈现6h转录组数据。

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Fig5 NumberofDEGsinU14cellsaftertreatmentofBITCfor6
hor18hincomparisontocontrol
2.6 GO功能注释和分类分析 对DEGs进行功
能分类,主要包括三个类别:生物过程(biological
process,BP)、细胞组分(cellularcomposition,CC)和
分子功能(molecularfunction,MF)。

经BITC处理
U14细胞6h后,统计富集DEGs数量排名前20的
功能分类(Fig6)。

DEGs富集于BP的主要有:细胞
进程(cellularprocess)(1475个基因)、生物调节
(biologicalregulation)(1253个基因);富集于CC的
有:细胞成分(cellpart)(1766个基因),细胞器(or
ganelle)(1233个基因),细胞器成分(organelle
part)(1027个基因);富集于MF的主要有:结合
(binding)(1569个基因)。

Fig6 TOP20GOfunctionannotationandclassification
statisticsofDEGsinU14cellsbetweenBITCandcontrol
2.7 KEGG通路富集分析 对DEGs进行KEGG
通路富集统计,柱状图(Fig7)展现前20个显著的
富集途径。

如Fig7显示,BITC作用U146h后,
DEGs主要富集在细胞周期(Cellcycle)、MicroRNAs
incancer、FOXO信号通路、Fanconianemiapatlravay
信号通路、MAPK信号通路、p53信号通路和细胞凋
亡等途径(P<0 05)。

Fig7 TOP20KEGGenrichmentofDEGsinU14cellsbetweenBITCandcontrol2.8 细胞通路分析及验证 2.8.1 BITC通过p53信号通路诱导U14细胞周期阻滞 p53参与各种生物反应的激活,主要包括调控细胞周期停滞、DNA修复和细胞凋亡。

KEGGpathway分析表明,在BITC处理U146h后,参与p53信号通路的差异基因有18个(Fig8),其中有9个基因表达上调,如鼠双微体(murinedoubleminute2,Mdm2)基因,细胞周期依赖性蛋白激酶抑制因子1A(cyclin dependentkinaseinhibitor1A,P21)基因;下调基因9个,如细胞周期基因CyclinD3、CyclinE,细胞周期蛋白依赖性激酶2基因(cyclin dependentkinase2,CDK2)。

根据流式细胞周期与转录组数据分析结果,为了验证BITC是否通过调控p53细胞通路将U14细胞阻滞在G0/G1期,我们采用qRT PCR和Westernblot验证上述基因及相关蛋白,如Fig9A、9B所示,P21基因,MDM2基因及蛋白均表达上调,G0/G1期相关调控基因CyclinD3基因,CyclinE基因,Cdk2基因及蛋白均下调。

p53基因虽在转录水平无明显变化(与转录组数据一致),但在蛋白水平显著上升,这可能与转录后调控有关。

综上所述,BITC可通过调控p53信号通路将细胞阻滞在G0/G1期。

2.8.2 BITC也可通过内源性凋亡途径诱导U14细胞凋亡 对BITC作用U14细胞6h富集在细胞凋亡途径中的DEGs分析发现(Fig10),尽管没有看到caspase的变化,但下游信号的切割作用底物,如促进细胞皱缩和膜泡发生的Actin基因表达上调,而
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911·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2024Jan;40(1)
Fig8 p53signalingpathwaydiagramofBITConU14cell

Fig9 EffectofBITConexpressionofp53andcellcyclerelatedmolecules
A:qRT PCRanalysisB:Westernblotanalysis
与有丝分裂相关的微管蛋白α tubulin以及与DNA
周期,复制,分化,凋亡相关的核纤层蛋白Lamin基
因下调,表明BITC引发了凋亡。

此外,转录组数据
分析发现内质网应激凋亡途径中内质网应激激活肌
醇酶1a(inositol requiringtransmembranekinase/en
donuclease 1,Ire1a)基因,转录激活因子4(activating
transcriptionfactor4,Atf4)基因,C/EBP转录因子
(C/EBPhomologousprotein,CHOP)基因表达上调。

我们又进一步通过qRT PCR和Westernblot验证了
BITC是否通过另一内源性途径诱导细胞凋亡。


Fig11所示,内质网应激Ire1a基因、Atf4基因、CHOP基因及蛋白表达均显著升高(P<0 05),表明BITC也可通过内源性内质网应激途径(endo plasmicreticulumstress,ERS)诱导U14细胞凋亡。

