甘 愉,李國(guó)華,吳育峰,蔡小錦,姚 明,屠 紅

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院，上海市腫瘤研究所，癌基因及相關(guān)基因國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

專家論壇

豐富生存環(huán)境對(duì)腫瘤的抑制作用及其相關(guān)基因通路分析

(屠紅研究員)

甘 愉,李國(guó)華,吳育峰,蔡小錦,姚 明,屠 紅

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院，上海市腫瘤研究所，癌基因及相關(guān)基因國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

目的 探討豐富生存環(huán)境(EE)對(duì)腫瘤抑制作用及可能機(jī)制。方法 EE飼養(yǎng)環(huán)境為12只以上小鼠置大空間籠飼養(yǎng)，籠內(nèi)設(shè)有用于小鼠探索、學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)的玩具。小鼠置EE環(huán)境飼養(yǎng)3周后，皮下接種B16F10惡性黑色素瘤細(xì)胞或Panc02胰腺癌細(xì)胞，置原環(huán)境繼續(xù)飼養(yǎng)，比較EE組和常規(guī)環(huán)境(SE)飼養(yǎng)組小鼠的成瘤率和瘤重。APCMin/+基因突變小鼠3周齡起分別置EE和SE環(huán)境飼養(yǎng)，20周齡時(shí)處死小鼠，比較兩組小鼠小腸腺瘤數(shù)量。實(shí)驗(yàn)還采用Agilent小鼠全基因組44K表達(dá)譜芯片對(duì)Panc02胰腺癌細(xì)胞移植瘤組織進(jìn)行基因表達(dá)差異分析。結(jié)果 與SE飼養(yǎng)比較，EE飼養(yǎng)對(duì)B16F10惡性黑色素瘤和Panc02胰腺癌皮下瘤的生長(zhǎng)均有顯著的抑制作用，抑瘤率分別為43.0%(P<0.05)和58.2%(P<0.01)；EE對(duì)APCMin/+小鼠腸道腺瘤的生成也具有明顯的抑制作用(P<0.05)。Panc02胰腺癌細(xì)胞移植瘤表達(dá)譜芯片結(jié)果的KEGG分析顯示，有2倍以上表達(dá)差異的基因通路富集于細(xì)胞粘附和線粒體功能，并與神經(jīng)退行性疾病和心臟疾病相關(guān)基因有交集。結(jié)論 EE對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有廣泛的抑制作用，其對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)線粒體功能的影響及其生物學(xué)意義值得深入研究。

惡性腫瘤；豐富生存環(huán)境；基因表達(dá)譜

癌癥是表現(xiàn)為局部組織細(xì)胞異常增生的系統(tǒng)性疾病[1]，機(jī)體的神經(jīng)、免疫和內(nèi)分泌對(duì)其發(fā)生發(fā)展都起著重要的調(diào)控作用。有關(guān)精神因素與惡性腫瘤關(guān)系的研究目前多集中在腫瘤發(fā)生之后患者抑郁情緒程度的產(chǎn)生和變化，而精神行為對(duì)腫瘤發(fā)生的影響，尤其是“良性”精神行為對(duì)腫瘤的作用，國(guó)內(nèi)外研究較少。

