PLOS ONE: Förbättring av strålningseffekter av ursolsyra i BGC-823 Human Adenocarcinom Gastric Cancer Cell Line

Abstrakt

Ny forskning har föreslagit att vissa vegetabiliska polyfenoler, dvs ursolsyra (UA), som rapporteras ha antitumöraktiviteter, kan användas för att sensibilisera tumörceller till strålningsterapi genom att inhibera vägar som leder till strålterapi motstånd. Detta experiment utformades för att undersöka effekten och möjlig mekanism för radiosensibilisering av UA i BGC-823 cellinje från human adenocarcinom magcancer In vitro
. UA orsakade cytotoxicitet på ett dos-beroende sätt, och vi använde en sub-cytotoxicitet koncentration av UA att testa radioenhancement effekt med UA i magcancer. Strålkänslighet bestämdes genom klonogen överlevnad analys. Överlevande fraktion av den sammanslagna koncernen med bestrålning och sub-cytotoxicitet UA signifikant minskade jämfört med bestrålning gruppen. Den förbättrade radiosensibilisering Effekten var associerad med ökad G2 /M gripandet ökade reaktiva syreradikaler (ROS), nedregleras Ki-67 nivå och förbättrad apoptos. Sammanfattningsvis, som UA visade potent antiproliferationseffekt och synergistisk effekt, det skulle kunna användas som ett potentiellt läkemedel sensibilisator för tillämpningen av strålbehandling

Citation. Yang Y, Jiang M, Hu J, Lv X, Yu L Qian X, et al. (2015) Förbättring av strålningseffekter av ursolsyra i BGC-823 Human Adenocarcinom Gastric Cancer Cell Line. PLoS ONE 10 (7): e0133169. doi: 10.1371 /journal.pone.0133169

Redaktör: Jian-Hua Mao, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, USA

Mottagna: 26 januari 2015, Accepteras: 24 juni 2015; Publicerad: 15 juli 2015

Copyright: © 2015 Yang et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

datatillgänglighet: Alla relevanta uppgifter är inom pappers-

Finansiering:. finansierats med bidrag från National Natural Science Foundation i Kina (Grant nr 81.172.094), Top Sex Talents Project i Jiangsu-provinsen (Grant nr 2011ws005), och medicinsk vetenskap och teknik utvecklingsprojekt i Nanjing (Grant No. ZKX10011). Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet

Konkurrerande intressen:.. Författarna har förklarat att inga konkurrerande intressen finns

Introduktion

Trots en nedgång i förekomst, är magcancer fortfarande anses vara en av de främsta orsakerna till cancerrelaterade dödsfall i världen. Kirurgi fortsätter att vara grunden för någon botande behandling; Men cirka två tredjedelar av patienter som diagnostiserats med magsäckscancer har inoperabel lokalt avancerad och /eller metastaserande sjukdom. 5-års överlevnad på patienter som diagnostiserats med avancerad loco-regional magsäckscancer och har genomgått kurativ resektion förbli låg på grund av den höga risken för lokalt återfall eller fjärrmetastaser, även om resektion ansågs vara botande. [1] Ett perspektiv randomiserad Intergroup (INT) -0116 studie (556 patienter) och retrospektiv koreanska erfarenhet (990 patienter) visade en minskning i lokal återfallsfrekvensen med postoperativ regional strålning i kombination med kemoterapi och en högre överlevnad vid adjuvant armen. [2] Strålbehandling är huvud~~POS=TRUNC loco-regional kontroll modalitet för inoperabel magcancer [3] National Comprehensive cancer Network (NCCN) riktlinjer rekommenderar strålbehandling som en standardbehandling för gastric patienter med hög risk för återfall cancer. [4] Det finns dock två stora begränsningar i samband med behandling av magsäckscancer med strålning: (1) inneboende eller förvärvad resistens mot strålbehandling; (2) icke-specifik toxicitet mot magslemhinnan och omgivande normala vävnader. [2,5]

