毛蚶抗癌蛋白主要组分的分离纯化及作用研究

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  摘要 目的:对毛蚶抗癌蛋白(ASAP)进行了分离纯化,并研究分离后毛蚶抗癌蛋白主要组分的抗癌作用。方法:依次利用阴离子交换层析、疏水作用层析、凝胶过滤层析对ASAP进行分离;联合p53基因表达激活及CCK-8细胞活力测定检测分离组分的抗癌活性;CCK-8细胞活力测定法检测毛蚶抗癌蛋白主要组分对人结直肠癌Colo205、HT-29、人肺癌A549、人慢性髓性白血病K562细胞活力的影响;Annexin-V/PI双染结合流式细胞术检测细胞凋亡;Western Blotting法检测细胞凋亡相关蛋白:Mcl-1、Bcl-2、Bax、procaspase-3的表达情况。结果:从ASAP中分离得到的毛蚶抗癌活性蛋白主要组分C6在24~72 h内对Colo205、HT-29、A549、K562的细胞活力均有不同程度的抑制作用,其中对Colo205细胞的抑制作用最明显,作用72 h时IC50为5.7 μg/mL;C6可以诱导Colo205细胞凋亡且呈一定剂量依赖性;C6可以抑制抗凋亡蛋白Mcl-1和Bcl-2的表达,上调凋亡蛋白Bax的表达,引起凋亡蛋白caspase-3前体procaspase-3下降。结论:毛蚶抗癌蛋白主要组分C6对人多种癌细胞活力具有抑制作用,可诱导人结直肠癌Colo205细胞发生caspase通路依赖的细胞凋亡。
  关键词 毛蚶抗癌蛋白主要组分C6;层析分离;Colo205;HT-29;A549;K562;细胞凋亡;Caspase
  Abstract Objective:In this study,the anticancer protein(ASAP) of the larvae was isolated and purified,and the anticancer effects of the main components of the anticancer protein of the larvae were studied.Methods:We separated ASAP by anion exchange chromatography,hydrophobic interaction chromatography,and gel filtration chromatography; combined p53 gene expression activation and CCK-8 cell viability assay to track the anticancer activity of the separated components; the CCK-8 cell viability assay detected the effects of the main components of the anti-cancer protein of ASAP on the viability of human colorectal cancer Colo205,HT-29,human lung cancer A549,and human chronic myelogenous leukemia K562; Annexin-V/PI double staining combined with flow cytometry was used to detect cell apoptosis.Results:C6,the main component of the anticancer active protein isolated from ASAP,can inhibit the cell viability of Colo205,HT-29,A549,and K562 to varying degrees within 24 to 72 hours.Among them,it has the most inhibitory effect on Colo205 cells.Obviously,the IC50 was 5.7 μg/mL at 72 h; C6 can induce Colo205 cell apoptosis in a dose-dependent manner; C6 can inhibit the expression of anti-apoptotic proteins Mcl-1 and Bcl-2,and up-regulate the apoptotic protein Bax expression and cause the decrease of the apoptotic protein caspase-3 precursor procaspase-3.Conclusion:C6,the main component of the anti-cancer protein of ASAP,has an inhibitory effect on the viability of a variety of human cancer cells,and can induce caspase pathway-dependent apoptosis in human colorectal cancer Colo205 cells.