豐富生存環(huán)境(enriched environment，EE)是指空間、物體和成員比標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)更為豐富的環(huán)境，即飼養(yǎng)空間增大；籠內(nèi)設(shè)有用于探索、學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)和居住的玩具如隧道、跑輪、玩具、房屋等；動(dòng)物成員較多，一般每籠12只以上[2]。在神經(jīng)學(xué)研究領(lǐng)域已證實(shí)這種豐富環(huán)境的刺激能提高動(dòng)物的學(xué)習(xí)、記憶能力，減少焦慮性情緒，并具有改善老年癡呆、帕金森氏病等神經(jīng)退行性病變的作用[3-5]，也有助于缺血/再灌注后的神經(jīng)損傷修復(fù)[6]。近年，國(guó)外開始將EE模型引入腫瘤研究領(lǐng)域[2, 7]。我們觀察了EE對(duì)多種小鼠腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響，并從小鼠胰腺癌皮下移植瘤中基因表達(dá)譜差異分析入手，探討EE抑制腫瘤生長(zhǎng)的可能機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 細(xì)胞與細(xì)胞培養(yǎng) 小鼠胰腺癌細(xì)胞Panc02由美國(guó)Frederick National Laboratory for Cancer Research引進(jìn)。小鼠惡性黑色素瘤細(xì)胞B16F10購(gòu)自美國(guó)ATCC細(xì)胞庫。細(xì)胞培養(yǎng)于含10%胎牛血清(美國(guó)Life Technologies公司)的DMEM培養(yǎng)基。

1.2 動(dòng)物與動(dòng)物飼養(yǎng) C57BL/6小鼠購(gòu)自上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源中心。APCMin/+基因突變小鼠購(gòu)自南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所。EE飼養(yǎng)條件為：在60 cm×40 cm×20 cm 的透明大鼠籠內(nèi)，鋪覆墊料，設(shè)置小屋、斜梯、隧道、塑料跑輪、躲避處、棉花、各種形狀及顏色的玩具和木制積木，在小鼠浴室撒放鼠沙。每籠安置12只小鼠，每3天清潔并更換籠具及玩具。環(huán)境溫度保持21～23 ℃，維持12 h照明、12 h黑暗的光照周期(見圖1A)。對(duì)照組小鼠飼養(yǎng)于30 cm×18 cm×25 cm小鼠籠內(nèi)，每籠4只小鼠(見圖1B)。

A:小鼠豐富飼養(yǎng)環(huán)境；B:小鼠標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)環(huán)境。

1.3 C57BL/6小鼠皮下移植瘤模型的EE實(shí)驗(yàn) 3周齡C57BL/6雄性小鼠置EE環(huán)境和常規(guī)環(huán)境(standard environment, SE)飼養(yǎng)3周，右側(cè)皮下注射Panc02或B16F10，每只小鼠劑量為5×105細(xì)胞，放回原有環(huán)境中繼續(xù)飼養(yǎng)。腫瘤細(xì)胞接種后第5天起隔日進(jìn)行腫瘤瘤體積檢測(cè)，按公式V=長(zhǎng)徑a×短徑b2÷2計(jì)算腫瘤體積并記錄，繪制腫瘤生長(zhǎng)曲線。胰腺癌在接種后第35天、惡性黑色素瘤在第17天時(shí)處死小鼠，取瘤體稱重，標(biāo)本至液氮速凍后轉(zhuǎn)移至-80 ℃保存。

1.4 APCMin/+基因突變小鼠腸道自發(fā)腺瘤模型的EE實(shí)驗(yàn) APCMin/+小鼠自行繁育后經(jīng)基因型鑒定為雜合子的雄性APCMin/+小鼠24只，隨機(jī)分為兩組，分別置EE和非EE條件下飼養(yǎng)。小鼠20周齡時(shí)處死，留取腸道標(biāo)本，亞甲蘭瞬時(shí)染色后20倍鏡下觀察腸道腺瘤形態(tài)和計(jì)數(shù)腺瘤數(shù)量，根據(jù)公式V=長(zhǎng)徑a×短徑b2÷2估算腺瘤體積。腺瘤的統(tǒng)計(jì)范圍為自十二指腸至回盲部的全部小腸。

