在药理学和药物科学进展

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在药理学和药物科学进展/2014/文章

研究论文|开放存取

2014 |文章编号 847574 | 8 页面 | https://doi.org/10.1155/2014/847574

几种香豆素对人癌细胞的细胞毒性和促凋亡作用的比较评价:蛇麻素诱导p53缺陷H1299细胞凋亡

学术编辑器:伊斯梅尔Laher
收到了 2014年6月25日
公认 2014年8月12日
发布时间 2014年9月3日

抽象

天然产品寻找先导结构的化疗药物的发展出色的资源。香豆素是一类在多种植物中发现的天然化合物。在这项研究中,我们评估了分离香豆素的细胞毒性潜力Prangos ferulacea(L.)石斛。在PC3,SKNMC,和H1299(无p53)人癌细胞系。蛇床子素被证明是一个优秀的有效的细胞毒性剂特别是针对PC3细胞。异欧前胡素表现出对SKNMC和PC3细胞系中度抑制效果。Oxypeucedanin和braylin没有表现出任何细胞毒活性。在下一组实验中,蛇床子素和异欧前胡素的细胞凋亡的潜力进行了调查。通过异欧前胡素凋亡的诱导伴随着在PC3细胞中增加的caspase-3,-8和-9在SKNMC细胞和caspase-3和-9的活化。此外,异欧前胡素通过上调在PC3和SKNMC细胞Bax蛋白和Smac / DIABLO的基因诱导的细胞凋亡。蛇床子素通过在PC3,SKNMC和H1299细胞中仅PC3细胞下调抗凋亡Bcl-2和上调凋亡基因Bax的和Smac / DIABLO诱导的细胞凋亡。因为p53的损失已与临床预后不良的癌症治疗相关蛇床子素对H1299细胞的作用是非常重要的。

1.介绍

新的抗癌疗法是必要的,以尽量减少癌症患者忍受各种并发症。最常见的肿瘤经常抵抗与市售抗肿瘤药物显著数量的处理;因此,对于开发更有效的抗癌药物不断增长的需求继续存在。高等植物提供抗癌特性临床相关化合物的良好来源。这些类别的化合物包括萜类化合物,生物碱类,和如香豆素[各种酚类化合物1]。

香豆素类(2H-1-苯并吡喃-2- 1)是一类从植物中分离得到的酚类化合物;香豆素的结构特征描绘了一个框架,由熔融苯和 γ-吡喃酮环体系[2]。香豆素是其潜在的药理活性众所周知:抗炎,抗氧化[3],抗病毒[4],抗微生物[],和抗癌[6]。

此外,科学家们已经报道了一些在各种癌细胞系的香豆素化合物的有效的细胞毒活性,包括A549(肺),A375(皮肤),MCF-7(乳腺),造血干细胞(肝)和HL-60(白血病)7-11]。

在这项研究中,我们已经使用Prangos ferulacea(L.)石斛。作为香豆素的分离来源,因为蜂科植物为获取呋喃香豆素提供了诱人的资源[1213]。植物,P. ferulacea通常生长在地中海和中东地区,包括伊朗[14]。抗氧化剂,抗菌[15],和镇痉作用[1617这种植物的]已有报道,并且还广泛用作饲料羊肉[12]。P. ferulacea提供香豆素的一个主要来源化合物如蛇床子素,异欧前胡素,和oxypeucedanin和香豆素如gosferol,pranferol,oxypeucedanin methnolate,oxypeucedanin水合物和补骨脂素[1819]发生少量。这是描述braylin(6- methoxyseselin)的细胞毒性,从该植物中分离的第一份报告。此化合物属于组角呋喃香豆素,这在本质上是罕见的。Braylin已显示表现出血管舒张[20]及有适当的抗爱滋病病毒效果[21]。