  Keywords Main component of ASAP C6; Chromatographic separation; Colo205; HT-29; A549; K562; Apoptosis; Caspase
  中图分类号:R73-36+2文獻标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1673-7202.2021.20.009
  毛蚶(Arca subcrenata Lischke)为软体动物门瓣鳃纲列齿目蚶科毛蚶属海洋生物,其药用历史悠久,其壳为中药瓦楞子(Arcae Concha)来源之一[1],《医林纂要·药性》记载其能“攻坚破瘀。去一切痰积,血积,气块,破症瘕,攻瘰疬”,据《食疗本草》记载,其肉有“利五脏、温中、消食”等功效。   1.2.3 CCK8法检测各分离组分细胞毒活性
  参考文献[16],选用对数期K562细胞接种于96孔板中,按照细胞密度5×103个/mL每孔加入100 μL RPMI1640完全培养基,设对照组、ASAP阳性对照组、蛋白组分低、中、高剂量处理组,每组3个复孔。培养24 h后除去旧培养基,培养24 h后弃去培养基,对照组加入100 μL RPMI1640完全培养基,阳性对照加入ASAP浓度400 μg/mL,根据预实验结果,分别选取蛋白组分A1、A3、A5浓度10、20、40 μg/mL,B1、B3、B5浓度1、2、4 μg/mL,C1-C9组分1、2、4‰(V/V),以上组分由RPMI1640完全培养基配制,每孔均加入100 μL,于5% CO2培养箱中37 ℃培养24、48、72 h,弃去旧培养基,加入100 μL/孔含有10%(V/V)CCK-8试剂的培养基,测定吸光度并计算细胞活力。
  细胞活力(%)=A(加药)-A(空白)/A(0)-A(空白)×100%,其中A(加药)指各观察组细胞的吸光值,A(0)指空白组细胞的吸光值,A(空白)指不含细胞、只有CCK8培养基的背景吸光值。
  1.2.4 Annexin V-FITC/PI双染进行凋亡检测
  参考文献[16],Colo205细胞以5×105/孔接种至6孔细胞培养板中,24 h后弃去旧培养基,加入C6组分10、20、40 μg/mL,处理24 h。收集细胞,预冷PBS洗2次。加入500 μL结合缓冲液,5 μL PI染液,10 μL Annexin V染液,混匀,室温避光15 min。300目尼龙网过滤,上流式检测,使用软件Image Lab分析结果。
  1.2.5 Western Blotting法分析C6对Colo205细胞凋亡相关蛋白表达水平的影响
  细胞处理方法同上,参照文献[17]中描述的方法,离心收集细胞,加入细胞裂解液30 μL冰浴中裂解30 min。11 100×g,离心10 min,上清液移至新EP管,BCA法测定各样品上清液蛋白浓度,样品12%SDS-PAGE电泳分离后,湿转到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,室温下封闭1.5 h,加入Caspase 3、Mcl-1、Bcl-2、Bax一抗,4 ℃孵育过夜,TBST洗3次膜,10 min/次。加入IgG抗兔二抗,在37 ℃温育2 h,TBST洗膜3次,10 min/次,ECL显色。以GAPDH作为内参分析目标蛋白的表达,并通过Image Lab分析每种蛋白在各组中的表达量。
  1.3 统计学方法
  采用SPSS 20统计软件进行数据分析,计量资料均数以均数±标准差(±s)表示,多样本均数的比较采用单因素方差分析,两样本均数比较采用q检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 毛蚶抗癌蛋白ASAP进一步分离纯化
  毛蚶ASAP经DEAE阴离子交换层析分离的FPLC图,共3个洗脱峰,仪器自动编号依次命名为A1、A3、A5组分。见图1。A1组分经Phenyl疏水层析分离的FPLC图,共有3个洗脱峰,仪器自动编号依次命名为B1、B3、B5组分。见图2。B3组分经Superdex200凝胶过滤层析分离的FPLC图,每毫升为1个组分,共洗脱出9个组分,按洗脱顺序分别命名为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9。见图3。
  2.2 p53荧光素酶报告基因系统配合CCK-8法筛选活性组分
  采用联合p53激活及细胞活力抑制2个指标筛选各分离组分抗癌活性。
  2.2.1 p53荧光素酶报告基因系统检测结果
  使用p53荧光素酶报告基因系统对组分A1、A3、A5的活性进行验证,与对照组比较,在不同浓度下,作用48 h后,只有A1组分对p53活性有较强的促进作用,且作用呈浓度依赖性;与阳性对照比较,A1组分在浓度为40 μg/mL作用48 h后达到了阳性对照类似的p53促进作用。见图4A。使用p53荧光素酶报告基因系统对组分B1、B3、B5的活性进行验证,与对照组比较,在不同浓度下,作用48 h后,只有B3组分对p53活性有较强的促进作用,且作用呈浓度依赖性;与阳性对照比较,B3组分在浓度为4 μg/mL作用48 h后达到了阳性对照类似的p53促进作用。见图4B。使用p53荧光素酶报告基因系统对组分C1-C9的活性进行验证,与对照组比较,作用48 h后,组分C6对p53表达的促进作用最为明显;与阳性对照比较,C6组分在作用48 h后达到了阳性对照类似的p53促進作用。见图4C。