För att ta itu med dessa begränsningar, har vetenskapliga försök gjorts för att söka efter en effektiv strålningssensibiliserande från örter med lägre toxicitet och högre effektivitet. [Ny forskning tyder på att många vegetabiliska polyfenoler, inklusive curcumin, flavopiridol, emodin, ursolsyra och etc, kan användas för att sensibilisera tumörceller till kemoterapeutiska medel och strålningsterapi genom att hämma de vägar som leder till behandlingsresistens. 6,7, 8] Dessa medel har också visat sig vara skyddande från terapiassocierad toxicitet. [5] Ursolic syra (UA), en penta triterpen syra, som anses vara en av de mest lovande kemopreventiva medel mot cancer, har visats uppmana antitumör aktiviteter inklusive inhibering av tumör initiering och marknadsföring. [9,10] det inducerade också tumörcelldifferentiering genom reglering av uttrycket av differentieringsspecifika gener i mus F9 teratokarcinomceller. [11] Dessutom har det funnits bevis för att UA producerade en anti-angiogen effekt i kyckling chorioalantoic membran och en anti-invasiv aktivitet i HT 1080 human fibrosarkomceller. [12,13]

Men tidigare forskning har ännu att visa om UA kan förstärka effekten av strålning i malign tumör . Experimentet utformades för att undersöka effekterna och möjlig mekanism in vitro av radiosensibilisering av UA i BGC-823 cellinje från human adenocarcinom magcancer att ge teoretiskt stöd för den kliniska användningen.

Material och metoder

Cellodlings

BGC-823 celler erhölls från Shanghai Institute of Cell Biology (Shanghai, Kina) och förvarades i RPMI 1640-medium med 10% kalv bovint serum vid 37 ° C i en vattenmättad atmosfär med 5% CO _2.

Cell cytotoxicitetsanalys

cytotoxicitet bestämdes genom MTT-analys utförs en tidigare publicerad. [14] För att illustrera, cellerna ströks ut vid 8 × 10 ^{3 celler per brunn i 96-brunnsplattor och fick fästa över natten. Därefter behandlades cellerna med olika koncentrationer av UA (0, 5, 6,25, 10, 12,5, 20, 40, 50ug /ml) under 48 h i ett minimum av tre replikera brunnar. Varje brunn tillsattes sedan 20 ul MTT, framställd genom blandning av 5 mg MTT med 1 ml normal saltlösning, och inkuberades under ytterligare 4 h. Medium i varje brunn ersattes med 150ul DMSO. Absorbans bestämdes med en mikroplattläsare (BIP-RAD) vid 490 nm. De tomma kontrollbrunnar användes för att nollställa absorbansen. Hämningsvärdet (IR%) beräknades med användning av bakgrunden-korrigerade absorbansen med följande ekvation:.}

IC _{50 definierades som den koncentration som krävs för 50% inhibering av celltillväxt}

Cell gruppering och in vitro joniserande strålning

Celler delades slumpmässigt i 4 grupper: kontrollgrupp (A), UA-grupp (B), strålningsterapi (RT) grupp (C), och kombinerade gruppen (D ). BGC-823-celler odlades i 6-brunnsplattor, och sedan Grupp B och D behandlades med UA, medan grupp C och D bestrålades med en 6-MeV elektronstråle linjäraccelerator (Elekta, Sverige).

klonogena överlevnadsanalys

strålkänslighet bestämdes genom klonogen överlevnad analys. Celler (500-2000 per brunn) ströks ut i 6-brunnsplattor och fick fästa över natten. Då cellerna behandlades med UA (0, 6,25 och 10 ng /ml) under 24 h och exponerades sedan för ökande doser av RT (0, 2, 4, 6 och 8Gy). Efter 10-14 dagars inkubation kolonier bestod av mer än 50 celler observerades. Kolonierna tvättades noggrant, färgas med etanol /kristallviolett färgämne, och sedan räknades. Bordläggning effektivitet (PE) beräknades som (medelvärde kolonier /celler sådda), och överlevande fraktion (SF) beräknades som [betyda kolonier /(celler sådda × PE)], där PE definierades som (medelvärde kolonier för un-bestrålade kontroller /celler seedade). D _{0 värdena beräknades genom en multi-mål enda träff modell [S = 1 - (1-e ^{-D /D0) N], som representerade den genomsnittliga dosen av en dödlig exponering. Sensibiliseringsförstärkningsförhållande (SER) beräknades som D 0 förhållandet mellan kombinationsbehandling och RT ensam.}}

