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        COX-2抑制劑聯(lián)合舒尼替尼增強(qiáng)對荷瘤小鼠腎癌抑制作用的機(jī)制

        2016-11-02 03:32:04胡驍軼王國民郭劍明儲以微
        關(guān)鍵詞:舒尼塞來腎癌

        趙 奇 胡驍軼△ 王國民 郭劍明 儲以微

        (1復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科 上海 200032;2復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系 上?!?00032)

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        COX-2抑制劑聯(lián)合舒尼替尼增強(qiáng)對荷瘤小鼠腎癌抑制作用的機(jī)制

        趙奇1胡驍軼1△王國民1郭劍明1儲以微2

        (1復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科上海200032;2復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系上海200032)

        目的通過COX-2抑制劑與舒尼替尼聯(lián)合用藥,觀察其對荷RenCa腎癌BALB/c小鼠移植瘤的抑制作用,以及對小鼠外周血、脾臟、淋巴結(jié)的骨髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cell,MDSC)與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)的影響。方法建立BALB/c小鼠RenCa腎癌皮下移植瘤模型。模型動物分為4組,每組10只,分別為舒尼替尼治療組、COX-2抑制劑(塞來昔布)治療組、舒尼替尼+COX-2抑制劑治療組和空白對照組。各組按時給藥并繪制腫瘤生長曲線;流式細(xì)胞術(shù)檢測小鼠外周血、脾臟中Treg、MDSC數(shù)目的變化;流式細(xì)胞術(shù)分選MDSC,提取蛋白質(zhì),Western blot檢測STAT-3水平。結(jié)果聯(lián)合用藥組相較于對照組,脾臟MDSC數(shù)目明顯降低(1.22%±0.15% vs.9.34%±0.58%,P <0.01),外周血MDSC數(shù)目明顯降低(12.7%±0.85% vs.23.0%±1.68%,P <0.01),脾臟Treg明顯降低 (11.3%±1.69% vs.22.4%±2.31%,P<0.01),外周血Treg明顯降低(3.30%±0.64% vs.11.9%±1.53%,P<0.01)。經(jīng)流式細(xì)胞術(shù)分選后的脾臟MDSC中,聯(lián)合用藥組較單用藥組STAT-3水平明顯下降(P<0.01)。結(jié)論COX-2抑制劑與舒尼替尼聯(lián)合用藥對腎透明細(xì)胞癌的抗腫瘤作用優(yōu)于任何單獨用藥,其機(jī)制可能是通過減少免疫抑制細(xì)胞,調(diào)節(jié)機(jī)體腫瘤免疫環(huán)境,從而增強(qiáng)分子靶向藥物的抗腫瘤效果。

        酪氨酸激酶;腎細(xì)胞癌;環(huán)氧合酶-2;骨髓源性抑制細(xì)胞;調(diào)節(jié)性T細(xì)胞;抑制劑

        近年來,以VEGF受體酪氨酸激酶抑制劑(vascular endothelial growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor,VEGFR-TKI)為代表的分子靶向藥物治療,已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)的干擾素、白介素治療,成為轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌(metastatic renal cell carcinoma,mRCC)的標(biāo)準(zhǔn)治療方案。然而,在臨床實踐中,TKI對晚期腎癌的療效并不令人滿意。同時,一些實驗現(xiàn)象也不能通過TKI的作用機(jī)制來解釋,如患者血清中VEGF水平與藥物的反應(yīng)率不平行,藥物是否有效與患者VEGF水平并不相關(guān)[1];用藥后腫瘤細(xì)胞凋亡發(fā)生在腫瘤滋養(yǎng)血管抑制之前,這與藥物使腫瘤血管減少而抑制腫瘤生長的機(jī)制在時間順序上存在矛盾[2]。這些研究都表明TKI除了抑制腫瘤血管形成以外,可能存在其他的抗腫瘤機(jī)制,需要其他治療方式的協(xié)同作用。因此,腎癌的免疫治療又開始重新進(jìn)入了人們的視野。

        本課題組前期的研究發(fā)現(xiàn),腎癌作為一種免疫源性腫瘤過度表達(dá)Treg;COX-2抑制劑通過對Treg的抑制,可以對腎癌細(xì)胞產(chǎn)生明顯的抑制作用。因此,本研究試圖探討COX-2抑制劑塞來昔布(celecoxib)增強(qiáng)舒尼替尼(sunitinib)對腎癌的抗腫瘤作用,并闡明TKI與腎癌免疫細(xì)胞之間的作用機(jī)制。

