謝俊木子,田文聰,袁向飛,胡立娟,王豐△
癌癥相關(guān)惡病質(zhì)是由惡性腫瘤導(dǎo)致的一類(lèi)代謝綜合征,特征包括能量消耗增加、肝臟糖異生增多、脂肪分解加強(qiáng)、進(jìn)食量減少、體質(zhì)量下降等,極大地影響癌癥患者的生活質(zhì)量及生存率,其中胰腺癌患者并發(fā)惡病質(zhì)的比例很高,為83%~87%[1]。瓦博格效應(yīng)是指發(fā)生在癌細(xì)胞內(nèi)的高糖酵解現(xiàn)象,與癌癥患者惡病質(zhì)現(xiàn)象密切相關(guān),其發(fā)生使得患者體內(nèi)脂代謝加強(qiáng),導(dǎo)致脂肪儲(chǔ)存減少,從而引發(fā)體質(zhì)量下降[2-6]。通過(guò)對(duì)小鼠注射腫瘤細(xì)胞或接種瘤塊等方式構(gòu)建不同腫瘤的惡病質(zhì)模型,也可觀察到明顯的脂肪含量下降、脂肪分解增強(qiáng)的現(xiàn)象[7-10]。另外在惡病質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn),腫瘤細(xì)胞的分泌物,如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、干擾素-γ(IFN-γ)等過(guò)量分泌也對(duì)代謝失衡有著促進(jìn)作用[11-12]。值得注意的是,當(dāng)腫瘤細(xì)胞分泌物作用在其他組織上的同時(shí),其他組織如脂肪組織也能釋放數(shù)種脂肪因子作用在腫瘤組織上,在這種相互作用下,體內(nèi)試驗(yàn)無(wú)法將腫瘤細(xì)胞分泌物獨(dú)立出來(lái)以觀察其對(duì)脂肪組織代謝的影響。因此,本研究通過(guò)對(duì)BALB/c小鼠注射胰腺癌條件培養(yǎng)基,觀察胰腺癌細(xì)胞系條件培養(yǎng)基中的可溶性分泌物對(duì)小鼠脂肪代謝的改變以及不同使用劑量的腫瘤細(xì)胞可溶性分泌物對(duì)脂代謝的影響。
1.1 一般資料 67只雄性BALB/c小鼠,均為4~5周齡,SPF級(jí),體質(zhì)量20~22 g,購(gòu)自北京華阜康生物科技股份有限公司,并飼養(yǎng)于天津市南開(kāi)醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,墊料及飼料均由該實(shí)驗(yàn)中心提供。胰腺癌細(xì)胞系Panc-1(#CC2401)、MiaPaCa-2(#CC2408)、BxPC-3(#CC2405)均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)研究院上海細(xì)胞庫(kù)。DMEM培養(yǎng)基、RPMI-1640培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco公司,胎牛血清(FBS)購(gòu)自美國(guó)HyClone公司。三酰甘油和肝糖原檢測(cè)試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所,葡萄糖檢測(cè)試劑盒購(gòu)自上海榮盛生物藥業(yè)有限公司;小鼠胰島素酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)測(cè)定試劑盒購(gòu)自武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司;Western blot檢測(cè)中使用的兔源ATGL單克隆抗體購(gòu)自美國(guó)Epitomics公司,兔源β-actin單克隆抗體購(gòu)自Santa Cruz公司,羊抗兔二抗購(gòu)自KPL公司,ECL發(fā)光液(WBKLS0500)購(gòu)自Merck Millipore公司。
