丁酸钠联合电离辐射对肺癌A549细胞凋亡的影响及其机制

doi:10.13481/j.1671-587X.20220410

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（NSCLC）A549细胞凋亡的影响，并阐明其作用机制。

方法

处于对数生长期的A549细胞分为对照组、NaBt组、4 Gy X射线照射组和NaBt联合4 Gy X射线照射组。照射后24和48 h，采用流式细胞术检测各组细胞凋亡率；照射后6 h，采用流式细胞术检测各组细胞的线粒体膜电位（Δψm）和活性氧（ROS）水平；照射后24 h，采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）法检测各组细胞中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase-3）和p21 mRNA表达水平。

结果

照射后24和48 h，与对照组、4 Gy X射线照射组和NaBt组比较，NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞凋亡率明显升高（P<0.05或P<0.01）；照射后48 h，与对照组比较，NaBt组细胞凋亡率明显升高（P<0.01）。NaBt单独或联合4 Gy X射线作用A549细胞6 h后，与对照组、4 Gy X射线照射组和NaBt组比较，NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞Δψm均明显降低（P<0.05或P<0.01）。与对照组比较，NaBt组和NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞中ROS水平均明显升高（P<0.05）；与4 Gy X射线照射组比较，NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞中ROS水平升高（P<0.05）。NaBt单独或联合4 Gy X射线作用A549细胞24 h后，与对照组、4 Gy X射线照射组和NaBt组比较，NaBt联合4 Gy X射线照射组细胞中caspase-3 和p21 mRNA表达水平均明显升高（P<0.01）；与对照组比较，NaBt组和4 Gy X射线照射组细胞中p21 mRNA水平均明显升高（P<0.01）。

结论

NaBt可以诱导A549细胞凋亡，其机制可能涉及到线粒体凋亡通路的调控。

关键词: 组蛋白去乙酰化酶抑制剂, 丁酸钠, 非小细胞肺癌, 细胞凋亡, 线粒体膜电位

Abstract: Objective

To explore the effects of histone deacetylase inhibitor （HDACi） sodium butyrate （NABT） alone or combined with X-ray irradiation on the apoptosis of human non-small cell lung cancer A549 cells， and to clarify its mechanism.

Methods

The A549 cells in logarithmic growth phase were divided into control group， NaBt group， 4 Gy X-ray irradiation group and NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group. Flow cytometry was used to detect the apoptotic rates at 24 and 48 h after treatment. After 6 h of irradiation， the mitochondrial membrane potential （Δψm） and ROS （reative oxygen species） levels in the cells of various groups were analyzed by flow cytometry. After 24 h of irradiation， the expression levels of caspase-3 and p21 mRNA in the cells in various groups were detected by real-time quantitative PCR （RT-qPCR）.

Results

After 4 Gy irriadiation for 24 and 48 h， compared with control group， 4 Gy X-ray irradiation group and NaBt group， the apoptotic rate of cells in NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group was significantly increased （P<0.05 or P<0.01）. Compared with control group， the apoptotic rate of cells in NaBt group was significantly increased after 48 h of irradiation （P<0.01）. After treated with NaBt alone or combined with 4 Gy X-ray for 6 h， compared with control group， 4 Gy X-ray irradiation and NaBt group， the Δψm of A549 cells in NaBt combined with 4 Gy X-ray irradition group was decreased （P<0.05）. Compared with control group， the ROS levels in NaBt group and NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group were increased （P<0.05）. Compared with 4 Gy X-ray irradiation group， the ROS level in NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group was increased （P<0.05）. After treated with NaBt alone or combined with 4 Gy X-ray irradiation for 24 h， the mRNA levels of caspase-3 and p21 in the cells in NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation group were significantly higher than those in control group， 4 Gy X-ray irriadiation group and NaBt group （P<0.01）. Compared with control group， the p21 mRNA levels in NaBt group and 4 Gy X-ray irriadiation group were significantly increased （P<0.01）.

Conclusion

NaBt can induce the apoptosis of A549 cells， and its mechanisms may be related to the regulation of mitochondrial apoptosis pathway.

Key words: Histone deacetylase inhibitor, Sodium Butyrate, Non-small cell lung cancer, Apoptosis, Mitochondrial membrane potential

中图分类号:

R734.2

郎庆旭,牛雪霜,杨凯文,张韧,王思腾,祖米热提古丽·吾买尔null,王珍琦. 丁酸钠联合电离辐射对肺癌A549细胞凋亡的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(4): 915-921.

Qingxu LANG,Xueshuang NIU,Kaiwen YANG,Ren ZHANG,Siteng WANG, ZUMIRETIGULI·Wumaier,Zhenqi WANG. Effects of sodium butyrate combined with ionizing radiation on apoptosis of lung cancer A549 cells and its mechanism[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2022, 48(4): 915-921.

