知母皂苷AIII通过引起氧化应激和阻断自噬流抑制胃癌

Timosaponin AIII inhibits gastric cancer by causing oxidative stress and blocking autophagic flux.

作者信息Chunyang Zhu, Shuming Chen, Yangyang Lu, Jialin Song, Shasha Wang, Jing Guo, Xiaoxi Han, YuanYuan Fang, Siyi Zhang, Wensheng Qiu, Weiwei Qi
PMID40738018
发布时间2025-10
DOI10.1016/j.tranon.2025.102481

实验完整度

包含体外细胞实验(活性、增殖、迁移、氧化应激、自噬)和体内裸鼠移植瘤模型,并进行了正常细胞对照及机制验证。

主要模型

AGS胃癌细胞系 HGC27胃癌细胞系 GES-1正常胃黏膜上皮细胞 BALB/c裸鼠皮下移植瘤模型

重点核对

Tim AIII浓度(0-5 μM)对GES-1、AGS、HGC27细胞处理24和48小时的细胞活力影响 Tim AIII处理AGS和HGC27细胞后ROS和MDA水平变化 Tim AIII处理AGS和HGC27细胞后Keap1、Nrf2、HO-1、GCLM、NQO1、GPX4蛋白表达水平 Tim AIII处理AGS和HGC27细胞后P62和LC3B表达变化以及自噬流阻断验证 裸鼠皮下移植瘤模型中Tim AIII给药剂量(5 mg/kg和10 mg/kg)及给药频率

摘要

背景:胃癌是全球常见的恶性肿瘤,治疗靶点有限。知母皂苷AIII是从知母中分离的天然甾体皂苷,本研究首次证实了Tim AIII的抗胃癌作用。方法:采用MTT实验、细胞周期分析和划痕实验评价Tim AIII对胃癌细胞(AGS和HGC27)的抑制作用。通过检测活性氧和丙二醛以及Kelch样ECH相关蛋白1-核因子E2相关因子2通路来评价氧化应激。利用RNA测序和蛋白质组学分析深入研究分子机制。使用透射电子显微镜追踪自噬流,检测自噬相关通路蛋白的变化,用LC3B和溶酶体染色。在正常胃黏膜上皮细胞(GES-1)上进行细胞活力、氧化应激和自噬水平的平行对照实验。最后,采用裸鼠皮下移植瘤模型评价体内抗胃癌能力。结果:Tim AIII抑制胃癌细胞的活力、增殖和迁移。Tim AIII通过增加细胞内ROS和MDA水平并抑制Keap1-Nrf2通路引起胃癌细胞氧化应激。RNA测序和蛋白质组学分析主要关注胃癌细胞中自噬相关通路和溶酶体。Tim AIII激活自噬,表现为自噬体数量增加、PI3K-AKT通路抑制和AMPK通路激活。然而,Tim AIII抑制自噬体-溶酶体融合并损害溶酶体功能,导致胃癌细胞自噬流阻断。将本研究中显著抑制胃癌细胞的Tim AIII浓度应用于GES-1细胞,结果显示在该浓度下,Tim AIII对GES-1细胞无明显细胞毒性作用,不诱导氧化应激,也不影响自噬。最后,Tim AIII在体内也具有抑制肿瘤生长的能力。意义:总之,我们的研究结果表明Tim AIII是一种新型晚期自噬抑制剂,可能为胃癌提供新的治疗可能性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
知母皂苷AIII是否具有抗胃癌作用,其作用机制是否涉及氧化应激和自噬流调控?
核心机制
Tim AIII通过诱导氧化应激(增加ROS和MDA,降低GSH,损伤线粒体膜电位)并抑制Keap1-Nrf2通路,同时抑制PI3K/AKT/mTOR信号并激活AMPK通路,导致自噬体形成增加,但阻断自噬体-溶酶体融合并损伤溶酶体功能,造成自噬流阻断,最终抑制胃癌细胞增殖和肿瘤生长。
主要证据
体外实验显示Tim AIII降低胃癌细胞活力、抑制迁移和增殖,诱导ROS产生和MDA升高,Western blot显示Keap1上调而Nrf2及其下游蛋白下调,同时LC3B和P62表达同时升高,且自噬流阻断通过mCherry-GFP-LC3B和Lyso-Tracker Red染色证实;体内裸鼠移植瘤模型显示Tim AIII抑制肿瘤生长。
研究意义
该研究首次证实Tim AIII的抗胃癌作用,并揭示其作为新型晚期自噬抑制剂,可能为胃癌治疗提供新的药物选择。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

细胞活力与细胞毒性评估

确定Tim AIII对胃癌细胞和正常胃黏膜细胞活力的影响

用不同浓度Tim AIII处理AGS、HGC27和GES-1细胞24和48小时,通过MTT法检测细胞活力,通过LDH释放实验和Hoechst/PI染色评估细胞毒性。