        材 料 和 方 法

        實驗動物及主要試劑(1) 實驗動物:清潔級BALB/c小鼠,雌性,40只,6~8周齡,(20±2) g,購自復(fù)旦大學(xué)動物實驗中心。(2) 細(xì)胞系:BALB/c小鼠來源的腎癌細(xì)胞(RenCa),由復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科劉立博士惠贈,來源為ATCC? CRL-2947TM。(3)主要試劑及儀器:塞來昔布(美國輝瑞公司);蘋果酸舒尼替尼原粉由美國輝瑞公司惠贈;抗鼠CD4、抗鼠CD25、抗鼠Foxp3、抗鼠CD11b、抗鼠Gr-1(上海萊茲生物公司);抗鼠STAT-3(英國Abcam公司);FC50FACS流式細(xì)胞檢測儀(美國Beckman Coulter公司)。

        荷腎癌小鼠模型建立及給藥含10%胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)液傳代RenCa細(xì)胞,常規(guī)方法將1×107個RenCa細(xì)胞接種于BALB/c小鼠的靠近左大腿根部的肋側(cè)皮下。相同飼料喂養(yǎng)15~20天左右,當(dāng)腫瘤大小約為8 mm時隨機(jī)抽取2只荷瘤小鼠,經(jīng)病理檢查符合小鼠異位腎癌(圖1A、B)。

        所有小鼠共分為4組:舒尼替尼治療組、塞來昔布治療組、舒尼替尼+塞來昔布治療組和空白對照組。給藥途徑均為灌胃,給藥量為:舒尼替尼53.6 mg/kg,塞來昔布50 mg/kg,隔日喂藥,共給藥4周,舒尼替尼和塞來昔布的給藥劑量通過參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合預(yù)試驗結(jié)果來確定[3],空白對照組予等體積PBS液灌胃。

        觀察并記錄荷瘤小鼠腫瘤生長情況每隔一天用游標(biāo)卡尺測量荷瘤小鼠移植瘤的最大徑,計算各組平均值,并據(jù)此繪制瘤體生長曲線,同時密切觀察小鼠進(jìn)食情況、毛色光澤、精神狀態(tài)等。根據(jù)實體瘤治療療效評價標(biāo)準(zhǔn)(Response Evaluation Criteria in Solid Tumors,RECIST) 1.1判定藥物的療效。

        A:The tumor of 8 mm;B:Under microscopy (HE,×200).

        圖1荷腎癌BALB/c小鼠建模(皮下種植16天后成瘤)

        Fig 1RenCa tumor-bearing BALB/c mouse (16 days after implantation)

        流式細(xì)胞術(shù)檢測MDSC、Treg數(shù)目變化給藥結(jié)束后眼眶取血收集荷瘤小鼠外周血1 mL,處死解剖小鼠并取脾臟,10 mL紅細(xì)胞裂解液去除紅細(xì)胞,室溫500×g離心5 min洗滌細(xì)胞2次,去上清,用流式緩沖液制備成5×107個/mL單細(xì)胞懸液,加入含0.5 μL Fc-Block抗體混合均勻,4 ℃靜置15 min,500×g離心5 min后去上清;加入含0.5 μL相應(yīng)熒光標(biāo)記的抗體,冰浴45 min;洗滌細(xì)胞,500×g離心5 min后去上清;用500 mL流式緩沖液重懸細(xì)胞,流式細(xì)胞儀上機(jī)檢測相應(yīng)蛋白的表達(dá);BD Cell Quest軟件分析相應(yīng)數(shù)據(jù)。

        流式細(xì)胞術(shù)分選MDSC把取得的脾臟細(xì)胞重懸稀釋,運用流式細(xì)胞儀分離其中的MDSC。分選結(jié)束后再次用流式細(xì)胞儀檢測,鑒定分選純度。部分以0.4%臺盼藍(lán)染色,檢測分選后細(xì)胞存活情況。

        Western blot檢測STAT-3水平分選得到的MDSC進(jìn)行裂解并收集上清液,BCA試劑盒檢測蛋白質(zhì)濃度。每孔取20 μg樣品經(jīng)12% SDS-PAGE分離。電泳后轉(zhuǎn)膜,加入稀釋一抗過夜。洗膜后加入相應(yīng)二抗,采用電化學(xué)發(fā)光法顯色,用Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)照相記錄。運用Image J軟件進(jìn)行分析,GraphPad Prism軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

