结直肠癌作为全球发病率和死亡率均位居前三的消化系统恶性肿瘤,其高复发转移特性是导致患者预后不佳的核心难题。
临床治疗中,手术、化疗等传统手段虽能控制局部病灶,但易引发肠道功能损伤、耐药性等副作用,且难以有效阻止癌细胞远端转移 —— 而转移正是结直肠癌患者死亡的主要原因。从分子机制来看,上皮间充质转化(EMT)是癌细胞获得迁移侵袭能力的关键过程,其与 Wnt/β-catenin 信号通路的异常激活密切相关,该通路的失控会促使 β- 连环蛋白(β-catenin)在细胞核内蓄积,进而激活下游靶基因,推动 EMT 进程与肿瘤进展,成为结直肠癌治疗的重要靶点。
在中医药抗肿瘤研究中,桑黄作为《神农本草经》记载的 “森林黄金”,因兼具低毒性与多靶点作用优势,已被证实对多种肿瘤具有抑制效果。发表于安徽医科大学硕士学位论文的《药用真菌桑黄通过抑制 Wnt/β-catenin 信号通路和 EMT 阻止结直肠癌侵袭转移》,通过体内外实验系统探究了桑黄总提取物(TES)对结直肠癌细胞增殖、迁移侵袭的干预作用及分子机制,为天然药物防治结直肠癌转移提供了新的实验依据与理论支撑。
实验概述
本研究以桑黄(Sanghuangporus vaninii)为研究对象,采用超声回流提取结合冷冻干燥技术制备总提取物(TES),以人结直肠癌细胞株 HCT 116、DLD-1 及 BALB/c 裸鼠皮下移植瘤模型为研究载体,围绕 “细胞增殖 - 周期 - 克隆形成 - 迁移侵袭 - 体内成瘤” 关键环节,结合 Western Blot、Transwell、流式细胞术等技术,验证 TES 对结直肠癌的抑制效果;进一步聚焦 Wnt/β-catenin 信号通路与上皮间充质转化(EMT),揭示 TES 阻止结直肠癌侵袭转移的分子机制。实验分为体外细胞实验(增殖抑制、周期阻滞、迁移侵袭、蛋白表达检测)和体内动物实验(裸鼠皮下瘤模型、抑瘤率计算、病理分析)两部分,明确 TES 的作用靶点及通路调控关系。
实验方法
1. 桑黄总提取物(TES)制备
· 称取 300 g 桑黄饮片,剪碎后分两步提取:先用 3 L 95% 乙醇 60℃回流提取 3 h(重复 3 次),收集乙醇提取液;残渣再用 3 L 超纯水 100℃超声提取 3 h(1 次),收集水提取液;合并两种提取液,浓缩后冷冻干燥,得到 TES,于 - 20℃保存备用,最终提取率为 8.5%。
2. 细胞培养与分组
· 细胞培养:HCT 116 细胞用含 10% 胎牛血清(FBS)的 McCoy's 5A 培养基,DLD-1 细胞用含 10% FBS 的 RPMI-1640 培养基,均在 37℃、5% CO₂培养箱中培养,传至第 2 代对数生长期用于实验。
· 浓度筛选与分组:通过 CCK-8 法检测 0、20、40、80、160、320、640 μg/mL TES 对细胞增殖的影响,计算 IC₅₀值(HCT 116 为 53.2±2.3 μg/mL,DLD-1 为 95.0±5.1 μg/mL);后续实验设置浓度梯度:HCT 116 为 0、12.5、25、50 μg/mL,DLD-1 为 0、25、50、100 μg/mL,同时设空白对照组、阳性药物组(5 - 氟尿嘧啶,5-FU)。
3. 体外细胞实验检测指标与方法
(1)细胞增殖与形态观察
· CCK-8 法:将 5×10³ 个细胞 / 孔接种于 96 孔板,加不同浓度 TES 培养 48 h,加入 10 μL CCK-8 溶液孵育 1.5 h,检测 450 nm 处 OD 值,计算增殖抑制率。
· 形态观察:1×10⁵个细胞 / 孔接种于 6 孔板,加药培养 48 h 后,光学显微镜下观察细胞形态变化并拍照。
(2)细胞周期与克隆形成
