2014 NO.23 论 著 三氧化二砷对肠癌HCT1 1 6细胞Smads表达的影响 冯越t 蔡士昌 蔡朋朋z 李雪松z 孙智睿, 费洪新 徐广有s 1.齐齐哈尔医学院2009级学生,黑龙江齐齐哈尔161000;2.齐齐哈尔医学院附属三院消化科,黑龙江齐齐哈尔161000; 3.齐齐哈尔医学院附属三院心内科,黑龙江齐齐哈尔161000;4.齐齐哈尔医学院组胚室,黑龙江齐齐哈尔161000; 5.齐齐哈尔医学院微形态实验室,黑龙江齐齐哈尔 161000 【摘要】目的研究三氧化二砷对肠癌细胞HCT1 16中TGF一13/Smads信号通路的Smads相关基因表达变化,阐述Smads相关 基因在肠癌HCT116细胞中的变化规律,探讨肠癌发生的病理机制,和分析As203作用新靶点。方法实验分空白对照组, 低剂量As203组,中剂量As203组,高剂量As203组,在体外培养72 h后取出细胞用于实验。采用免疫荧光化学术和 Westemblotting检测Smad3、Smad7蛋白的表达变化。结果三氧化二砷为0.5~2.5 txrnol/L时,Smad3分别为(19.94 ̄1.57), (34.17+1.28),(39.64_+1.63),Smad7分别为(31.53+0.67),(21.69 ̄0.94),(20.04 ̄0.31),与对照组Smad3(16.61 ̄0.64),Smad7 3 (8.61 ̄0.64)比较,各组差异有统计学意义(P<0.05);westernblotting显示三氧化二砷能同时下调Smad7蛋白的表达,上调 Smad3蛋白的表达而对肿瘤细胞的生长进行。结论TGF一13/Smads信号通路的Smad3。7在肠癌发生发展起重要的 作用,三氧化二砷可通过改变Smad3,7表达,而对肠癌细胞HCT116生长进行抑制。 【关键词】三氧化二砷;HCT116;Smad3;Smad7 【中图分类号】R735 【文献标识码】A 【文章编号】1674—0742(2014)08(b)一0064—03 The Effect of Arsenic Trioxide on the Expression of Smads Genes in Intesti- nal Cancer Cell HCT1 16 FENG Yuel CAIShichang ̄CAIPencen LIXuesonge SUNZhirui3 FEIHongxin4 XUGuangyou5 1.Student admitted in 2009,Qiqihar Medical University,Qiqihaer,Heilongjiang Province,161000,China; 2.Department of Gastroenterology,The T11ird Affiliated Hospital of Qiqihar Medicla University,Qiqihaer,Hei|ongjiang Province, 161000,China; 3.Department of Cardiology,The Third Afifliated Hospital of Qiqihar Medical University,Qiqihaer,Heilongjiang Province,161000, China; 4.Department of Histoembryology,Qiqihar Medical University,Qiqihaer,Heilongjiang Province,161000,China; 5.Department of Microstructure Laboratory,Qiqihar Medical University,Qiqihaer,Heilongjiang Province,161000,China [Abstract]Objective To study the effect of arsenic trioxide on the expression changes of Smads genes associated with TGF—beta/ Smads signaling pathway of intestinal cancer cell HCT1 16,elaborate the change regulation of Smads genes in intestinal cancer cell HCT1 16,explore the pathological mechanism of intestinal cancer and analyze the new targets of As203.Methods The cells were divided into blank contorl group,low dose As203 group,medium dose As203 group,high dose As203 group,and they were used in experiments after 72 hours in culture.Immunofluorescence technique and Westernblotting were used to measure the expression change of Smad3,Smad7 protein.Results Arsenic trioxide was from 0.5 p ̄mol/L to 2.5 p+mol/L,Smad3 was respectively 19.94 ̄ 1.57,34.17 ̄1.28,39.64 ̄1.63,Smad7 was respectively 31.53+0.67,21.69 ̄0.94,20.04 ̄0.31,compared with the control group s (Smad3 16.61 ̄0.64,Smad7 38.61 ̄0.46),the diferences were statistically significant(P<O.05).Westernblotting showed that arsenic tiroxicl-could downregulate the expression of Smad7,at the same time,upregulate the expression of Smad3 protein in tumor cell growth regulation.Conclusion Smad3。