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过氧化物酶体增殖物活化受体(peroxisome proliferators-activatedreceptor,PPAR)是一类由配体激活的转录因子,属于核激素受体超家族成员。有3种亚型PPARα、PPARβ、PPARγ。所有亚型可以和9-顺式维甲酸受体RXR(9-Cis-retinoic acid reccptor RXR)形成二聚体,参与调节代谢途径,产生多种生物学效应,如参与调节脂质代谢、糖代谢、炎症反应、动脉粥样硬化及肿瘤细胞的分化与凋亡。大量资料显示,PPARγ在多种肿瘤细胞中均有表达,可以诱导细胞多种肿瘤细胞凋亡,但是其机制并不十分清楚,同时研究表明PPARγ激动剂可以通过PPARγ依赖和PPARγ非依赖两种方式发挥生物学作用。
近年来,炎症介质与肿瘤的发生发展关系成为肿瘤学领域研究的热点之一。许多炎症介质可以为肿瘤的发生发展提供良好环境,如巨噬细胞移动抑制因子(MIF)可以抑制P53基因的转录活性下调P53蛋白的表达水平,从而使P53失去抑癌功能,导致机体失去对细胞周期的控制以及DNA损伤的修复功能,进而导致促肿瘤基因的表达而促进肿瘤的发生。有些炎症介质还具有促进肿瘤扩散及浸润的功能,如CXC趋化因子家族可以促进肿瘤组织中血管的增生,加速肿瘤细胞的浸润和迁移。某些白细胞介素如IL-10能够抑制细胞毒性T淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用,还可能促进肿瘤细胞的免疫逃逸功能。PPARγ在许多免疫及炎症参与细胞如巨噬细胞、树突状细胞、T细胞和B细胞中均有表达。许多体内外实验表明,抗肿瘤药物在抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡的同时,常常伴有多种炎症介质的释放。由于炎症介质与肿瘤的发生、发展及侵袭存在着密不可分的关系,作为具有明显抗炎作用的PPARγ激动剂,是否通过抑制炎症介质的释放而发挥抗肿瘤作用,目前尚未见资料报道。
肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是重要的生物活性因子之一,它能够调控多种肿瘤细胞趋化作用,促进粘附蛋白的表达以及通过诱导血管生长因子(Vascularendothelial growth factor,VEGF)的表达促进肿瘤组织内血管的增生;此外,TNF-α还可以促进肿瘤细胞基质金属蛋白酶的表达水平和生物活性,从而破坏及降解细胞外基质,导致肿瘤细胞的浸润和转移等。Toll样受体(Toll-likereceptors,TLRs)是天然免疫反应中抵抗病原微生物入侵机体的第一道防线。至今已发现哺乳动物中TLRs家族有13个成员,命名为TLR1-13。在人类中有11个成员,它们分布十分广泛,主要表达于单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、多形核细胞、T、B细胞及NK细胞等表面,属于模式识别受体(pattern recognitionreceptor,PRR),可对不同的病原相关分子模式(pathogen associated molecularpatterns,PAMPs)进行识别、结合,并引发一系列信号转导,从而导致炎症介质的释放。目前资料表明,肿瘤细胞表面TLRs的表达及活化可以促进肿瘤细胞的生长,诱导肿瘤细胞的免疫逃避。TLRs诱导的肿瘤免疫逃避可能是与促进某些细胞因子的释放和抑制某些炎症介质的释放有关。既往资料表明,用TLR4的配体LPS刺激肿瘤细胞时,可以导致肿瘤细胞逃避NK细胞和CTL的攻击,逃避机体的免疫监视。目前的资料已经证明PPARγ激动剂对白血病U937细胞具有显著的体外增殖抑制作用,但其机制是否与U937细胞表面TLR表达水平变化有关,即罗格列酮是否通过影响TLR4表达来发挥抗白血病作用尚不明确。