· 流式细胞术(PI 染色):3-4×10⁵个细胞 / 瓶接种于 T25 瓶,加药培养 48 h 后,胰酶消化收集细胞,预冷无水乙醇固定 4 h,PI 染料避光孵育 30-60 min,流式细胞仪检测周期分布(G0/G1、S、G2/M 期),Modfit LT 5.0 软件分析。
· 平板克隆形成:500 个细胞 / 孔接种于 6 孔板,加药培养 48 h 后换新鲜培养基,继续培养 7 d(每 2 天换液),4% 多聚甲醛固定、0.1% 结晶紫染色,Image J 计数克隆数。
(3)细胞迁移与侵袭(Transwell 实验)
· 迁移实验:下室加 500 μL 含 10% FBS 的培养基(含对应浓度 TES),上室加 200 μL 无血清培养基(含 1×10³ 个细胞 + 对应浓度 TES),培养 48 h 后,4% 多聚甲醛固定、结晶紫染色,显微镜下计数穿膜细胞。
· 侵袭实验:提前在 Transwell 小室铺 1:8 稀释的 Matrigel 基质胶(37℃孵育 3 h 凝固),后续步骤同迁移实验,模拟细胞外基质(ECM)环境检测侵袭能力。
(4)蛋白表达检测(Western Blot)
· 提取 HCT 116 细胞总蛋白(RIPA 裂解液 + 蛋白酶 / 磷酸酶抑制剂),BCA 法定量后变性处理;通过 SDS-PAGE 电泳、湿法转膜(PVDF 膜)、5% 脱脂牛奶封闭、一抗孵育(4℃过夜)、二抗孵育(室温 1 h)、ECL 显影,检测关键蛋白:
o 迁移侵袭相关:MMP2、MMP9;
o EMT 相关:E-Cadherin(上皮标志物)、N-Cadherin(间质标志物)、Snail(EMT 转录因子);
o Wnt/β-catenin 通路相关:Wnt3a、β-catenin、APC、c-Myc、Cyclin D1、MMP7。
4. 体内动物实验
· 裸鼠皮下瘤模型构建:30 只 BALB/c 裸鼠(3-4 周龄,雄性)右前肢皮下接种 100 μL 含 1.5×10⁶个 HCT 116 细胞的 PBS 悬液,待瘤体积达 50-100 mm³ 时随机分 5 组(n=6):
o 模型组:灌胃生理盐水;
o 阳性药物组:腹腔注射 5-FU(10 mg/kg,每 2 天 1 次);
o TES 低 / 中 / 高剂量组:灌胃 TES(400、800、1200 mg/kg,每日 1 次);
· 指标检测:每 2 天测瘤体长度(L)、宽度(W),按公式 V=π×L×W²/6 计算体积;给药 20 天后处死裸鼠,剥离瘤体称重,计算抑瘤率(%)=(模型组瘤重 - 给药组瘤重)/ 模型组瘤重 ×100%;瘤组织 HE 染色观察病理变化。
5. 统计分析
采用 SPSS 25.0 软件,数据以xˉ±s表示,多组比较用 One-Way ANOVA,P<0.05为差异有统计学意义;GraphPad Prism 9.0 绘制生存曲线、肿瘤生长曲线。
实验结果
1. TES 对结直肠癌细胞增殖的抑制作用
· 增殖抑制:TES 对 HCT 116、DLD-1 细胞增殖呈剂量依赖性抑制,48 h IC₅₀分别为 53.2±2.3 μg/mL、95.0±5.1 μg/mL,且 HCT 116 对 TES 更敏感。
· 形态变化:显微镜下可见,随 TES 浓度升高,细胞数量减少,HCT 116、DLD-1 细胞从 “梭形间质样” 向 “多边形上皮样” 转变,提示 TES 可能逆转 EMT。
2. TES 对结直肠癌细胞周期与克隆形成的影响
· 周期阻滞:流式细胞术显示,TES 对两种细胞周期阻滞存在差异:
o HCT 116:G0/G1 期细胞比例从 62.8±1.5% 升至 74.1±2.6%(50 μg/mL TES),阻滞于 G0/G1 期;
o DLD-1:S 期细胞比例从 37.6±3.6% 升至 76.1±3.6%(100 μg/mL TES),阻滞于