        結(jié)   果

        測量小鼠腫瘤模型皮下腫瘤各組小鼠經(jīng)用藥后,進(jìn)食情況、毛色光澤及精神狀態(tài)等均無明顯差別。運用One way ANOVA進(jìn)行組間比較,皮下移植瘤生長情況見圖2。聯(lián)合用藥組7天后腫瘤大小與對照組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P <0.01),塞來昔布組17天后起效(P <0.01),舒尼替尼組11天后起效(P<0.01)。21天后,聯(lián)合用藥組較兩單藥組抗腫瘤效果更為明顯(P <0.01)。

        圖2各組皮下移植瘤生長曲線

        Fig 2The growth curves of RenCa tumors in different groups

        流式細(xì)胞術(shù)檢測MDSC及Treg數(shù)目比較聯(lián)合用藥組與對照組、舒尼替尼組、塞來昔布組之間的外周血MDSC(圖3)、脾臟MDSC(圖4)、外周血Treg(圖5)、脾臟Treg(圖6),均呈明顯抑制作用(P<0.01)。由于MDSC、Treg的下降,使得用藥組小鼠外周血CD4+(圖7)、脾臟CD4+(圖8)細(xì)胞數(shù)目明顯上升(P<0.01)。

        MDSC的分選及其STAT-3檢測經(jīng)流式分選后的MDSC純度為96.8%±0.89%。聯(lián)合用藥明顯降低MDSC中STAT3信號通路的表達(dá)(P<0.01,圖9)。

        討   論

        腫瘤血管的生成需要腫瘤組織或間質(zhì)組織分泌促血管生成的相關(guān)細(xì)胞因子,以這些因子為靶點抑制腫瘤血管生成,阻斷腫瘤的營養(yǎng)來源和遷移通路,從而達(dá)到抑制腫瘤的目的,這是目前腫瘤靶向藥物的主要作用機(jī)制。舒尼替尼是當(dāng)前晚期腎癌靶向治療的一線藥物,但其在臨床的使用過程中仍然面臨著耐藥及不良反應(yīng)較大等問題。

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01.

        圖3各組外周血MDSC變化

        Fig 3The changes of MDSC in peripheral blood of different groups

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01.

        圖4各組脾臟MDSC變化

        Fig 4The changes of MDSC in spleen of different groups

        本課題組前期的研究發(fā)現(xiàn),腎癌石蠟標(biāo)本上癌旁Treg增多與腎癌總生存率及疾病無進(jìn)展生存率呈顯著負(fù)相關(guān),腎癌癌旁Treg增多可作為其不良預(yù)后的一個獨立指標(biāo);而癌旁Treg與腫瘤中COX-2表達(dá)呈正相關(guān),COX-2可明顯誘導(dǎo)非Treg向Treg轉(zhuǎn)化;而在高表達(dá)COX-2的腎癌中可以通過應(yīng)用COX-2抑制劑(NS-398)來減弱這一轉(zhuǎn)化過程[4-5]。由此,一方面可以減少腫瘤局部的免疫抑制因素,另一方面又可以誘發(fā)局部抗腫瘤免疫應(yīng)答。后續(xù)的動物實驗中,我們利用小鼠RenCa皮下腎癌模型,觀察了COX-2抑制劑(NS-398)對腎癌的抑制作用,并證實了COX-2抑制劑通過對Treg的抑制,可以對腎癌細(xì)胞產(chǎn)生明顯的抑制作用[6]。

        目前,分子靶向藥物治療已成為轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌治療的主流。而腎癌的TKI與COX-2抑制劑的聯(lián)用鮮有報道,僅Wang 等[3]報道在裸鼠腎癌模型中,塞來昔布可以增強(qiáng)舒尼替尼的治療作用,延長無進(jìn)展生存期(progression free survival,PFS),并且發(fā)現(xiàn)舒尼替尼的耐藥與COX-2的高表達(dá)有關(guān);相應(yīng)的,由于舒尼替尼抑制血管作用而產(chǎn)生的腫瘤缺氧壞死區(qū)域中COX-2呈低表達(dá)。但是這一研究中,研究者使用的是裸鼠動物模型,而人類的腫瘤免疫系統(tǒng)是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),因此裸鼠模型實驗結(jié)果的實用性和可外推性必定遜于本實驗的小鼠模型。本研究采用BALB/c小鼠RenCa模型,塞來昔布聯(lián)合舒尼替尼用藥組在用藥1周左右藥效即開始體現(xiàn),較兩個單獨用藥組小鼠荷瘤體積明顯減小,部分療效可達(dá)部分緩解,且耐受性良好。根據(jù)圖2皮下移植瘤生長曲線,單藥組中塞來昔布的抑制腫瘤作用明顯弱于舒尼替尼,舒尼替尼可能在聯(lián)合用藥中起主要作用,塞來昔布則增強(qiáng)了舒尼替尼的藥效。

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01,(2)P<0.005.