1.2 胰腺癌細(xì)胞條件培養(yǎng)基制作 細(xì)胞被置于直徑10 cm的培養(yǎng)皿中培養(yǎng),Panc-1、MiaPaCa-2細(xì)胞培養(yǎng)皿中加入10 mL DMEM(含10%FBS+1%雙抗)培養(yǎng)基,BxPC-3細(xì)胞培養(yǎng)皿中加入10 mL RPMI-1640(含10%FBS+1%雙抗)培養(yǎng)基,所有細(xì)胞均培養(yǎng)于37℃、95%空氣+5%CO2恒溫培養(yǎng)箱孵育,2~3 d換一次液。待細(xì)胞融合度達(dá)到90%時(shí),棄去原培養(yǎng)基,加入10 mL無(wú)血清的DMEM或RPMI-1640的培養(yǎng)基,繼續(xù)37℃恒溫孵育24 h后,將培養(yǎng)基分別收集,予以室溫下離心(1 000 r/min,5 min)后,去除沉淀,放置于-20℃冰箱保存。
1.3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 小鼠在飼養(yǎng)時(shí),室內(nèi)光照黑暗各12 h交替,小鼠可自由獲得食物(標(biāo)準(zhǔn)飼料)和水,墊料每周更換2次。本實(shí)驗(yàn)包括2個(gè)子實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)A、實(shí)驗(yàn)B先后進(jìn)行),注射期均為7 d,第8天將小鼠處死,具體方法為給予小鼠10%水合氯醛腹腔注射麻醉,經(jīng)眼內(nèi)眥留取全部血液,常溫下離心(3 000 r/min,10 min)后,取上層血漿,摘除小鼠的腹股溝脂肪墊(BAT)、附睪脂肪墊(WAT),將所有留存下的標(biāo)本置于-80℃冰箱。
1.3.1 胰腺癌細(xì)胞可溶性分泌物對(duì)小鼠脂肪代謝的改變(實(shí)驗(yàn)A) 通過(guò)對(duì)小鼠注射3種胰腺癌細(xì)胞系(Panc-1、MiaPaCa-2、BxPC-3)的條件培養(yǎng)基以觀察胰腺癌細(xì)胞可溶性分泌物對(duì)小鼠脂肪代謝的改變,研究其改變?cè)谝认侔┘?xì)胞中的普遍性。取雄性BALB/c小鼠37只,適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d之后,按照隨機(jī)數(shù)字表法分入4組中,分別為對(duì)照組(n=14)、Panc-1組(n=10)、MiaPaCa-2組(n=6)和BxPC-3組(n=7)。每組小鼠連續(xù)7 d接受培養(yǎng)基的皮下注射,每日兩次(9:00 am,3:00 pm),每次1.0 mL,其中對(duì)照組注射正常DMEM培養(yǎng)基,剩余3組則注射Panc-1、MiaPaCa-2和BxPC-3細(xì)胞條件培養(yǎng)基。
1.3.2 不同劑量的胰腺癌MiaPaCa-2細(xì)胞可溶性分泌物對(duì)脂代謝的影響(實(shí)驗(yàn)B) 僅使用來(lái)自MiaPaCa-2細(xì)胞條件培養(yǎng)基,研究不同劑量的胰腺癌細(xì)胞可溶性分泌物對(duì)脂代謝的影響。雄性BALB/c小鼠30只,隨機(jī)分為3組,分別為對(duì)照組(n=10)、1/2 M組(n=10)、M組(n=10),注射方法同1.3.1對(duì)照組所有小鼠注射1.0 mL DMEM培養(yǎng)基,1/2 M組予以每只每次0.5 mL MiaPaCa-2細(xì)胞條件培養(yǎng)基,M組則予以1 mL MiaPaCa-2細(xì)胞條件培養(yǎng)基。余處理同1.3.1。
1.4 觀察指標(biāo) (1)進(jìn)食量與體質(zhì)量。于每日第一次注射前(9:00 am)記錄小鼠食槽內(nèi)飼料質(zhì)量(食物質(zhì)量)和體質(zhì)量,記錄時(shí)長(zhǎng)為注射期第1天到第8日處死前,平均進(jìn)食量=(后一日食物質(zhì)量-前一日食物質(zhì)量)/單籠小鼠數(shù),體質(zhì)量和食物質(zhì)量共記錄8次,得到7次平均進(jìn)食量的記錄,每日均進(jìn)行組間比較。通過(guò)對(duì)體質(zhì)量和平均進(jìn)食量的檢測(cè)觀察胰腺癌可溶性分泌物對(duì)小鼠體質(zhì)量及食欲的影響。(2)血漿及肝臟分析。對(duì)其血漿及肝臟組織進(jìn)行分析,觀察其脂肪代謝相關(guān)指標(biāo)是否發(fā)生了改變。(3)脂肪組織分析。對(duì)BAT、WAT予以稱(chēng)質(zhì)量,提取脂肪組織蛋白檢測(cè)脂肪三酰甘油脂肪酶(ATGL)蛋白表達(dá)水平,觀察脂肪墊質(zhì)量和ATGL蛋白表達(dá)水平變化。