1.5 小鼠胰腺癌皮下瘤總RNA抽提 每50 mg Panc02胰腺癌組織中加入1 mL TRIzol(美國(guó)Life Technologies公司)，組織破碎儀破碎1 min，3 000 rpm離心3 min后吸取上清，加入0.2 mL的氯仿振蕩混均30 s，室溫靜置5 min。12 000 rpm、4°C下離心15 min，取上層水相轉(zhuǎn)移至新的離心管中，加入等量異丙醇混均30 s，室溫下靜置10 min。12 000 rpm、4°C離心10 min，棄上清，1 mL 預(yù)冷的75%乙醇洗RNA沉淀1次，加入40 μL RNase-free的水溶解沉淀，電泳鑒定RNA抽提質(zhì)量。

1.6 基因表達(dá)譜檢測(cè) 基因表達(dá)譜芯片實(shí)驗(yàn)由上海伯豪生物技術(shù)有限公司提供技術(shù)服務(wù)，所用芯片為Agilent小鼠全基因組44K表達(dá)譜芯片。簡(jiǎn)要過程：對(duì)樣品中的mRNA進(jìn)行放大和標(biāo)記(Agilent公司配套試劑盒)，用RNeasy mini kit(QIAGEN公司)純化標(biāo)記好的cRNA。按Agilent表達(dá)譜芯片配套提供的雜交標(biāo)準(zhǔn)流程和配套試劑盒，1.65 μg cRNA在65°C、10 rpm滾動(dòng)雜交爐中與芯片雜交17 h。洗片，用Agilent Microarray Scanner對(duì)芯片上的熒光信號(hào)進(jìn)行掃描。Feature Extraction software 10.7讀取數(shù)據(jù)，最后采用Gene Spring Software 11.5進(jìn)行歸一化處理，所用的算法為Quantile。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。小鼠瘤重、體積和數(shù)量采用獨(dú)立非配對(duì)t檢驗(yàn)或非參數(shù)秩和檢驗(yàn)，P<0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 EE對(duì)C57BL/6小鼠皮下瘤的抑制作用

2.1.1 惡性黑色素瘤 C57BL/6雄性3周齡小鼠25只隨機(jī)分為EE組12只及對(duì)照SE組13只，各自環(huán)境中飼養(yǎng)3周后小鼠皮下接種B16F10黑色素瘤細(xì)胞，繼續(xù)同樣環(huán)境飼養(yǎng)。第17天處死小鼠時(shí)，EE組及SE組的腫瘤狀況見圖2，SE組100%成瘤，而EE組中有3只小鼠未成瘤。EE飼養(yǎng)能延緩皮下移植腫瘤的形成(見圖3A)，且EE組平均瘤重(2.01±0.61g)顯著低于對(duì)照組瘤重(3.53±0.62g，P<0.05，見圖3B)，與對(duì)照組相比，EE抑瘤率為43.0%。

SE：常規(guī)飼養(yǎng)；EE：豐富生存環(huán)境飼養(yǎng)。

2.1.2 胰腺癌 C57BL/6雄性3周齡小鼠在EE環(huán)境(12只)和SE環(huán)境(12只)中飼養(yǎng)3周，接種Panc02胰腺癌細(xì)胞，繼續(xù)原環(huán)境飼養(yǎng)。兩組小鼠Panc02胰腺癌成瘤狀況(見圖3C)。第35天實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，EE組腫瘤的平均瘤重(0.23±0.03g)顯著小于對(duì)照組小鼠的平均瘤重(0.55±0.04g，P<0.01，見圖3D)。與對(duì)照組相比，EE抑瘤率達(dá)到58.2%。

2.2 EE對(duì)APCMin/+小鼠自發(fā)瘤的抑制作用 3周齡雄性APCMin/+小鼠隨機(jī)分為2組，每組12只，置EE或SE環(huán)境中飼養(yǎng)20周，處死小鼠，留取腸道標(biāo)本觀察腺瘤形成狀況(見圖4A)。HE染色后可見腸上皮細(xì)胞具有腺瘤特征(見圖4B)。亞甲藍(lán)染色后統(tǒng)計(jì)EE組小鼠腸道內(nèi)腺瘤數(shù)量為18.08±1.75個(gè)/鼠，顯著少于SE組24.17±1.19個(gè)/鼠(P<0.01，見圖4C)；對(duì)腺瘤體積進(jìn)行分析，EE組小鼠為86.70±10.32 mm3/鼠，顯著少于SE組的139.07 ± 13.57 mm3/鼠(P<0.01見圖4D)。EE對(duì)APCMin/+小鼠的腸道自發(fā)腺瘤具有較好的抑制作用。