图/表 5

图1

表1

图2

表2

表3

参考文献 24

1	SIEGEL R L， MILLER K D， FUCHS H E， et al. Cancer statistics， 2021［J］. CA A Cancer J Clin， 2021， 71（1）： 7-33.
2	LI J， LI Y J， WANG B， et al. Id-1 promotes migration and invasion of non-small cell lung cancer cells through activating NF-κB signaling pathway［J］. J Biomed Sci， 2017， 24（1）： 95.
3	BLANDIN KNIGHT S， CROSBIE P A， BALATA H， et al. Progress and prospects of early detection in lung cancer［J］. Open Biol， 2017， 7（9）： 170070.
4	TSILIMIGRAS D I， NTANASIS-STATHOPOULOS I， MORIS D， et al. Histone deacetylase inhibitors in hepatocellular carcinoma： a therapeutic perspective［J］. Surg Oncol， 2018， 27（4）： 611-618.
5	SALIMI V， SHAHSAVARI Z， SAFIZADEH B，et al. Sodium butyrate promotes apoptosis in breast cancer cells through reactive oxygen species （ROS） formation and mitochondrial impairment［J］. Lipids Health Dis， 2017， 16（1）： 208.
6	CALCAGNO D Q， WISNIESKI F， MOTA E R D S， et al. Role of histone acetylation in gastric cancer： implications of dietetic compounds and clinical perspectives［J］. Epigenomics， 2019， 11（3）： 349-362.
7	WANG F F， WU H S， FAN M J， et al. Sodium butyrate inhibits migration and induces AMPK-mTOR pathway-dependent autophagy and ROS-mediated apoptosis via the miR-139-5p/Bmi-1 axis in human bladder cancer cells［J］. FASEB J， 2020， 34（3）： 4266-4282.
8	KAZEMI SEFAT N A， MOHAMMADI M M， HADJATI J， et al. Sodium butyrate as a histone deacetylase inhibitor affects toll-like receptor 4 expression in colorectal cancer cell lines［J］. Immunol Invest， 2019， 48（7）： 759-769.
9	JIA X Y， ZHENG Y S， GUO Y Z， et al. Sodium butyrate and panobinostat induce apoptosis of chronic myeloid leukemia cells via multiple pathways［J］. Mol Genet Genomic Med， 2019， 7（5）： e613.
10	XIAO X Q， XU Y X， CHEN H Y. Sodium butyrate-activated TRAF6-TXNIP pathway affects A549 cells proliferation and migration［J］.Cancer Med，2020，9（10）： 3477-3488.
11	李官虎，郎庆旭，刘纯岩，等. 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.
12	PANT K， YADAV A K， GUPTA P， et al. Butyrate induces ROS-mediated apoptosis by modulating miR-22/SIRT-1 pathway in hepatic cancer cells［J］. Redox Biol， 2017， 12： 340-349.
13	SEMAAN J， EL-HAKIM S， IBRAHIM J N， et al. Comparative effect of sodium butyrate and sodium propionate on proliferation， cell cycle and apoptosis in human breast cancer cells MCF-7［J］. Breast Cancer， 2020， 27（4）： 696-705.
14	EMANUELE S， LAURICELLA M， TESORIERE G. Histone deacetylase inhibitors： apoptotic effects and clinical implications （Review）［J］.Int J Oncol，2008，33（4）： 637-646.
15	RÜCKERT F， SAMM N， LEHNER A K， et al. Simultaneous gene silencing of Bcl-2， XIAP and Survivin re-sensitizes pancreatic cancer cells towards apoptosis［J］. BMC Cancer， 2010， 10： 379.
16	姜贻乾，郭庆敏，朱春兰，等. miR-1269a表达对H460干细胞样细胞放疗敏感性的影响［J］. 解放军医学杂志，2020，45（9）： 922-928.
17	NATONI F， DIOLORDI L， SANTONI C， et al. Sodium butyrate sensitises human pancreatic cancer cells to both the intrinsic and the extrinsic apoptotic pathways［J］.Biochim Biophys Acta，2005，1745（3）： 318-329.
18	ZHANG L， CHENG X， GAO Y Y， et al. Induction of ROS-independent DNA damage by curcumin leads to G₂/M cell cycle arrest and apoptosis in human papillary thyroid carcinoma BCPAP cells［J］. Food Funct， 2016， 7（1）： 315-325.
19	LOUIS M， ROSATO R R， BRAULT L， et al. The histone deacetylase inhibitor sodium butyrate induces breast cancer cell apoptosis through diverse cytotoxic actions including glutathione depletion and oxidative stress［J］. Int J Oncol， 2004， 25（6）： 1701-1711.
20	BHAT A H， DAR K B， ANEES S， et al. Oxidative stress， mitochondrial dysfunction and neurodegenerative diseases； a mechanistic insight［J］. Biomedecine Pharmacother， 2015， 74： 101-110.
21	MCILWAIN D R， BERGER T， MAK T W. Caspase functions in cell death and disease［J］. Cold Spring Harb Perspect Biol， 2013， 5（4）： a008656.
22	CHEN M J， JIANG W， XIAO C C， et al. Sodium butyrate combined with docetaxel for the treatment of lung adenocarcinoma A549 cells by targeting Gli1［J］. Onco Targets Ther， 2020， 13： 8861-8875.
23	MOERTL S， PAYER S， KELL R， et al. Comparison of radiosensitization by HDAC inhibitors CUDC-101 and SAHA in pancreatic cancer cells［J］. Int J Mol Sci， 2019， 20（13）： 3259.
24	PERONA M， THOMASZ L， ROSSICH L， et al. Radiosensitivity enhancement of human thyroid carcinoma cells by the inhibitors of histone deacetylase sodium butyrate and valproic acid［J］. Mol Cell Endocrinol， 2018， 478： 141-150.