进一步的研究对于更好地了解香豆素的抗癌活性至关重要。本研究比较了四种香豆素化合物的细胞毒性和诱导凋亡的作用,分别是蛇尾草素、异欧前胡素、oxypeucedanin和braylinP. ferulacea)对H1299(人非小细胞肺癌)、SKNMC(人神经母细胞瘤)和PC3(人前列腺癌)细胞系进行了研究。本文的研究结果首次证实了香豆素osthole和异欧前胡素在SKNMC和PC3细胞中的促凋亡活性。我们也证明了由于H1299细胞系缺乏编码p53蛋白的基因,因此鼠洞素诱导H1299细胞凋亡的机制不依赖于p53蛋白的抑瘤作用。

2。材料和方法

2.1。植物材料和香豆素隔离

植物材料收集,识别和提取,蛇床子素,异欧前胡素的分离,和oxypeucedanin(图1)如先前报道的进行〔22]。采用高效液相色谱法(石油醚(P):乙酸乙酯(E), 6:94)从脱脂丙酮提取物的开柱层析(P: E, 10:90)中分离纯化布雷林。所有化合物的结构都用1H-NMR,13C-NMR和质谱,与文献比较[1222-24]。

2.2。细胞培养条件

H1299(人非小细胞肺癌)细胞系是从G.风暴教授惠赠。细胞具有p53蛋白的纯合部分缺失和缺乏p53蛋白表达。SKNMC,人类神经母细胞瘤,和PC3,人类前列腺癌细胞系,从巴斯德研究所(伊朗德黑兰)获得。PC3是从一个62岁的白人男性前列腺癌的IV级骨转移成立于1979年。该细胞系是有用的,以评估前列腺癌细胞响应于化疗剂[25]。SKMNC是一种来源于转移性人脑眶上肿瘤的神经上皮瘤细胞系[26]。The cells were cultured in Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM-F12) with 5% (v/v) fetal bovine serum, 100 Uml-1青霉素和100 mgml-1链霉素。培养基每2-3天更换而当细胞的人口密度达到70-80%汇合传代培养。

2.3。活力测试

通过使用3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)的比色测定来测定对细胞系分离香豆素的细胞毒性作用-2,5-二苯基四唑溴化物(MTT)和与未处理的对照相比。细胞以2.0×10的密度铺板于96孔板4细胞/孔,并在200体积 μ在二甲亚砜(DMSO)中制备分离的香豆素L.储备溶液。在介质中的车辆的最终浓度为总是0.5%。播种后一天,2 μ在每孔中加入不同浓度的含有香豆素的DMSO。在适当的时间间隔,培养基被移除,用100代替μL of 0.5 mg/mL of MTT in growth medium and then the plates were transferred to a 37°C incubator for 3-4 h. Supernatants were removed and the reduced MTT dye was solubilized with DMSO (100 μL /孔)。Absorbance was determined on an ELISA plate reader (Biotek, H1M) with a test wavelength of 570 nm and a reference wavelength of 630 nm to obtain sample signal (OD570–OD630). Percentage of proliferation was calculated using the following formula: percent of control proliferation = (OD test/OD control) × 100. 值通过标绘 的增殖的对药物浓度的百分比。

2.4。Caspase-3的,检测-8和-9激活

胱天蛋白酶3,图8和9次测定,所述Σ比色试剂盒的caspase进行了使用。该测定是基于活性酶切割从酶底物​​的发色团,AC-DEVD-pNA的(胱天蛋白酶3)的能力,AC-IETD-PNA(胱天蛋白酶8),和Ac-LEHD-PNA(胱天蛋白酶9),在相等量的细胞蛋白质。将细胞(5×10)收获并在70裂解 μ细胞裂解的L缓冲液包含在试剂盒中,并且蛋白质浓度均衡每个条件。随后,10 μ细胞裂解物的L的与等量的缓冲液含有胱天蛋白酶-3,-8和-9比色底物的底物反应的组合。This mixture was incubated for 2 h at 37°C, and then absorbance was measured with a plate reader (BioTek, H1M).

