丁酸钠联合X射线照射对肺癌A549细胞增殖的抑制作用及其对细胞周期的影响

doi:10.13481/j.1671-587x.20210121

摘要/Abstract

摘要： 目的

研究组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）丁酸钠（NaBt）单独或联合X射线照射对人非小细胞肺癌A549细胞增殖的抑制作用和放射增敏作用，并分析其联合X射线照射对A549细胞周期的影响。

方法

对数生长期的A549细胞分为对照组、不同浓度（5、10、15、20和25 mmol·L^－1）NaBt组、4 Gy X射线照射组和不同浓度（5、10、15、20和25 mmol·L^－1）NaBt联合4 Gy X射线照射组，分别在作用后24、48和72 h，采用CCK-8法检测各组细胞增殖率。对数生长期的A549细胞分为对照组、10 mmol·L^－1 NaBt组、20 mmol·L^－1 NaBt组、4 Gy X射线照射组、10 mmol·L^－1 NaBt 联合4 Gy X射线照射组和20 mmol·L^－1 NaBt 联合 4 Gy X射线照射组，作用后24 h，采用流式细胞术检测各组不同细胞周期A549细胞百分率。

结果

与对照组比较，作用48 h后5、10、15、20和25 mmol·L^－1NaBt组细胞增殖率均明显降低（P<0.05或P<0.01），作用72 h后5、10、15、20和25 mmol·L^－1NaBt组细胞增殖率明显降低（P<0.01），并呈浓度和时间依赖性。作用48 h 后，分别与对照组、4 Gy Ｘ射线照射组及相对应浓度NaBt组比较，15、20和25 mmol·L^－1 NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞增殖率均明显降低（P<0.05或P<0.01）；作用72 h后，分别与对照组和4 Gy X射线照射组比较，不同浓度NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞增殖率明显降低（P<0.01），且20和25 mmol·L^－1 NaBt 联合4 Gy X射线照射组细胞增殖率明显低于相对应浓度NaBt组（P<0.01）。细胞周期检测，作用24 h后，与对照组比较，10和20 mmol·L^－1 NaBt组G₀/G₁期和G₂+M期细胞百分率明显升高（P<0.05或P<0.01），S期细胞百分率明显降低（P<0.01）；4 Gy X射线照射组和10 mmol·L^－1NaBt联合4 Gy X射线照射组G₂+M期细胞百分率明显升高（P<0.01），G₀/G₁期和S期细胞百分率明显降低（P<0.01）。

结论

NaBt对A549细胞具有增殖抑制作用和放射增敏作用，并呈浓度和时间依赖性，且NaBt和X射线的联合抑制效果明显优于二者单独应用，其机制可能与二者联合引起A549细胞G₂+M期阻滞有关。

关键词: 组蛋白去乙酰化酶抑制剂, 丁酸钠, 非小细胞肺癌, 表观遗传学, 辐射敏感性

Abstract: Objective

To study the inhibitory effect and radiosensitization effects of sodium butyrate （NaBt）， a histone deacetylase inhibitor （HDACi）， on the proliferation of human non-small cell lung cancer A549 cells alone or in combination with X-ray irradiation， and to analyze its combined effect with irradiation on the cell cycle of A549 cells.

Methods

The A549 cells in logarithmic growth phase were divided into control group， different concentrations （5， 10， 15， 20，and 25 mmol·L^－1） of NaBt groups， 4 Gy X-ray irradiation group and different concentrations （5， 10， 15， 20，and 25 mmol·L^－1） NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation groups. CCK-8 method was used to detect the cell proliferation rates in various groups at 24， 48 and 72 h after treatment. The changes of cell cycle were analyzed by flow cytometry.The A549 cells in logarithmic growth phase were divided into control group， 10 mmol·L^－1 NaBt group，20 mmol·L^－1NaBt group， 4 Gy X-ray irradiation group， 10 mmol·L^－1NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group， and 20 mmol ·L^－1NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group. At 24 h after treatment， the percentages of A549 cells in each phase of cell cycle in various groups were analyzed.