1.5 ELISA檢測(cè)血漿胰島素含量 將預(yù)制好的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品工作液和血漿樣品各吸取100μL,分別加入ELISA酶標(biāo)板內(nèi),覆膜后置于37℃孵育90 min。余按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)逐步操作。酶標(biāo)儀被應(yīng)用于對(duì)酶標(biāo)板內(nèi)液體吸光度的檢測(cè),波長(zhǎng)為450 nm,讀取每個(gè)孔的光密度(OD)值后,根據(jù)說(shuō)明書(shū)利用標(biāo)準(zhǔn)孔建立曲線(xiàn),通過(guò)血漿樣品孔的OD值計(jì)算出血漿中胰島素濃度。
1.6 檢測(cè)血漿葡萄糖含量 取小鼠血漿樣本、蒸餾水和校準(zhǔn)品(5.55 mmol/L)各2μL,加入96孔板中,每孔中加入200μL提前配制好的工作液,充分混勻孔中的液體,37℃恒溫水浴15 min,應(yīng)用酶標(biāo)儀(波長(zhǎng)505 nm)讀取每孔中的OD值。葡萄糖含量(mmol/L)=樣本管OD值/校準(zhǔn)管OD值×校準(zhǔn)液濃度(mmol/L)。
1.7 檢測(cè)肝臟中肝糖原含量 將每只小鼠的肝臟樣本(約20 mg)及3倍體積的堿液(試劑盒提供)加入EP管中,置于沸水中煮20 min左右,直至所有肝臟組織溶解。按照說(shuō)明書(shū),將上述原液稀釋100倍,配制1%肝糖原檢測(cè)液和顯色液,在96孔板中分別加入相應(yīng)體積的雙蒸水、糖原標(biāo)準(zhǔn)液(0.1 g/L)和10倍稀釋的1%肝糖原檢測(cè)液以及顯色液,充分混勻后再次放入沸水中煮5 min,冷卻至室溫后應(yīng)用酶標(biāo)儀(波長(zhǎng)620 nm)讀取每孔的OD值。糖原含量(mg/g組織)=測(cè)定管OD值/標(biāo)準(zhǔn)管OD值×標(biāo)準(zhǔn)管含量(0.01 mg)×1 000/1.11。
1.8 檢測(cè)血漿中三酰甘油含量 分別取小鼠的血漿樣本2.5μL、蒸餾水和校準(zhǔn)品(2.26 mmol/L)加入96孔板內(nèi),每孔內(nèi)再加入250μL工作液。充分混勻孔中液體后,將96孔板置于37℃恒溫水浴中10 min,應(yīng)用酶標(biāo)儀(單波長(zhǎng)510 nm)測(cè)定各孔的OD值。三酰甘油含量(mmol/L)=(樣本OD值-空白OD值)/(校準(zhǔn)OD值-空白OD值)×校準(zhǔn)品濃度(mmol/L)。
1.9 Western blot檢測(cè)ATGL蛋白表達(dá)水平 將WAT和BAT組織進(jìn)行粉碎,用RIPA蛋白裂解液提取蛋白,將標(biāo)本在10%的聚丙烯酰氨凝膠中進(jìn)行電泳分離,然后利用PVDF膜對(duì)蛋白進(jìn)行濕轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)膜,轉(zhuǎn)膜全程處于冰浴中。轉(zhuǎn)膜后的PVDF膜浸泡于5%脫脂牛奶中,置于水平搖床上低速孵育3 h,孵育結(jié)束后予以TBST溶液清洗5 min,再根據(jù)分子質(zhì)量適當(dāng)剪裁,分別放入相應(yīng)的ATGL(1∶1 000)和β-actin(1∶5 000)一抗中,4℃孵育過(guò)夜。次日用TBST溶液洗膜(10 min×3次)后,放入羊抗兔二抗(1∶10 000)中置于水平搖床上低速孵育1 h,TBST溶液充分洗膜,最后在暗室中應(yīng)用ECL法化學(xué)發(fā)光法顯影,Quantity One軟件進(jìn)行圖像處理并計(jì)算相對(duì)表達(dá)量。