  2.2.2 CCK8法检测结果
  使用CCK-8方法对组分A1、A3、A5作用于K562的抑制率进行检测,与对照组比较,在不同浓度作用24、48、72 h后,仅A1组分对K562有显著抑制作用,故选取A1组分进行下一步分离。见图5A。使用CCK-8方法对组分B1、B3、B5作用于K562的抑制率进行检测,与对照组比较,在不同浓度下,作用24、48、72 h后,B1组分仅在2、4 μg/mL作用24 h时有抑制作用,只有B3组分在不同浓度及作用时间下均对K562有显著抑制作用,因此选取B3组分进行下一步分离。见图5B。使用CCK-8方法对组分C1-C9作用于K562的存活率进行检测,与对照组比较,组分C5、C6在作用24、48、72 h后均对K562有较强的抑制作用,且作用均呈时间依赖性。结合p53荧光素酶报告基因系统测定结果,我们选择C6组分做进一步抗肿瘤机制研究。见图5C。
  2.3 C6对不同肿瘤细胞系的作用
  使用C6对不同肿瘤细胞处理后,可见对K-562、A549、HT-29和Colo205细胞均有不同的抑制作用。其中对K-562和HT-29细胞在24 h时抑制率均较低,而在48 h和72 h时抑制率均较高且无明显差异。且C6组分对K-562和HT-29细胞在不同浓度下的抑制作用无明显差异。C6对A549细胞和Colo205细胞的抑制均呈浓度依赖性,其中对A549细胞的作用在低浓度时呈非时间依赖性。C6对Colo205细胞的抑制作用同时呈时间和浓度依赖性。见图6。   2.4 C6诱导Colo205细胞凋亡情况
  使用流式细胞术结合Annexin V-FITC/PI双染法检测不同浓度C6组分对Colo205细胞的凋亡作用,可以看出随C6组分浓度的增高,Colo205总的凋亡率及早期凋亡率上升。见图7,表1。
  2.5 Western Blotting检测Colo205细胞中凋亡相关蛋白表达
  Western Blotting检测显示C6组分10 μg/mL作用于Colo205细胞0、6、12、24、36、48 h凋亡相关蛋白表达结果,随着药物作用时间的延长,凋亡抑制蛋白Bcl-2表达量显著降低,凋亡蛋白Bax的表达量显著升高,凋亡抑制蛋白Mcl-1在6~24 h表达量升高,36 h后表达量降低,48 h与未加药组比较表达量显著降低;凋亡蛋白caspase-3前体procaspase-3表达量下调,48 h时显著降低。见图8。
  3 讨论
  本研究通过p53荧光素酶报告基因系统联合细胞活力测定,对毛蚶抗癌蛋白ASAP经阴离子交换层析、疏水作用层析、凝胶过滤层析分离后得到的组分进行抗癌活性筛选,对有显著体外细胞毒活性并明显激活p53基因表达的毛蚶抗癌蛋白主要组分C6体外抗肿瘤活性进行了筛选,选择了抑制作用具有时间和剂量依赖性的人结肠癌细胞Colo205进行了机制的研究。结果表明C6可以诱导Colo205细胞凋亡,与我们之前报道的毛蚶水提物和毛蚶抗癌蛋白ASAP的作用一致[2-5]。本研究检测了常规与细胞凋亡相关蛋白如Bcl-2、Bax、Mcl-1、procaspase-3的表达情况,发现C6可诱导Colo205细胞发生caspase-3依赖的细胞凋亡。
  关于毛蚶提取物中抗癌多肽或蛋白的分离纯化已有一些研究报道,如有研究发现毛蚶多肽组分P2可抑制7种癌细胞的增殖并促进胞内ROS的高表达,激活细胞凋亡,抑制细胞周期蛋白B1/cdc2复合体的表达并促进P21表达,引起细胞周期阻滞[17-18];毛蚶多肽H3对人宫颈癌HeLa、人肝癌HepG2和人结直肠癌HT-29细胞均有显著的增殖抑制作用[19];分离的小分子蛋白G-4-2对HeLa细胞、人早幼粒白血病HL-60的增殖有显著抑制作用;小分子蛋白G-6对HL-60细胞的增殖有显著抑制作用[20]。本研究发现毛蚶抗癌蛋白主要组分C6可显著激活人肿瘤细胞P53蛋白活性,诱导人结肠癌Colo205细胞caspase-3依赖的细胞凋亡,丰富了毛蚶抗癌活性成分的抗癌机制研究。
  近年来,随着海洋生物资源的大量开发利用,多种不同功能的海洋生物活性物质被提取分离,不断有新的海洋抗癌活性物质被发现,其中海洋软体动物中抗癌活性蛋白及多肽在其中占据了重要位置[21]。毛蚶蛋白或多肽是开发抗癌新药的潜在资源,在目前毛蚶抗癌蛋白研究基础上,结合其转录组、质谱分析数据,借助虚拟筛选和蛋白原核或真核表达技术,可加快活性成分的发现和鉴定,为抗癌新药研发奠定基础。
  参考文献
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  (2020-12-23收稿 责任编辑:杨觉雄)
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