        圖5各組外周血Treg細(xì)胞變化

        Fig 5The changes of Treg in peripheral blood of different groups

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01,(2)P<0.005.

        圖6各組脾臟Treg細(xì)胞變化

        Fig 6The changes of Treg in spleen of different groups

        Xin等[2]發(fā)現(xiàn)舒尼替尼可以通過STAT-3途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞與免疫抑制細(xì)胞的凋亡,由此把舒尼替尼的作用機(jī)制從血管內(nèi)皮等間質(zhì)細(xì)胞推向了腫瘤免疫細(xì)胞。MDSC和Treg是兩種重要的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞。MDSC來源于骨髓,是具有免疫抑制功能的異質(zhì)性細(xì)胞,腫瘤微環(huán)境中的多種細(xì)胞因子或生長因子可通過激活相應(yīng)的信號通路促進(jìn)MDSC擴(kuò)增及活化,進(jìn)而通過包括抑制TCR通路、抑制T細(xì)胞生物學(xué)活性、Treg擴(kuò)增在內(nèi)的多種機(jī)制抑制免疫細(xì)胞的功能,促進(jìn)腫瘤個體免疫耐受的發(fā)生。Fl?rcken等[7]通過健康者與mRCC患者外周血MDSC數(shù)目對比發(fā)現(xiàn),mRCC患者M(jìn)DSC數(shù)目遠(yuǎn)高于健康人群,并且在經(jīng)過舒尼替尼治療后有所下降。本研究通過流式細(xì)胞術(shù)對荷瘤小鼠的脾臟、血液中MDSC水平進(jìn)行檢測,顯示舒尼替尼對于MDSC擴(kuò)增和激活具有抑制作用,可以增加T細(xì)胞數(shù)目,從而增強(qiáng)細(xì)胞免疫的腫瘤殺傷作用。

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01.

        圖7各組外周血CD4+免疫細(xì)胞變化

        Fig 7The changes of CD4+immune cells in peripheral blood of different groups

        A:Control;B:Sunitnib;C:Celecoxib;D:Celecoxib+ Sunitnib.(1)P<0.01,(2)P<0.005.

        圖8各組脾臟CD4+免疫細(xì)胞變化

        Fig 8The changes of CD4+immune cells in spleen of different groups

        圖9各組STAT-3蛋白質(zhì)水平的變化

        Fig 9The changes of STAT-3 protein level of different groups

        MDSC細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過STAT家族信號通路與S100鈣結(jié)合信號蛋白信號通路[8]。STAT3是STAT家族一員,在細(xì)胞內(nèi)起著重要的信號傳遞作用,負(fù)責(zé)將細(xì)胞外的信號傳遞至細(xì)胞核,通過誘導(dǎo)Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1、Survivin等抗凋亡基因轉(zhuǎn)錄表達(dá),發(fā)揮細(xì)胞增殖、分化的效應(yīng)作用。在腫瘤微環(huán)境中STAT-3的持續(xù)活化通過誘導(dǎo) MYC 、Bcl-xl以及細(xì)胞周期蛋白D1等表達(dá)促進(jìn)MDSC 的存活,引起 MDSC 表達(dá)精氨酸酶-1和誘生型一氧化氮合成酶(iNOS)的上調(diào)。本研究提取了分選后的MDSC,通過Western blot檢測STAT-3蛋白,結(jié)果顯示聯(lián)合用藥可以降低MDSC細(xì)胞內(nèi)STAT-3的表達(dá),證明可能通過此細(xì)胞內(nèi)信號途徑來調(diào)控MDSC的數(shù)目與功能。

