技术领域
本发明涉及一种生物碱,尤其是涉及一种生物碱Exfoliazone的抗癌应用。
背景技术
孤儿受体Nur77(又称为TR3或NGFI-B),是核受体超家族的重要成员,它也是一种 立刻早期基因,其表达可以被血清、生长因子、十四烷酰佛波醋酸酯-13(TPA)以及钙信号 迅速诱导(Zhang XK.et.al.,Expert Opin Ther Tar 2007;11:69-79;Moll UM,et.al.,Oncogene 2006; 25:4725-4743)。Nur77最初被认为是一种细胞存活因子,它可以从介导多种存活信号通路, 包括蛋白激酶A、蛋白激酶C、MAPK和NF-KB通路。Nur77表达的促生长作用在多种肿瘤 中都被证实(Chen GQ,et.al.,Int J Cancer 2002;99:171-8;Wu Q,et.al.,Carcinogenesis 2002; 23:1583-1592),已有报道表明,Nur77的mRNA在癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织。
最近,越来越多的证据表明,Nur77同时也是一种促凋亡分子。Nur77对凋亡的作用首先 在未成熟的胸腺细胞和T-细胞杂交瘤通过T-细胞受体信号的凋亡中被报道。Nur77对细胞凋 亡的作用已在多种类型的癌细胞中被证实,它可以对多种凋亡因子,如钙离子载体、依托泊 甙(VP-16)、佛波酯、镉以及1,1-Bis(3’-indoly)-1-(p-subsatituted phenyl)methanes做出应 答(Stasik I,et.al.,BBA-Mol Cell Res 2007;1773:1483-1490;Gennari A,et.al.,Toxicol Appl Pharmacol 2002;181:27-31;Liu S,et.al.,World J Gastroenterol 2002;8:446-450;Wilson AJ,et.al., Cancer Res 2003;63:5401-5407;Chintharlapalli S,et.al.,J Biol Chem 2005;280:24903-24914.)。 Nur77的凋亡效应具有临床上的价值,当以环磷酰胺、阿霉素、长春新碱对病人进行治疗时, 弥漫性大B细胞淋巴瘤病人的存活率和Nur77亚家族成员Nor-1的表达水平相关(Shipp MA, et.al.,Nat Med 2002;8:68-74.)。
调控Nur77的增殖作用和凋亡作用的生物活性机制之一是通过Nur77的亚细胞定位来实现 的。Nur77通过其在细胞核中的作用实现生长促进,这一作用需要Nur77与靶基因DNA反应调 控元件相结合,即Nur77在细胞核内的转录激活作用具有诱导细胞增殖的功能。而Nur77的凋 亡作用不依赖于转录,在其DNA结合结构域缺失时,这种凋亡诱导作用仍可发生。
生物碱Exfoliazone是一种从海洋生物中提取的生物碱,Kimai等(KIMAI S.et al.,Isolation and structure of a new phenoxazine antibiotic,生物碱Exfoliazone,produced by Streptomyces exfoliates.Journal of Antibiotics,1990,43(12):1606-1607.)的研究表明,从Streptomyces exfoliatus中提取的生物碱Exfoliazone具有抗菌作用,而Shinsuke(Shinsuke I.et.al.生物碱 Exfoliazone and lavanducyanin,potent growth promoting substances of rat liver cell line,RLN-8, produced by streptomyces exfoliatus and streptomyces aeriouvifer[J].J Antibiot,1993,46(8): 1232-1238)的研究表明,生物碱Exfoliazone对鼠肝细胞系具有促生长作用,但未见其对癌细 胞作用的报道。
发明内容
