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索拉非尼联合蒽环类化疗药对乳腺癌MCF—7细胞增殖周期的影响

2014-10-28胡燕等

中国医药导报 2014年27期
关键词:索拉非尼乳腺癌

胡燕等

[摘要] 目的 探讨索拉非尼联合蒽环类化疗药表阿霉素对乳腺癌MCF-7细胞增殖周期的作用。 方法 细胞做四甲基偶氮唑盐实验,绘制细胞增殖曲线。实验分为4组:对照组、索拉非尼单药组、表阿霉素单药组、联合组(索拉非尼+表阿霉素)。用聚酰亚胺染色后,经流式细胞仪检测各组细胞增殖周期的变化。 结果 细胞增殖曲线可见细胞传代后开始增殖,4~5 d达到峰值,后随着时间的延长,细胞增殖受抑越来越明显。流式细胞仪检测细胞周期结果显示,索拉非尼单药组使MCF-7细胞阻滞于G0/G1期[(62.837±0.511)%]与对照组[(49.250±0.826)%]比较,差异有统计学意义(P < 0.05);表阿霉素单药组使细胞阻滞于S期[(24.976±0.409)%],与对照组[(23.473±1.009)%]比较,差异有统计学意义(P < 0.05);联合组G0/G1期细胞比率[(64.373±0.429)%]高于对照组及表阿霉素单药组[(50.980±0.403)%],差异均有统计学意义(均P < 0.05)。 结论 索拉非尼和表阿霉素的联合应用可以使乳腺癌MCF-7细胞明显阻滞于G0/G1,可以为乳腺癌的联合化疗提供一定的理论依据。

[关键词] 乳腺癌;生物化疗;索拉非尼;表阿霉素

[中图分类号] R979.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2014)09(c)-0035-04

Affect of the Coadministration of Sorafenib and anthracycline chemotherapy drug on the cell cycle of breast cancer MCF-7 cell

HU Yan WU Bing ZHANG Jun WANG Lianghe GE Wei LUO Rongcheng

Oncology Center, Renmin Hospital of Wuhan University, Hubei Province, Wuhan 430060, China

[Abstract] Objective To investigate the affect of Sorafenib combined with anthracycline chemotherapy Epirubicin on the proliferation of breast cancer MCF-7 cell cycle. Methods Cells growth curve were drawn after the MTT experiment. Four different groups were set up: control group, Sorafenib group, EPI group and Sorafenib+EPI (combination) group. The change of cell cycles were detected by PI single staining and flow cytometry. Results Cell growth curve showed, passaged cells began to proliferate, and reached the peak after 4-5 days, with the prolongation of time, cell proliferation was inhibited more and more obvious. The cell cycle by flow cytometry showed that, the Sorafenib group [(62.837±0.511)%] induced G0/G1 phase mitosis arrest, compared with control group [(49.250±0.826)%], the difference was statistically significant (P < 0.05); the EPI group (24.976±0.409)%] induced accumulation of S phase mitosis arrest, compared with control group [(23.473±1.009)%], the difference was statistically significant (P < 0.05); and the combination group [(64.373±0.429)%] showed greater increase of G0/G1 phase, compared with control group and EPI group [(50.980±0.403)%], the differences were statistically significant (P < 0.05). Conclusion The combined application of Sorafenib and Epirubicin can make the breast cancer MCF-7 cells arrested in G0/G1, provide certain theoretical basis for the combination chemotherapy for breast cancer.

[Key words] Breast cancer; Biochemotherapy; Sorafenib; Epirubicin

乳腺癌是女性最常见恶性肿瘤之一,占世界所有新发癌症的23%,占癌症总病死率的14%[1]。近期的流行病学调查中发现,在乳腺癌的远期随访中,复发性乳腺癌的预后很不理想[2]。目前对于晚期乳腺癌,尤其是性激素受体阴性的乳腺癌,由于缺乏特异性的靶标,一直没有理想的治疗方法[3]。传统化疗药费用昂贵,副作用大,而且容易使乳腺癌产生化疗抵抗。细胞周期失控是肿瘤细胞异常增殖的一个重要原因,在肿瘤中发现有调控细胞周期进程的Cyclin及细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)基因的异常表达[4]。细胞周期的异常运转是肿瘤细胞恶性增殖的核心环节,其中S期的DNA合成和G2/M期的细胞有丝分裂对维持肿瘤细胞的恶性增殖尤为重要。各种抗肿瘤药物对肿瘤细胞的生长抑制大都体现在对于细胞周期这两个时相的调控上[5]。因此,针对这两个时相以及相应药物的研究对于了解细胞周期和化疗药的相互关系起到重要的作用。

