漢防己甲素對人鼻咽癌細(xì)胞株的放射增敏作用及其機(jī)制*

吳喜福， 張革化△， 黎景佳， 黃健聰， 王 凱，嚴(yán)睿成， 鄭 堅， 謝逢安， 葉 進(jìn)， 劉 賢

(1中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院耳鼻咽喉－頭頸外科，廣東 廣州 510630;暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院2腫瘤科，3直線加速器室，廣東 廣州 510632)

鼻咽癌 (nasopharyngeal carcinoma，NPC)是源于鼻咽部上皮的鱗狀細(xì)胞癌，因解剖位置隱匿、毗鄰重要器官，治療以放射治療為首選。雖然放療技術(shù)的發(fā)展明顯提高了早期NPC患者的5年總生存率，但晚期患者療效仍不理想。治療失敗的主要原因之一是放療后腫瘤局部殘留或復(fù)發(fā)。NPC細(xì)胞對放射線抵抗是一個突出的問題，已有研究顯示放射抵抗者高達(dá)23.2%[1－2]。同步放化療雖提高了 NPC的療效，但伴隨的毒副反應(yīng)使患者的依從性下降，5年總生存率仍未獲得明顯改善[3]。因此，如何提高NPC對放射線照射的敏感性成為亟待解決的問題。

研究發(fā)現(xiàn)漢防己甲素(tetrandrine，Tet)具有抗腫瘤效應(yīng)，并能增加腫瘤細(xì)胞對放射線照射的敏感性[4]。本研究擬探討 Tet對人鼻咽癌細(xì)胞株CNE1和CNE2是否具有放射增敏作用，并研究其增敏機(jī)制，為尋找NPC的放射增敏劑提供理論依據(jù)。

材料和方法

1 細(xì)胞

人NPC高分化鱗癌細(xì)胞株CNE1和低分化鱗癌細(xì)胞株CNE2由中山大學(xué)腫瘤醫(yī)院惠贈。細(xì)胞采用含10%胎牛血清、1×105U/L青霉素和100 mg/L鏈霉素的RPMI－1640培養(yǎng)基培養(yǎng)，每2～3 d傳代1次。

2 主要試劑

Tet購于大連富生天然藥物開發(fā)有限公司(純度＞98%)，溶液配制方法參考文獻(xiàn)[5]。四甲基偶氮唑鹽[3－(4，5－dimethyl－2－thiazolyl)－2，5－diphenyl－tetrazolium bromide，MTT]購于 Sigma，二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)購于天津市大茂化學(xué)試劑廠，細(xì)胞周期試劑盒購于南京凱基生物科技發(fā)展有限公司。

3 細(xì)胞照射

采用SIEMENZ直線加速器產(chǎn)生的6 MV的X線照射細(xì)胞，劑量率為2.5 Gy/min。照射時在細(xì)胞培養(yǎng)板加墊0.5 cm厚的有機(jī)玻璃板及硅膠補償膜，放射源至細(xì)胞的距離為100 cm，照射野為25 cm×25 cm。

4 主要方法

4.1 細(xì)胞增殖抑制實驗

4.1.1 Tet增殖抑制實驗 CNE1和 CNE2細(xì)胞分別以每孔1000個接種于96孔板，每組5個平行孔，待細(xì)胞貼壁后分別給予 0、1、2、3、4、5、10 和 20 μmol/L Tet溶液培養(yǎng)24 h。終止培養(yǎng)，每孔加入5 g/L的MTT 20 μL，繼續(xù)孵育4 h后，吸去孔內(nèi)上清液并加入DMSO 150 μL，振蕩10 min后于490 nm波長測定吸光度值，計算Tet的半數(shù)抑制濃度(50%inhibitory concentration，IC50)。

4.1.2 Tet最大非細(xì)胞毒性劑量篩選實驗 CNE1和CNE2細(xì)胞分別以每孔1000個接種于96孔板，每組5個平行孔，待細(xì)胞貼壁后分別給予0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8 和 2 μmol/L Tet溶液培養(yǎng)，培養(yǎng)24 h后細(xì)胞換液。MTT法測定吸光度值，連續(xù)檢測6 d，繪制不同Tet劑量下的細(xì)胞生長曲線。

4.1.3 Tet聯(lián)合放射線照射對細(xì)胞增殖抑制實驗設(shè)立空白對照組和單純Tet組、單純放射線照射組和Tet聯(lián)合放射線照射組。CNE1和CNE2細(xì)胞分別以每孔1000個接種于96孔板，每組5個平行孔，待細(xì)胞貼壁后單純放射線照射組及Tet聯(lián)合放射線照射組給予4 Gy放射線照射，照射結(jié)束后，單純Tet組及Tet聯(lián)合放射線照射組立即給予最大非細(xì)胞毒性劑量的Tet溶液培養(yǎng)，培養(yǎng)24 h后細(xì)胞換液。MTT法測定吸光度值，連續(xù)檢測6 d，繪制各組的細(xì)胞生長曲線。