Cellcykelanalys

Inverkan av cellcykeln analyserades med användning propidiumjodid /RNas-buffert (BD Pharmingen, San Jose, CA, USA) färgning enligt tillverkarens anvisningar. 2,5 × 10 ^{5-celler ströks ut i 6-brunnsplattor och fick fästa över natten. Därefter behandlades cellerna med UA (0 och 10 pg /ml) under 24 h och exponerades sedan för RT (0 och 2Gy) under 48 timmar. Celler uppsamlades genom trypsinering, fixerades i 70% etanol vid -20 ° C, tvättades i PBS, återsuspenderades i 1 ml PBS innehållande 1 mg /ml RNas och 50 ug /ml propidiumjodid, inkuberades i mörker under 30 minuter vid 37 ° C, och analyserades med flödescytometri (FACScan, Becton Dickinson, Sunnyvale, CA, USA).}

Mätning av apoptos

celler kvantifiering av apoptosceller utvärderades med användning av en annexin-V-FITC apoptos Detection Kit (BD Pharmingen, San Jose, CA, USA) enligt tillverkarens anvisningar. 2,5 × 10 ^{5-celler ströks ut i 6-brunnsplattor och fick fästa över natten. Därefter behandlades cellerna med UA (0 och 10 pg /ml) under 24 h och exponerades sedan för RT (0 och 2Gy) under 48 timmar. Celler uppsamlades genom trypsinering, och återsuspenderades i 500 ul av bindningsbuffert, och 5ul av annexin-V-fluoresceinisotiocyanat (FITC), och sedan, var 5ul av propidiumjodid (PI) tillsattes. Analyser utfördes med en flödescytometri.}

Detektering av reaktiva syreradikaler (ROS) generation

Koncentrationerna av intracellulärt ROS detekterades med användning av de membrangenomsläppligt fluorescerande prober 2 ', 7'-dichlorofluorescin diacetat (DCFH-DA) (Beyotime, Haimen, Jiangsu, Kina) enligt tillverkarens anvisningar. 1 × 10 ^{6-celler ströks ut i 6-brunnsplattor och fick fästa över natten. Därefter behandlades cellerna med UA (0 och 10 pg /ml) under 24 h, och exponerades sedan för RT (0 och 2Gy) under 48 timmar. Celler uppsamlades genom trypsinering, återsuspenderades DCFH-DA i 30 min, tvättades genom serumfritt RPMI 1640, och sedan detekteras genom flödescytometri. Medelvärdet fluorescensintensitet (MFI) som representeras intracellulära ROS nivå.}

Immunohistokemisk färgning för bedömning av Ki-67 expression

Ki-67-proteinexpression utvärderades genom avidin-biotin-komplex immunhistokemisk (ZSGB-BIO , Beijing, Kina) enligt tillverkarens anvisningar. 2 × 10 ^{4-celler ströks ut i 6-brunnars plattor med ett täckglas för varje brunn, och fick fästa över natten. Då cellerna behandlades med UA (0 och 10 pg /ml) under 24 h, och exponerades sedan för RT (0 och 2Gy) under 24 h. Då täckglas fixerades i 4% paraformaldehyd, inkuberades med 0,5% Triton X-100 under 20 min, tvättades i PBS och inkuberades med 3% H _{2O 2 under 15 min. Efter sköljning med PBS under tre gånger ades celler som var fästa på de täckglas inkuberades med Ki-67 monoklonala antikroppar för 60min vid 37 ° C, och tvättades sedan i PBS på nytt. Biotin-konjugerade sekundära antikroppar för 20min vid 20-37 ° C, tvättades med PBS fyra gånger, sedan färgas av DAB färgningskit, tvättas med vatten, och därefter motfärgades med hematoxylin.}}

Statistisk analys

Data rapporterades som medelvärde ± SD, och medelvärdet för jämförelser utfördes genom envägs ANOVA. P < 0,05 accepterades som statistiskt signifikant. Statistisk analys utfördes med hjälp av SPSS, v. 17.0.