本发明的第一个目的在于,提供一种生物碱Exfoliazone在制备治疗癌症药物中的应用。
本发明的第二个目的在于,提供一种孤儿受体Nur77作为作用靶点在筛选海洋生物资源 中的应用。
所述生物碱Exfoliazone可以诱导癌症细胞的凋亡,具体的,生物碱Exfoliazone可以诱 导孤儿受体Nur77的表达,诱导孤儿受体Nur77出核,并且生物碱Exfoliazone是通过CRM1 途径诱导Nur77的出核转运,最后引起肝癌细胞的凋亡,且生物碱Exfoliazone的凋亡效应依 赖于Nur77的出核转运。
生物碱Exfoliazone在制备治疗癌症药物中的应用,是生物碱Exfoliazone作为一种靶向 Nur77凋亡途径的调节因子。所述癌症为肝癌、肺癌等。所述治疗癌症药物以孤儿受体Nur77 作为作用靶点。所述以孤儿受体Nur77作为作用靶点在筛选海洋生物资源中的应用。所述筛 选是筛选作用于孤儿受体Nur77诱导肿瘤细胞凋亡的生物碱Exfoliazone等一类海洋生物资 源。所述诱导肿瘤细胞凋亡是通过诱导孤儿受体Nur77的表达。所述诱导肿瘤细胞凋亡是通 过诱导孤儿受体Nur77出核且依赖于Nur77的出核转运。
本发明提供的作用于Nur77诱导肿瘤细胞凋亡可以用于指导筛选其它生物碱,从中获取 具有抗肿瘤活性的化合物,并可将获得的药物进而制备可作用于孤儿受体Nur77诱导肿瘤细 胞凋亡的活性与功能的药物。
本发明涉及的是从海洋生物中提取的一种生物碱Exfoliazone,其具有诱导肿瘤细胞凋亡, 且凋亡效应依赖于Nur77的出核转运。生物碱Exfoliazone作为一种靶向Nur77凋亡途径的新 的调节因子,将成为一种非常有效的癌症治疗药物。
本发明根据海洋药物资源与核受体的关系,得到一种生物碱Exfoliazone能够诱导肿瘤细 胞的凋亡,且凋亡效应依赖于Nur77的出核转运。
附图说明
图1显示生物碱Exfoliazone对Nur77mRNA水平的调控结果。
图2显示生物碱Exfoliazone对肝癌细胞HepG2中Nur77蛋白的表达量调控结果。该诱 导作用具有良好的时效和量效关系。
图3显示生物碱Exfoliazone诱导内源Nur77出核。
图4显示生物碱Exfoliazone诱导外源Nur77的出核(通过CRM1途径诱导)。
图5显示生物碱Exfoliazone诱导外源Nur77的凋亡(通过CRM1途径诱导)。
图6显示生物碱Exfoliazone对肝癌细胞HepG2生长的抑制作用。
图7显示生物碱Exfoliazone诱导HepG2细胞的凋亡。
图8显示生物碱Exfoliazone诱导HepG2细胞PARP蛋白切割。
图9显示Annexin V/PI双染检测生物碱Exfoliazone对HepG2细胞的凋亡。
图10显示外源Nur77介导生物碱Exfoliazone的凋亡效应。
图11Nur77敲除的MEF细胞中生物碱Exfoliazone的凋亡效应显著下降。
图12显示生物碱Exfoliazone在HepG2细胞中诱导的凋亡效应依赖于Nur77的出核转运。
图13显示生物碱Exfoliazone对肺癌细胞H460生长的抑制作用。
图14显示生物碱Exfoliazone对Nur77mRNA水平的调控结果。
图15显示生物碱Exfoliazone对肺癌细胞H460中Nur77蛋白的表达量调控结果。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明 而非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件如《分 子克隆:实验室手册》(New York:Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)中所述的条 件,或按照制造厂商所建议的条件。
本发明中使用的试剂:
脂质体2000、Trizol购自Invitrogen公司,普霉素A(LMB)购自sigma;ECL、山羊抗 兔、山羊抗鼠辣根过氧化物酶二抗购自Thermo公司;Cy3标记的山羊抗鼠二抗购自Chenicon international;Nur77多抗(sc-5569)、PARP(sc-556494)及FITC标记的山羊抗兔二抗购自 Santa Cruz;β-actin抗体购自Sigma公司;PVDF膜购自Millipore。无特别注明外,其它化学 试剂均购自Sigma公司。
