侯沛穎,孫媭,黃秀鳳,王毅,鮑慶華,歐陽東興,徐華潮*
(1.浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,浙江杭州 311300)(2.杭州富陽國(guó)有農(nóng)林資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司,浙江杭州 311400)
關(guān)鍵字:斗米蟲蛋白;4T1 荷瘤小鼠;體內(nèi)抗腫瘤
斗米蟲,異名云實(shí)蛀蟲,主要是指寄生于豆科植物云實(shí)(Caesalpinia decapetala(Roth)Alston)樹莖中的銹色粒肩天牛(Apriona swainsoniHope)和桑天牛(Apriona germari)的天牛全蟲幼蟲[1],古人常用一斗米來換取一條蟲,故稱此蟲為斗米蟲。早在《中華本草》中就記載了斗米蟲有治療勞傷、透疹和增強(qiáng)筋骨的藥用價(jià)值,《本草綱目》一書中記載食用此蟲可治療小兒疳積、麻毒內(nèi)陷、筋骨疼痛、肝硬化等疾病。江西上饒及浙江某些地區(qū)不少癌癥病人長(zhǎng)期食用斗米蟲,病情都有所好轉(zhuǎn)[2]。
當(dāng)前治療腫瘤的主要手段是化療,但經(jīng)過化療人體會(huì)產(chǎn)生許多毒副作用如損傷免疫功能、損害胃腸道、破壞肝功能和骨髓抑制等,這些毒副作用限制了化療藥物療效的進(jìn)一步提高和發(fā)展。中醫(yī)認(rèn)為腫瘤的發(fā)病根基是氣血兩虧,且在臨床常常見到痰凝、血瘀等癥狀,因此中醫(yī)治療以活血化瘀、扶正培本、軟堅(jiān)散結(jié)、清熱解毒、利濕逐水為主[3]。目前藥用昆蟲在治療腫瘤的研究中已發(fā)現(xiàn)有增效減毒作用,而且能增加腫瘤對(duì)化療藥物的敏感性[4]。例如,斑蝥素對(duì)人低分化胃癌細(xì)胞細(xì)胞有顯著抑制作用,且對(duì)比于其他抗腫瘤藥物可以顯著激活骨髓的活性,以增強(qiáng)生物體自身的免疫力抵御腫瘤[5];蟑螂提取物具有抗病毒、抗腫瘤、抗菌、增強(qiáng)肌體免疫力等作用[6-7];蠐螬提取物對(duì)人胃癌細(xì)胞、人宮頸癌細(xì)胞具有誘導(dǎo)凋亡作用[8-10]等。因此,越來越多的研究者開始關(guān)注新型抗腫瘤藥物的研發(fā),從天然藥用昆蟲中發(fā)現(xiàn)高效、低毒且特異性調(diào)節(jié)癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的成分,利用藥用昆蟲治療腫瘤或者輔助治療腫瘤達(dá)到增效減毒的目的,則具有極其重要的意義。
鑒于其臨床應(yīng)用前景及廣闊的市場(chǎng)前景,課題組前期對(duì)斗米蟲開展了相關(guān)研究。首先關(guān)于斗米蟲的人工飼養(yǎng)技術(shù)探究,基于蟲體生長(zhǎng)指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分、保護(hù)酶活性三方面篩選出了適合斗米蟲生長(zhǎng)的飼料配方,為人工大規(guī)模養(yǎng)殖斗米蟲提供理論依據(jù)[11]。其次關(guān)于食用斗米蟲微生物安全性評(píng)價(jià)方面,基于高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)新鮮斗米蟲存在多種潛在腐敗細(xì)菌和食物病原體,但經(jīng)過熱處理等有微生物滅活效果的加工流程可避免或最小化食用昆蟲帶來的微生物風(fēng)險(xiǎn),這可對(duì)食用昆蟲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)[12]。對(duì)于斗米蟲蛋白抗腫瘤功效方面的研究,已有體外抗腫瘤效果初探:斗米蟲蛋白能抑制小鼠胃癌細(xì)胞(MFC)和小鼠乳腺癌細(xì)胞(4T1)的增殖,抑制4T1 細(xì)胞的遷移率,且能誘導(dǎo)4T1 及MFC 細(xì)胞凋亡,斗米蟲蛋白能促進(jìn)小鼠單核巨噬細(xì)胞(RAW264.7)細(xì)胞增殖,提高其吞噬活性,說明斗米蟲蛋白具有較強(qiáng)的體外抗腫瘤活性及免疫調(diào)節(jié)活性[13]。本實(shí)驗(yàn)以斗米蟲蛋白為對(duì)象,通過構(gòu)建BALB/c-4T1 荷瘤小鼠模型來研究斗米蟲蛋白的體內(nèi)抗腫瘤作用,這將為斗米蟲的蛋白活性價(jià)值研究及其保健食品的開發(fā)利用提供參考。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
實(shí)驗(yàn)用斗米蟲(經(jīng)浙江農(nóng)林大學(xué)徐華潮教授鑒定為銹色粒肩天牛幼蟲)200 條,購自江西省上饒市橫峰縣斗米蟲養(yǎng)殖場(chǎng)。