索拉非尼是一种小分子多靶点的酪氨酸酶抑制剂,可抑制肿瘤细胞信号传导,具有良好的抗肿瘤效应[6]。索拉非尼抑制细胞周期蛋白及细胞周期的相关蛋白,使增殖期细胞阻滞在G1期,从而阻断细胞周期的进展,影响肿瘤细胞的增殖并促肿瘤细胞凋亡[7]。蒽环类化疗药表阿霉素(epirubicin,EPI)是乳腺癌治疗中最为常用和有效的药物,可明显改善患者的生存率,在乳腺癌术后辅助化疗及术前新辅助化疗中常用[8]。表阿霉素是一种细胞周期非特异性药物,能够直接嵌入肿瘤细胞DNA碱基对之间,从而抑制DNA、RNA的合成。本研究主要探讨表阿霉素联合索拉非尼对乳腺癌MCF-7细胞增殖周期各时相的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 细胞株 人乳腺癌(MCF-7)细胞株,引自中国科学院上海细胞生物研究所。培养传代于含10%新生牛血清的RPMI 1640培养液中(Gibco公司),选择对数生长期细胞进行实验。

1.1.2 药物及试剂 索拉非尼购于德国拜耳公司,应用二甲基亚砜(DMSO)溶解,于-20°保存,实验用时稀释,使DMSO终浓度<0.5%,不影响细胞生长。表阿霉素(Epirubicin,EPI)购于江苏豪森制药,小牛血清购于天津灏洋生物,四甲基偶氮唑盐(MTT)及DMSO均购于Sigma公司。

1.2 方法

1.2.1 细胞生长曲线 将MCF-7细胞以1×104/孔,接种于96孔板,每组3个复孔,于培养的第1~7天每日采用MTT比色法检测3个复孔的吸光度(A)值,以时间(d)为横坐标,A值为纵坐标绘制细胞的生长曲线。

1.2.2 细胞生长周期检测方法 ①取对数生长MCF-7细胞,常规消化、计数,以细胞数为2×104个/孔的密度接种于6孔培养板中,每孔加RPMI 1640全培养基2 mL,置37℃、5%CO2培养箱内培养48 h后在各培养孔中加入药物。②将细胞分为4组,分别为对照组、索拉非尼单药组、表阿霉素单药组、联合组。单药组的给药浓度分别为索拉非尼(2 μmol/L)、表阿霉素(0.5 μmol/L),联合组中化疗药物的浓度与单药组相同,对照组不加任何药物。加药后置37℃、5%CO2培养箱内培养72 h,然后用不含EDTA的0.25%胰酶消化、收集各组细胞;③分别制备各组单细胞悬液,4℃ 1000 r/min离心5 min,形成细胞团。小心移去上清液,冰预冷磷酸盐缓冲液(PBS)洗细胞2次,细胞浓度调整为2×105~5×105/mL。④用75%乙醇-20℃固定收集的细胞,过夜,用PBS液洗涤2次,2000 r/min离心5 min后,加入含有0.1%RnaseA的PBS液100 μL,10 μg/mL聚酰亚胺(PI)500 μL室温避光染色30 min后上流式细胞仪进行细胞周期测定。本实验重复3次。

1.3 统计学方法

实验统计学分析采用SPSS 13.0统计软件,计量资料数据用均数±标准差(x±s)表示,多组间A值比较采用单因素方差分析;组间两两比较采用LSD-t检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 细胞的生长状况评价

从细胞的生长曲线可以看出,MCF-7细胞生长的初期(4 d)内生长速度较快,4~5 d进入平台期,后生长逐渐衰老。见图1。

图1 MCF-7细胞生长曲线

2.2 细胞周期检测结果

索拉非尼单药组、表阿霉素单药组、联合组G0/G1期细胞比率均高于对照组,差异均有统计学意义(P < 0.05),结果提示两药分别作用均可使细胞周期阻滞于G0/G1期;索拉非尼单药组、表阿霉素单药组S期细胞比率与对照组比较,差异均有统计学意义(P < 0.05),提示表阿霉素使细胞阻滞于S期;表阿霉素单药组、索拉非尼单药组G0/G1期细胞比率与联合组比较,差异均有统计学意义(P < 0.05);联合组S期细胞比率高于索拉非尼单药组,差异有统计学意义(P < 0.05);联合组S期细胞比率与对照组比较,差异无统计学意义(P > 0.05),提示,联合组对细胞周期S期无明显阻滞作用。见表1、图2。