研究目的:
观察PPARγ激动剂罗格列酮(RGZ)对U937细胞的生长抑制作用,同时通过测定罗格列酮对LPS诱导的U937细胞表面TLR4表达的抑制作用以及对肿瘤坏死因子α(TNF-α)释放的抑制作用,从而探讨PPARγ激动剂罗格列酮(RGZ)通过抑制炎症介质TNF-α及TLR4的释放来抑制白血病细胞的增殖,为PPARγ信号通路的抗白血病作用提供新的实验依据。
研究方法
本研究采用人单核细胞白血病U937细胞株为靶细胞,主要有以下几种方法:
1取对数生长期的细胞,以不同浓度的RGZ(5、10、20、40、50、60、80、100μmol/L)及加入10umol/LGW9622作用于U937细胞24、48、72h后,采用噻唑蓝(MTT)比色法检测各组细胞生长抑制作用。
2用流式细胞术、AnnexinV/PI双染色法观察RGZ作用细胞24、48、72h后细胞凋亡率。
3碘化丙啶(PI)染色流式细胞仪分析药物作用72小时后细胞周期的变化。
4加入10ug/ml LPS刺激细胞24小时后,加入不同浓度的罗格列酮作用于细胞12、24、48小时,RT-PCR法分析药物作用前后PPARγ、TLR4mRNA表达变化,免疫酶化学法测定TLR4表达分布的变化,同时采用直接免疫荧光法流式细胞仪检测TLR4在药物作用前后表达量的变化。
5采用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定对照组及不同浓度RGZ作用于LPS诱导的U937细胞后12、24、48h后上清液中TNF-α水平的变化。
6 SPSS13.0软件进行数据统计处理,采用单因素方差分析,以P<0.05为统计学显著性意义标准。对U937细胞的生长抑制率与TNF-α及TLR4的表达水平做相关性分析。
结果:
1对数生长期的U937细胞在倒置荧光显微镜下观察:可见细胞圆形,透亮,呈葡萄串样生长。MTT结果显示10μmol/L以上的RGZ对U937细胞产生抑制作用,当RGZ浓度大于80μmol/L,产生明显的抑制作用,且呈明显的时间依赖性和剂量依赖性,GW9662对RGZ的抑制作用无明显影响。(p>0.05)。
2 AnnexinV/PI双染色法显示:RGZ可以诱导U937细胞凋亡,50μmol/L以上RGZ作用于U937细胞48h、72h可以明显诱导细胞凋亡,100μmol/L RGZ作用于细胞48h、72h凋亡率大于50%。
3不同浓度RGZ作用于U937细胞后,与对照组相比,60、80、100μmol/LRGZ作用于U937细胞72h后,可见随着药物浓度的增加,G0/G1期细胞所占百分比明显增加。S期细胞所占百分比明显降低(p<0.05),即罗格列酮可以将细胞周期阻滞在G0/G1期。
4加入10ug/ml LPS刺激细胞24小时后,细胞呈贴壁生长,胞体变大,胞质不透明,且形状成多形性,少数出现伪足及突起。药物作用前后PPARγ无明显变化,而RGZ可以抑制TLR4mRNA及蛋白表达,但是TLR4在细胞内的定位未发生变化。
5 ELISA结果显示:对照组上清液中TNF-α表达较少,但是LPS诱导后TNF-α表达量明显增加,5μM RGZ作用后TNF-α表达量进一步增加,尤其在作用24h,此效应最明显,10μM以上的RGZ对TNF-α的表达产生明显的抑制作用,且呈现明显的量效及时效性。
结论:
1 PPARγ激动剂罗格列酮可以抑制U937细胞增殖,诱导细胞凋亡并将细胞周期阻滞在G0/G1期。
2不同浓度的罗格列酮可以明显抑制LPS诱导的U937细胞中炎症介质TLR4及TNF-α的表达,且呈明显的量效性及时效性。
3罗格列酮对U937细胞的生长抑制作用通过非PPARγ依赖途径发挥作用,相关性分析显示RGZ的生长抑制作用与炎症介质TLR4及TNF-α的表达呈负相关,推测罗格列酮可能通过抑制炎症介质TLR4及TNF-α的表达发挥抑制细胞增殖作用,这可能是PPARγ激动剂抗白血病作用的一种新的机制。