2.8.3 腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine5′ mono phosphate(AMP) activatedproteinkinase,AMPK) 叉头转录因子O亚家族S(forkheadboxO,FOXO)通路在BITC诱导的细胞周期阻滞和细胞凋亡中发挥重要作用 AMPK是细胞发育重要的调控因子。

FOXO作为AMPK调控的下游转录因子,通过调控靶基因参与细胞死亡、存活以及多种信号转导途径,这些途径对细胞增殖、凋亡、周期阻滞、分化等功能
·021·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2024Jan;40(1)
至关重要[8]。

KEGGpathway分析表明,在BITC处理6h后,U14细胞参与FOXO通路的差异基因有31个(Fig12),其中有20个基因表达上调,如AMPK基因,生长阻滞与DNA损伤基因(growthar restandDNAdamageinduciblealpha,Gaadd45a),生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白45g(growtharrestandDNAdamageinducibleprotein45g,Gadd45g)基因。

11个基因表达下调,如细胞信号转导分子Smad3、p38,细胞周期蛋白B(CyclinB)基因、细胞周期蛋白依赖性激酶2(cyclindependentkinase2,CDK2)基因。

我们进一步通过Westernblot法检测了FOXO通路相关基因的表达,发现AMPK,FOXO1a蛋白表达上调(Fig13),推测AMPK FOXO通路可能参与BITC诱导的细胞周期阻滞和细胞凋亡。

3 讨论
ITCs是十字花科主要的次生代谢产物,定位于细胞质中,是由前体硫苷在体内黑芥子酶作用下水解而来,在植物受损时释放,可阻止多环芳香烃、

Fig10 ApoptosispathwayofU14cellsinducedbyBIT

Fig11 EffectofBITConexpressionofendoplasmicreticulumstressrelatedmolecules
A:qRT PCRanalysisB:Westernblotanalysis. P<0.05, P<0 01vsControlgroup
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Fig12 FOXO1apathwayofBITConU14cells
成凋亡小体。

Hochest33258染色结果表明,BITC可诱导U14细胞核DNA凝聚,与BITC对卵巢癌OVCAR 3细胞相同的是[16],它们都能观察到细胞核可见的颗粒状荧光,初步推测其为凋亡小体。

进一步通过流式细胞术检测细胞凋亡率,分析发现BITC剂量依赖性地增加了细胞凋亡率,表明BITC诱导了细胞凋亡。

这与转录组KEGG分析的结果相一致。

外源性死亡受体途径和内源性途径(包含线粒体途径和内质网途径)是细胞发生凋亡的主要途径,这两条途径汇聚最终激活下游凋亡蛋白酶caspase从而引发凋亡。

线粒体途径主要受控于Bcl 2家族蛋白,通过促凋亡蛋白(Bax、Bak等)和抗凋亡蛋白(Bcl 2、Bcl XL等)的相互作用,从而对线粒体膜的通透性产生影响,继而触发凋亡释放因子的释放,由此激活上游凋亡起始子caspase 9,造成下游效应分子caspase 3、7被激活,通过切割相应的底物(lamin、actin、α tublin、PARP等),最后引发细胞凋亡[17]。

Westernblot结果分析发现,BITC使促凋亡蛋白Bax上调,而下调了抗凋亡蛋白Bcl 2表达的水平,引起了线粒体促凋亡信号CytC的释放,将caspase 9激活之后,继而激活了下游效应分子caspase 3。

