氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)与乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)裂解物联用对MCF-7乳腺癌细胞的协同抗肿瘤效应：凋亡诱导与细胞周期阻滞

《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》：Synergistic anticancer effects of zinc oxide nanoparticles and Lactococcus lactis Lysate in MCF-7 breast cancer cells: Apoptosis induction and cell cycle arrest

　　

背景与目的：乳腺癌仍是癌症相关死亡的主要原因，亟需疗效更优且毒性更低的新治疗策略。本研究旨在评价氧化锌纳米颗粒(zinc oxide nanoparticles, ZnO NPs)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)裂解物及其联用对MCF-7乳腺癌细胞的抗肿瘤作用，并以他莫昔芬(tamoxifen)作为参照处理。 方法：采用MTT法测定细胞毒性；通过实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)定量检测凋亡标志物基因(BAX、BCL2、CASP9)及细胞周期调控基因(P21、CDK4)的表达水平。处理组包括ZnO NPs、L. lactis裂解物、二者联用及他莫昔芬。 结果：ZnO NPs与L. lactis裂解物的半数抑制浓度(IC50)分别为49.7 μg/mL和61.5 μg/mL，二者联用后抑制效力增强(IC50：31.1 μg/mL)，提示存在协同作用。他莫昔芬IC50为11.7 μg/mL。联用处理显著上调BAX(1.7倍，p < 0.05)、CASP9(1.8倍，p < 0.05)和P21(1.7倍，p < 0.05)，同时下调BCL2(0.6倍，p < 0.05)和CDK4(0.5倍，p < 0.05)。上述分子变化与他莫昔芬作用极为接近(BAX：1.8倍；CASP9：1.8倍；P21：1.8倍；BCL2：0.5倍；CDK4：0.5倍)。机制上，ZnO NPs可能通过诱导氧化应激和线粒体功能障碍发挥作用，而L. lactis裂解物可能通过代谢干扰参与抗肿瘤过程。 结论：ZnO NPs与L. lactis裂解物联用对MCF-7细胞表现出协同促凋亡及细胞周期抑制效应，效果可与他莫昔芬相媲美，支持其作为乳腺癌潜在辅助或替代治疗策略的前景。

论文解读：氧化锌纳米颗粒与乳酸乳球菌裂解物联用对MCF-7乳腺癌细胞的协同抗肿瘤效应——凋亡诱导与细胞周期阻滞

本文发表于《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》。

一、研究背景与意义

乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤，2022年新增约230万例，占全部新发癌症的11.6%。尽管化疗、放疗及激素治疗取得进展，但耐药性与严重不良反应仍是临床难题。据世界卫生组织(WHO, 2025)预测，至2050年全球乳腺癌新发病例将超300万、死亡超100万/年，亟需开发高效低毒的新型疗法。金属纳米颗粒（如氧化锌纳米颗粒，zinc oxide nanoparticles, ZnO NPs）可通过产生活性氧(reactive oxygen species, ROS)、引起线粒体功能障碍诱导肿瘤细胞凋亡；益生菌（如乳酸乳球菌Lactococcus lactis）及其裂解物则可通过代谢产物（如短链脂肪酸short-chain fatty acids, SCFAs）、免疫调节及影响细胞周期/凋亡相关基因发挥抗肿瘤作用。然而，二者联用在乳腺癌中的协同效应及分子机制尚不清楚。基于此，Asma Gatea Ghali、Niloufar Darbandi与Amir Jalali假设ZnO NPs与L. lactis裂解物联用可通过互补机制产生协同抗肿瘤作用，遂以雌激素受体阳性人乳腺癌MCF-7细胞为模型，以临床药物他莫昔芬(tamoxifen)为阳性对照开展研究，以期阐明其细胞毒活性、凋亡诱导及细胞周期调控机制，为乳腺癌新型辅助或替代治疗策略提供依据。