2.5。凋亡相关基因表达的实时RT-PCR分析

从SKNMC,PC3,和H1299细胞的总RNA预处理 根据制造商说明书,使用高纯度分离试剂盒(罗氏公司,曼海姆,德国)香豆素浓度萃取。质量和总RNA的量通过分光光度计评估(纳米滴2000,USA)和样品储存在-80℃直至使用。用于PCR的引物序列是β肌动蛋白:5'-TCATGAAGTGTGTGACGTGGACATC-3(正向)和5'-CAGGAGGAGCAATGATCTTGATCT-3'(反向);BCL-2:5'-ATCGCCCTGTGGATGACTGAG-3'(正向)和5'-GACCCAGGAGAAATCAAACAGAGG-3'(反向);Bax基因:5'-GGACGAACTGGACAGTAACATCG-3'(正向)和5'-GCAAAGTAGAAAAGGGCGACAAC-3'(反向);和Smac / DIABLO:5'-AGCTGGAAACCACTTGGATG-3'(正向)和5'-CCAGCTTGGTTTCTGCTTT-3'(反向)2728]。所有的引物对的性能是由引物浓度进行测试,以确定最佳的反应条件。Thermal cycler conditions were 15 min at 50°C for cDNA synthesis, 10 min at 95°C followed by 40 cycles of 15 s at 95°C to denature the DNA, and 45 s at 60°C to anneal and extend the template. Melting curve analysis was performed to ascertain specificity by continuous acquisition from 65°C to 95°C with a temperature transient rate of 0.1°C/S. All reactions were performed in triplicate in a Corbett system (Australia). The value obtained for the target gene expression was normalized toβ肌动蛋白,并通过相对基因表达进行分析 方法,其中 =(CT目标 - CTβ肌动蛋白)未知 - (CT目标 - CTβ肌动蛋白)校准。

2.6。统计分析

每个实验进行至少三次,并将结果表示为平均值±S.E.M.单向其次是土耳其的测试方差分析(ANOVA)分析来比较装置之间的差异。的概率值 被认为是统计上显著。

3.结果

3.1。细胞活力的抑制

采用MTT法测定分离的香豆素对SKNMC、PC3和H1299细胞系的细胞死亡效力。结果表明,在3个细胞系中,细胞增殖受抑制的顺序依次为蛇尾>异欧前胡素>氧化皮黑素≥braylin。如图所示图2(a)-图2(c),exposure to osthole for 24 h resulted in a concentration dependent decrease in cell viability, with approximate μ米, μM和 在SKNMC,PC3和H1299细胞,分别。异欧前胡素对拥有一个SKNMC适度抑制作用( μM)和PC3( μM)细胞系,并具有针对H1299细胞没有影响。相反,毒性不暴露于oxypeucedanin和braylin后在浓度观察到高达300 μM在上述的细胞系(表1)。结果表明,蛇床子素和异欧前胡素具有向PC3,SKNMC,和H1299细胞系中的最高抗增殖作用,分别。因此,他们选择用于进一步的研究。


SKNMC PC3 H1299
我知道了50μ米) MAE(%) 我知道了50μ米) MAE(%) 我知道了50μ米) MAE(%)

蛇床子素 28.81±0.79 69.65(5.93) 20.1±2.1 70.38±2.6 58.43±2.15 52.18±10.94
异欧前胡素 182±10.91 63.38±(10.94) 119.4±8.65 55.14±1.74 300 13.89±3.01
Oxypeucedanin 300 10 300 10 300 10
Braylin 300 10 300 10 300 10