A: B16F10細(xì)胞接種后不同時(shí)間點(diǎn)EE和SE組成瘤率比較；B：EE組合和SE組B16F10惡性黑色素瘤平均瘤重比較；C：小鼠胰腺癌PNAC02接種后不同時(shí)間點(diǎn)EE和SE組成瘤率比較；D: EE組和SE組PNAC02胰腺癌平均瘤重比較；SE：常規(guī)飼養(yǎng)；EE：豐富生存環(huán)境飼養(yǎng)；*P<0.05；**P<0.01。

A:亞甲藍(lán)染色后，SE和EE飼養(yǎng)小鼠腸道內(nèi)腺瘤數(shù)目比較；B: 小鼠腸腺瘤HE染色，×20放大；C: ApcMin/+小鼠在EE下腸道腺瘤數(shù)目明顯小于常規(guī)飼養(yǎng)組；D: EE條件下腸道腺瘤體積顯著小于常規(guī)飼養(yǎng)組；SE：常規(guī)飼養(yǎng)；EE：豐富生存環(huán)境飼養(yǎng)；**P<0.01。

2.3 胰腺癌組織基因表達(dá)譜的通路分析 為了探索EE抑制腫瘤的分子途徑，我們對(duì)EE組和SE組的Panc02胰腺癌皮下瘤進(jìn)行了小鼠全基因組表達(dá)譜芯片檢測(cè)。結(jié)果顯示，在41265基因檢測(cè)點(diǎn)中，差異1.5倍以上的基因點(diǎn)11653個(gè)，其中下調(diào)6191個(gè)(53.1%)；差異3倍以上基因點(diǎn)共3022個(gè)，其中下調(diào)2118個(gè)(70.1%)；差異5倍以上的基因點(diǎn)1459個(gè)，其中下調(diào)1162個(gè)(79.6%)。隨著差異倍數(shù)的增大，差異基因傾向于以下調(diào)為主(見圖5)。

A：1.5倍以上差異基因；B：2倍以上差異基因；C：2.5倍以上差異基因；D：3倍以上差異基因；E：5倍以上差異基因；SE：常規(guī)飼養(yǎng)；EE：豐富生存環(huán)境飼養(yǎng)。

對(duì)2倍以上差異基因進(jìn)行KEGG通路分析后獲得的P<0.001的通路見表1。上調(diào)基因主要富集在細(xì)胞粘附相關(guān)的通路，包括緊密連接(Tight junction)和粘附連接(Adherence junction)，同時(shí)還有腫瘤信號(hào)通路(Pathways in cancer)等。下調(diào)基因富集的通路主要涉及線粒體功能(三羧酸循環(huán)Citrate cycle、氧化磷酸化 Oxidative phosphorylation、糖酵解/糖合成Glycolysis/Gluconeogenesis)和免疫系統(tǒng)功能(基本免疫缺陷Primary immunodeficiency、血液細(xì)胞系Hematopoietic cell lineage、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體交互作用Cytokine-cytokine receptor interaction、IgA相關(guān)腸道免疫網(wǎng)絡(luò)Intestinal immune network for IgA production)，同時(shí)還包括鈣離子信號(hào)通路(Calcium signaling pathway)。下調(diào)基因富集的疾病通路有神經(jīng)退行性疾病(帕金森病Parkinson's disease和阿爾茨海默病Alzheimer's disease)和心臟疾病(擴(kuò)張性心肌病Dilated cardiomyopathy、肥厚性心肌病 Hypertrophic cardiomyopathy、心肌收縮Cardiac muscle contraction、致心律失常性右室心肌病 Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy、病毒性心肌炎Viral myocarditis)。