3 讨论

乳腺癌是世界范围内导致女性高病死率的主要因素,全球每年大约有100万女性诊断为乳腺癌[9]。当前主要靠化疗来控制乳腺癌的进展,然而,只有少数患者能够根治[10]。因此,迫切需要新的化疗方案来改善乳腺癌患者的生存质量。

细胞周期调控是一个精细的生物学过程,涉及了多个基因和蛋白的参与,进而形成了复杂的信号分子网络系统。因此,了解细胞周期及其相关基因的表达可以从基础生物学研究的角度深入发掘肿瘤的本质,阐明癌症的发生机制,并为肿瘤的早期诊断提供标志分子。此外,细胞周期蛋白的深入研究还能够为设计特异性抑制肿瘤细胞生长的药物和发展个体化的临床治疗方案提供理论基础,为选择特异性药物靶点、优化治疗措施提供科学基础[5]。近些年来出现的一些细胞周期阻滞药,如异黄酮类能够在低剂量时使细胞阻滞于G2/M期,高剂量时使细胞阻滞于S期,进而抑制多种肿瘤细胞生长。萜类化合物棉子酚能够使肿瘤细胞的细胞周期阻滞于S期,而多萜类及半萜类化合物能够抑制多种肿瘤细胞的G1期。苦参碱能够使肝癌细胞系和慢性粒细胞白血病细胞系阻滞于S期,同时抑制端粒酶活性,进而抑制细胞生长。此外,从槟榔树果中提取的槟榔碱能够使口腔上皮癌细胞系阻滞于G2/M期,起到细胞毒作用[5]。

有报道称,周期蛋白依赖性激酶(CDK)与相应的细胞周期蛋白结合是启动和进行细胞周期各类分子事件的必要条件,其通过对细胞周期蛋白的磷酸化修饰使细胞周期跨时相改变。不同种类的细胞周期蛋白可以结合不同种类的周期素依赖性蛋白激酶(CDKS),从而参加调控细胞周期的不同时相[11]。当CDK2酶活性受到抑制后,促使CDK2活性降低或丧失,从而影响细胞周期的表型导致细胞G1期阻滞,抑制细胞DNA合成及增殖[12-13]。高双全等[14]发现,CDK2-AP1基因能够调控细胞周期,降低了细胞复制能力,这一结果证明了此基因表达对抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖具有良好的作用。这结果也说明了针对CDK2-AP1基因的靶向策略能够抑制乳腺癌细胞的恶性增殖,为乳腺癌患者的后期治疗提供理论基础,CDK2-AP1基因能够调控细胞周期,降低了细胞复制能力,这一结果证明了此基因表达对抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖具有良好的作用,也说明了针对CDK2-AP1基因的靶向策略能够抑制乳腺癌细胞的恶性增殖,为乳腺癌患者的后期治疗提供了理论基础。索拉非尼作为多种酪氨酸激酶受体抑制剂能够抑制各种生长信号及激酶受体本身对下游促细胞周期分子特别是对CDKS的激活效应,进而间接地起到细胞周期阻滞作用。

Liu等[15]研究发现,索拉非尼通过抑制人肝癌细胞株HepG2的RAF/ERK通路,使MEK和ERK的磷酸化水平下降,下调Cyclin D1,使增殖期细胞不能通过“G1~S”调节点,影响细胞增殖促进凋亡。Wei等[16]研究发现索拉非尼联合维生素K能在体外通过抑制p-ERK和Bcl-2的表达,增加p-JNK,c-Jun和FALS的表达,促进胰腺癌细胞的凋亡。一项索拉非尼用于治疗转移乳腺癌患者的临床Ⅱ期多中心不受控试验中,56例患者中,至少54例患者使用单剂量的索拉非尼进行治疗。1例患者局部缓解(2%),20例患者病情稳定(37%),没有观察到完全缓解。有12例患者病情稳定长于或等于16周(22%),7例患者病情稳定长于或等于6个月(13%)。不推荐进一步研究索拉非尼单剂量的使用,但是联合其他化疗试剂使用值得深入研究[17]。

本研究发现,索拉非尼单药能够抑制乳腺癌癌细胞株的生长,且先用表阿霉素,后用索拉非尼的序贯给药方式,有明显的协同效应。索拉非尼能够诱导细胞阻滞于G0/G1期。表阿霉素使乳腺癌MCF-7细胞阻滞在S期。此外,本研究中应用流式细胞仪检测细胞周期的结果表明,索拉非尼和表阿霉素单药均能使细胞阻滞于G0/G1期,尤其是联合用药组阻滞更明显;联合组S期细胞比率与对照组比较,差异无统计学意义(P > 0.05),提示,联合组对细胞周期S期无明显阻滞作用。

本研究表明表阿霉素和索拉非尼联合应用的生物化疗模式提高了抗肿瘤活性,为进一步探讨乳腺癌的治疗方法提供了参考,未来生物化疗模式将逐渐体现出其治疗优势。

[参考文献]

[1] Jemal A,Bray F,Center MM,et al. Global cancer statistics [J]. CA Cancer J Clin,2011,61(2):69-90.