所采用的生物碱Exfoliazone为北京大学医学部林文翰教授的实验室分离和鉴定(有关化 学结构已公开,见参考文献:Journal of Antibiotics,1990,43(12):1606-1607)。
其结构式如下:
实施例1在HepG2细胞中生物碱Exfoliazone对于Nur77表达的诱导作用
1、细胞培养
选择肝癌细胞株HepG2(ATCC),用10%小牛血清的DMEM培养基,在37℃含5% CO2的细胞培养箱培养于6孔组织培养板中,24h后换液,饥饿12h后进行加药(不含血清) 处理。生物碱Exfoliazone溶解于DMSO(DMSO终浓度<0.1%)中,分别以10μmol/L、20μmol/L 处理6h,阴性对照组用同样浓度的DMSO处理6h,而阳性对照组用佛波酯100ng/mL(TPA) 处理3h,具体处理如下:
(1)阴性对照组(DMSO)
(2)阳性对照组(TPA)
(3)生物碱Exfoliazone组(10μmol/L)
(4)生物碱Exfoliazone组(20μmol/L)
收集细胞,以备提取RNA。
2、转录水平分析Nur77的表达
细胞以TRIZOL提取RNA,然后进行RT-PCR,最后PCR产物用1%琼脂糖胶进行分析, 结果如图1所示。
由图1的结果可知,在HepG2肝癌细胞中,生物碱Exfoliazone可显著上调Nur77mRNA 的表达。
3、蛋白水平分析Nur77的表达
为了确证时效及量效关系,用生物碱Exfoliazone处理HepG2细胞,处理浓度为10μmol/L, 20μmol/L,处理时间为6,12h,以未以任何处理的HepG2细胞作为对照。
细胞以改进的RIPA裂解缓冲液(50mM Tris-Hcl,pH 7.4;150mM NaCl;5mM EDTA; 1%NP-40,0.5%脱氧胆酸钠,0.1%SDS)于冰上裂解30min。以相同上样量,8%SDS-PAGE 电泳,转膜,以5%脱脂奶粉的TBST(50mM Tris-HCl(pH 7.4),150mM NaCl and 0.1%Tween 20)室温封闭1h,于室温2h或4℃过夜孵育一抗,室温孵育二抗1h,ECL显色,曝光。结 果如图2所示。
由图2的结果可知,在HepG2细胞中,以10、20μmol/L生物碱Exfoliazone作用于 HepG2细胞6h后,高浓度的生物碱Exfoliazone(20μmol/L)可以诱导Nur77的表达;当作 用细胞12h后,低浓度的生物碱Exfoliazone(10μmol/L)即可诱导Nur77表达水平的显著提 高。以上结果表明,生物碱Exfoliazone可有效诱导HepG2细胞Nur77蛋白的表达,且这种 诱导作用是时间和剂量依赖型的,表明其生物学功能的发挥有可能与作用时间和剂量呈一定 的相关性。
4、生物碱Exfoliazone诱导内源Nur77出核
选择肝癌细胞HepG2,用含10%胎牛血清的DMEM培养基(购自Hyclone),在37℃ 含5%CO2的细胞培养箱培养于24孔组织培养板中,24h后换液和进行加药(不含血清)处 理。生物碱Exfoliazone溶解于DMSO(DMSO终浓度<0.1%)中,以10μmol/L处理6h,对 照组用同样浓度的DMSO处理6h,具体处理如下:
(1)对照组(DMSO)
(2)生物碱Exfoliazone组
(3)用普霉素A(LMB)(10ng/mL)预处理后,加入生物碱Exfoliazone组。
反应板中各孔溶液的总体积均为1ml,生物碱Exfoliazone的浓度均为10μmol/L。细胞经 处理6h后,0.5%胰酶消化,PBS洗3次,4%多聚甲醛固定,再用1%Triton穿膜,最后加 入DAPI(0.01mg/mL)染色。甘油封片,荧光显微镜下观察细胞核的形态,结果如图3所示。
根据图3的结果可知,生物碱Exfoliazone作用后的细胞中,Nur77大多呈胞质分布,而 无生物碱Exfoliazone处理的细胞,Nur77大多分布在细胞核中。说明生物碱Exfoliazone能够 有效诱导HepG2细胞中内源Nur77的出核转运。