表1 Panc02瘤體2倍以上差異基因的KEGG通路分析

通路名稱基因數(shù)P上調(diào)基因KEGG分析富集通路Tightjunction272．32E-07Axonguidance232．05E-05Pathwaysincancer375．53E-04Adherensjunction148．57E-04下調(diào)基因KEGG分析富集通路Dilatedcardiomyopathy342．16E-09Hypertrophiccardiomyopathy(HCM)323．01E-09Cardiacmusclecontraction308．05E-09Celladhesionmolecules(CAMs)445．13E-08Primaryimmunodeficiency181．82E-07Hematopoieticcelllineage292．19E-07Arrhythmogenicrightventricularcardiomyopathy(ARVC)253．69E-06Cytokine-cytokinereceptorinteraction554．10E-06Viralmyocarditis289．20E-06Calciumsignalingpathway442．59E-05Citratecycle(TCAcycle)142．59E-05Parkinson＇sdisease342．93E-05Alzheimer＇sdisease423．93E-05IntestinalimmunenetworkforIgAproduction181．22E-04Oxidativephosphorylation306．23E-04Glycolysis/Gluconeogenesis198．39E-04

3 討論

EE作為一種調(diào)控神經(jīng)可塑性的良性心理應(yīng)激手段被廣泛應(yīng)用于衰老[8]、學(xué)習(xí)記憶[9-10]、腦損傷[6, 11]、神經(jīng)退行性病變[5]等領(lǐng)域，取得了令人振奮的結(jié)果。EE對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展影響的研究，直到近年才剛剛起步[2, 7]。Cao等[2]在2010年首先報(bào)道了EE對(duì)小鼠惡性黑色素瘤和結(jié)腸癌移植瘤具有顯著的抑瘤作用。在乳腺癌小鼠移植瘤模型中，Nachat-Kappes等[7]也發(fā)現(xiàn)EE對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有抑制作用。本研究中，我們不僅證實(shí)了EE對(duì)惡性黑色素瘤具有抑制性，而且還證實(shí)其對(duì)小鼠胰腺癌也具有顯著的抑制作用，且抑瘤率高達(dá)58.2%，略低于胰腺癌治療的主要化療藥物吉西他濱和5-氟尿嘧啶(抑瘤率為70%～85%)在本小鼠胰腺癌模型中的抑瘤效果(結(jié)果未呈現(xiàn))。結(jié)合EE對(duì)APCMin/+突變小鼠腸道自發(fā)瘤的抑制現(xiàn)象，我們認(rèn)為良性精神行為對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有普遍的抑制作用。本研究結(jié)果從新的角度支持了醫(yī)學(xué)模式由生物轉(zhuǎn)向生物-心理-社會(huì)醫(yī)學(xué)模式的必要性，也為腫瘤的綜合質(zhì)量提供了新的措施，具有較大的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

有關(guān)EE抑瘤的作用機(jī)理，迄今研究較少。EE可顯著提高小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的BDNF水平[2]，在我們的研究中也得到證實(shí)[12]。雖然有研究顯示，中樞BDNF表達(dá)增加，可通過下丘腦-交感神經(jīng)軸，使脂肪細(xì)胞因子瘦素的分泌下調(diào)和脂聯(lián)素的分泌上調(diào)，最終抑制腫瘤的生長(zhǎng)[2]。在小鼠Panc02胰腺癌模型中， 我們也觀察到EE能下調(diào)荷瘤小鼠中瘦素的水平(結(jié)果未呈現(xiàn))，提示了外周脂肪細(xì)胞因子水平的改變可能直接作用于腫瘤并參與EE對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用。但脂肪細(xì)胞因子或其他受EE調(diào)控的中樞/外周因子在腫瘤細(xì)胞內(nèi)如何發(fā)揮調(diào)控作用的分子機(jī)制，目前尚不清楚。探討EE小鼠腫瘤細(xì)胞內(nèi)的分子和通路改變，有助于闡明EE整體調(diào)控腫瘤的可能途徑。