RPMI1640、青-鏈霉素、胎牛血清(FBS)和胰蛋白酶均購自美國(guó)Gibco 公司;熒光素鉀鹽購自上海普飛生物有限公司。
1.1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與供試瘤株
雌性SPF 級(jí)BALB/c 小鼠40 只,18~22 g,6~8周齡,由中國(guó)科學(xué)院上海實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心/上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司提供,生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(滬)2017-0005。
本實(shí)驗(yàn)BALB/c 小鼠在浙江中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中心SPF 級(jí)小鼠飼養(yǎng)室飼養(yǎng),使用許可證號(hào):SYXK(浙)2018-0012,飼養(yǎng)條件:恒溫(22±2 ℃),保濕(50%~60%),光照每12 h 明暗交替,換風(fēng)次數(shù)15~20 次/h。每日兩次即8:00~9:00 和15:00~16:00定時(shí)喂養(yǎng)試驗(yàn)小鼠。所有實(shí)驗(yàn)步驟均嚴(yán)格按照中國(guó)關(guān)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用和護(hù)理的立法進(jìn)行,經(jīng)浙江中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物福利與倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn),倫理審批號(hào):20200706-08。
小鼠乳腺癌4T1 細(xì)胞株,購自于中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞研究所。
1.1.3 儀器設(shè)備
臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(H1650R),湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)有限公司;臺(tái)式低速離心機(jī)(TD5A),湖南凱達(dá)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司;小動(dòng)物麻醉呼吸機(jī),美國(guó)Hallowell 公司;IVISLuminaLT 型小動(dòng)物成像系統(tǒng),美國(guó)Caliper 公司。
1.2.1 斗米蟲總蛋白提取
取200 條,單頭體質(zhì)量為1.70 g 左右,蟲齡為5齡的新鮮斗米蟲,放入-80 ℃冰箱中冷凍處死,隨后置于冷凍干燥機(jī)中,脫水干燥5 d 后取出幼蟲。將凍干的蟲體研磨成粉狀,加入500 mL預(yù)冷的PBS buffer。冰浴超聲提取30 min,4 ℃冰箱提取過夜。4 ℃,12000 r/min 離心15 min,取上清,舍棄沉淀,冷凍干燥[13]。
1.2.2 細(xì)胞培養(yǎng)和收集
用含10%胎牛血清50 IU/mL 青霉素50 μg/mL 鏈霉素的RPM1640 培養(yǎng)基作為小鼠乳腺癌4T1 細(xì)胞的培養(yǎng)液,置于5% CO2、37 ℃細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)細(xì)胞。待復(fù)蘇后第3 代細(xì)胞長(zhǎng)至70%~80%融合,用0.25%胰酶消化3~5 min,1000 r/min 離心5 min,棄去上清液,PBS 洗滌3 次,計(jì)數(shù),細(xì)胞濃度調(diào)整至5×106cells/mL。
1.2.3 BALB/c-4T1 荷瘤小鼠模型建立
參考相關(guān)文獻(xiàn)[14-16],取體重為18~22 g 的BALB/c雌性小鼠40 只,自由采食和飲水,預(yù)適應(yīng)一周后開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小鼠用異氟烷呼吸麻醉,仰臥固定,在BALB/c 小鼠右側(cè)倒數(shù)第2 對(duì)乳腺脂肪墊處,注入100 μL 4T1 細(xì)胞懸液,每只小鼠接種5×105cells,制作BALB/c-4T1 荷瘤小鼠模型,注射后出現(xiàn)局部包塊,無細(xì)胞懸液滲出及出血,每日觀察小鼠和腫瘤生長(zhǎng)情況,接種后一周,開始第一次給藥。