Results

After 48 h of treatment， the cell proliferation rates in 5，10， 15， 20， and 25 mmol·L^－1 NaBt groups were significantly lower than that in control group（P<0.05 or P<0.01）；after 72 h of treatment， the cell proliferation rates in 5，10，20，and 25 mmol·L^－1 NaBt groups were significantly lower than that in control group（P<0.01） in a concentration- and time-dependent manner；after treated for 48 h， the cell proliferation rates in 15， 20，and 25 mmol·L^－1 NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation groups were significantly lower than those in control group，4 Gy X-ray irradiation group and corresponding concentrations of NaBt groups （P<0.05 or P<0.01）；after treated for 72 h，compared with control group and 4 Gy X-ray irradiation group，the cell proliferation rates in different concentrations of NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation groups were significantly decreased（P<0.01）；the cell proliferation rates in 20 and 25 mmol·L^－1 NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation groups were significantly lower than those in corresponding concentrations of NaBt groups（P<0.01）.The cell cycle analysis results showed that after 24 h of treatment， compared with control group， the percentages of A549 cells in G₀ / G₁ phase and G₂+ M phase in 10 and 20 mmol·L^－1 NaBt groups were significantly increased （P<0.05 or P<0.01）， and the percentage of A459 cells in S phase was significantly decreased （P<0.01）； the percentages of cells in G₂+M phase in 4 Gy X-ray irradiation group and 10 mmol·L^－1NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group were significantly increased （P<0.05 or P<0.01），and the percentages of cells in G₀/G₁ phase and S phase were significantly decreased （P<0.01）.

Conclusion

NaBt has the inhibitory effect on the proliferation of A549 cells and radiosensitization effect in a concentration- and time-dependent manner， and the combined inhibitory effect of NaBt and X-ray is better than both of them used alone； its mechanism may be related to G₂+ M phase arrest of the A549 cells induced by combination of NaBt and X-ray.

Key words: histone deacetylase inhibitor, sodium butyrate, non- small cell lung cancer, epigenetics, radiosensitivity

中图分类号:

Q691

李官虎,郎庆旭,刘纯岩,刘沁,耿梦柔,李晓倩,王珍琦. 丁酸钠联合X射线照射对肺癌A549细胞增殖的抑制作用及其对细胞周期的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(1): 152-157.

Guanhu LI,Qingxu LANG,Chunyan LIU,Qin LIU,Mengrou GENG,Xiaoqian LI,Zhenqi WANG. Inhibitory effect of sodium butyrate combined with X- irradiation on proliferation of lung cancer A549 cells and its influence in cell cycle[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2021, 47(1): 152-157.