        除了MDSC為代表的免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞外,Treg也是一類功能獨特的T淋巴細(xì)胞亞群,參與自身免疫性疾病、移植免疫、腫瘤免疫等疾病的發(fā)生、發(fā)展。它能夠分泌IL-4、IL-10和TGF-β等細(xì)胞因子,對效應(yīng)T細(xì)胞具有抑制作用。已有研究證實Treg數(shù)目的增加與腎癌分期和分級呈正相關(guān)。本研究亦顯示舒尼替尼和COX-2抑制劑對Treg協(xié)同抑制作用優(yōu)于單藥治療。研究表明,舒尼替尼治療后,引起I型T細(xì)胞增殖的細(xì)胞因子反應(yīng)有所增強(qiáng),并且運用分離得到的Treg輸注經(jīng)舒尼替尼治療后的T細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)Treg免疫抑制作用減弱,表明舒尼替尼有明確的抑制Treg作用[9]。運用流式細(xì)胞術(shù)可以直接觀測舒尼替尼治療后各類T細(xì)胞的改變,Treg受到抑制后可以促進(jìn)效應(yīng)T細(xì)胞對腫瘤的殺傷作用[10]。但也有文獻(xiàn)指出索拉非尼具有更明顯的誘導(dǎo)外周血Treg的作用,可能由于索拉非尼相較于舒尼替尼具有抑制Raf1激酶作用,后者與Treg分化有關(guān)[11]。

        綜上所述,本研究部分揭示了分子靶向藥物舒尼替尼對腎癌患者免疫細(xì)胞功能的影響,并證實了COX-2抑制劑塞來昔布與舒尼替尼聯(lián)合用藥對腎透明細(xì)胞癌的抗腫瘤作用優(yōu)于單獨用藥,其機(jī)制可能是通過減少免疫抑制細(xì)胞,調(diào)節(jié)機(jī)體腫瘤免疫環(huán)境,從而增強(qiáng)分子靶向藥物的抗腫瘤效果。

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        E-mail:mighu@sina.com

        COX-2 inhibitor enhances the activity of sunitinib in renal cell carcinoma-bearing mice and its mechanism

        ZHAO Qi1, HU Xiao-yi1△, WANG Guo-min1, GUO Jian-ming1, CHU Yi-wei2

        (1Department of Urology,Zhongshan Hospital,Fudan University,Shanghai 200032,China;2Department of Immunology,School of Basic Medical Science,Fudan University,Shanghai 200032,China)

        ObjectiveTo explored the potential benefits of COX-2 inhibitor (celecoxib) in combination with sunitinib and explain the mechanism about the suppression of myeloid derived suppressor cell (MDSC) and regulatory T cell (Treg) in peripheral blood,spleen,lymph node of RenCa tumor-bearing BALB/c mice.MethodsBALB/c mice transplanted of RenCa cells were divided into 4 groups (n=10) and then treated with sunitinib,COX-2 inhibitor (celecoxib),combined medication (celecoxib+sunitinib) and PBS by gavage.Tumor growth curve and the mice survival were observed.The changes of Treg and MDSC in the peripheral blood and spleen were determined by flow cytometry.MDSC cells were selected by flow cytometry and its protein was extracted for STAT-3 analysis by Western blot.ResultsCombined medication can reduce MDSC in spleen (1.22%±0.15% vs.

        tyrosine kinase;renal cell carcinoma;COX-2;myeloid derived suppressor cells;regulatory T cell;inhibitor

        R737.11

        Adoi: 10.3969/j.issn.1672-8467.2016.05.004

        9.34%±0.58%,P <0.01) and peripheral blood (12.7%±0.85% vs.23.0%±1.68%,P<0.01).Meanwhile,combined medication can reduce Treg in spleen (11.3%±1.69% vs.22.4%±2.31%,P <0.01) and peripheral blood (3.30%±0.64% vs.11.9%±1.53%,P<0.01).The expression of STAT3 in MDSC selected from the spleen by flow cytometry was also down-regulated in combined medication group compared with celecoxib and sunitinib groups.ConclusionsCOX-2 inhibitor in combination with sunitinib has more effectivethan sunitinib or COX-2 inhibitor alone on renal cell carcinoma.Its mechanism might be that COX-2 inhibitor and sunitinib combination therapy can enhance anti-tumor effect by reducing immunosuppressive cells and regulating tumor microenvironment.

        2016-04-19;編輯:王蔚)

        *This work was supported by Youth Scientific Research Project of Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning (20124Y141).

        上海市衛(wèi)計委青年科研基金(20124Y141)

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