利用小分子化合物研究肺腺癌細胞死亡及血管內(nèi)皮細胞凋亡的分子機制.pdf

1、研究的目的和意義： 本研究在加入生長因子的條件下，以小分子化合物作為凋亡誘導(dǎo)劑，對人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞的凋亡機理進行了初步探討。這些研究可加深對血管內(nèi)皮細胞凋亡的分子機理的認(rèn)識，為研究腫瘤血管退化的機制提供重要參考資料，有望為肺腺癌的有效治療提供重要啟迪。 研究內(nèi)容：1. 以嗎啉酮衍生物作為誘導(dǎo)A549細胞凋亡的工具，研究A549細胞凋亡與細胞周期分布、P53和Fas蛋白累積量之間的關(guān)系。 2.觀察分析苯并嗯嗪衍

2、生物對A549細胞生長的影響，篩選能夠有效抑制A549細胞生長的生物活性小分子。 3.進一步分析2中篩選出的苯并嗯嗪衍生物3f對A549細胞自噬性死亡的誘導(dǎo)作用。 4.在上述實驗中，我們發(fā)現(xiàn)DBO處理導(dǎo)致A549細胞中的膜整連蛋白β4顯著下調(diào)，本實驗進一步研究了膜整連蛋白β4在A549細胞自噬性死亡的作用。 5.生長因子FGF-2存在的條件下，DBO誘導(dǎo)人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞凋亡的研究及其對血管形成的影響.

3、 研究方法：1.細胞死亡方式的檢測。 2.細胞內(nèi)蛋白水平及分布的檢測： 2.1免疫細胞化學(xué)法結(jié)合激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)，檢測P53、Fas、膜整連蛋白β4和MAP1 LC3-Ⅱ蛋白含量及其分布的變化。 2.2 Western blot法檢測P53、膜整連蛋白β4蛋白累積量的變化。 3.DBO對A549細胞基因表達的影響利用人類全基因組cDNA芯片檢測小分子化合物DBO對A549細胞基因表達的影響，具體參

4、考Patterson的方法[Patterson et al.，2006]4.RIS1，F(xiàn)ST，RIN2，RAB5B和膜整連蛋白β4的轉(zhuǎn)錄表達分析利用反轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR)和瓊脂糖凝膠電泳相結(jié)合，檢測Ras誘導(dǎo)衰老基因(RIS1)，濾泡素抑制素(FST)，Ras與Rab相互作用因子2(RIN2)，RAB5B和膜整連蛋白β4在mRNA水平上的變化。 5.RNAi干擾蛋白表達： 利用RNAi技術(shù)下調(diào)膜整連蛋白β4在A54

5、9細胞中的表達后，檢測細胞存活率的變化，并采用TUNEL，LDH活性檢測，AO染色和MAP1 LC3-Ⅱ免疫細胞化學(xué)檢測等方法鑒別細胞的死亡方式。 6.血管內(nèi)皮細胞的提取和培養(yǎng)： 參考Jaffe等的方法[Jaffe et al.，1973]7.ROS檢測： 利用熒光探針(DCHF)結(jié)合激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)進行檢測8.SOD活性檢測： 利用SOD檢測試劑盒進行檢測，具體操作按說明書進行。 9.N

6、ADPH氧化酶活性檢測： 參考Li等的方法[Li et al，2002]10.體內(nèi)外血管形成模型： 10.1 Matrigel血管形成模型：參考Kureishi等的方法[Kureishi et al.，2000]10.2雞胚尿囊膜(CAM)模型：參考Zhao等的方法[Zhao et al，2005]. 研究結(jié)果： 1.嗎啉酮衍生物誘導(dǎo)A549細胞凋亡及其分子機制1.1在48 h內(nèi)，三種嗎啉酮衍生物(化合物

7、1，2和3，圖1)以濃度依賴的方式顯著降低A549細胞存活率(圖2)。 1.2流式細胞儀的分析結(jié)果表明，40μg/ml嗎啉酮衍生物化合物1處理A549細胞48h后，與對照組相比，S期細胞所占比例下降，而G0/G1和G2/M期細胞比例上升?；衔?和3處理后，S期和G2/M期細胞所占比例均下降，而G0/G1期細胞比例明顯上升(圖3)。 1.3倒置相差顯微鏡觀察結(jié)果顯示，40μg/ml的嗎啉酮衍生物1，2和3分別處理A549

8、細胞48h后，細胞表現(xiàn)出明顯的凋亡形態(tài)：胞體皺縮，胞漿內(nèi)空泡明顯，核固縮，折光性減弱，凋亡小體樣結(jié)構(gòu)形成(圖4)。其中，化合物3的作用效果尤為明顯。 1.4 AO染色后利用熒光顯微鏡檢測發(fā)現(xiàn)，40μg/ml的嗎啉酮衍生物1，2和3分別處理A549細胞48h后，細胞也呈現(xiàn)出典型的凋亡形態(tài)學(xué)特征：細胞核固縮、染色質(zhì)凝集且邊緣化明顯、核碎裂，凋亡小體清晰可見(圖5)。其中化合物3是三種嗎啉酮衍生物中誘導(dǎo)A549細胞凋亡的最有效分子。

9、 1.5 40μg/ml的嗎啉酮衍生物1，2和3分別處理A549細胞48h后，細胞內(nèi)P53蛋白含量明顯增加，并向細胞核中聚集(圖6)。細胞內(nèi)Fas蛋白水平顯著升高，在細胞膜上的分布也發(fā)生明顯改變。在對照組，F(xiàn)as彌散在整個細胞表面；而在化合物處理組，F(xiàn)as蛋白在細胞膜上聚集成帽狀，并有向細胞的一端遷移的趨勢(圖7)。嗎啉酮衍生物通過Fas通路誘導(dǎo)A549細胞凋亡的機制與本實驗室以前研究的黃樟素氧化物誘導(dǎo)A549細胞凋亡的機制類似，