5、生物碱Exfoliazone诱导外源Nur77出核
选择肝癌细胞HepG2,用含10%胎牛血清的DMEM培养基(购自Hyclone),在37℃ 含5%CO2的细胞培养箱培养于24孔组织培养板中,在细胞密度达到80%左右,将GFP-Nur77 用脂质体2000转入HepG2中,24h后换液和进行加药(不含血清)处理。生物碱Exfoliazone 溶解于DMSO(DMSO终浓度<0.1%)中,以10μmol/L处理6h,对照组用同样浓度的DMSO 处理6h,具体处理如下:
(1)对照组(DMSO)
(2)生物碱Exfoliazone组
(3)用普霉素A(LMB)(10ng/mL)预处理后,加入生物碱Exfoliazone组。
反应板中各孔溶液的总体积均为1ml,生物碱Exfoliazone的浓度均为10μmol/L。细胞经 处理6h后,0.5%胰酶消化,PBS洗3次,4%多聚甲醛固定,再用1%Triton穿膜,最后加 入DAPI(0.01mg/mL)染色。甘油封片,荧光显微镜下计数凋亡细胞。凋亡细胞根据细胞形 态上典型的细胞质皱缩,膜起泡以及核凝缩、破碎加以识别。至少300个细胞,多于5个随 机视野。结果如图4和5所示。
根据图4的结果可知,10μmol/L生物碱Exfoliazone处理转染后的HepG2细胞6h,发 现GFP-Nur77出核,重新定位于细胞质中。根据图5的结果可知,在细胞中转入GFP-Nur77 后,用LMB预先处理HepG2细胞,再加入生物碱Exfoliazone共同处理6h,LMB也可显著 阻断外源GFP-Nur77的出核转运。由此可知,生物碱Exfoliazone通过CRM1途径诱导Nur77 的出核转运。
上述结果表明:生物碱Exfoliazone可以诱导Nur77出核,且是通过CRM1途径来诱导的。
实施例2生物碱Exfoliazone诱导肝癌细胞HepG2的凋亡
1、生物碱Exfoliazone对HepG2细胞的生长抑制作用
HepG2细胞以5×103/孔接种于96孔板,5%CO2、37℃条件下培养24h后,加入浓度为1、 10、20、30和40μmol/L的生物碱Exfoliazone,以等量的DMSO作为对照组,每组均设置6个重 复孔。药物分别处理24、48和72h后,加MTT液(5mg/mL,20μL/孔),孵育4h后加DMSO (150μL/孔),振荡,显色。用酶联免疫检测仪在波长490nm下读取吸光度,采用公式:细 胞生存率=(实验组吸光度平均值/对照组吸光度平均值)×100%,计算细胞生存率。结果如 图6所示。
根据图6的结果可知,生物碱Exfoliazone可显著抑制HepG2细胞的生长,这种作用呈现剂 量依赖性和时间依赖性的关系,在药物处理24、48和72h后,生物碱Exfoliazone半数抑制浓度 (IC50)分别为35、16和8μmol/L。
2、生物碱Exfoliazone诱导HepG2细胞凋亡的形态变化
选择肝癌细胞HepG2,用含10%胎牛血清的DMEM培养基(购自Hyclone),在37℃ 含5%CO2的细胞培养箱培养于24孔组织培养板中,24h后换液和进行加药(不含血清)处 理。生物碱Exfoliazone溶解于DMSO(DMSO终浓度<0.1%)中,以30μmol/L处理24h,对 照组用同样浓度的DMSO处理24h。
反应板中各孔溶液的总体积均为1ml。细胞经处理6h后,0.5%胰酶消化,PBS洗3次, 4%多聚甲醛固定,再用1%Triton穿膜,最后加入DAPI(0.01mg/mL)染色。甘油封片,荧 光显微镜下观察细胞核的形态,结果如图7所示。
根据图7的结果可知,处理24h,对照组细胞界限清晰,胞浆丰富,胞核圆形或椭圆形, 饱满,染色质均匀分布,而30μmol·L-1生物碱Exfoliazone处理后,HepG2细胞核变圆、缩 小,染色质浓缩呈斑块状。
3、生物碱Exfoliazone诱导HepG2细胞的PARP蛋白降解