MAE:最大antiprolifrative效果。
3.2。上Caspase-3的,-8和-9活性蛇床子素和异欧前胡素的影响

胱天蛋白酶级联的激活是细胞凋亡的各种生物系统[启动关键29]。因此,MTT结果的改进和特征也参与了我们的实验细胞死亡的类型,检测胱天蛋白酶的活性。该家族的成员,胱天蛋白酶-3,已被鉴定为凋亡的关键介质[三十]。The obtained results showed that 24 h treatment with 蛇床子素的浓度和异欧前胡素增加胱天蛋白酶-3激活在人类癌细胞系。要确定哪些细胞凋亡途径被蛇床子素和异欧前胡素激活,我们评估了胱天蛋白酶-8和-9的分别的激活,在外在和内在途径心尖蛋白酶,[31]。蛇床子素能够增加胱天蛋白酶-8和-9在H1299,PC3和SKNMC细胞,因此暗示蛇床子素诱导细胞凋亡通过内源性途径和外在途径,这些细胞系。像蛇床子素,异欧前胡素增加了SKNMC细胞都半胱天冬活动。尽管在PC-3细胞,异欧前胡素只能增加caspase-9的活性(图3)。

3.3。蛇床子素和异欧前胡素对凋亡涉及的一些关键基因影响

线粒体是细胞凋亡机制的一个组成部分;因此,我们分析了参与凋亡的线粒体途径的最重要的蛋白质(Bax和Bcl-2)[32]。我们发现,蛇床子素能够只在PC-3细胞系显著降低Bcl-2的表达。然而,Bax基因表达显著蛇床子素在三种细胞系中降低处理时。接着,的Smac / DIABLO的mRNA表达进行测定。这是为了应对凋亡刺激从线粒体释放的蛋白质。的Smac / DIABLO拮抗细胞凋亡蛋白(IAP的)的抑制剂,以减轻它们对胱天蛋白酶的抑制作用[27]。The obtained results demonstrated that 24 h treatment with osthole increased significantly Smac/DIABLO in the level of mRNA expression in all cell lines. Furthermore, real time RT-PCR analysis clearly shows a significant reduction in the expression level of Bcl-2 after 24 h treatment with isoimperatorin in SKNMC cells. Moreover, induction of apoptosis by isoimperatorin was accompanied by increase in mRNA levels of proapoptotic Bax and Smac/DIABLO genes in PC3 and SKNMC cells (Figure4)。

4.讨论

草药和草药提取物提供了多种具有不同的生物学功能的植物化学物质。在这些植物化学物质,香豆素在植物生物化学和生理学,包括抗氧化剂,酶抑制剂,和在生化反应的有毒物质的前体包括不同的蜂窝系统并[a显著作用6]。在其多种生物学特性中,抗肿瘤活性和抗增殖作用已被广泛研究和报道[33]。

在目前的研究中,以下四个香豆素类是从孤立P. ferulacea:蛇床子素,异欧前胡素,oxypeucedanin和braylin。间分离株,蛇床子素和异欧前胡素显示出对人癌细胞系的生长的最高抑制效力而oxypeucedanin和braylin未能表现出任何细胞毒性效应。目前的研究结果证实了由杨等人,谁评估从果实中分离香豆素的细胞毒性报道的调查结果蛇床子对白血病细胞系。他们的结果表明,蛇床子素,欧前胡素,佛手内酯,isopimpinellin,花椒毒素和之间,蛇床子素显示出肿瘤细胞系最强的细胞毒性活性[34]。在我们的研究中,PC3细胞对蛇脑洞和异欧前胡素的敏感性最高。这一结果支持了之前的文献报道,即osthole (100μM)具有针对激素非依赖性PC3和DU145人前列腺癌细胞系[弱,但显著抗增殖活性35]。此外,还有为表示异欧前胡素对DU145细胞系的抗增殖作用的报告[36]。我们还发现,H1299细胞更容易处理蛇床子素,但异欧前胡素对这种细胞系无抗增殖作用。