Resultat

cytotoxiska effekterna av UA på BGC-823 celler

Den cytotoxiska effekten av UA på BGC-823 celler utvärderas baserat på MTT-analysen. Vi fann att UA dosberoende ökad cytotoxicitet i magcancer-cellinjen BGC-823 (Fig 1). Den halv-maximal inhiberande koncentration (IC _{50) värden för BGC-823 var 17.5ug /ml. Svag cytotoxicitet (< 15%) av UA för BGC-823, 10 pg /ml, användes för efterföljande planerade experiment, för att kontrollera att radioenhancement beror på en direkt cytotoxisk effekt}

De radiosensibiliserande effekterna av UA i. vitro

Cellöverlevnadskurvorna mätta med klonogen överlevnad-analysen visas i figur 2. Jämfört med RT endast SF _{2 RT i kombination med UA minskat betydligt i BGC-823 celler, SER-värdena i de kombinerade grupperna var 1.180 gånger och 1.315 gånger. Dessa resultat indikerade att UA förstärkt strålningen effekten av BGC-823 i en dosberoende sätt inom en mindre cytotoxicitet koncentrationer.}

Cellcykel distribution och induktion av apoptos.

För att undersöka om RT och /eller UA behandling skulle kunna orsaka någon störning av cellcykeln, en analys av BGC-823 celler som behandlats med 2Gy bestrålning och /eller 10 pg /ml UA utfördes. I förhållande till kontrollgruppen, 10 ng /ml UA ensam gav nästan ingen effekt på cellcykeln. Men den kombinerade gruppen av UA och bestrålning inducerad cellcykelstopp vid G _{en fas (51,87% VS 60,28%, p = 0,13) och G 2 /M fas (3,14% VS 13,67%, p < 0,01) jämfört med 2Gy bestrålning gruppen (fig 3A och 3C). Dessa resultat tyder på att kombinationsbehandlingen kan ha orsakat G en fas och G 2 /M fas stillestånd, vilket var mer mottagliga för skadliga effekter av strålning. De liknande slutsatser från cellcykeln data har bevisats av tidigare studie. [15]}

Kombinationen av UA och bestrålning skulle också kunna orsaka mer apoptotisk celldöd såsom visas av fig 3B. Andelen apoptotiska celler ökat kraftigt genom tillämpning av både UA och bestrålning i BGC-823 celler i motsats till UA eller IR-behandling ensam. (78,2% VS 9,6% och 12,5%, p < 0,01, Fig 3D) katalog

UA ökade RT inducerade ROS bildning

det är allmänt accepterat att celldöd efter exponering för joniserande strålning är delvis förmedlas av ROS. [16] ROS analys med hjälp av DCF-DA producerade den genomsnittliga fluorescensintensiteten (MFI), som representerade intracellulära ROS nivån för varje grupp (fig 4A och 4B). MFI UA ensam gruppen, RT ensam gruppen och UA + RT koncernen ökade med 1,15 gånger, 1,53 gånger och 2,09 gånger jämfört med kontrollgruppen. Nivån av ROS i kombinationsgruppen ökade signifikant jämfört med RT ensam grupp, avslöjar att lägga UA till RT inducerade mer ROS bildning än enbart strålbehandling.

Immunhistokemisk färgning av Ki-67

Ki -67 var känd som ett nukleärt antigen, som ofta korrelerar med cellproliferation. Vårt experiment upptäckt den positiva hastigheten för Ki-67 protein genom immunhistokemisk färgning, och resultaten visas i fig 5. Andel Ki-67 positiva celler i den sammanslagna koncernen minskade betydligt jämfört med kontrollgruppen, samt strålningsterapigruppen .

Diskussion

Denna forskning undersökte effekterna och möjlig mekanism för UA som radiosensibiliserare. MTT-analysen och klonogena överlevnadsanalys visade att IR kombination med UA var överlägsen i cytotoxicitet än IR ensam. Denna effekt observerades i båda grupperna med olika sub-cytotoxicitet koncentrationer av UA, 6.25ug /ml och 10 ng /ml. Vid denna dos, UA hade svag cytotoxicitet för människors adenocarcinom magcancer cellinje BGC823 och inte har signifikant cytotoxicitet till normal gastric cellinje. [17] Detta visade att UA var en lovande radiosensibilisering In vitro
.

