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背景与目的:土贝母,[Bolbostemma paniculatum(Maxim.)Franquet (Cucurbitaceae)]是一种传统中药,载于清代赵学敏编著的《本草纲目拾遗》。古代用它的块茎来治疗乳岩、乳痈、乳腺增生和瘰疬等疾患。四川省和陕西省的老中医用它来治疗食道癌和胃癌,效果显著,但因恶心、呕吐等消化道副作用而限制了它的临床应用。我们从1978年开始从生药土贝母中分离、纯化抗癌活性成分,并对其中得率最高(1.9%)、水溶性和稳定性较好的苷甲(下称苷甲)的药效学、药代动力学、毒理学及其作用机制进行了较系统的研究。
血管生成(angiogenesis)是指毛细血管从已有的血管床中以肉芽方式生长,形成新血管系统,这一过程包括毛细血管内皮细胞的增殖。在正常生理条件下,人体血管内皮细胞的倍增时间约为一年。人体只有在较特殊的环境下才会发生血管生成,例如创伤愈合,胚胎和胎儿的发育等。而这类的血管生成常受某些因素调控,并且是间断性的。持续的和不受调节控制的血管生成则出现于大量病态、肿瘤转移和内皮细胞的异常生长中,其血管生成速度十分迅速,例如实体瘤组织中血管内皮细胞的倍增时间仅四天。“肿瘤生长是血管生成依赖性”的这一假说最先是由美国哈佛医学院福克曼(Folkman J)博士提出的,现在这一假说已经得到了验证。
目前认为,癌细胞能分泌多种促进血管生长的血管生长因子,使肿瘤形成新的血管而快速生长,而血管内皮细胞也可分泌血管生长因子促使血管内皮细胞自身乃至肿瘤细胞的增殖。由此推之,毛细血管如果没有血管生长因子诱导不会同肿瘤相连接,肿瘤如果没有血管形成和得不到源源不断的血液供应就只能处于休眠状态。因此,利用血管生成抑制剂特异性地抑制肿瘤血管内皮细胞的增殖和活性,可抑制肿瘤的生长和转移而不影响其它正常细胞,这就是所谓的抗血管生成疗法—“饿死疗法”。近年来,以抑制肿瘤血管生成(tumor angiogenesis)的肿瘤治疗新途径已经成为研究热点,有可能在肿瘤治疗领域产生新的突破。
本实验室的研究已发现,苷甲对HL-60细胞和Hep-2细胞有明显的诱导分化作用,最近我们又发现苷甲有诱导肿瘤细胞周期阻滞和凋亡的作用。鉴于我们已经证实苷甲是一种微管抑制剂,而另一种微管抑制剂紫杉醇有明显的抗血管生成作用,故本研究旨在研究抗微管药物苷甲的抗血管生成能力,并对它的抗血管活性的机理进行探讨。
方法:本研究通过体内、外实验来检测苷甲抗血管生成的能力。以ECV-304细胞为模型,采用四甲基偶氮唑盐(MTT)法检测不同浓度的苷甲对ECV-304细胞生长的抑制作用;用形态学方法(倒置显微镜、荧光显微镜)观察苷甲作用下ECV-304细胞形态变化;流式细胞仪分析30μmol/L苷甲作用后的ECV-304细胞的周期,DNA含量的变化及凋亡率。鸡胚绒毛尿囊膜(CAM)试验检测苷甲对CAM血管以及对肿瘤细胞CNE-2Z诱导的CAM血管生成的抑制作用;在Lewis肺癌裸鼠移植瘤模型,用免疫组化技术检测微血管密度和几种促血管生成的因子表达的变化来探讨苷甲抗血管生成的机理。
结果:
1 MTT结果表明,苷甲可明显抑制ECV-304细胞生长、增殖,其抑制效果与苷甲的剂量和作用时间相关。苷甲对ECV-304细胞24h、48h、72h的IC50 分别为24.2、21.42、17.91μmol/L。
2 经苷甲作用后的ECV-304细胞形态学发生变化,呈现明显的凋亡特征。倒置显微镜下观察到细胞的空泡化;荧光显微镜下观察,细胞有凋亡小体出现。
3 苷甲能够改变ECV-304细胞的周期,诱导细胞凋亡。ECV-304细胞经30 μmol/L苷甲作用6 h出现明显的凋亡峰,凋亡率随着药物作用时间的延长而增高,凋亡峰面积也相应增加。6、12、24h的凋亡率分别为11.4%、20.8%、25.3% 。
4 在鸡胚绒毛尿囊膜(CAM)试验中,苷甲能够抑制CAM血管的生成,其抑制效果与苷甲浓度有关,但高浓度组(40,50 μmol/L)的鸡胚出现溶血现象。
5 苷甲能够抑制人鼻咽癌肿瘤细胞CNE-2Z诱导CAM血管的生成,其抑制效果与苷甲的剂量呈正相关。
6 经苷甲作用后的瘤组织中微血管密度(MVD)明显降低。
7 免疫组化试验发现苷甲能够抑制裸鼠移植瘤组织中促血管生成因子VEGF、bFGF、PDGF、PCNA的表达。
结论: 体内外试验表明,苷甲具有抑制血管生成的活性,能够明显抑制血管生成。苷甲的抗血管生成作用与其诱导血管内皮细胞凋亡,降低促血管生成因子的表达有关。