癌性恶病质动物模型的建立和代谢调控的实验研究

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癌性恶病质是肿瘤患者常见的死亡原因,主要的临床表现包括了由肌肉和脂肪组织丢失导致的体重下降,以及贫血、水电解质的紊乱、厌食等症状。恶病质不仅出现在疾病晚期,同样可以在疾病早期出现,这严重影响了患者的生活质量,治疗效果以及生存时间。其中肌肉蛋白的丢失导致瘦肉群比例下降,减少全身氮储备,降低患者活动能力,严重时可影响呼吸功能导致呼吸衰竭。目前认为恶病质症状的出现可能与肿瘤与机体相互作用产生的多种炎性细胞因子的增加以及激素紊乱相关。细胞因子可以导致下丘脑中枢产生抑制食物摄入的信号,促进肌肉蛋白和脂肪组织的分解,诱导急性相反应;而给予细胞因子抗体或抑制细胞因子合成的药物可以逆转某些恶病质的症状。大量临床和动物研究都发现细胞因子可能通过激活细胞内的泛素—蛋白酶降解途径,导致肌肉蛋白的降解。 核因子NF-κB是细胞中普遍存在的转录因子,在细胞受到外界刺激时起着传递信号,诱导基因表达的作用。免疫细胞中NF-κB的活化能诱导在免疫炎症反应中起重要作用的某些细胞因子和生长因子的表达,同时细胞因子又能够通过正反馈途径再次活化NF-κB,导致连锁瀑布反应。此外还发现TNF-α促进肌肉细胞中NF-κB活化似乎与肌肉蛋白分解相关。但NF-κB作为一重要的转录调控因子,在癌性恶病质形成过程的作用还不是十分清楚。 治疗恶病质的尝试已经取得了一些进展。目前认为包括糖皮质激素,孕激素,抗细胞因子药物,ω-3脂肪酸,非甾体类抗炎药以及生长激素可能对恶病质有部分效果。研究发现吲哚美辛(IND)可以降低患者的静息能量消耗,减缓体重下降,延长患者生存时间。动物实验也发现它可以抑制肌肉蛋白的降解,但具体机制仍不是十分明了。恶病质的研究大多仍基于动物模型的基础之上,动物模型必须最大限度的接近临床实际。因此,本研究的目的就是建立一种良好癌性恶病质动物模型,并观察其营养指标和体液因子的变化。研究NF-κB和促炎细胞因子以及泛素—蛋白酶途径在癌性恶病质形成和骨骼肌蛋白降解中的作用以及IND对它们的调控。 第一部分癌性恶病质动物模型的建立将24只雄性BALB/c小鼠随机分为对照和荷瘤两组,荷瘤组动物皮下种植小鼠结肠腺癌26细胞悬液(1×106个/只)。接种后监测两组小鼠的体重,摄食量和皮下肿瘤大小。16天后测量血清中葡萄糖、总蛋白、白蛋白、甘油三酯和胆固醇浓度以及皮质醇、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)水平。结果表明:两组小鼠食物摄入无显著差异(P>0.05),16天后对照组和荷瘤组去瘤体重分别为(24.88±1.78)g、(19.73±1.37)g,腓肠肌重量分别为(129.8±5.31)g,(94.30±6.34)g,两者之间有非常显著差异(P<0.01)。两组小鼠血清葡萄糖浓度分别为(8.10±1.18)mmol/L、(4.28±0.68)mmol/L,胆固醇浓度分别为(2.86±0.25)mmol/L、(4.56±1.58)mmol/L,皮质醇浓度分别为(0.04±0.02)μmol/L、(0.17±0.04)μmol/L。对照组未测出TNF-α和IL-6活性,而荷瘤组TNF-α和IL-6浓度分别为(105.07±27.56)pg/ml和(2,235.15±123.59)pg/ml,两组间血糖、胆固醇、皮质醇、TNF-α以及IL-6浓度均有非常显著的差异(P<0.01)。 