4.2 克隆形成實驗 操作方法參考文獻(xiàn)[6]，設(shè)立單純放射線照射組和Tet聯(lián)合放射線照射組。CNE1和 CNE2 細(xì)胞分別以 100、200、400、800、2000 和5000個接種于直徑6 cm的培養(yǎng)皿，每組3個平行皿，待細(xì)胞貼壁后分別給予 0、1、2、4、6 和 8 Gy放射線照射，照射結(jié)束后，Tet聯(lián)合放射線照射組立即給予最大非細(xì)胞毒性劑量的Tet溶液培養(yǎng)24 h。細(xì)胞換液后繼續(xù)培養(yǎng)，待10～12 d長出肉眼可見的克隆后，吸去培養(yǎng)基，PBS洗滌、甲醇固定、姬姆薩染色，計算50個細(xì)胞以上的克隆數(shù)。根據(jù)克隆數(shù)計算克隆形成率、細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)，采用單擊多靶模型擬合細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)曲線及放射生物學(xué)參數(shù)平均致死劑量(mean lethal dose，Do)、準(zhǔn)閾劑量(quasi－field dose，Dq)、2 Gy 細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)(survival fraction at 2 Gy，SF2)及放射增敏比(senitivity enhancement ratio，SER)?？寺⌒纬陕?%)=克隆形成數(shù)/接種細(xì)胞數(shù)×100%。細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)(%)=某一劑量照射組的克隆數(shù)/(該組接種細(xì)胞數(shù)×PE)×100%。SER=單純放射線照射組Do/Tet聯(lián)合放射線照射組Do[7]。

4.3 流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞周期 設(shè)立空白對照組、單純Tet組、單純放射線照射組和Tet聯(lián)合放射線照射組。CNE1和CNE2細(xì)胞分別以2×105cells/well接種于6孔板，每組3個平行孔，待細(xì)胞貼壁后單純放射線照射組及Tet聯(lián)合放射線照射組給予4 Gy放射線照射，照射結(jié)束后，單純Tet組及Tet聯(lián)合放射線照射組立即給予最大非細(xì)胞毒性劑量的Tet溶液培養(yǎng)24 h。胰酶消化、收集細(xì)胞，PBS洗滌、70%乙醇固定過夜。RNase A 37℃水浴30 min，PI避光染色30 min，流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞周期。

5 統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

1 細(xì)胞增殖抑制實驗

Tet對細(xì)胞具有增殖抑制作用，濃度越高增殖抑制作用越明顯，提示其增殖抑制作用具有濃度依賴性;Tet對CNE1和CNE2細(xì)胞的IC50分別為(12.44±0.05)μmol/L 和(13.39 ± 0.09)μmol/L，見圖1A。當(dāng) Tet分別為 1.5 μmol/L 和 1.8 μmol/L 時，CNE1和CNE2細(xì)胞的生長曲線與空白對照組生長曲線相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，提示該劑量的Tet為最大非細(xì)胞毒性劑量，見圖1B、C。

單純放射線照射組與空白對照組相比，細(xì)胞增殖受到抑制，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。而Tet聯(lián)合放射線照射組與單純放射線照射組相比，最大非細(xì)胞毒性劑量的Tet干預(yù)使CNE1和CNE2細(xì)胞增殖明顯受到抑制，第4～6 d時明顯，2組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P ＜0.01)，見圖1D、E。

Figure1.Inhibitory effect of Tet on the proliferation of CNE1 and CNE2 cells.A:relative survival after exposure to Tet for 24 h;B and C:the maximum non－cytotoxic dose of Tet;D and E:the inhibitory effect of Tet and radiation on the proliferation..n=3.*P ＜0.05 vs control;▲▲P ＜0.01 vs 4 Gy.圖1 細(xì)胞增殖抑制實驗

2 克隆形成實驗

采用單擊多靶模型擬合細(xì)胞存活分?jǐn)?shù)曲線并計算放射生物學(xué)參數(shù)，結(jié)果提示CNE1和CNE2細(xì)胞的SF2分別為 0.42 ±0.05 和 0.54 ±0.02，見圖 2。CNE1細(xì)胞:單純放射線照射組的Do和Dq分別為1.26 ±0.02 Gy和0.93 ±0.12 Gy，Tet聯(lián)合放射線照射組Do和Dq分別為(0.73±0.05)Gy和(0.67±0.03)Gy;CNE2細(xì)胞:單純放射線照射組的Do和Dq分別為(2.27 ±0.04)Gy 和(1.24 ±0.08)Gy，Tet聯(lián)合放射線照射組 Do和 Dq分別為(1.61±0.08)Gy和(1.10 ±0.06)Gy。Tet對 CNE1 和CNE2細(xì)胞的 SER分別為1.73和1.40(P ＜0.05)。