1.10 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 25.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示,多組間比較采用單因素方差分析,方差齊者兩兩比較使用LSD-t法,方差不齊者采用Dunnett's T3法,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1.1 進(jìn)食量和體質(zhì)量 第1天注射后小鼠的進(jìn)食量均有不同程度的下降,注射Panc-1條件培養(yǎng)基組小鼠的平均進(jìn)食量下降趨勢(shì)較為明顯,之后隨著對(duì)注射的逐步適應(yīng),進(jìn)食量逐漸恢復(fù)趨于穩(wěn)定。注射前半期小鼠的體質(zhì)量逐漸下降,在第3或第4天達(dá)到最低值,隨后逐漸回升,其中Panc-1組的體質(zhì)量在注射第4天較對(duì)照組出現(xiàn)明顯下降(P<0.05),見(jiàn)圖1。
Fig.1 Changes of food intake and body weight in mice after injecting three pancreatic cancer cell secretions圖1 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后小鼠進(jìn)食量及體質(zhì)量變化
2.1.2 血漿及肝臟分析 與對(duì)照組相比,MiaPaCa-2組和BxPC-3組血漿胰島素、血糖水平升高,肝糖原、三酰甘油水平下降(P<0.05),Panc-1組與對(duì)照組比較僅三酰甘油水平下降(P<0.05),其他各指標(biāo)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見(jiàn)表1。
2.1.3 脂肪組織分析 MiaPaCa-2組和BxPC-3組較對(duì)照組 BAT、WAT質(zhì)量均有增加(P<0.05)。Western blot結(jié)果顯示,3個(gè)胰腺癌細(xì)胞注射組的BAT和WAT中ATGL蛋白表達(dá)水平較對(duì)照組均不同程度下降(P<0.05),見(jiàn)表2、圖2。
Tab.1 Analysis of data from plasma and liver after injecting three pancreatic cancer cell secretions表1 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后小鼠血漿及肝臟分析(±s)
Tab.1 Analysis of data from plasma and liver after injecting three pancreatic cancer cell secretions表1 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后小鼠血漿及肝臟分析(±s)
*P<0.05;a與對(duì)照組相比,P<0.05;表2同
組別對(duì)照組Panc-1組MiaPaCa-2組BxPC-3組F n 14 10 67胰島素(μg/L)8.62±2.20 9.48±1.95 15.94±6.77a 14.32±2.73a 9.645*血糖(mmol/L)6.43±1.55 7.36±0.93 7.99±1.07a 10.23±1.21a 14.077*肝糖原(mg/g)12.11±1.96 14.17±3.19 9.61±0.50a 8.12±3.25a 9.508*三酰甘油(mmol/L)1.82±0.81 0.84±0.18a 0.93±0.32a 0.85±0.20a 9.091*
Tab.2 Analysis of data from adipose tissues after injecting three pancreatic cancer cell secretions表2 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后小鼠脂肪組織分析(±s)
Tab.2 Analysis of data from adipose tissues after injecting three pancreatic cancer cell secretions表2 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后小鼠脂肪組織分析(±s)