10、故對其誘導(dǎo)A549細胞凋亡的分子機理未做更深入的研究。 2.苯并口惡嗪衍生物初步篩選結(jié)果(MTT法檢測細胞存活率)在24-48h，200和400μM苯并口惡嗪衍生物化合物3c，3d和3f都能夠顯著地抑制A549細胞生長(p＜0.05，圖9)，而化合物3a,3b，3e和3g對A549細胞的生長無顯著影響(圖10)。其中化合物3f(6，8-二氯-2,3-二氫-3-羥甲基-1，4-苯并口惡嗪，DBO)的抑制效果最為明顯。 3.

11、DBO誘導(dǎo)A549細胞自噬性死亡及其分子機制3.1 200μM DBO處理A549細胞48h時，與對照組相比，G0/G1和G2/M期細胞所占比例明顯上升(圖12)，P53蛋白含量顯著增加(p＜0.05，圖13)，而膜整連蛋白β4的含量明顯減少(p＜0.05，圖14)。說明DBO極有可能通過上調(diào)P53蛋白、下調(diào)膜整連蛋白β4的含量，阻滯細胞于G1期，從而抑制A549細胞的生長。 3.2 TUNEL和LDH檢測發(fā)現(xiàn)，200μM DBO處理A

12、549細胞48h時，細胞凋亡率和培養(yǎng)液中LDH活性均無明顯變化(圖16和17)，AO染色陽性率明顯升高(圖18)。免疫細胞化學(xué)檢測的結(jié)果表明，在DBO處理組LC3-II在細胞質(zhì)中塊狀聚集，而在對照組中無此現(xiàn)象出現(xiàn)(圖19)。這些結(jié)果說明DBO既沒有誘導(dǎo)A549細胞凋亡也沒有誘導(dǎo)其壞死，而極有可能是引起了A549細胞的自噬性死亡。 3.3基因芯片的結(jié)果顯示，200μM DBO處理A549細胞48 h時，共有77個基因發(fā)生了2倍以上

13、量的顯著變化，其中64(0.3％)個基因顯著上調(diào)，13(0.06％)個基因明顯下調(diào)(圖20)。基于細胞生長率的變化以及酸性膜泡的增多，我們選擇了Ras誘導(dǎo)的衰老相關(guān)基因1(RIS1)，濾泡素抑制素(FST)，RAB5B和RIN2等4個基因進行了進一步轉(zhuǎn)錄表達分析。RT-PCR結(jié)果顯示，隨著DBO處理時間的延長，A549細胞中RIS1，F(xiàn)ST和RIN2的表達水平逐漸上升，RAB5B的表達水平逐漸下降(圖21)。與其它基因不同的是，膜整連蛋

14、白p4在處理24h恢復(fù)到與對照組相當(dāng)?shù)乃?，說明膜整連蛋白β4的表達可能隨細胞周期的變化而變化。為闡明膜整連蛋白β4在調(diào)控A549肺腺癌細胞生長利增殖中的作用，我們利用膜整連蛋白β4特異性siRNA干擾其表達。膜整連蛋白β4下調(diào)后，雖然A549細胞的凋亡率和培養(yǎng)液中LDH活性均無明顯變化(圖23)，但A549細胞存活率卻明顯降低(圖22)。進一步分析表明，A549細胞內(nèi)酸性膜泡數(shù)量明顯增多，LC3-II的表達顯著增強、且呈斑塊狀聚集(圖

15、24)，RIS1，F(xiàn)ST和RIN2基因的表達明顯增強，而RAB5B的表達明顯減弱(圖25)。意味著膜整連蛋白β4，RIS1，F(xiàn)ST，RAB5B和RIN2可能參與調(diào)控A549細胞的生長和自噬性死亡過程。 4.生長因子FGF2存在的條件下，DBO誘導(dǎo)人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞凋亡及其分子機制4.1 50μM DBO處理人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞24h后，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)膜整連蛋白β4的含量顯著增加(圖26)，細胞凋亡率從21.3％上升到68.5％(p

16、＜0.01，圖27)。 4.2 50μM DBO處理人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞12h時，細胞內(nèi)的ROS和NO水平顯著提高(圖28和30A)。酶活分析表明細胞內(nèi)NADPH氧化酶和iNOS的活性顯著升高，而SOD和eNOS的活性無顯著變化(圖29和30B)。這意味著極有可能是由于NADPH氧化酶活性升高導(dǎo)致了細胞內(nèi)ROS含量的增加，而iNOS活性的升高導(dǎo)致了NO含量增加。但在DBO處理人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞前，若先用NADPH氧化酶的特異性

17、抑制劑DPI處理細胞30分鐘，則細胞內(nèi)ROS和NO的含量均不能顯著提高(圖31)，預(yù)示著在血管內(nèi)皮凋亡中，NO的產(chǎn)生可能通過NADPH氧化酶與ROS代謝有關(guān)聯(lián)。 5.DBO對體內(nèi)外血管形成的影響50μM DBO處理人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞24h時，分化形成的毛細血管樣血管的數(shù)量最多。隨著培養(yǎng)時間的延長，血管形成被抑制。到72h的時候，在DBO處理組幾乎看不到毛細血管樣結(jié)構(gòu)存在(圖32)。DBO(10-40nmol)處理雞胚尿囊膜3天