选择肝癌细胞HepG2,在37℃和5%二氧化碳培养箱培养于24孔板组织培养板中,24h 后,分别用加有5、10、20μM生物碱Exfoliazone的无血清的DMEM处理24h。细胞以改进 的RIPA裂解缓冲液(50mM Tris-Hcl,pH 7.4;150mM NaCl;5mM EDTA;1%NP-40,0.5% 脱氧胆酸钠,0.1%SDS)于冰上裂解30min。以相同上样量,8%SDS-PAGE电泳,转膜,以 5%脱脂奶粉的TBST(50mM Tris-HCl(pH 7.4),150mMNaCl and 0.1%Tween-20)室温封 闭1h,于室温2h或4℃过夜孵育一抗anti-PARP(1∶1000稀释),室温孵育二抗1h,ECL 显色,曝光。结果如图8所示。
如图8所示,生物碱Exfoliazone可以诱导113kD的PARP蛋白被降解为89kD的特异性 降解产物。随生物碱Exfoliazone作用浓度的延长89kD的降解产物量逐渐增多。
4、利用Annexin-V/PI双染检测生物碱Exfoliazone诱导HepG2的凋亡
在无血清DMEM培养基(购自Hyclone)中用1、10、20μmol/L生物碱Exfoliazone处理 HepG2肝癌细胞24h,以不加生物碱Exfoliazone的细胞作为阴性对照,以紫杉醇(Taxol)100 nmol/L处理为阳性对照。细胞根据Vybrant Apoptosis Assay Kit#2操作手册染色PI和 AnnexinV,用流式细胞仪(Beckman Coulter EPICS ALTRA)分析。用EXPO32ADC软件 (Beckman Coulter EPICS ALTRA)分析,结果如图9所示。
结果表明,用100nmol/L的紫杉醇处理HepG2细胞24h,可引起细胞大量死亡,细胞的 早期凋亡率和晚期凋亡率分别为42.4%和15.9%。而用生物碱Exfoliazone处理HepG2细胞, 细胞主要表现为早期凋亡,并且呈明显的剂量依赖关系,1、10和20μmol/L分别处理HepG2 细胞24h后,细胞的早期凋亡率分别为1.1%、10%和44.2%,而晚期凋亡率分别为3.4%、4.9% 和9.7%,坏死细胞几乎检测不到,这表明生物碱Exfoliazone能够诱导HepG2细胞凋亡,而 不是坏死。
上述结果表明,生物碱Exfoliazone诱导HepG2的凋亡。
实施例3生物碱Exfoliazone诱导HepG2细胞的凋亡依赖于Nur77的表达水平以及 Nur77的出核转运
为了研究Nur77在生物碱Exfoliazone诱导的凋亡所起的作用,用Nur77的抗体和DAPI共同 染色生物碱Exfoliazone处理后的HepG2细胞(细胞培养同实施例2.5),结果如图10所示。
根据图10的结果可以看出,10μmol/L生物碱Exfoliazone处理HepG2细胞24h,相对 于对照组,HepG2细胞没有发生显著的凋亡效应;而当转入外源GFP-Nur77,再用10μmol/L 生物碱Exfoliazone处理HepG2细胞24h,细胞凋亡率提高约60%。说明Nur77介导生物碱 Exfoliazone的凋亡效应。
为了进一步证明Nur77的表达同细胞凋亡诱导之间的关系,将Nur77基因敲除的MEF细 胞(MEF Nur77-/-的HepG2细胞用10、20μM的生物碱Exfoliazone处理24h,细胞根据Vybrant Apoptosis Assay Kit#2操作手册染色PI和AnnexinV,用流式细胞仪(Beckman Coulter EPICS ALTRA)分析。用EXPO32ADC软件(Beckman Coulter EPICS ALTRA)分析,结果如图11 所示。
根据图11结果可以看出,10、20μmol/L生物碱Exfoliazone处理后,MEF细胞的早期凋 亡率分别为8%和41.1%,而同样浓度生物碱Exfoliazone处理的MEF Nur77-/-细胞,早期凋亡 率下降为3.6%和4.6%。这一结果表明生物碱Exfoliazone的凋亡效应是由Nur77介导的。
如果Nur77的出核转运在生物碱Exfoliazone诱导的细胞凋亡中起作用,抑制Nur77的出 核将可以减少细胞凋亡。因此,转染GFP-Nur77的HepG2细胞在LMB存在或是缺乏的情况 下,以生物碱Exfoliazone 10μmol/L处理6h。然后AnnexinV/PI双染检测细胞凋亡,结果见 图12。