組別對(duì)照組Panc-1組MiaPaCa-2組BxPC-3組F n 14 10 67 BAT質(zhì)量(g)0.19±0.03 0.21±0.04 0.24±0.02a 0.26±0.04a 6.729*WAT質(zhì)量(g)0.19±0.06 0.22±0.06 0.25±0.04a 0.27±0.04a 3.822*BAT中ATGL相對(duì)表達(dá)量1.24±0.48 0.33±0.06a 0.63±0.21a 0.48±0.13a 18.727*WAT中ATGL相對(duì)表達(dá)量1.03±0.26 0.70±0.27a 0.73±0.13a 0.64±0.20a 5.910*
Fig.2 The changes of ATGL protein expression after injecting three pancreatic cancer cell secretions圖2 注射3種胰腺癌細(xì)胞分泌物后ATGL蛋白表達(dá)變化
2.2.1 血漿及肝臟分析 1/2 M組和M組較對(duì)照組血漿胰島素水平均上升(P<0.05),M組上升更明顯,且M組中血糖含量較對(duì)照組上升(P<0.05)。M組中肝糖原和血漿三酰甘油含量較對(duì)照組和1/2 M組均減少(P<0.05),見(jiàn)表3。
Tab.3 Analysis of data from plasma and liver after injecting different doses of cancer cell secretions表3 注射不同劑量的腫瘤分泌物后小鼠血漿及肝臟分析 (±s)
Tab.3 Analysis of data from plasma and liver after injecting different doses of cancer cell secretions表3 注射不同劑量的腫瘤分泌物后小鼠血漿及肝臟分析 (±s)
*P<0.05;a與對(duì)照組相比,P<0.05;b與1/2 M組相比,P<0.05;表4同
組別對(duì)照組1/2 M組M組F n 10 10 10胰島素(μg/L)7.90±2.55 14.96±5.35a 17.33±7.57a 7.800*血糖(mmol/L)5.69±1.35 6.43±1.46 7.51±1.29a 4.492*肝糖原(mg/g)15.31±5.55 15.40±4.61 8.17±3.57ab 7.963*三酰甘油(mmol/L)1.98±0.67 1.86±0.57 1.21±0.44ab 5.216*
2.2.2 脂肪組織分析 1/2 M組和M組的BAT和WAT質(zhì)量均較對(duì)照組增加(P<0.05),見(jiàn)表 4。Western blot結(jié)果顯示,M組BAT和WAT中ATGL蛋白表達(dá)水平較對(duì)照組顯著下降(P<0.05),見(jiàn)表4、圖3。
Tab.4 Analysis of data from adipose tissues after injecting different doses of cancer cell secretions表4 注射不同劑量的腫瘤分泌物后小鼠脂肪組織分析(±s)
Tab.4 Analysis of data from adipose tissues after injecting different doses of cancer cell secretions表4 注射不同劑量的腫瘤分泌物后小鼠脂肪組織分析(±s)
組別對(duì)照組1/2 M組M組F n 10 10 10 BAT質(zhì)量(g)0.21±0.04 0.26±0.04a 0.25±0.04a 4.017*WAT質(zhì)量(g)0.27±0.02 0.33±0.06a 0.32±0.04a 4.243*BAT中ATGL相對(duì)表達(dá)量1.29±0.22 0.94±0.32 0.43±0.13a 33.485*WAT中ATGL相對(duì)表達(dá)量1.20±0.30 1.01±0.52 0.52±0.23a 8.681*
