姜黄素抑制多发性骨髓瘤细胞脑源性神经营养因子所诱导的血管新生作用
【摘要】 为了研究姜黄素对多发性骨髓瘤（MM）细胞脑源性神经营养因子（BDNF）、内皮细胞株TrkB的表达及内皮细胞血管新生的影响，以初步探讨姜黄素通过抑制血管新生多发性骨髓瘤的可能性，采用RT-PCR法分别检测姜黄素处理前后多发性骨髓瘤细胞株KM3中BDNF的基因表达变化与内皮细胞株ECV304中TrkB的基因表达变化，应用内皮细胞迁移试验和内皮细胞小管形成试验评价姜黄素对内皮细胞血管新生的影响。结果显示：外源性BDNF能够有效地促进内皮细胞的迁移和小管形成，但这两个效应均能被姜黄素明显阻断；KM3细胞表达BDNF mRNA，ECV304细胞表达TrkB mRNA，姜黄素对两者的表达均具有抑制作用，并呈剂量-时间依赖性。结论：BDNF是一种具有促进血管增殖活性的细胞因子，姜黄素可以分别下调MM细胞BDNF与内皮细胞TrkB的表达，阻碍两者间的相互作用，继而抑制血管新生，这可能成为治疗MM潜在的作用靶点。
【关键词】 姜黄素
Inhibitory Effect of Curcumin on Angiogenesis Induced by Brain Derived Neurotrophic Factor from Multiple Myeloma Cells
Abstract In order to explore the probability of curcumin treating multiple myeloma (MM) via the inhibition of angiogenesis，the expressions of brain derived neurotrophic factor(BDNF) and its specific receptor in human MM cells and endothelial cells were detected by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). The angiogenic activity was evaluated by endothelial cell migration assay and tubule formation assay in vitro. The results showed that exogenous BDNF significantly induced endothelial cell tubule formation and endothelial cell migration，these two effects were inhibited by curcumin. Furthermore，BDNF was detected in the MM cell and TrkB was detected in the endothelial cell and curcumin depressed the mRNA expression of BDNF and TrkB in the dose- and time-dependent manners. It is concluded that BDNF is a novel angiogenesis protein. Curcumin interrupts the interaction between multiple myeloma cells and endothelial cells by reducing TrkB expression in endothelial cells and inhibiting BDNF production in multiple myeloma cells，eventually，resulting in inhibition of angiogenesis. This is probably one part of the mechanism of the curcumin treating MM via the inhibition of angiogenesis.
Key words curcumin；brain derived neurotrophic factor；multiple myeloma；angiogenesis
血管新生在多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）的发生与中占有重要的地位，我们近期的研究结果表明，MM患者高表达脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF），且BDNF具有促进血管增殖活性［1，2］。在本试验中我们检测了姜黄素对BDNF体外诱导的内皮细胞血管新生的影响及MM细胞、内皮细胞中BDNF和TrkB转录水平的改变，以初步探讨姜黄素通过抑制血管新生途径治疗MM的可能机制。
材料和方法
细胞株及其培养
人多发性骨髓瘤细胞株KM3由上海长征候健教授惠赠，内皮细胞株 ECV304 购于武汉大学典型物种保藏中心。将 KM3 和 ECV304 分别置于含
10%胎牛血清的RPMI 1640和DMEM培养液（Gibcol）中，在37℃、 5％ CO2及饱和湿度的培养箱中培养。取对数生长期的细胞进行实验。
主要试剂