通過表達(dá)譜芯片我們發(fā)現(xiàn)，在豐富生存條件下，Panc02移植瘤內(nèi)基因表達(dá)譜發(fā)生了一系列顯著改變。對(duì)表達(dá)譜芯片提示有2倍以上表達(dá)差異的基因，我們進(jìn)行了實(shí)時(shí)熒光定量PCR驗(yàn)證，結(jié)果證實(shí)所有定量PCR檢測(cè)基因均有與芯片檢測(cè)上調(diào)或下調(diào)方向一致的表達(dá)改變，其中83.3%(10/12)的基因定量PCR差異達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[12]，提示我們的表達(dá)譜芯片分析結(jié)果具有較好的可靠性。腫瘤的發(fā)生發(fā)展與細(xì)胞內(nèi)眾多信號(hào)通路的激活或失活有關(guān)，EE對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的基因表達(dá)下調(diào)作用，一部分很可能與其腫瘤抑制作用有關(guān)。對(duì)瘤體2倍以上差異的上調(diào)和下調(diào)基因分別進(jìn)行Kegg Pathway分析后，獲得P<0.01的通路20條，其中下調(diào)基因涉及的通路為16條，占全部富集通路的80%，提示了EE對(duì)腫瘤的作用更集中于對(duì)信號(hào)通路的負(fù)向調(diào)控。在這些富集的通路中，有些與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如細(xì)胞粘附功能和免疫系統(tǒng)功能相關(guān)通路，提示EE可能通過增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞之間的粘附和減弱腫瘤對(duì)免疫的抑制作用發(fā)揮其抑瘤作用。更為值得關(guān)注的是，EE能引起腫瘤細(xì)胞內(nèi)線粒體相關(guān)基因的表達(dá)改變，具體表現(xiàn)為普遍下調(diào)了從丙酮酸脫羧、三羧酸循環(huán)至氧化磷酸化反應(yīng)中的各個(gè)重要的催化酶基因的表達(dá)，如檸檬酸合成酶(CS)、蘋果酸脫氫酶2(MDH2)、烏頭酸酶2(ACO2)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、泛醌-細(xì)胞色素C還原酶核心蛋白(UQCRC)等提示EE可能會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞線粒體功能。雖然胰腺癌和其他腫瘤一樣存在Warburg效應(yīng)，即腫瘤細(xì)胞主要通過糖酵解來提供能量，但最近有研究顯示線粒體的三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化相關(guān)的功能對(duì)胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展同樣具有重要的作用，抑制這些功能能導(dǎo)致胰腺癌生長(zhǎng)緩慢[13-14]。今后如能進(jìn)一步證實(shí)EE調(diào)控線粒體的呼吸功能，將為研究EE抑制腫瘤的分子機(jī)制提供一條重要的線索。有趣的是，EE下調(diào)基因的KEGG分析還富集到了神經(jīng)退行性疾病(帕金森病和阿爾茨海默病)和心臟疾病的通路。神經(jīng)元線粒體氧化磷酸化功能紊亂是導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的重要機(jī)制之一[15]，EE與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)聯(lián)在于兩者在線粒體相關(guān)基因的改變上有共性。在對(duì)EE與心臟疾病通路相關(guān)的具體基因進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，他們中的一些與鈣離子信號(hào)有關(guān)，如心肌肌鈣蛋白C(TNNC1)、腺苷酸環(huán)化酶(ADCY)、骨骼肌鈣通道α1(CACNA1S)等，這一信號(hào)系統(tǒng)在EE抗腫瘤中的作用，也值得深入探討。