[2] 彭卫军,顾雅佳.重视乳腺影像学检查技术和诊断水平的普及与提高为降低我国乳腺癌发病率而努力[J].中华放射学杂志,2009,43(5):453-454.

[3] Qian XL,Li YQ,Yu B,et al. Syndecan binding protein(SDCBP)is overexpressed in estrogen receptor negative breast cancers,and is a potential promoter for tumor proliferation [J]. PLoS One,2013,8(3):e60046.

[4] Choi MG,Sohn TS,Park SB,et al. Decreased expression of p12 is associated with more advanced tumor invasion in human gastric cancer tissues [J]. Eur Surg Res,2009,42(4):223-229.

[5] 詹启敏,陈杰.细胞周期与肿瘤转化医学[J].中国肿瘤临床,2014,41(1):1-7.

[6] Dy GK,Hillman SL,Rowland KM,et al. A front-line window of opportunity phase Ⅱ study of sorafenib in patients with advanced nonsmall cell lung cancer:north central cancer treatment group study N0326 [J]. Cancer,2010,116(24):5686-5693.

[7] Liu L,Cao Y,Chen C,et al. Sorafenib blocks the RAF/MEK/ERK pathway,inhibits tumor angiogenesis and induces tumor cell apoptopsis in hepatocellular carcinoma model PLC/PRF/5 [J]. Cancer Res,2006,66(24):11851-11858.

[8] 江漫,吴燕,马亚中,等.表阿霉素和紫杉醇单用或联合使用对乳腺肿瘤细胞ZR75-1的体外细胞毒性[J].解放军药学学报,2012,28(4):342-344.

[9] Vaz JA,Ferreira IC,Tavares C,et al. Suillus collinitus met hanolic extract increases p53 expression and causes cell cycle arrest and apoptosis in a breast cancer cell line [J]. Food Chem,2012,135(2):596-602.

[10] Kang N,Wang MM,Wang YH,et al. Tetrahydrocurcumin induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis involving p38 MAPK activation in human breast cancer cells [J]. Food and Chemical Toxicology,2014,67:193-200.

[11] Hiyoshi Y,Watanabe M,Hirashima K,et al. p12CDK2-AP1 is associated with tumor progression and a poor prognosis in esophageal squamous cell carcinoma [J]. Oncol Rep,2009,22(1):35-39.

[12] 陈嘉,申良方,钟美佐,等.E1A抑制乳腺癌MCF-7细胞增殖及其分子机制[J].中南大学学报:医学版,2008,33(7):582-586.

[13] 杨澜,王磊,王旭芬,等.乳腺癌中细胞周期素D1的表达及其临床意义[J].中国医药,2012,7(2):179-181.

[14] 高双全,高双荣,肖高芳,等.乳腺癌MCF-7细胞的增殖及周期与CDK2-AP1基因的表达的相关性研究[J].海南医学,2013,24(17):2499-2501.

[15] Liu L,Cao Y,Chen C,et al. Sorafenib blocks the RAF/MEK/ERK pathway,inhibits tumor angiogenesis,and induces tumor cell apoptosis in hepatocellular carcinoma model PLC/PRF/5 [J].Cancer Res,2006,66(24):11851-11858.

[16] Wei G,Wang M,Carr BI. Sorafenib combined vitamin K induces apoptosis in human pancreatic cancer cell lines through RAF/MEK/ERK and c-Jun NH2-terminal kinase pathways [J]. J Cell Physiol,2010,224(1):112-119.

[17] Bianchi G,Loibl S,Zamagni C,et al. Phase Ⅱ multicenter,uncontrolled trial of sorafenib in patients with metastatic breast cancer [J]. Anticancer Drugs,2009,20(7):616-624.