细胞凋亡诱导的能力,而不是坏死感应优选认为是潜在的抗肿瘤药物的一个重要特征。因此,在下一组实验中,我们研究了细胞毒性药物的凋亡诱导潜力。所述Bcl-2家族蛋白已成为在调节细胞凋亡的关键组件;他们要么抑制或促进细胞死亡28]。Bax和Bcl-2,该家族的两个重要的成员,影响线粒体膜的通透性。在凋亡信号级联的早期阶段的细胞存活主要取决于Bcl-2家族的促凋亡和抗凋亡蛋白之间的平衡[31]。线粒体膜的通透性允许可溶性分子从线粒体外层空间释放到细胞质。其中一种代表性分子被称为Smac/DIABLO,它能激活细胞质中caspases的级联反应[27]。胱天蛋白酶的激活触发细胞色素C导致属于(IAP)家族的细胞凋亡抑制蛋白的失活的释放[29]。我们的结果表明,osthole能够增加H1299、PC3和SKNMC细胞中caspase-3、-8和-9的活性。此外,通过下调PC3细胞抗凋亡基因Bcl-2,上调PC3、SKNMC和H1299细胞促凋亡基因Bax和Smac/DIABLO来诱导细胞凋亡,提示osthole通过线粒体和外部途径诱导PC3细胞凋亡。如前所述,H1299细胞缺乏p53蛋白的表达。p53抑癌蛋白通过感知不同的内在和外在压力,在启动细胞凋亡中发挥关键作用。单纯p53功能缺陷导致表型耐药,导致癌症化疗失败。与其他癌细胞相比,H1299缺乏p53表达可能是其抗细胞死亡能力更强的原因[37]。

我们的研究结果表明,造成蛇床子素经由p53的依赖性途径增加促凋亡蛋白Bax蛋白的表达,并诱导凋亡性细胞死亡的开始中Bax蛋白表达的增加。蛇床子素对H1299细胞的潜在影响非常有前途的,因为这化合物可以适用于治疗不同类型的肿瘤的显示失调的p53控制下的肿瘤抑制途径的。然而,需要进一步的研究以确定在人类非小细胞肺癌癌诱导蛇床子素的确切的分子机制。按照该发现,先前已经报道了7,8-二羟基-4-甲基香豆素(DHMC)介导的细胞凋亡在人白血病HL-60和U-937细胞通过独立的p53活性的机制[38]。另外,另一项研究描述了香豆素和羟基香豆素对鳞状癌细胞株的p53独立细胞毒性作用[37]。我们还发现异欧前atorin通过上调PC3和SKNMC细胞促凋亡Bax和Smac/DIABLCO来诱导细胞凋亡。此外,异欧前胡素介导的细胞凋亡伴随着SKNMC细胞caspase-3、-8和-9的激活增加,PC3细胞caspase-3和-9的激活增加。因此,异欧前胡素诱导的PC3细胞凋亡似乎是通过内在途径发生的。

这是很难呈现来自所测试的香豆素类似物之间的构效关系P. ferulacea因为他们来自不同的类类型。例如,蛇床子素是异戊二烯化香豆素,异欧前胡素和oxypeucedanin是线性呋喃香豆素,和braylin是角pyranocoumarin。然而,Riveiro等。证明,烷氧基残基可增强香豆素的抗增殖作用[39]。虽然测试的香豆素没有邻苯二酚部分,这可能有助于抑制生长活性[40,很可能是蛇脑洞和异欧前胡素中异戊二烯残留的存在导致了各种药理相互作用,从而产生促凋亡活性[41]。重要香豆素凋亡免费邻苯二酚等功能和异戊二烯部分是在braylin和oxypeucedanin缺席。氧化或在异欧前胡素和类异戊二烯蛇床子素环化,分别产生了非活性oxypeucedanin和braylin。

总之,蛇床子素表明测试的四种香豆素类化合物中最好的细胞毒性活性。蛇床子素可以以低摩尔浓度诱导细胞凋亡在PC3,H1299,和SKNMC细胞。因此,蛇床子素可以被认为是在癌症药物发现和开发一项可靠的线索。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

这里的结果是从Pharm.D中提取的。阿利普尔的论文。这项研究得到了Kermanshah医科大学研究委员会的财政支持。作者还感谢G. Storm教授(荷兰乌得勒支大学)的支持。

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