Group	Apoptotic rate
Group	（t/h） 24	48
Control	11.51±4.59	14.33±1.57
NaBt	25.92±1.92	79.08±2.56^**
4 Gy X-ray irradiation	10.99±4.33	20.71±7.21
NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation	43.60±5.86^*^△△^＃	89.29±0.36^**^△^＃＃

Group	Δψm	ROS
Control	14.15±3.85	2.23±0.90
NaBt	6.79±0.51	13.87±4.64^*
4 Gy X-ray irradiation	6.94±1.38	2.65±0.57
NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation	2.81±0.79^*^△^＃	16.84±3.06^*＃

Group	Caspase-3	P21
Control	1.00±0.18	1.00±0.16
NaBt	1.32±0.10	6.85±0.30^*＃＃
4 Gy X-ray irradiation	0.92±0.19	3.68±0.19^*
NaBt combined with 4 Gy X-ray irradiation	2.75±0.53^*^△^＃	16.09±1.67^*^△△^＃＃

[1]	何程远,杨红宇,谭钰晶,苏杭,李泓澍,历春. IL-17A在非小细胞肺癌组织中的表达及其通过NF-κB信号通路对VEGF表达的调控作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(4): 1003-1009.
[2]	李官虎,郎庆旭,刘纯岩,刘沁,耿梦柔,李晓倩,王珍琦. 丙戊酸联合X射线照射对乳腺癌MDA-MB-231细胞增殖的抑制作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 622-629.
[3]	曹秋婷,韩竞春,张晓飞. 沉默解旋酶BLM基因对结直肠癌细胞伊立替康化疗敏感性的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 657-667.
[4]	刘翠兰,胡凤爱,刘晶,王丹,邱长云,柳敦江,赵娣. 脂联素受体激动剂AdiopRon对胶质瘤细胞生物学行为的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 702-710.
[5]	杨明星,董文,李冀. 贝母素乙对肺癌A549细胞凋亡的诱导作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 711-717.
[6]	李明,王秋婷,陈山,石慧芳. p38 MAPK抑制剂通过抑制NLRP3途径介导的细胞焦亡对小鼠慢性阻塞性肺疾病损伤的改善作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(3): 744-754.
[7]	陈素贤,谷泽慧,马炀斐,谭琦,李琪,王亚帝. 芦丁对人结肠癌SW480细胞凋亡的促进作用及其作用机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 356-363.
[8]	赵智慧,白香花,何金玲,段伟琴,刘敏,张生茂. 舒芬太尼对心肌缺血再灌注损伤大鼠心肌细胞凋亡的抑制作用及其作用机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 364-373.
[9]	许广松,蒋海兵,盘箐,李国庆. 桦木酸对胃癌MGC-803细胞迁移和侵袭的抑制作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 122-128.
[10]	孙文雄,李蒲. SOCS3在弥漫大B细胞淋巴瘤患者外周血单个核细胞中的表达及其对OCI-LY7细胞自噬和凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 172-179.
[11]	崔磊华,侯玉帛,苏畅,李明贺,聂鑫. N-乙酰半胱氨酸对尼古丁诱导的MC3T3-E1细胞凋亡的作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 26-32.
[12]	朱妤,王晶晶,吴芳. miR-150-5p在糖尿病肾病模型小鼠肾组织中的表达和对小鼠足细胞MPC5损伤的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 44-51.
[13]	万朝辉,曾良,周辉. Bax抑制因子1过表达对急性心肌梗死大鼠心肌细胞凋亡的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 74-81.
[14]	黄代强,刘朋飞,何建斌,孙静雪,袁琳,袁静,赵雷. 小鼠孕期七氟醚暴露对后代母系行为学的影响及氢气的保护机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(6): 1347-1352.
[15]	母润红,艾一玖,李雨澎,林睿,叶思萍,马方,郭笑. 重组人IL-17A在胃癌组织中的表达及其对胃癌BGC-823细胞增殖、侵袭、迁移和凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(6): 1510-1517.