(收稿日期:2014-04-25 本文编辑:任 念)

Liu等[15]研究发现,索拉非尼通过抑制人肝癌细胞株HepG2的RAF/ERK通路,使MEK和ERK的磷酸化水平下降,下调Cyclin D1,使增殖期细胞不能通过“G1~S”调节点,影响细胞增殖促进凋亡。Wei等[16]研究发现索拉非尼联合维生素K能在体外通过抑制p-ERK和Bcl-2的表达,增加p-JNK,c-Jun和FALS的表达,促进胰腺癌细胞的凋亡。一项索拉非尼用于治疗转移乳腺癌患者的临床Ⅱ期多中心不受控试验中,56例患者中,至少54例患者使用单剂量的索拉非尼进行治疗。1例患者局部缓解(2%),20例患者病情稳定(37%),没有观察到完全缓解。有12例患者病情稳定长于或等于16周(22%),7例患者病情稳定长于或等于6个月(13%)。不推荐进一步研究索拉非尼单剂量的使用,但是联合其他化疗试剂使用值得深入研究[17]。

本研究发现,索拉非尼单药能够抑制乳腺癌癌细胞株的生长,且先用表阿霉素,后用索拉非尼的序贯给药方式,有明显的协同效应。索拉非尼能够诱导细胞阻滞于G0/G1期。表阿霉素使乳腺癌MCF-7细胞阻滞在S期。此外,本研究中应用流式细胞仪检测细胞周期的结果表明,索拉非尼和表阿霉素单药均能使细胞阻滞于G0/G1期,尤其是联合用药组阻滞更明显;联合组S期细胞比率与对照组比较,差异无统计学意义(P > 0.05),提示,联合组对细胞周期S期无明显阻滞作用。

本研究表明表阿霉素和索拉非尼联合应用的生物化疗模式提高了抗肿瘤活性,为进一步探讨乳腺癌的治疗方法提供了参考,未来生物化疗模式将逐渐体现出其治疗优势。

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[8] 江漫,吴燕,马亚中,等.表阿霉素和紫杉醇单用或联合使用对乳腺肿瘤细胞ZR75-1的体外细胞毒性[J].解放军药学学报,2012,28(4):342-344.

[9] Vaz JA,Ferreira IC,Tavares C,et al. Suillus collinitus met hanolic extract increases p53 expression and causes cell cycle arrest and apoptosis in a breast cancer cell line [J]. Food Chem,2012,135(2):596-602.

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(收稿日期:2014-04-25 本文编辑:任 念)

Liu等[15]研究发现,索拉非尼通过抑制人肝癌细胞株HepG2的RAF/ERK通路,使MEK和ERK的磷酸化水平下降,下调Cyclin D1,使增殖期细胞不能通过“G1~S”调节点,影响细胞增殖促进凋亡。Wei等[16]研究发现索拉非尼联合维生素K能在体外通过抑制p-ERK和Bcl-2的表达,增加p-JNK,c-Jun和FALS的表达,促进胰腺癌细胞的凋亡。一项索拉非尼用于治疗转移乳腺癌患者的临床Ⅱ期多中心不受控试验中,56例患者中,至少54例患者使用单剂量的索拉非尼进行治疗。1例患者局部缓解(2%),20例患者病情稳定(37%),没有观察到完全缓解。有12例患者病情稳定长于或等于16周(22%),7例患者病情稳定长于或等于6个月(13%)。不推荐进一步研究索拉非尼单剂量的使用,但是联合其他化疗试剂使用值得深入研究[17]。

本研究发现,索拉非尼单药能够抑制乳腺癌癌细胞株的生长,且先用表阿霉素,后用索拉非尼的序贯给药方式,有明显的协同效应。索拉非尼能够诱导细胞阻滞于G0/G1期。表阿霉素使乳腺癌MCF-7细胞阻滞在S期。此外,本研究中应用流式细胞仪检测细胞周期的结果表明,索拉非尼和表阿霉素单药均能使细胞阻滞于G0/G1期,尤其是联合用药组阻滞更明显;联合组S期细胞比率与对照组比较,差异无统计学意义(P > 0.05),提示,联合组对细胞周期S期无明显阻滞作用。

本研究表明表阿霉素和索拉非尼联合应用的生物化疗模式提高了抗肿瘤活性,为进一步探讨乳腺癌的治疗方法提供了参考,未来生物化疗模式将逐渐体现出其治疗优势。

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[8] 江漫,吴燕,马亚中,等.表阿霉素和紫杉醇单用或联合使用对乳腺肿瘤细胞ZR75-1的体外细胞毒性[J].解放军药学学报,2012,28(4):342-344.

[9] Vaz JA,Ferreira IC,Tavares C,et al. Suillus collinitus met hanolic extract increases p53 expression and causes cell cycle arrest and apoptosis in a breast cancer cell line [J]. Food Chem,2012,135(2):596-602.

[10] Kang N,Wang MM,Wang YH,et al. Tetrahydrocurcumin induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis involving p38 MAPK activation in human breast cancer cells [J]. Food and Chemical Toxicology,2014,67:193-200.

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(收稿日期:2014-04-25 本文编辑:任 念)

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