Centralt för strålbehandling av cancer är att maximera terapeutisk effektivitet till tumörvävnaden samtidigt minimera skadorna på normala vävnader. Medan utarbetad planering och nya fysiska tekniker kan säkert öka stråldosen till tumörvävnad medan dosen reduceras till omgivande normala vävnader, [18] nuvarande strålbehandling tekniker fortfarande inte kan undvika att skada närliggande normala vävnader. Ytterligare radioterapeutiska fördel kan hittas genom att undersöka det biologiska svaret av tumören mikro att avslöja hur man kan öka en tumörs känslighet för strålning eller hämma biverkningar av strålning. [19]

Normala vävnader runt magcancer, såsom tarm och gastrisk, är känsliga för joniserande strålning. Som ett resultat måste den joniserande strålningsdos mot tumörvävnad vara begränsad. Dessutom kommer de överlappande biverkningar av joniserande strålning förbättra strålbehandling biverkningar och även avbryta behandlingen. Sub-cytotoxicitet koncentration av UA i kombination med joniserande strålning, kan emellertid öka cytotoxiciteten genom joniserande strålning, medan låg koncentration UA ​​är nästan ofarliga för normala vävnader. Denna strategi kan öka det terapeutiska indexet till tumörvävnad utan att öka stråldosen och radioterapeutiska bieffekt.

För att identifiera mekanismen för radiosensibilisering av UA, genomförde vi analys i flera steg. Först analyserade vi cellcykelfördelning. Sub-cytotoxicitet koncentration av UA gav inte någon signifikant effekt på cellcykeln, medan jämföra med enbart joniserande strålning, den kombinerade behandlingen förbättrade G _{2 /M gripande. Den strålkänslighet av celler är korrelerad till cellcykeln, och korrelationen är högre i G 2 /M-fasen och lägre i S-fasen. Detta kan vara den viktigaste bakomliggande orsaken till den förbättrade radiosensibilisering observerades i denna studie. För det andra, analyserade vi de intracellulära ROS nivåer. ROS nivå av kombinationsgruppen ökade signifikant jämfört med kontrollgruppen, den UA ensam gruppen, eller till och med den joniserande strålningen gruppen. Tillsatsen av UA för joniserande strålning inducerade mer ROS-uppställning. Joniserande strålning inducerade radiolysen av vatten, vilket genererade ROS, såsom hydroxylradikaler och superoxid. Dessa ROS molekyler spelat en viktig roll i joniserande strålning inducerade cellulära skador, såsom oxidativ DNA-skada, vilket kan leda till både klonogena död och apoptos. För det tredje, i denna studie, fann vi att procentandelen av Ki-67-positiva celler i kombinationsgruppen minskat betydligt i jämförelse med kontrollgruppen eller strålningsterapigruppen. Ki-67 är känd som en cellcykelassocierat antigen och en användbar proliferation markör. Ki-67 proteinnivå är korrelerad med högre spridning och metastaser förmåga. [20,21]}

Sammanfattningsvis är denna studie det första försöket att visa att UA kan samverka med joniserande strålning mot humana gastriska cancercellinjer . Den bakomliggande mekanismen av den förbättrade radiosensibilisering effekten kan vara den förbättrade G2 /M gripandet ökade ROS och nedregleras Ki-67 nivå. Kollektivt, som UA påvisat potent antiproliferationseffekt och synergistisk effekt, det skulle kunna användas som ett potentiellt läkemedel sensibilisator för tillämpning av radioterapi. Men det är utan tvekan att det behövs ytterligare forskning för att utvärdera möjligheten och fördelarna med att använda traditionell kinesisk medicin som strålningssensibiliserande innan själva kliniska tillämpningar. Fler experiment och upprepningar behövs i andra tumörtyper och i djurförsök för att bekräfta effekten av den föreslagna strategin.

• PLOS ONE: MicroRNA-206: effektiv hämning av Gastric Cancer Progression genom c-Met Pathway
• PLOS ONE: kliniska betydelsen av MLH1 Metylering och CpG Island Methylator Fenotyp som prognostiska markörer hos patienter med magcancer