7 of TGF-13/Smads signaling pathway in intestinal cancer play an important regulating role in the development of intestinal cancer,arsenic trioxide can inhibit HCT1 16 cells growth by changing the Smad3,7 expression. [Key words]Arsenic tiroxide;HCT1 16;Smad3;Smad7 大肠癌是消化系统常见的肿瘤.已跃居成为恶性肿瘤死因的 第4位『1]。大肠癌的发生发展是多因素、多阶段、多步骤的过程, 涉及一系列基因和因子的变化,其中TGF一 ̄/Smads信号传 【基金项目1 2012年黑龙江省教育厅项目(12521634),2013年黑龙江省 导通路是控制细胞增殖和诱导凋亡的重要通路,在肿瘤的发生, 大学生创新创业项目(20131 1230020)。 发展过程中具有重要的作用。三氧化二砷(As203)的抗肿瘤效果 【作者简介】冯越(1990一),女,黑龙江人,本科,临床学生,研究方向:中药 抗肿瘤的机制。 已得到多数学者肯定 ,As203主要是通过抑制细胞增值,诱导 【通讯作者】蔡朋朋(1981一),女,主治医师,研究方向:消化系肿瘤基础与 细胞分化和凋亡起到抗肿瘤的目的,三氧化二砷对体外肠癌细 临床。 胞的作用。国内研究较少,先期研究已经表明As203对肠癌 6 4 中外医疗China&Foreign Medical Treatment 论 著 HCT116细胞具有明显抑制作用,且随浓度增加而增强,本研究 继续将三氧化二砷作用于肠癌HCT116细胞,应用免疫荧光化学 术。Western blotting观察TGF一 ̄/Smads信号通路中重要基因 Smad3、Smad7在人低分化结肠腺癌细胞株HCT一1 16中的表达, 及AS203干预前后的变化情况.阐述TGF一13/Smads信号通路中 Smads相关分子在肠癌HCT116细胞中有关分子的变化规律,探 China&Foreign Med—ical Treatment口固——■■鼍_ 注:与对照组比较,.P<0.05。 2.2 Westemblotting检测Smads相关基因 Smad3蛋白:对照组,及各浓度As203组相比较,Smad3蛋 白表达逐渐增高,说明随着肿瘤细胞抑制作用的增加,Smad3表 达增多.其下游信号的传导。见图2。 讨肠癌发生的病理机制和分析As203作用新靶点,现报道如下。 1资料与方法 1.1一般资料 As203购自哈尔滨伊达药业,人肠癌细胞HCT116由中科院 上海细胞库提供,C02培养箱购自日本SANYO公司,OLYMPUS 倒置显微镜由奥地利生产,Smads抗体购于博奥森公司,其余二 抗等购于武汉博士得公司。 1.2细胞培养 复苏后的HCT116细胞接种于培养瓶中,加入1640培养液 含热灭活胎牛血清,2 g/LNaHC03,青霉素和链霉素各100 mg/L) 中,置于恒温培养箱中培养(条件为37℃,5%C0:浓度及饱和湿 度)。然后用0.15%胰蛋白酶消化传代,取对数生长期细胞用于实 验。 1.3分组及药物处理 将5xl04个/mL单细胞悬液接种在96孔培养板中.其中空 白对照组加10%的培养液,用于试验的低剂量组加入0.5 ̄mol/L 浓度的As203,中剂量组加1.5 tLmol/L As203,高剂量组加2.5 I ̄mol/L的As203液,在培养72 h后取出细胞用于实验。 1.4间接免疫荧光术检测Smad3、Smad7蛋白的表达 收集对数生长期的HCT一116细胞,用0.15%胰酶消化成单 细胞悬液后,以1x10S/mL细胞浓度接种在放有玻片的24孑L培养 板中,1 mL/孑L,37℃,5%CO:孵箱中培养72 b,待细胞贴壁后,弃去 上清液,换成无血清的培养液,继续培养48 h后,吸尽上清液, PBS洗5 minx3次,取出玻片,中性树胶封片(有细胞面向上),过 夜晾干,4℃保存备用,间接免疫荧光术检测,按试剂盒说明书进 行操作(Smad蛋白抗体浓度为1:100,荧光抗体浓度为1:50)。用 荧光显微镜观察,结果以荧光强度表示。 1.5 westemblotting检测Smads相关蛋白表达 将上述各组As203处理过的培养细胞,用PBS进行漂洗,裂 解细胞,离心然后灌凝胶上样,将蛋白样品加入5O g/孑L电泳分 离,转至PVDF膜然后上摇床后用TBS封闭抗原1 h.加入一抗 (Smad3、Smad7),4℃过夜,TBS洗膜后加入二抗稀释液(用封闭液 进行稀释,稀释浓度为1:200 o1室温孵育膜lh,TBS洗膜3次,13一 actin为参照.拍照。 1.6统计方法 采用SPSS 12.0软件对数据进行统计分析,计量资料用均 数±标准差仁±s)表示,比较用t检验。 2结果 2.1免疫荧光化学术检测smad3,Smad7蛋白表达 见表1 表1 As203作用下HCT1 16细胞Smads蛋白荧光强度值G虹) 图2对照。0.5 i ̄mol/L。1.5 pmoVL。