二、主要技术方法

研究人员采用人乳腺癌MCF-7细胞系（雌激素受体阳性）及实验室制备的ZnO NPs与Lactococcus lactis裂解物。主要方法包括：(1) MTT法检测不同浓度ZnO NPs、L. lactis裂解物、二者联用及他莫昔芬处理后MCF-7细胞存活率，按Hill方程计算半数抑制浓度(IC₅₀)；(2) 实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR, quantitative real-time reverse transcription PCR)检测凋亡相关基因BAX（Bcl-2-associated X protein）、BCL2（B-cell lymphoma 2）、CASP9（caspase-9）及细胞周期调控基因P21（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A, CDKN1A）与CDK4（cyclin-dependent kinase 4）的mRNA相对表达量，以GAPDH为内参。

三、研究结果

Cytotoxicity assessment (MTT assay / 细胞毒性评估—MTT法)

研究人员对MCF-7细胞分别给予梯度浓度的ZnO NPs、L. lactis裂解物、二者联用及他莫昔芬处理，通过MTT法绘制剂量—存活率曲线并计算IC₅₀。结果显示：ZnO NPs单独IC₅₀＝49.7 μg/mL，L. lactis裂解物单独IC₅₀＝61.5 μg/mL，二者联用IC₅₀降至31.1 μg/mL，提示联合处理使剂量—响应曲线左移、毒性增强，存在协同细胞毒作用；阳性对照他莫昔芬IC₅₀＝11.7 μg/mL。

Gene Expression Analysis / 基因表达分析（qRT-PCR）

研究人员收取经各处理（ZnO NPs、L. lactis裂解物、联用、他莫昔芬，以未处理为对照）作用后的MCF-7细胞总RNA，反转录后通过qRT-PCR检测靶基因表达。结果表明：联用组显著上调促凋亡基因BAX（1.7倍，p < 0.05）与CASP9（1.8倍，p < 0.05），上调细胞周期抑制基因P21（1.7倍，p < 0.05）；显著下调抗凋亡基因BCL2（0.6倍，p < 0.05）及细胞周期促进基因CDK4（0.5倍，p < 0.05）。他莫昔芬组变化幅度相近（BAX 1.8倍、CASP9 1.8倍、P21 1.8倍；BCL2 0.5倍、CDK4 0.5倍）。单独ZnO NPs或单独L. lactis裂解物对上述基因的调控幅度均弱于联用组。

四、讨论总结与结论翻译

讨论指出，本研究系统比较了他莫昔芬、ZnO NPs、L. lactis裂解物及其联用对MCF-7细胞存活、凋亡与细胞周期调控的影响。联用显著降低IC₅₀，表明ZnO NPs（诱导ROS与线粒体损伤）与L. lactis裂解物（代谢干扰/信号调节）通过互补机制产生协同效应。分子水平上，联用强烈上调BAX与CASP9（启动内源性/线粒体途径凋亡）、上调P21（G1/S期阻滞），同时下调BCL2（解除凋亡抑制）与CDK4（抑制细胞周期进程），模式与他莫昔芬相似，提示该联用方案可模拟经典内分泌治疗药物对凋亡与细胞周期通路的调控。局限性在于尚未在体内模型中验证，且确切的信号转导通路（如ROS具体阈值、NF-κB/MAPK参与情况）有待进一步阐明。总体而言，ZnO NPs与L. lactis裂解物联用代表了一种有前景的乳腺癌辅助或替代治疗新思路。

结论（原文翻译）：

ZnO NPs与Lactococcus lactis裂解物联用表现出协同细胞毒性，IC₅₀为31.1 μg/mL（ZnO NPs单用49.7 μg/mL，裂解物单用61.5 μg/mL；他莫昔芬IC₅₀：11.7 μg/mL）。基因表达分析显示联用显著上调促凋亡标志物BAX（1.7倍，p < 0.05）、CASP9（1.8倍，p < 0.05）及P21（1.7倍，p < 0.05），同时下调抗凋亡BCL2（0.6倍，p < 0.05）与细胞周期促进因子CDK4（0.5倍，p < 0.05）。ZnO NPs与L. lactis裂解物联用对MCF-7细胞具有协同促凋亡及细胞周期抑制效应，效果可与他莫昔芬相比拟，支持其作为乳腺癌潜在互补或替代治疗策略的价值。