· 克隆形成抑制:TES 显著降低细胞克隆形成能力,HCT 116 在 12.5 μg/mL TES 时即显抑制效果,DLD-1 在 50 μg/mL 时显效,且浓度越高,克隆数越少(P<0.001)。
3. TES 对结直肠癌细胞迁移与侵袭的抑制作用
· Transwell 实验:与对照组相比,TES 处理 48 h 后:
o 迁移能力:HCT 116(12.5 μg/mL)、DLD-1(25 μg/mL)穿膜细胞数显著减少(P<0.0001);
o 侵袭能力:铺 Matrigel 后,HCT 116(12.5 μg/mL)、DLD-1(50 μg/mL)跨膜细胞数显著降低(P<0.0001),且呈剂量依赖性。
· 蛋白表达:Western Blot 显示,TES 显著下调迁移侵袭相关蛋白 MMP2、MMP9 表达(HCT 116 中 50 μg/mL TES 时降幅最显著,P<0.001)。
4. TES 对结直肠癌细胞 EMT 的抑制作用
· EMT 标志物:HCT 116 细胞中,TES 剂量依赖性上调上皮标志物 E-Cadherin 表达(50 μg/mL 时较对照组升高 2.3 倍,P<0.001),下调间质标志物 N-Cadherin 及 EMT 转录因子 Snail 表达(50 μg/mL 时分别降低 65%、70%,P<0.001),提示 TES 抑制 EMT 进程。
5. TES 对 Wnt/β-catenin 信号通路的调控作用
· 通路蛋白:HCT 116 细胞中,TES 处理后:
o 上游:Wnt3a(通路配体)表达下调,APC(β-catenin 降解复合物关键蛋白)表达上调;
o 核心:β-catenin(通路开关)表达显著降低(50 μg/mL 时降幅达 72%,P<0.001);
o 下游:靶基因 c-Myc、Cyclin D1、MMP7 表达均呈剂量依赖性下调(P<0.001),表明 TES 抑制 Wnt/β-catenin 通路激活。
6. TES 在体内的抗结直肠癌作用
· 裸鼠成瘤:给药 20 天后:
o 肿瘤体积:TES 高剂量组(1200 mg/kg)瘤体积为 214.5±56.7 mm³,较模型组(1131.7±267.7 mm³)显著缩小(P<0.001),与 5-FU 组(222.7±100.5 mm³)效果相当;
o 肿瘤重量:TES 高剂量组瘤重 216.9±67.7 mg,抑瘤率 76.4%,接近 5-FU 组(79.2%);
o 安全性:TES 组裸鼠体重变化与对照组无显著差异,而 5-FU 组体重明显下降(P<0.05)。
· 病理分析:HE 染色显示,模型组肿瘤组织结构清晰、细胞排列整齐;TES 组肿瘤结构紊乱、细胞排列破坏、细胞核固缩,提示 TES 诱导肿瘤细胞损伤。
结论
本研究通过体内外实验证实,桑黄总提取物(TES)对结直肠癌具有显著抑制作用,核心结论如下:
1. 体外:TES 呈剂量依赖性抑制 HCT 116、DLD-1 细胞增殖,通过阻滞 HCT 116 于 G0/G1 期、DLD-1 于 S 期抑制细胞周期,并降低克隆形成能力;同时显著抑制细胞迁移侵袭,下调 MMP2、MMP9 表达。
2. 机制:TES 通过抑制 Wnt/β-catenin 信号通路(下调 Wnt3a、β-catenin,上调 APC,抑制下游 c-Myc/Cyclin D1/MMP7),进而抑制 EMT 进程(上调 E-Cadherin,下调 N-Cadherin/Snail),最终阻止结直肠癌侵袭转移。
3. 体内:TES 在裸鼠皮下瘤模型中显著缩小肿瘤体积、降低瘤重,高剂量组抑瘤率达 76.4%,且安全性优于 5-FU,无明显体重下降。
该研究明确了桑黄抗结直肠癌的关键靶点与通路,为桑黄作为结直肠癌辅助治疗药物的开发提供了实验依据,也为中医药 “多靶点抗肿瘤” 机制研究提供了参考范式。