2

细胞增殖和迁移能力检测

评估Tim AIII对胃癌细胞增殖和迁移能力的影响

通过克隆形成实验检测细胞增殖能力,通过细胞周期分析和划痕实验评估细胞周期分布和迁移能力。

3

氧化应激指标检测

检测Tim AIII是否诱导胃癌细胞氧化应激

使用DCF荧光探针检测细胞内ROS水平,JC-1探针检测线粒体膜电位,并测定MDA和GSH含量。

4

氧化应激相关通路蛋白检测

探究Tim AIII对Keap1-Nrf2通路的影响

通过Western blot检测Keap1、Nrf2、HO-1、GCLM、NQO1、GPX4的蛋白表达水平。

5

转录组和蛋白质组学分析

揭示Tim AIII作用的分子机制

对AGS细胞进行RNA测序和蛋白质组学分析,鉴定差异表达基因和蛋白,并富集相关通路。

6

自噬体形成与自噬通路检测

验证Tim AIII对自噬的诱导作用

通过透射电子显微镜观察自噬体形成,通过Western blot检测自噬相关通路蛋白PI3K、AKT、p-AKT、AMPK、p-AMPK、mTOR、p-mTOR的变化。

7

自噬流阻断验证

验证Tim AIII是否阻断自噬流

通过Western blot检测P62和LC3B表达,通过免疫荧光检测P62定位,通过mCherry-GFP-LC3B腺病毒和Lyso-Tracker Red染色检测自噬流和溶酶体功能。

8

体内抗肿瘤效果评估

评估Tim AIII在体内对胃癌肿瘤生长的抑制作用

将AGS细胞皮下接种裸鼠,待肿瘤形成后分组给药,测量肿瘤体积和重量,并观察主要器官的毒性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Procell Life Science & Technology Co., Ltd.--
知母皂苷AIIITopscienceT3395
MTTAladdinM158055
LDH细胞毒性检测试剂盒BeyotimeC0016
Hoechst 33342Beyotime--
碘化丙啶BeyotimeP0137
结晶紫AladdinC110703
细胞周期与凋亡分析试剂盒BeyotimeC1052
DCFSigma-AldrichD6883
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒Yeasen Biotechnology40706ES60
MDA含量检测试剂盒SolarbioBC0025
GSH含量检测试剂盒SolarbioBC1175
Western及免疫沉淀细胞裂解液BeyotimeP0013
BCA蛋白定量试剂盒ElabscienceE-BC-K318-M
增强型ECL化学发光底物试剂盒Yeasen Biotechnology36222
增强免疫透化缓冲液BeyotimeP0097
QuickBlock™封闭液BeyotimeP0228
含DAPI抗荧光淬灭封片剂BeyotimeP0131
Ad-mCherry-GFP-LC3B腺病毒BeyotimeC3011
溶酶体红色荧光探针BeyotimeC1046
AKT抗体Cell Signaling Technology--
磷酸化AKT抗体Cell Signaling Technology--
PI3K抗体Cell Signaling Technology--
AMPK抗体Cell Signaling Technology--
磷酸化AMPK抗体Cell Signaling Technology--
mTOR抗体Cell Signaling Technology--
磷酸化mTOR抗体Cell Signaling Technology--
P62抗体Abcam--
LC3抗体Abcam--
Nrf2抗体Abcam--
Keap1抗体Abcam--
HO-1抗体Abcam--
GCLM抗体Abcam--
NQO1抗体Abcam--
GPX4抗体Abcam--
GAPDH抗体Affinity--
山羊抗兔IgG二抗AffinityS0001
山羊抗兔IgG二抗Abcamab150077
TRIzol试剂Seville Biotechnology--
EMBed 812树脂----
透射电子显微镜HITACHI--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞活力检测
Tim AIII浓度(0-5 μM),处理时间(24和48小时),细胞系(GES-1、AGS、HGC27)
阅读提示:Methods中的Cell viability assay, Figure 1B-D
LDH释放实验
Tim AIII浓度(0-3 μM),处理时间(48小时),细胞系(AGS、HGC27、GES-1)
阅读提示:Methods中的lactate dehydrogenase (LDH) release experiment, Figure 1G-H
氧化应激检测
Tim AIII浓度(0-3 μM),处理时间(48小时),DCF孵育时间(30分钟),JC-1孵育时间(20分钟)
阅读提示:Methods中的Intracellular ROS detection和Mitochondrial membrane potential detection, Figure 3
MDA和GSH检测
细胞数量(至少5×10^6),Tim AIII浓度(0-3 μM),处理时间(48小时)
阅读提示:Methods中的Malondildehide (MDA) assay和Glutathione (GSH) assay, Figure 4A-D
Western blot
蛋白上样量,一抗浓度,二抗浓度,Tim AIII浓度(0-3 μM),处理时间(48小时)
阅读提示:Methods中的Western blotting, Figures 4E-G, 7C-E, 8A-B
自噬流检测
Ad-mCherry-GFP-LC3B感染时间(24小时),Tim AIII浓度(0-3 μM),处理时间(48小时),Lyso-Tracker Red孵育时间(10分钟)
阅读提示:Methods中的Ad-mCherry-GFP-LC3B staining和Lysosome red fluorescence probe assay, Figure 9E-H
体内实验
AGS细胞接种数量(6×10^5),小鼠周龄(5周),性别(雄性),品系(BALB/c裸鼠),给药剂量(5 mg/kg和10 mg/kg),给药频率(每两天一次,共7次)
阅读提示:Methods中的Subcutaneous tumor formation in nude mice, Figure 10