總之，本研究證實(shí)了EE對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)具有普遍的抑制作用，提示了將良性心理應(yīng)激在腫瘤輔助治療中的運(yùn)用前景。表達(dá)譜分析結(jié)果則為進(jìn)一步探討EE的抗腫瘤機(jī)制提供了線索。

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[收稿2015-02-26;修回2015-03-20]

(編輯：譚秀榮)

Study on the inhibitory effects of enriched environment on tumor growth and the potential mechanisms

GanYu,LiGuohua,WuYufeng,CaiXiaojin,YaoMing,TuHong

(State Key Laboratory of Oncogene and Related Genes, Shanghai Cancer Institute, Shanghai Jiao-Tong University School of Medicine, Renji Hospital，Shanghai 200032, China)

Objective To investigate the effects of enriched environment (EE) housing condition on tumor growth and explore the potential mechanisms responsible for such inhibition.Methods After exposed to EE condition (a group of 12 mice raised in an enlarged cage containing various toys for exploration, learning and physical exercise) or standard environment (SE) for 3 weeks, mice were subcutaneously implanted with B16F10 melanoma cells or Panc02 pancreatic cancer cells and returned to their respective housing conditions. The tumor weights were compared between EE and SE groups. Three-week-old APCMin/+mice were randomized to be raised in EE or SE housing conditions for 20 weeks. The number of intestinal adenomas was counted in each EE and SE mice. Gene expression profiles of Panc02 zynografts from EE and SE mice were measured by Agilent 44K Whole Mouse Genome Oligo Microarray.Results Compared with SE group, EE housing significantly inhibited the growth of both B16F10 melanoma and Panc02 pancreatic tumors with the inhibitory rates of 43.0 % (P<0.05) and 58.2% (P<0.01), respectively. EE could also significantly reduce the formation of intestinal adenomas in APCMin/+mice. KEGG pathway enrichment analysis with the gene expression profiles of tumor samples showed that the differentially expressed genes were overrepresented in pathways linking to cell adhesion and mitochondria-related functions, and were overlapped with genes related to neurodegenerative disorders and cardiac diseases.Conclusion EE exposure yields robust inhibitory effects on the development and progression of tumors. The results also suggest an involvement of mitochondria-related genes in regulating tumor growth by EE.

malignant tumor; enriched environment; gene expression profile

國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(NO:81201823)；癌基因和相關(guān)基因國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目(NO:91-11-02，91-13-06)。

屠紅，女，醫(yī)學(xué)博士，研究員，上海交通大學(xué)博士生導(dǎo)師。本科畢業(yè)于上海醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)。上海醫(yī)科大學(xué)和美國(guó)南加州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，法國(guó)巴斯德研究所博士后。2008年起任上海市腫瘤研究所“癌基因及相關(guān)基因國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”課題組長(zhǎng)，2005至2010年兼任美國(guó)路易斯安娜州立大學(xué)PBRC研究所Research Instructor。主要從事肝炎病毒和肝癌的分子生物學(xué)研究，以及神經(jīng)精神因素對(duì)惡性腫瘤的系統(tǒng)調(diào)控研究。先后負(fù)責(zé)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、上海市科委重大項(xiàng)目、“十二五”/“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)等科研任務(wù)，研究成果獲國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、上海中西醫(yī)結(jié)合科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)、中法科技協(xié)會(huì)生物技術(shù)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。發(fā)表論文90余篇，其中SCI收錄45篇，參編中、英文論著4部，獲國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。現(xiàn)任上海市抗癌協(xié)會(huì)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員，國(guó)家及多省市基金項(xiàng)目和成果評(píng)審專家?guī)斐蓡T，上海市腫瘤研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)委員。擔(dān)任WorldJournalofGastroenterology，《腫瘤》等雜志編委，以及ScientificReports、CancerPreventionResearch等雜志審稿人。

R446.62

A

1000-2715(2015)02-0111-06