第二部分吲哚美辛对癌性恶病质小鼠脾脏NF-κB活性和细胞因子水平的影响30只雄性BALB/c小鼠随机分为5组:A、对照组;B、荷瘤+生理盐水组;C、荷瘤+IND(0.25mg/kg)组;D、荷瘤+IND(0.5mg/kg)组;E、荷瘤+IND(2.0mg/kg)组。利用鼠结肠腺癌26细胞株皮下接种诱导癌性恶病质。恶病质出现后,腹腔给予生理盐水以及不同剂量IND。1周后检测动物血清TNF-α和IL-6浓度和脾脏组织中NF-κB活性。整个实验过程中跟踪监测动物体重以及腓肠肌重量改变。结果显示:所有接种动物均出现恶病质,食物摄入无明显组间差异(P>0.05)。第16天B组体重为A组的82.0%(P<0.01),腓肠肌重量下降28.7%(P<0.01),血清TNF-α和IL-6浓度显著升高(P<0.01)。0.5mg/kg的IND显著增加腓肠肌重量(P<0.01),降低荷瘤小鼠血清TNF-α(P<0.05)和IL-6水平(P<0.01)。凝胶电泳迁移率分析(EMSA)显示B组小鼠脾脏组织NF-κB活性较A组显著增加(P<0.01),IND降低NF-κB活性,在0.5mg/kg剂量组最为显著(P<0.01)。且脾脏组织NF-κB活性与细胞因子浓度呈正线性相关(rTNF-α=0.888,PTNF-α<0.01;rIL-6=0.877,PIL-6<0.01)。 第三部分吲哚美辛对癌性恶病质小鼠肌肉蛋白降解的影响利用鼠结肠癌26细胞株皮下接种BALB/c小鼠建立癌性恶病质模型。30只BALB/c随机分为5组(同第二部分)。接种肿瘤9天后小鼠出现恶病质,开始分别腹腔给予不同的药物(同第二部分)。用药1周后处死小鼠,记录肿瘤大小,称量去瘤体重和腓肠肌重量。酶联免疫吸附法(ELISA)法测量血清TNF-α和IL-6水平(同第二部分),高效液相色谱法(HPLC)法检测离体腓肠肌肌肉蛋白降解速率,RT-PCR法分析泛素—蛋白酶途径组分的mRNA表达,EMSA法分析各组肌肉组织NF-κB活性。结果:恶病质小鼠去瘤体重、腓肠肌重量明显下降(P<0.01),血清TNF-α和IL-6水平明显升高(P<0.01)(同第二部分),同时离体腓肠肌蛋白降解速率增加82.7%(P<0.01)。0.5mg/kg的IND明显减轻腓肠肌重量的下降(P<0.01),降低血清TNF-α(P<0.05)和IL-6水平(P<0.01),同时抑制离体腓肠肌蛋白降解(P<0.01)。RT-PCR法分析显示恶病质小鼠肌肉组织中泛素—蛋白酶组分聚泛素C(PloyUbC)、泛素耦合酶E214k(ubiquitin-conjugatingenzyme,E214k)、以及20S蛋白酶亚基C2(C2subunit)mRNA均显著升高(P<0.01),IND可抑制它们的表达,在0.5mg/kg剂量组最为明显(P<0.01)。各组间肌肉NF-κB活性无明显差异。 结论: 鼠结肠癌26细胞株皮下接种BALB/c小鼠成功诱导了癌性恶病质,动物存在显著的营养不良和代谢紊乱,是研究癌性恶病质发生机制及其调控措施的较理想平台。癌性恶病质的产生与受NF-κB调控的细胞因子TNF-α和IL-6的水平相关。IND可以降低NF-κB活性和细胞因子水平,缓解恶病质症状。泛素—蛋白酶途径在癌性恶病质的肌肉降解中起重要作用,它可能受到炎性细胞因子TNF-α和(或)IL-6的激活,而肌肉细胞中的NF-κB在恶病质形成后的肌肉降解中并不起主要作用。适当剂量的IND可能减少炎性细胞因子产生,抑制泛素—蛋白酶途径的激活,从而降低肌肉蛋白的降解速度,具有潜在的临床应用价值。
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