图/表 2

表1

表2

参考文献 24

1	马书梅，刘瑞娟，张影影. 肺癌的流行病学［J］. 世界最新医学信息文摘， 2019， 19（26）： 77-78， 80.
2	YASMIN R， SIRAJ S， HASSAN A， et al. Epigenetic regulation of inflammatory cytokines and associated genes in human malignancies ［J］. Mediators Inflamm， 2015， 2015：201703.
3	SETO E， YOSHIDA M. Erasers of histone acetylation： the histone deacetylase enzymes ［J］. Cold Spring Harb Perspect Biol， 2014， 6（4）： a018713.
4	OKUDELA K， MITSUI H， SUZUKI T， et al. Expression of HDAC9 in lung cancer：potential role in lung carcinogenesis ［J］. Int J Clin Exp Pathol， 2014， 7（1）： 213-220.
5	FALKENBERG K J， JOHNSTONE R W. Histone deacetylases and their inhibitors in cancer， neurological diseases and immune disorders ［J］. Nat Rev Drug Discov， 2014， 13（9）： 673-691.
6	SURAWEERA A， O’BYRNE K J， RICHARD D J， et al. Combination therapy with histone deacetylase inhibitors （HDACi） for the treatment of cancer： achieving the full therapeutic potential of HDACi ［J］. Front Oncol， 2018， 8：92.
7	MCMILLAN M T， OJERHOLM E， VERMA V， et al. Radiation treatment time and overall survival in locally advanced non-small cell lung cancer ［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2017， 98（5）： 1142-1152.
8	HESSMANN E， JOHNSEN S A， SIVEKE J T， et al. Epigenetic treatment of pancreatic cancer： Is there a therapeutic perspective on the horizon？［J］. Gut， 2017， 66（1）：168-179.
9	BAO L M，DIAO H，DONG N， et al. Histone deacetylase inhibitor induces cell apoptosis and cycle arrest in lung cancer cells via mitochondrial injury and p53 up-acetylation ［J］. Cell Biol Toxicol， 2016， 32（6）： 469-482.
10	FISCHER C， LEITHNER K， WOHLKOENIG C， et al. Panobinostat reduces hypoxia-induced cisplatin resistance of non-small cell lung carcinoma cells via HIF-1α destabilization ［J］. Mol Cancer， 2015， 14： 4.
11	TO K K， TONG W S， FU L W. Reversal of platinum drug resistance by the histone deacetylase inhibitor belinostat ［J］. Lung Cancer， 2017， 103： 58-65.
12	MINAMIYA Y， ONO T， SAITO H， et al. Expression of histone deacetylase 1 correlates with a poor prognosis in patients with adenocarcinoma of the lung［J］. Lung Cancer， 2011， 74（2）： 300-304.
13	OSADA H， TATEMATSU Y， SAITO H， et al. Reduced expression of class Ⅱ histone deacetylase genes is associated with poor prognosis in lung cancer patients ［J］. Int J Cancer， 2004， 112（1）： 26-32.
14	ZHANG Q C， JIANG S J， ZHANG S， et al. Histone deacetylase inhibitor trichostatin A enhances anti-tumor effects of docetaxel or erlotinib in A549 cell line ［J］. Asian Pac J Cancer Prev， 2012， 13（7）： 3471-3476.
15	GROSELJ B， SHARMA N L， HAMDY F C， et al. Histone deacetylase inhibitors as radiosensitisers： effects on DNA damage signalling and repair ［J］. Br J Cancer， 2013， 108（4）： 748-754.
16	ADIMOOLAM S， SIRISAWAD M， CHEN J， et al. HDAC inhibitor PCI-24781 decreases RAD51 expression and inhibits homologous recombination ［J］. Procl Natl Acad Sci USA， 2007， 104 （49）： 19482-19487.
17	MCMILLAN M T， OJERHOLM E， VERMA V， et al. Radiation treatment time and overall survival in locally advanced non-small cell lung cancer ［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2017， 98（5）： 1142-1152.
18	JIN X F， WU N N， DAI J J， et al. TXNIP mediates the differential responses of A549 cells to sodium butyrate and sodium 4-phenylbutyrate treatment ［J］. Cancer Med，2017， 6（2）： 424-438.
19	LI L， SUN Y， LIU J， et al. Histone deacetylase inhibitor sodium butyrate suppresses DNA double strand break repair induced by etoposide more effectively in MCF-7 cells than in HEK293 cells ［J］. BMC Biochem， 2015， 16（1）： 2.
20	BOURKE E， BROWN J A，TAKEDA S， et al. DNA damage induces Chk1-dependent threonine-160 phosphorylation and activation of Cdk2 ［J］. Oncogene， 2010， 29（4）： 616-624.
21	敖经盛, 鲍志荣, 全红. 纳米复合材料GO@AgPt对非小细胞肺癌的放射增敏作用[J].中国医学物理学杂志,2020,37(4): 514-519.
22	TAILOR D，HAHM E R，KALE R K， et al. Sodium butyrate induces DRP1-mediated mitochondrial fusion and apoptosis in human colorectal cancer cells ［J］. Mitochondrian， 2014， 16： 55-64.
23	MAHA S A， KAREM H A， SAIED A J， et al. The effect of combined treatment with sodium phenylbutyrate and cisplatin， erlotinib， or gefitinib on resistant NSCLC cells ［J］. Clin Pharmacol， 2018，10： 135-140.
24	RIVERA S，LETEUR C，MEGNIN F， et al. Time dependent modulation of tumor radiosensitivity by a pan HDAC inhibitor： abexinostat ［J］. Oncotarget， 2017， 8（34）： 56210-56227.

Group	Proliferation rate
Group	（t/h） 24	48	72
Control	1.00±0.00	1.00±0.00	1.00±0.00
NaBt (mmol·L^－1)
5	0.95±0.33	0.95±0.01^**	0.61±0.01^**
10	0.98±0.32	0.98±0.01	0.51±0.04^**
15	0.98±0.28	0.96±0.01^*	0.58±0.02^**
20	1.00±0.03	0.95±0.01^**	0.62±0.01^**
25	0.96±0.04	0.91±0.02^**	0.53±0.03^**
4 Gy X-ray irradiation	1.02±0.01	0.98±0.01	0.96±0.05
NaBt+4 Gy X-ray irradiation
5 mmol·L^－1+4 Gy	1.06±0.02^*	0.99±0.03	0.61±0.03^**##
10 mmol·L^－1+4 Gy	1.15±0.06^*	0.99±0.04	0.53±0.04^**##
15 mmol·L^－1+4 Gy	1.08±0.01^**	0.91±0.02^**△##	0.55±0.03^**##
20 mmol·L^－1+4 Gy	1.06±0.02^**	0.91±0.02^**△#	0.49±0.01^**△△##
25 mmol·L^－1+4 Gy	1.02±0.01	0.89±0.01^**△##	0.39±0.02^**△△##