Fig.3 The changes of ATGL protein expression after injecting different doses of cancer cell secretions圖3 注射不同劑量的腫瘤分泌物后ATGL蛋白表達(dá)變化
目前,癌癥相關(guān)惡病質(zhì)的發(fā)病機(jī)制尚未被完全闡明,但共識(shí)是,其發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的病理過(guò)程,伴有代謝及體液改變、厭食、乏力等現(xiàn)象,胰腺癌以其極高的惡病質(zhì)發(fā)生率成為諸多癌癥惡病質(zhì)研究者關(guān)注的重點(diǎn)[13-14]。
胰島素是人體內(nèi)調(diào)控代謝的一種重要激素,可調(diào)節(jié)葡萄糖代謝,同時(shí)刺激脂肪生成和抑制脂肪分解,惡病質(zhì)發(fā)生時(shí),機(jī)體長(zhǎng)期暴露在促炎因子如TNF-α、IL-6等中,使得代謝平衡被打亂,胰島素敏感性下降,隨之出現(xiàn)胰島素抵抗現(xiàn)象,胰腺癌患者中胰島素抵抗的高發(fā)推測(cè)與腫瘤分泌的某些蛋白如胰淀素等有關(guān)[15-16]。此時(shí)由于胰島素敏感性降低,使得血漿中胰島素水平升高,肝臟中糖原分解增強(qiáng),血漿葡萄糖水平上升。研究表明,體內(nèi)脂肪參數(shù)的改變與胰島素信號(hào)通路密切相關(guān),當(dāng)胰島素抵抗發(fā)生時(shí),同時(shí)可觀察到脂肪生成被抑制且儲(chǔ)存量減少,脂肪分解加強(qiáng)[17-18]。本實(shí)驗(yàn)中,MiaPaCa-2 組和BxPC-3組注射胰腺癌細(xì)胞條件培養(yǎng)基的小鼠體內(nèi)可見(jiàn)顯著的胰島素抵抗現(xiàn)象,即胰島素和血糖均顯著升高,甚至比荷瘤鼠中[10]更明顯,且高注射劑量引起的效能更顯著,這提示胰島素抵抗不論胰腺癌細(xì)胞存在與否均可被觀察到。
另外,脂肪組織曾經(jīng)被認(rèn)為是一個(gè)惰性組織,如今多定義其是一個(gè)大型的具有清晰解剖結(jié)構(gòu)、并能與身體其他區(qū)域交互作用的內(nèi)分泌器官[19-20]。惡病質(zhì)時(shí)脂肪的流失與脂肪動(dòng)員增加、脂肪氧化增加、脂質(zhì)生成和儲(chǔ)存減少等有關(guān),而由脂肪組織表達(dá)的ATGL與脂肪代謝直接關(guān)聯(lián),其表達(dá)水平與脂肪分解程度呈正相關(guān)性,通過(guò)觀察ATGL可以判斷脂肪組織中三酰甘油分解情況。有研究證實(shí),ATGL敲除能阻止癌癥相關(guān)惡病質(zhì)的進(jìn)展[21-22]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)ATGL的表達(dá)檢測(cè)顯示,小鼠體內(nèi)脂肪分解反而減弱,且MiaPaCa-2組和BxPC-3組中BAT和WAT質(zhì)量較對(duì)照組增加,提示脂肪儲(chǔ)存增加。Panc-1組BAT和WAT質(zhì)量無(wú)明顯增加,推測(cè)其原因可能是由于饑餓導(dǎo)致了脂肪分解加強(qiáng),抵消了部分條件培養(yǎng)基帶來(lái)的特異效應(yīng)[23]。不同于腫瘤惡病質(zhì)時(shí)期,瓦博格效應(yīng)引起的脂肪分解增強(qiáng)可導(dǎo)致脂肪組織儲(chǔ)存減少。本研究顯示,與對(duì)照組相比,Panc-1組、MiaPaCa-2組和BxPC-3組中ATGL蛋白表達(dá)水平下降,且BAT和WAT質(zhì)量增加,提示機(jī)體脂肪分解減弱,且高注射劑量能引起更大的效能,說(shuō)明腫瘤惡病質(zhì)時(shí)期脂肪分解增強(qiáng)這一效應(yīng)需要活的癌細(xì)胞的存在,而在胰腺癌分泌物中可能存在某些物質(zhì)引起脂肪分解的減弱。另外,Panc-1組盡管未見(jiàn)胰島素抵抗現(xiàn)象,但與另外兩種胰腺癌細(xì)胞注射組一樣,均有脂肪分解減弱的現(xiàn)象,證明由癌細(xì)胞可溶性分泌物引起的脂解下降與同樣由其引起的胰島素抵抗現(xiàn)象是相對(duì)獨(dú)立存在的。