研究发现caspase 3和 7在细胞凋亡中具有重叠但不同的作用,二者具有细胞类型和刺激依赖性[15]。

本研究中,BITC没有激活caspase 7,表明caspase 3是BITC主要的线粒体凋亡依赖途径。

这一研究结果与另一异硫氰酸酯SFN在抗宫颈癌的作用机制类似[18]。

此外,本研究中未检测到经典凋亡通路下游切割底物cleave PARP的表达,这可能与转录后翻译、调控有关。

细胞在应对内质网错误折叠蛋白和钙离子平衡紊乱时,会通过Ire1、PERK、ATF6通路启动另一内源性凋亡途径[19]。

许多中草药及其有效成分通过ERS通路发挥抗宫颈癌作用[20-22]。

本研究中,对细胞凋亡通路富集的DEGs分析发现:内质网应激途径Ire1α、ATF4、CHOP基因表达升高。

进一步通过qRT PCR和Westernblot验证这些分子的表达,与预期结果相一致,提示ERS在BITC诱导的宫颈癌细胞凋亡中扮演者重要的角色。

有趣的是SFN预处理经H2O2诱导的软骨细胞,下调了GRP78、CHOP、Bax和capase 3、Bcl 2水平,减少了ERS依赖性细胞凋亡[23]。

BITC是否也在非癌细胞具有相同的保护作用,值得进一步研究。

AMPK是细胞全身能量稳态的中枢能量传感器和调节器[24],一旦激活,AMPK可以促进分解代谢产生ATP,从而帮助细胞逃避死亡并导致耐药性和转移。

然而,AMPK也与p53和LKB1等肿瘤抑制基因呈正相关[25],最新的研究证明AMPK的药理激活能够抑制各种癌细胞生长[26-27],但AMPK在癌症中的双重作用机制仍未阐明。

FOXO1蛋白家族是一大类转录因子,参与或协同其他转录因子对靶基因进行转录调控,在哺乳动物中主要有四个亚型,其中FOXO1a转录因子被认为是一种肿瘤抑制因子,在抑制癌细胞增殖和诱导细胞凋亡方面发挥作用[28]。

有研究表明,二甲双胍通过激活AMPK FOXO1a信号通路抑制雌激素依赖性的子宫内膜癌细胞生长[29]。

用AICAR(5 氨基咪唑 4 甲酰胺1 β D 呋喃核糖苷)和氨甲蝶呤联合处理乳腺癌MCF 7细胞,发现二者通过激活AMPK和FOXO1a而阻滞MCF 7细胞周期并逆转其Warburg代谢[30]。

本研究中,KEGG分析发现FOXO1a通路是DEGs主要富集的通路,进一步通过Westernblot法检测到AMPK及FOXO1a蛋白表达显著增高,表明BITC可能通过调控AMPK FOXO1a通路来诱导细胞凋亡或阻滞细胞周期,下一步尚需通过细胞模型和动物模型实验验证。

综上,体外和转录组数据分析表明,BITC诱导了U14细胞周期阻滞,通过线粒体途径和内质网途径诱导细胞凋亡,这与p53信号通路、AMPK FOXO1a通路密切相关。

这些研究为BITC预防或治疗宫颈癌提供了新的靶点。

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Benzylisothiocyanateinducescellcyclearrestandapoptosisincervicalcancerthroughactivationofp53andAMPK FOXO1asignalingpathwaysKURMANJIANGTamasha,WANGXiao jing,LIXin yi,WANGHao,XIEGuo xuan,
CHENYun jie,WENTing,CHENGXi lu,MAIMAITINuraminai,LIJin yu(XinjiangKeyLaboratoryofSpecialSpeciesConservationandRegulatoryBiology,KeyLaboratoryofSpecialEnvironment
BiodiversityApplicationandRegulationinXinjiang,CollegeofLifeScience,XinjiangNormalUniversity,Urumqi 830054,China)
Abstract:Aim Toinvestigatetheeffectofbenzyliso thiocyanate(BITC)ontheproliferationofmouseU14cervicalcancercellsandtoexplorethemechanismofcytotoxicitybasedontranscriptomicdataanalysis.Methods TheeffectofBITConU14cellactivitywasdetectedbyMTT,nuclearmorphologicalchangeswereobservedbyHochest33258andfluorescentinvertedmicroscope,cellcycleandapoptosisweredetermined
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byflowcytometry,andthetranscriptomedatabaseof
U14cellsbeforeandafterBITC(20μmol·L
-1
)treatmentwasestablishedbasedonIlluminaNovaseq6000sequencingplatform.Theexpressionofkeymole culesinthesignalingpathwaywasverifiedbyqRT PCRandWesternblot.Results BITCinhibitedtheactivityofU14cellsinatime andconcentration de pendentmanner,blockedcellsinG0/G1phase,inducedapoptosis,andup regulatedtheexpressionofBax,cytC,cleavedcaspase 9/3,anddown regulatedBcl 2andcleavedcaspase 7;Bytranscriptomeanalysis,thedifferentialgenesweremainlyenrichedincellcycle,
FOXO,p53,apoptosisandothersignalingpathways.qRT PCRorWesternblotverifiedthattheexpressionofp53,p21,Ire1a,Atf4,CHOP,AMPK,andFOXO1amoleculeswereimprovedandCyclinD3,CyclinE,andCdk2moleculeswerereduced.Conclusions BITCblocksU14cellcycle,inducesapoptosisthroughcaspase 3mitochondria dependentpathwayandendo plasmicreticulumstresspathway.Themechanismiscloselyrelatedtop53andAMPK FOXO1asignalingpathway.
Keywords:benzylisothiocyanate;cervicalcancer;transcriptome;p53;FOXO;cellcycle;cellapoptosis
网络出版时间:2024-01-1011:01:27 网络出版地址:https://link.cnki.net/urlid/34.1086.R.20240108.1831.034
◇抗炎免疫药理学◇
雷公藤多苷纳米粒的制备及其对关节炎大鼠的治疗作用
王志荣,李 ?,张振强,闫 敏,武香香,曾华辉
(河南中医药大学中医药科学院,河南郑州 450046)
doi:10.12360/CPB202303037
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2024)01-0125-08中国图书分类号:R 332;R284 1;R364 5;R593 22;R944 9摘要:目的 制备雷公藤多苷纳米粒,探究其对胶原诱导型(collagen inducedarthritis,CIA)关节炎大鼠的治疗作用。

