经弯蕊蒜（Ornithogalum sigmoideum）与高茎菝葜（Smilax excelsa）化合物处理的HepG2细胞中凋亡基因的表达

《International Journal of Molecular Sciences》：Apoptotic Gene Expression in HepG2 Cells Treated with Ornithogalum sigmoideum and Smilax excelsa Compounds

　　

本研究调查了弯蕊蒜（Ornithogalum sigmoideum，O. sigmoideum）与高茎菝葜（Smilax excelsa，S. excelsa）提取物在HepG2肝癌细胞中的促凋亡与抗凋亡反应，旨在明确其作为抗癌剂的潜力。研究人员制备了O. sigmoideum与S. excelsa的甲醇提取物，并通过气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography–Mass Spectrometry，GC-MS）分析其植物化学谱。研究人员采用四唑盐比色法（MTT assay）测定HepG2细胞中的细胞毒性与半数抑制浓度（IC50）值。研究人员通过实时荧光定量聚合酶链式反应（qPCR）定量凋亡基因（BAX、BCL-2与Caspase-3）的相对mRNA表达，并采用科恩d值（Cohen’s d）计算处理效应量。GC-MS分析揭示了不同的植物化学谱；S. excelsa富含酚类化合物，而脂肪酸酯与醇类在Ornithogalum提取物中占主导。O. sigmoideum鳞茎提取物表现出最强的细胞毒性（IC50 = 125.57 μg/mL），其次为叶片（IC50 = 156.43 μg/mL），而Smilax显示最小的毒性（IC50 = 304.15 μg/mL）。在机制上，O. sigmoideum叶片提取物显示出与促凋亡信号一致的基因表达模式，包括BAX与Caspase-3 mRNA的上调。O. sigmoideum提取物，尤其是叶片部分，在HepG2细胞中表现出显著的细胞毒性，且转录组学特征与凋亡通路激活一致，使其成为进一步机制研究的候选对象。

本研究论文发表于《International Journal of Molecular Sciences》，围绕肝癌治疗困境与天然产物抗癌潜力展开系统性探索。肝癌是全球第六大常见恶性肿瘤及第四大癌症相关死亡原因，其中肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）约占原发性肝癌的80%至90%。当前HCC治疗手段包括手术切除、肝移植、局部区域治疗及靶向与免疫治疗等，但受限于高复发率、耐药性及系统毒性，疗效仍不理想。凋亡（apoptosis）失衡是肝癌发生发展的核心特征之一，内在凋亡通路中BCL-2家族蛋白与半胱氨酸天冬酶（caspase）的失调使恶性细胞逃逸死亡信号。因此，恢复凋亡平衡成为抗癌新药研发的重要策略。弯蕊蒜属（Ornithogalum）与菝葜属（Smilax）植物因含甾体皂苷、黄酮、酚类等生物活性成分备受关注，但O. sigmoideum与S. excelsa在HepG2细胞中调控凋亡相关基因表达的具体分子机制尚未被系统研究。研究人员以此为切入点，通过比较两种植物不同部位提取物的植物化学组成、细胞毒性及BAX、BCL-2、Caspase-3的转录与蛋白表达变化，明确其促凋亡潜能及器官特异性差异，为植物源抗肝癌药物开发提供分子层面的科学依据。

研究人员主要采用的关键技术方法包括：从土耳其奥尔杜省当地市场采集食用部位的O. sigmoideum（叶与鳞茎）及S. excelsa（叶），经形态学鉴定后制备甲醇提取物并进行GC-MS植物化学分析；以人肝癌HepG2细胞为模型，通过MTT法检测剂量依赖性细胞活力并计算IC₅₀；采用qRT-PCR基于2^?ΔΔCt法相对定量BAX、BCL-2、Caspase-3及内参基因表达，以Cohen’s d评估效应量；通过免疫细胞化学（immunocytochemistry）定性分析对应蛋白表达；所有实验均设空白与未处理对照并以三重复保障重现性。