姜黄素（Sigma公司），以二甲亚砜(DMSO)配成8 mmol/L储存液，使用前用无菌的PBS稀释至工作浓度。BDNF（R&D system）用含1%牛血清白蛋白的PBS溶解至50 μg/ml，储存于-20℃；使用时终浓度为100 ng/ml。去生长因子基质胶（Matrigel） 为Becton Dickinson公司产品。引物由上海生工公司合成（引物序列及扩增片段大小见表1），M-MLV逆转录酶、Oligo(15dt)为promega公司产品，RNasin、Taq酶为Biostar公司产品，dNTP为MBI公司产品。Table 1. Sequence of primers and size of amplified fragments（略）
内皮细胞迁移试验
早期［3］报道，于12孔细胞培养板每孔接种1×105 ECV304细胞。单层培养至细胞覆盖率为90％左右时，换1% FBS的DMEM培养12小时，使细胞同步化。用橡胶刮片在孔内刮出两条整齐而平行的20 mm×5 mm刮痕，弃上清，加入新鲜含1％血清的培养液1 ml并在不同孔内加入实验相应空白对照（PBS）、阳性对照（BDNF）和试验组（ BDNF＋不同浓度的姜黄素）。37℃、5％ CO2下培养24小时。4％多聚甲醛固定，瑞氏-姬姆萨染色后光学显微镜下（×100）观察刮痕。每孔随机选择5个视野，进行迁移细胞计数，每组重复3次。
内皮细胞小管形成试验
参考早期文献［4］报道，ECV304在含1％血清的DMEM培养液中培养12小时后收获。于24孔细胞培养板每孔加入250 μl Matrigel，37℃，5％ CO2下温育90分钟使胶凝固。每孔加入ECV304制成的5×105/ml不含血清的细胞悬液400 μl，并添加实验所需的空白对照（PBS）、阳性对照（BDNF）和试验组（ BDNF＋不同浓度的姜黄素）。37℃，5％ CO2下培养，24小时后光学显微镜下（×100）观察细胞管状排列及管状结构数量、完整程度。
逆转录PCR（RT-PCR）检测BDNF的和TrkB的mRNA
细胞总RNA的提取 采用异硫氰酸胍-苯酚-氯仿一步法提取KM3与ECV304的总RNA，用DNA/RNA紫外检测仪测定其含量及纯度。
逆转录 取总RNA 9 μl，加入M-MLV逆转录酶1 μl，5×Rt buffer 4 μl，Oligo(dt)1 μl，RNasin 0.5 μl，dNTP 4 μl，用DEPC处理过的双蒸水补充至20 μl。42 ℃水浴1小时，95 ℃ 5分钟灭活M-MLV逆转录酶，-20℃保存或即用。
PCR扩增 取1 μg cDNA，加Taq酶0.5 μl，10×buffer 5 μl，dNTP 2 μl，BDNF、TrkB或β -actin上下游引物各2 μl，用DEPC处理过的双蒸水补充至50 μl，上机检测。BDNF与TrkB扩增条件分别为: 95 ℃预变性4分钟，95 ℃变性60秒，55 ℃退火30秒，72 ℃延伸60秒，共30个循环；94 ℃预变性4分钟，94 ℃变性30秒，65 ℃退火30秒，72 ℃延伸60秒，共32个循环。
电泳 取PCR产物4 μl于1.5%琼脂糖凝胶上电泳15分钟，紫外光显影。
统计学分析
应用SPSS 11.5软件进行统计学分析，实验结果以x±SD 表示，组间分析采用两独立样本的t检验。
结果
姜黄素阻断BDNF诱导的内皮细胞迁移效应
在未作任何处理的情况下，内皮细胞具有一定的迁移能力，100 ng/ml 的BDNF能明显促进其迁移，每个视野的迁移细胞总数明显地增加。姜黄素阻断BDNF诱导的迁移效应，迁移细胞总数随着姜黄素浓度的升高而下降，20 μmol/L时几乎无细胞移动，30 μmol/L时贴壁的细胞部分开始脱落，细胞皱缩凋亡，40 μmol/L时绝大多数细胞脱落、皱缩凋亡（图1）。BDNF组与对照组之间、姜黄素组（10，20 μmol/L）与BDNF组相比，迁移细胞总数具有显著差异（P<0.01）（表2 ）。Table 2. Number of migrated cells in different groups（略）
姜黄素阻断BDNF诱导的内皮细胞小管形成效应
BDNF诱导内皮细胞在Matrigel上形成小管状结构，管壁完整，管腔大。姜黄素具有抑制BDNF诱导的小管形成效应的能力，并随浓度的增加而增强。30 μmol/L时几乎无管状结构形成，部分细胞皱缩凋亡，40 μmol/L时细胞聚集成团，贴壁困难（图2）。BDNF组与对照组之间、姜黄素组（10，20，30 μmol/L）与BDNF组相比，小管总面积具有显著差异（P<0.01）（表3 ）。Table 3. Total area of formed tubules per visual field in different groups（略）
姜黄素对KM3细胞BDNF表达的影响
用0、10、 20、 30、40 μmol/L 的姜黄素孵育KM3细胞24小时，以0.5%的DMSO作为对照，排除DMSO对KM3的影响。结果显示，随着浓度的增加KM3细胞表达的BDNF mRNA逐渐减少，40 μmol/L时已检测不到BDNF mRNA的表达（图3）。
以20 μmol/L 的姜黄素分别孵育KM3细胞12、24、36、48小时，随着时间的增加KM3细胞表达的BDNF mRNA逐渐减少，作用48小时后KM3细胞无BDNF mRNA表达（图4）。
姜黄素对ECV304细胞TrkB表达的影响
用0、 10、 20、 30、40 μmol/L 的姜黄素孵育ECV304细胞24小时，以0.5%的DMSO作为对照，排除DMSO对ECV304的影响。结果表明，随着浓度的增加ECV304细胞表达的TrkB mRNA逐渐减少，在姜黄素浓度为30 μmol/L时已检测不到TrkB mRNA的表达（图5）。
以20 μmol/L 的姜黄素分别孵育ECV304细胞12、24、36、48小时，结果随着时间的增加ECV304细胞表达的TrkBmRNA逐渐减少，作用36小时后ECV304细胞无TrkB mRNA表达（图6）。
讨 论