Group	Percentage of A549 cells
Group	G₀/G₁	G₂ + M	S
Control	83.057 ± 0.071	2.060 ± 0.839	14.883±0.783
NaBt (mmol·L^－1) 10	93.203±0.482^**	3.923±0.245	2.873±0.062^**
20	88.890±0.538^**	7.287±0.345^*	3.823±0.049^**
4 Gy X-ray irradiation	69.103±0.501^**	27.490±0.540^**	3.403±0.057^**
10 mmol·L^－1NaBt +4 Gy X-ray irradiation	64.133±0.904^**	32.593±0.952^**	3.270±0.162^**
20 mmol·L^－1NaBt +4 Gy X-ray irradiation	—	—	—

[1]	董洁, 王旭, 崔久嵬. DNA损伤修复通路基因多态性与铂类药物治疗非小细胞肺癌敏感性及预后关系的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(04): 869-874.
[2]	屠培培, 黄彬, 路景涛, 薛绍礼, 夏觅珍, 吴琳梅, 张耀方, 李明刚. DNA和组蛋白表观遗传修饰在2型糖尿病发病中作用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(04): 853-858.
[3]	杨文延, 刘强, 孙志娟, 杜利清, 徐畅, 王彦, 柳杨, 王芹. 褪黑素对人非小细胞肺癌H1299细胞辐射敏感性的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(03): 532-536.
[4]	于秀艳, 王文龙, 吴雪峰, 刘晓峰. 非小细胞肺癌患者血清叶酸、同型半胱氨酸和维生素B₁₂的检测及其临床意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(06): 1235-1238.
[5]	王旭, 马莉, 苏克举, 曹洪明, 何华, 李薇. 地西他滨单药及联合其他药物在实体肿瘤治疗中应用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(04): 870-873.
[6]	董振宇, 郭志, 于海鹏, 刘影, 张炜浩, 杨雪玲. 冷冻消融联合全身静脉化疗治疗晚期非小细胞肺癌的临床疗效及安全性评价[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(04): 839-845.
[7]	屠培培, 李晓丹, 马百成, 张耀方, 段会坤, 尼再中, 王海松, 姜苹哲, 李淼, 吴日, 李明刚. 实验性2型糖尿病小鼠肝脏组蛋白H3表观修饰的变化及其意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(04): 756-762.
[8]	燕蒙蒙, 徐珊, 高岩, 刘扬, 贺梦子, 陈司霖, 李鹏武, 刘晓冬, 马淑梅. miR-18a对结直肠癌SW116细胞辐射敏感性的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(02): 240-244.
[9]	徐珊，燕蒙蒙，刘扬，李鹏武，马淑梅，刘晓冬. miR-21对宫颈癌HeLa细胞辐射敏感性的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2014, 40(06): 1138-1143.
[10]	杨艳明,方芳，刘念，曲志杰，王志成，张艳秋. pEgr1-hsTRAIL质粒对肺腺癌A549细胞放射敏感性及DR4和DR5表达水平的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2013, 39(2): 199-203.
[11]	梁冰\|刘晓冬\|徐慧英\|信瑞\|孔德娟\|贺梦子\|贾立立\|徐波\|马淑梅 . 脱氧胞苷激酶对HeLa细胞放化疗敏感性的影响[J]. J4, 2012, 38(2): 197-201.
[12]	禹彬,许莉,孙连坤,李晓洁,李扬,赵雪俭. 人质膜型唾液酸酶对丁酸钠诱导细胞凋亡的影响及其机制[J]. J4, 2008, 34(1): 49-52.
[13]	王旭，李薇，王冠军. 苯丁酸钠联合吉非替尼增强抑制NB4细胞的PKC信号传导途径[J]. J4, 2007, 33(2): 290-292.
[14]	狄茜，李扬，赵雪俭，宫城妙子. 丁酸钠对前列腺癌PC-3M细胞的增殖抑制和凋亡诱导作用[J]. J4, 2004, 30(5): 710-712.