2.5 pmol/L As203,I ̄-actin Smad7蛋白的表达:对照组,以及各浓度As203相比,Smad7 蛋白表达逐渐减少,表明随As203浓度的增加。肿瘤细胞的受到 抑制的作用增强,Smad7表达减少,减弱了对TGF一6/Smads信号 通路的负反馈调节作用。见图3。 一 图3对照。0.5 pmol/L。1.5 pmoYL。2.5 pmoVL As203。 ̄-actin 3讨论 研究显示,与肿瘤发生高度相关的TGF一13/Smads信号通路 由TGF一6超家族及其受体,Smads蛋白及其调节基因组成。TGF一 6/Smads通路在肿瘤发生发展过程中会出现表达的异常,而使肿 瘤细胞生物学行为改变 。Et前比较清楚的是,在肿瘤发展的早 期,TGF一61能够抑制肿瘤细胞增殖,使细胞停留在Gl期,诱导 细胞凋亡,但在肿瘤晚期,该信号通路中的一些因子发生突变, 使肿瘤细胞能够逃逸TGF- ̄I的抑制作用而发生增殖.这可能与 TGF—B1下游的Smads分子表达异常有关,所以TGF一13/Smads通 路在肿瘤中变化比较复杂。本研究中发现对照组Smad3为 16.61 ̄0.64,且随着三氧化二砷作用浓度的增加表达逐渐增加, 当As203为2.5 I ̄mol/L时,Smad3达到(39.64+1.63),各浓度三 氧化二砷作用下的Smad3表达,相比正常对照组,均差异有统计 学意义(P<0.05)。实验表明在体外培养的肠癌细胞HCT116中, 随着肿瘤细胞数目的减少和细胞活动相对静止期时。Smad3表 达逐渐增多.提示Smad3在肿瘤早期或相对稳定时表达较高。已 有研究表明.缺乏Smad3的小鼠在幽门螺杆菌感染和炎症反应 下更易发生结直肠癌[61.上述研究说明在肿瘤发展过程中.Smad3 可能具有抑制肿瘤的作用.其中TGF一61在肿瘤发展的早期具有 抑制肿瘤发展的作用,也可能是通过Smad3的表达来实现的。在 整个Smad信号通路中,除了上述调节型Smad 1,2,3等,还包括 抑制型Smad 6,7。它们不直接参与信号的传递但对整个通路具 有负作用。Smad7位于染色体18q21上,该位点等位基因的 丢失见于多种恶性疾病,并且与死亡率高,易发生转移有关。 Smad7对TGF—B家族的信号传递中起负反馈调节作用,Smad7 表达的紊乱,可影响细胞对TGF—B的应答,从而促进细胞的恶 性进展。Nakagawa在体外实验中发现Smad7在胰腺癌中有较高 China&Foreign Medical Treatment中外医疗 6 5 2014 —N0.23 China&—Foreign Medical Treatment 论 的表达,将Smad7基因转染至胰腺癌细胞。会使其恶性度增高, 裸鼠动物模型发生肿瘤机会增加,提示Smad7表达增高有可能 促进肿瘤的发生tTl。同时Gulubova等[81在142例结直肠癌患者 中,110例肿瘤标本(77.4%)中抑制性蛋白Smad7阳性表达,119 例患者(76.3%)肿瘤细胞膜上TGF-R表达阳性。该研究中,对照组 Smad7阳性表达(38.61 ̄0.64,2.5)lxmol/L As203组则为(20.04+ 著 【2】吴鹏飞,孔荣,邱宏春,等.全反式维A酸联合三氧化二砷治疗急性早 幼粒细胞性白血病的临床研究[J】.医学研究杂志,2010,3(29):123— 125. 【3姜华.3】三氧化二砷抗肿瘤作用的机制研究啪.中国现代药物应用,2012, 20(6):74-75. [4】龙兴震,张信江.三氧化二砷诱导人横纹肌肉瘤RD细胞株凋亡的实 验研究叨.现代预防医学,201 1,23(38):4945—4947. 【5】秦庆华,姚咏明.转化生长因子p信号通路研究进展[J].医学研究杂志, 2012,10(41).5-9. 【6】Tian M,Neil JR,Schiemann WP.Transforming growth Factor and the 0.31),即随着三氧化二砷对肿瘤细胞抑制作用的增强。Smad7表 达逐渐减少,各浓度三氧化二砷用药组和对照组比较,P<0.05,差 异有统计学意义,这与上述研究结果类似。在该研究中可能是三 氧化二砷使肿瘤细胞表达Smad7减少.进而减弱了对TGF的反 hallmarks of cancer .Cell Signal,201 1,23(6):951—962. [7】Nakagawa T,Li JH,Garcia G,et a1.TGF-beta induces proangiogenic and antiangiogenic factom via parallel but distinct Smad pathways[J].Kidney Int,201M,66(2):605-613. 【8】Gulubova M,Manolova I,Ananiev J,et a1.Relationship of TGF-IM and Smad7 expression witll decreased dendritic cell infiltration in liver 馈抑制作用,从而使TGF对其下游的Smad2,3等发挥作用, 说明Smad7表达的异常是肠癌的重要分子特征。 该研究中Smad3、Smad7表达在4组中均差异有统计学意 义,提示两者均参与结肠癌的发生、发展过程,Smad3、Smad7表 达的异常很可能成为结肠癌重要的分子特征.这还待于统计学 上的筛选和确认,上述研究表明TGF一13/Smads信号通路可能是 三氧化二砷发挥作用的重要靶点之一,上述基因只是肿瘤细胞 增殖和凋亡等众多基因网络中的一员.Smads与胞外信号调 gastrointestinal cancer metstasias .APMIS,2013,121(1 o):967—975. 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