3 流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞周期

空白對照組CNE1和CNE2細(xì)胞的G1期細(xì)胞比例分別為(65.23 ±9.33)%和(44.47 ±2.55)%，單純Tet組G1期細(xì)胞比例分別為(67.39±4.65)%和(51.90 ±8.90)%，G1期細(xì)胞比例雖有所升高，但差異并無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)?？瞻讓φ战MCNE1和CNE2細(xì)胞的 G2期細(xì)胞比例分別為(11.41±1.50)%和(14.48±1.80)%，而單純放射線照射組G2期細(xì)胞比例分別為(42.62 ±2.07)%和(34.82 ±2.74)%，2組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。Tet聯(lián)合放射線照射組，2株細(xì)胞G2期細(xì)胞比例分別為(17.02 ±1.87)%和(19.64 ±4.82)%，與單純放射線照射組相比明顯降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)，見圖3。

Figure2.Colony formation assay.－Tet:radiation group;+Tet:Tet plus radiation group..n=3.*P＜0.05 vs－Tet.圖2 克隆形成實驗

Figure3.Cell cycle analyzed by flow cytometry..n=3.＊＊P＜0.01 vs control;▲▲P＜0.01 vs 4 Gy.圖3 細(xì)胞周期結(jié)果

討 論

Tet又名粉防己堿，為千金藤屬植物粉防己塊根中的主要成分，化學(xué)結(jié)構(gòu)為雙芐基異喹啉生物堿，分子式為C33H42N2O6。Tet為非選擇性鈣通道拮抗劑，具有降壓、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗纖維化、降血糖等作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)Tet具有抗腫瘤作用，表現(xiàn)為直接抗腫瘤、增加放射敏感性、逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞多重耐藥和抗血管形成[8－10]。已有的研究提示Tet的抗腫瘤作用機(jī)制主要通過抑制CDK/cyclin E和CDK4轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、抑制CDK4、CDK6、cyclin D1和E2F1蛋白降解、抑制p53/p21Cip1的表達(dá)等途徑，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞阻滯于G1期[5]。

作為一個理想的放射增敏劑(radiation sensitizing agents，RAS)，應(yīng)該具備如下特點:(1)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易和其它物質(zhì)反應(yīng);(2)有效劑量沒有毒性或毒性很低;(3)易溶于水，便于給藥;(4)專對腫瘤細(xì)胞，特別是對腫瘤乏氧細(xì)胞有較強的放射增敏作用;(5)有較長的生物半衰期，并在體內(nèi)能保持其藥物毒性，足以滲入整個腫瘤;(6)在常規(guī)分次治療，較低的藥物劑量即可有放射增敏作用;而關(guān)于抗腫瘤藥物用于增敏研究的劑量選擇，經(jīng)驗用量為抗腫瘤藥物 IC50的 1/10 ～1/5[11]。

本研究在探討Tet對CNE1和CNE2細(xì)胞IC50的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過MTT實驗得出Tet對CNE1和CNE2細(xì)胞的最大非細(xì)胞毒性劑量，分別為1.5 μmol/L 和 1.8 μmol/L，采用此劑量研究 Tet的放射增敏作用較以往的經(jīng)驗用量更為科學(xué)、可信。

已有文獻(xiàn)證實放射線照射可導(dǎo)致細(xì)胞DNA雙鏈斷裂、細(xì)胞周期阻滯于G2期，并啟動一系列DNA損傷修復(fù)機(jī)制防止在M期進(jìn)行異常分裂，以對抗放射線損傷[12－13]。本研究中，流式細(xì)胞術(shù)提示單純放射線照射能顯著增加2株細(xì)胞的G2期細(xì)胞比例(P＜0.05)，而Tet聯(lián)合放射線照射與單純放射線照射相比，G2期細(xì)胞比例明顯降低(P＜0.01);MTT法與克隆形成實驗結(jié)果提示Tet聯(lián)合放射線照射能顯著抑制細(xì)胞增殖、增加細(xì)胞對放射線的敏感性，放射增敏比分別為1.73和1.40(P ＜0.05)。因此，我們推測Tet去除放射線照射誘導(dǎo)的G2期細(xì)胞阻滯可能是其放射增敏的機(jī)制之一。由于細(xì)胞在G2期能完成DNA損傷修復(fù)，而Tet可能導(dǎo)致尚未進(jìn)行DNA修復(fù)的細(xì)胞直接進(jìn)入下一周期，表現(xiàn)為G2期細(xì)胞比例減少，損傷后的細(xì)胞在進(jìn)入到下一周期后不能正常生長而死亡，從而達(dá)到放射增敏作用。

綜上所述，最大非細(xì)胞毒性劑量的Tet對人鼻咽癌細(xì)胞株CNE1和CNE2具有放射增敏作用，其機(jī)制可能與去除放射線照射誘導(dǎo)的G2期細(xì)胞阻滯有關(guān)。

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