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肿瘤是一种多基因与多细胞疾病,恶性肿瘤的发病率与死亡率呈上升趋势。高乌甲素(Lappaconitine,LA)是一种从乌头属植物高乌头(Aconitium sinomontanum Nakai)根中提取的单酯型降二碳二萜类生物碱,临床用其氢溴酸盐(Lappaconitine hydrobromide,LH),是一种非成瘾性镇痛药。然而,LH的水溶性和生物利用度较低,而硫酸高乌甲素(Lappaconitine sulfate,LS)的水溶性和镇痛效果优于LH。研究表明,LA、LH和LS在体外均可抑制多种肿瘤细胞的增殖,诱导肿瘤细胞凋亡,但其诱导肿瘤细胞凋亡的分子机制尚不清楚。本文以人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞为实验材料,用CCK-8法和EdU法检测细胞存活率和增殖率,PI单染流式细胞术检测细胞周期分布,DAPI染色及AnnexinV–FITC/PI双染流式细胞术检测细胞凋亡,Western blot检测细胞周期阻滞相关蛋白(p53、p21、Cyclin D1)、细胞凋亡相关蛋白(Bcl-2、Bax、cleaved caspase-9、cleaved caspase-7、cleaved caspase-3)、PI3K/AKT/GSK3β通路相关蛋白(PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT、GSK3β、p-GSK3β)及MAPK通路相关蛋白(ERK、p-ERK、JNK、p-JNK、p38、p-p38)表达,JC-1荧光探针法检测线粒体膜电位的变化,DCFH-DA荧光探针法检测胞内ROS的变化。建立HepG2肝癌移植瘤裸鼠模型,检测LS对小鼠移植瘤的抑制作用和对小鼠心、肝、脾、肺、肾等组织的影响。期望通过体外和体内两个方面的研究揭示LS诱导肿瘤细胞凋亡的分子机制,为LS的临床应用提供理论依据。研究结果如下:(1)LS可剂量依赖性的抑制人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞的增殖,且其抑制效果优于相同剂量的LA和LH。LS处理48 h,HepG2、HeLa细胞IC50分别为362μg/mL和571μg/mL。(2)LS可诱导人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞周期阻滞。LS处理HepG2细胞24 h表现为S期阻滞,48 h则表现为G0/G1期阻滞;而LS处理HeLa细胞24、48 h,均表现为G0/G1期阻滞。LS诱导HepG2、HeLa细胞周期阻滞与p53,p21的上调及Cyclin D1的下调有关。(3)LS可诱导人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞凋亡。经LS处理后,HepG2、HeLa细胞细胞核皱缩、染色质凝集、出现凋亡小体;且随LS剂量的增加,细胞凋亡率增大,线粒体膜电位降低,胞内ROS水平升高,Bcl-2表达下降,Bax、cleaved caspase-9、cleaved caspase-7、cleaved caspase-3表达升高。(4)LS下调PI3K/AKT/GSK3β通路。经LS处理后,HepG2、HeLa细胞PI3K/AKT/GSK3β通路相关蛋白p-PI3K、p-AKT、p-GSK3β表达均降低。(5)LS调控MAPK通路。经LS处理的HepG2细胞,p-JNK1/2及p-p38表达升高;而在HeLa细胞中,经LS处理后,除p-JNK1/2及p-p38的表达上调外,p-ERK 1/2表达下降。(6)LS可显著抑制HepG2肝癌小鼠移植瘤的生长。与对照组相比,LS组与5-FU组肿瘤生长速度明显变缓,且LS整体抑瘤效果与临床常用肝癌药物5-FU相当。LS对小鼠心、肝、脾、肺、肾等组织无明显毒副作用,且小鼠肿瘤组织内p-AKT表达降低,p-p38、cleaved caspase-3表达上升。研究表明,LS可显著抑制人肝癌HepG2细胞、宫颈癌HeLa细胞的增殖,通过线粒体途径诱导细胞凋亡,其作用机制与PI3K/AKT/GSK3β通路和MAPK通路有关。LS能显著抑制小鼠移植瘤生长,而对移植瘤小鼠心、肝、脾、肺、肾等组织几乎无毒性作用,整体抑瘤效果与临床用肝癌药物5-FU相当。