姜黄素是从草本植物姜黄的根茎中提取出来的一种酚类色素，其抗癌作用倍受瞩目，它主要通过抑制肿瘤细胞的增殖、调控癌基因和抑癌基因的表达、诱导细胞周期停滞和细胞凋亡等机制发挥抗肿瘤效应［5，6］。近年来国外学者将姜黄素的研究延伸到防治MM中。Alok等［7，8］证实，姜黄素下调NF-κB及由NF-κB调节的基因产物IκBα、Bcl-2、Bcl-xl、cycle D1和IL-6，将细胞周期阻滞于G1/S，继而抑制MM细胞系的增殖；从MM患者骨髓中分离的CD138+细胞常规表达活化形式的NF-κB和STAT3，姜黄素能抑制这些转录因子的活性、削弱细胞分泌细胞因子和黏附于骨髓基质细胞的能力。
血管新生在MM的发生中占重要地位，以抑制血管新生为目标的已成为难治性/复发性MM的重要着眼点。有研究表明姜黄素具有抗血管新生的活性［9，10］，Passos等［11］在对激光诱导的脉络膜血管新生大鼠动物模型的研究中发现，膜内注射姜黄素能有效抑制脉络膜的血管新生。Thaloor等［9］的试验表明，姜黄素能够抑制内皮细胞小管形成，在内皮细胞形态发生过程中充当血管新生阻滞剂的角色。然而，姜黄素是否能抑制MM的血管新生，在国内外尚无人研究。
内皮细胞迁移试验和小管形成试验是评价体外内皮细胞血管形成能力的两种重要指标。在本实验中100 ng/ml的BDNF能够有效地促进内皮细胞的迁移和小管形成，而姜黄素可明显阻断BDNF诱导的这一血管新生效应，并呈剂量依赖性。另外，我们以往的研究结果证实，BDNF是一种具有促进血管新生活性的细胞因子，且与MM有着密切的联系，高表达于MM患者外周血血浆中，其升高趋势与VEGF的升高趋势具有相关性［1，2］。因此推测姜黄素可能会通过抑制BDNF诱导的血管新生而起到治疗MM的作用。
通过阻断血管新生的方法来防治肿瘤的关键在于下调血管新生因子，阻断肿瘤细胞与内皮细胞间的相互作用，继而抑制血管新生。Pollmann等［12］指出，姜黄素通过下调HL-60与HeLa细胞c-jun蛋白的表达，减少大约75% VEGF蛋白的分泌，达到抗肿瘤、抗血管新生的效应。本实验数据显示，在MM细胞和内皮细胞中，在转录水平上能分别检测到BDNF及其特异性的受体TrkB的表达，而姜黄素能同时阻断两种细胞中目标产物的表达，两者均呈时间-剂量依赖性。众所周知，肿瘤细胞分泌的细胞因子与内皮细胞膜上的特异性受体结合是血管新生的始动因素，姜黄素同时下调两种细胞BDNF和TrkB表达，必然阻碍了MM细胞和内皮细胞通过BDNF介导的生物信息的传递。
综上所述，BDNF是一种具有促进血管增殖活性的细胞因子，姜黄素可以分别下调MM细胞BDNF与内皮细胞TrkB的表达，阻碍两者间的相互作用，从而抑制血管新生，这可能成为治疗MM潜在的作用靶点。
【】
1王雅丹，胡豫，魏文宁等. 脑源性神经营养因子在多发性骨髓瘤患者血浆中的表达.临床血液学杂志，2004；17: 82-86
2胡豫，孙春艳，王雅丹等. 脑源性神经营养因子（BDNF）在多发性骨髓瘤患者血浆中的表达增高及其意义的初步研究. 实验血液学杂志，2005；13: 104-109
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4Yahata Y，Shirakata Y，Tokumaru S，et al. Nuclear translocation of phosphorylated STAT3 Is essential for vascular endothelial growth factor-induced human dermal microvascular endothelial cell migration and tube formation. J Biol Chem，2003；278: 40026-40031
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6吴裕丹，陈燕，何静等. 姜黄素在急性髓性白血病HL-60细胞中对凋亡调控蛋白Bax、Bak、Mcl-1的影响. 同济医科大学学报，2001；30：25-27
7Bharti AC，Donato N，Singh S，et al. Curcumin (diferuloylmethane) down-regulates the constitutive activation of nuclear factor-κB and IκBα kinase in human multiple myeloma cells，leading to suppression of proliferation and induction of apoptosis. Blood，2003；101: 1053-1062
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11Passos E，Grinstead RL，Khoobehi B. Effectiveness of curcumin，an angiogenesis inhibitor，in experimental choroidal neovascularization in rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science，2002；43: E-Abstract 1274
12Pollmann C，Huang XH，Mall J，et al. The constitutive photomorphogenesis 9 signalosome directs vascular endothelial growth factor production in tumor cells. Can Res，2001；61: 8416 - 8421