根据图12的结果表明,10μmol/L生物碱Exfoliazone使HepG2细胞早期凋亡率为10%, LMB的加入使凋亡率大幅下降为1.8%,细胞基本不发生凋亡。以上结果说明,生物碱 Exfoliazone的凋亡效应依赖于介导Nur77的出核转运。
以上的结果说明生物碱Exfoliazone诱导的细胞凋亡不仅依赖于Nur77的表达水平也依赖 于其出核转运。
实验例4生物碱Exfoliazone对肺癌细胞H460的生长抑制作用及对Nur77的诱导作用
1、生物碱Exfoliazone对H460细胞的生长抑制作用
选择肺癌细胞株H460(ATCC),用10%小牛血清的DMEM培养基,在37℃含5%CO2 的细胞培养箱培养。以5×103/孔接种于96孔板,5%CO2、37℃条件下培养24h后,加入浓度 为0、1.25、2.5、5、10、20、40、80μmol/L的生物碱Exfoliazone,以等量的DMSO作为对照 组,每组均设置6个重复孔。药物处理24h后,加MTT液(5mg/mL,20μL/孔),孵育4h后加 DMSO(150μL/孔),振荡,显色。用酶联免疫检测仪在波长490nm下读取吸光度,采用公式: 细胞生存率=(实验组吸光度平均值/对照组吸光度平均值)×100%,计算细胞生存率。结果 如图所13示。
根据图13的结果可知,生物碱Exfoliazone可显著抑制H460细胞的生长,这种作用呈现剂 量依赖性关系,在药物处理24h后,生物碱Exfoliazone半数抑制浓度(IC50)分别为13.6μmol/L。
2、生物碱Exfoliazone对Nur77的诱导作用
选择肺癌细胞株H460,用10%小牛血清的DMEM培养基,在37℃含5%CO2的细胞 培养箱培养于6孔组织培养板中,24h后换液,饥饿12h后进行加药(不含血清)处理。生 物碱Exfoliazone溶解于DMSO(DMSO终浓度<0.1%)中,分别以10μmol/L、20μmol/L处 理6h,阴性对照组用同样浓度的DMSO处理6h,而阳性对照组用佛波酯100ng/mL(TPA) 处理3h,具体处理如下:
(5)阴性对照组(DMSO)
(6)阳性对照组(TPA)
(7)生物碱Exfoliazone组(10μmol/L)
(8)生物碱Exfoliazone组(20μmol/L)
收集细胞,以备提取RNA。
2.1转录水平分析Nur77的表达
细胞以TRIZOL提取RNA,然后进行RT-PCR,最后PCR产物用1%琼脂糖胶进行分析, 结果如图14所示。由图14的结果可知,在肺癌细胞H460中,生物碱Exfoliazone可显著上 调Nur77mRNA的表达。
2.2蛋白水平分析Nur77的表达
用生物碱Exfoliazone处理H460细胞,处理浓度为10、20μmol/L,处理时间为12h,以 未以任何处理的H460细胞作为对照。
细胞以改进的RIPA裂解缓冲液(50mM Tris-Hcl,pH 7.4;150mM NaCl;5mM EDTA; 1%NP-40,0.5%脱氧胆酸钠,0.1%SDS)于冰上裂解30min。以相同上样量,8%SDS-PAGE 电泳,转膜,以5%脱脂奶粉的TBST(50mM Tris-HCl(pH 7.4),150mM NaCl and 0.1%Tween 20)室温封闭1h,于室温2h或4℃过夜孵育一抗,室温孵育二抗1h,ECL显色,曝光。结 果如图15所示。
由图15的结果可知,在H460细胞中,以1、10、20μmol/L生物碱Exfoliazone作用于 H460细胞12h后,均能诱导Nur77的表达;且这种诱导作用是剂量依赖型的,随着着处理 浓度的增高,其诱导Nur77的蛋白量也增多。这表明其生物学功能的发挥有可能与作用剂量 呈一定的相关性。
综上所述,本发明的生物碱Exfoliazone通过诱导Nur77表达及其出核转运,从而诱导肿 瘤细胞的凋亡。因此本发明的生物碱Exfoliazone可以用于制备治疗癌症的以孤儿受体Nur77 作为作用靶点的药物。另外,孤儿受体Nur77可以作为作用靶点用于筛选生物碱Exfoliazone 等一系列的海洋生物资源。