方法 运用薄膜分散法制备雷公藤多苷纳米粒,对其进行质量评估。

构建CIA模型,进行药物干预,称量大鼠体质量、测定足趾肿胀度和关节炎指数;观察大鼠脏器、膝、踝关节滑膜的病理改变;检测大鼠血清中肝肾功能水平和炎症因子表达。

结果 制备的雷公藤多苷纳米粒在电镜下呈圆粒状且分布均匀,性质稳定。

相较于模型组,给药组大鼠左右足趾肿胀度均明显下降(P<0 01),关节炎指数明显降低(P<0 01)。

其中TG NPs组的疗效优于TG组。

与正常组相比,大鼠心脏、脾、肾、睾丸指数均明显降低(P<0 05,P<0 01)。

TG NPs组膝踝关节软骨病理损伤明显减轻,凋亡的滑膜细胞增加;与模型组相比,TG NPs组大鼠血清中的ALT、BUN、CRE水平均明显降低(P<0 05),IL 1β、TNF α和I
L 6含量下降收稿日期:2023-08-05,修回日期:2023-12-23
基金项目:河南省科技研发计划联合基金(优势学科培育类)-培育
项目(No222301420060);河南省自然基金面上项目(No222300420482);河南省优秀青年基金资助项目(No212300410057)
作者简介:王志荣(1997-),女,硕士生,研究方向:中药药理,E
mail:884775685@qq.com;
曾华辉(1976-),男,博士,硕士生导师,研究方向:雷公藤药理、毒理,通信作者,E mail:hhzeng@hactcm.edu.cn
明显(P<0 05)。

结论 TG NPs通过诱导滑膜细胞凋亡和降低炎性细胞因子的表达对CIA有较好的治疗作用,通过静脉注射血液循环,可实现药物的缓、控释,避免口服药物造成的首过效应,减轻脏器的毒性,为治疗类风湿关节炎的新型纳米制剂的开发提供了实验依据。

关键词:雷公藤多苷;纳米粒;新型给药系统;类风湿关节炎;CIA模型;炎症因子;毒性
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
类风湿关节炎(rheumatoidarthritis,RA)是一种自身免疫性疾病,以持续的炎症和关节损伤为特
征[
1]。

主要的病理变化是滑膜细胞的增生和骨的破坏;对软骨、骨和其他邻近组织的损害往往是不可
逆的,并且在疾病的后期阶段会造成残疾[
2]。

引起RA的原因很复杂,包括遗传因素、吸烟、微生物感
染、激素、寒冷刺激和饮食等[
3]。

炎性细胞因子在RA的免疫病理中起着重要作用,如白细胞介素6(IL 6)、白细胞介素1β(IL 1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF α)等水平升高,可诱导炎症细胞浸润和滑膜细胞增生。

目前没有药物可完全治愈RA,临床上常用的药物有非甾体类抗炎药(NSAIDs)和糖皮质·
521·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2024Jan;40(1):125~32。

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