2.1. Phytochemical Profiles of Extracts

研究人员对三种提取物的GC-MS分析显示，S. excelsa含18种化合物，以酚类与呋喃酮衍生物为主，如焦儿茶酚与3-羟基-4,4-二甲基二氢-2(3H)-呋喃酮；O. sigmoideum鳞茎含11种化合物，以脂质酯类如棕榈酸甲酯与硬脂酸甲酯为主；O. sigmoideum叶片含18种化合物，以(R,R)-丁烷-2,3-二醇、棕榈酸甲酯及硬脂酸甲酯为主导。三者共有棕榈酸与硬脂酸甲酯作为脂质代谢基线，但器官特异性明显：鳞茎富脂，叶片代谢多样含醇类，S. excelsa富酚类与呋喃酮，暗示不同生物活性基础。

2.2. Cytotoxicity Effects

MTT结果显示O. sigmoideum鳞茎具最强剂量依赖性细胞毒性，1000 μg/mL时存活率降至24.42%，IC₅₀约125.57 μg/mL，Hill斜率为?4.20；叶片毒性次之，IC₅₀约156.43 μg/mL，仅高浓度显著抑活；S. excelsa整体毒性弱，IC₅₀为304.15 μg/mL且呈非单调双相剂量响应，最高浓度500 μg/mL时存活率仍达94.40%。表明O. sigmoideum两部位均具明确细胞毒性与治疗窗口，S. excelsa仅表现轻度非线性细胞影响。

2.3. Gene Expression Profiles

qPCR显示S. excelsa对BCL-2、BAX、Caspase-3转录影响极小（Cohen’s d分别为?0.13、0.18、0.04）。O. sigmoideum鳞茎显著上调BCL-2（d = 0.82）与BAX（d = 7.97）但对Caspase-3无显著影响（d = ?0.39）；叶片则同步上调三者（d分别为1.02、2.91、1.44）。BAX:BCL-2比值在对照为1.00，S. excelsa为1.51，O. sigmoideum鳞茎达2.64，叶片为1.61，说明O. sigmoideum尤其鳞茎强烈偏向促凋亡平衡。免疫细胞化学中，对照三者蛋白均阴性；鳞茎提取物BAX与Caspase-3阳性而BCL-2阴性；叶片三者均阳性；S. excelsa仅BCL-2与BAX阳性、Caspase-3阴性，提示凋亡启动但未进入执行阶段。

讨论部分指出，GC-MS揭示的化学谱差异与生物活性对应：O. sigmoideum富长链脂肪酸酯具膜破坏与氧化应激诱导特性因而细胞毒强，S. excelsa富酚类具抗氧化与细胞保护故毒性低。鳞茎虽上调BCL-2与BAX但因脂质酯的膜稳定与抗炎作用可能阻断线粒体色素c释放，致Caspase-3未激活，凋亡停滞于执行前；叶片则因醇类等成分诱导活性氧（reactive oxygen species，ROS）与线粒体失稳，在BCL-2代偿性升高下仍由促凋亡信号主导并成功激活Caspase-3执行凋亡。免疫化学与mRNA的部分偏离提示存在转录后调控。研究人员也承认局限：仅用HepG2细胞、未分离定量单一活性成分、缺ROS与DNA损伤等上游事件直接证据、基因表达仅限mRNA层面而未充分验证蛋白活性及酶活。

结论部分译为：本研究表明O. sigmoideum（鳞茎与叶片）和S. excelsa提取物具有独特的植物化学谱，与其对HepG2肝癌细胞不同的细胞毒性和促凋亡效应直接相关。S. excelsa因富含抗氧化成分而显示最小细胞毒性且对凋亡无显著影响，需经多细胞系与体内研究进一步验证；O. sigmoideum来源化合物尤其是叶片，在HepG2细胞中表现出显著细胞毒性及与凋亡通路激活一致的转录组特征，使其成为后续机制研究的候选对象。尽管这些初步数据支持O. sigmoideum的潜在促凋亡属性，但应作为未来机制研究的基础来解释。未来研究应纳入多种癌细胞系与体内肿瘤模型，并结合高级代谢组学表征以验证这些初步发现。此外，评估这些植物提取物与标准化疗药物之间的潜在协同或保护相互作用，将进一步明确其治疗相关性与安全性谱。在未来的实验中还应强烈考虑使用非致瘤性肝细胞系来计算选择性指数（selectivity index，SI）。

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