1.2.4 分組及給藥
40 只小鼠接種后按體重隨機(jī)分為5 組,斗米蟲蛋白低劑量組(50 mg/kg 體重,ig)、斗米蟲蛋白中劑量組(100 mg/kg 體重,ig)、斗米蟲蛋白高劑量組(200 mg/kg 體重,ig),順鉑(DDP)陽性藥對(duì)照組(30 mg/kg,ip)和模型對(duì)照組(等體積生理鹽水),每組8 只。按0.1 mL/10 g 體重的給藥體積配制為相應(yīng)濃度,斗米蟲蛋白低、中、高試驗(yàn)組和模型對(duì)照組每日灌胃給藥,連續(xù)27 d,順鉑陽性藥組每周三次(隔日)腹腔注射給藥,周期27 d。每日觀察小鼠飲食、活動(dòng)及死亡情況。
1.2.5 指標(biāo)測(cè)定
1.2.5.1 斗米蟲蛋白對(duì)4T1 荷瘤小鼠體重及腫瘤的影響
從給藥后,開始每周三次(隔日)用電子天平給荷瘤小鼠稱重和用游標(biāo)卡尺進(jìn)行活體腫瘤大小測(cè)量(包括腫瘤最大長(zhǎng)徑a和腫瘤橫徑b)。參見相關(guān)文獻(xiàn)[17-19],相關(guān)計(jì)算公式如下:
1.2.5.2 斗米蟲蛋白對(duì)4T1 荷瘤小鼠臟器質(zhì)量及指數(shù)的影響
第28 d 處死小鼠,用電子天平給小鼠稱重,眼眶靜脈采血,頸椎脫臼處死小鼠后,剝離腫瘤組織和各臟器,用生理鹽水洗滌,然后用濾紙吸干稱重。根據(jù)以下公式[3,20],計(jì)算荷瘤小鼠各主要臟器指數(shù):
1.2.5.3 小動(dòng)物成像系統(tǒng)檢測(cè)體內(nèi)4T1 腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)情況
給藥第7、14、21 d 時(shí),各組小鼠腹腔注射100 μL/10 g 的15 mg/mL 熒光素鉀鹽酶底物(劑量為150 mg/kg),底物腹腔注射15 min 后,用麻醉機(jī)進(jìn)行異氟烷麻醉后,置于小動(dòng)物活體成像儀中觀測(cè)小鼠乳腺癌腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)情況。
1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
運(yùn)用SPSS 21.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果均采用以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示(mean±SEM),多組間比較采用單因素方差分析(One-wayANOVA),p<0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用GraphPadprism 6 軟件進(jìn)行繪圖。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,各組別BALB/c-4T1 荷瘤小鼠(除陽性對(duì)照組)飲水、進(jìn)食均正常,而陽性對(duì)照組給藥一段時(shí)間后食欲表現(xiàn)欠佳;各組別荷瘤小鼠均未見有堅(jiān)毛、運(yùn)動(dòng)失調(diào)或活動(dòng)受限、呼吸困難、煩躁等反應(yīng),所有小鼠均能耐受實(shí)驗(yàn)。
小鼠的體重變化被認(rèn)為是評(píng)價(jià)安全性的指標(biāo)之一,體質(zhì)量呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)都是符合荷瘤小鼠的正常生長(zhǎng)情況的。由圖1 可知:模型對(duì)照組和斗米蟲蛋白各劑量組,小鼠體重均呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì),而陽性對(duì)照組在給藥一段時(shí)間后,體重呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。如表1 所示:給藥前,與模型對(duì)照組相比,各組荷瘤小鼠體重均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;給藥后,與模型對(duì)照組相比,斗米蟲蛋白各劑量組均無顯著差異性,說明斗米蟲蛋白對(duì)小鼠沒有明顯的藥物毒性,而陽性對(duì)照組具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p<0.05)。荷瘤小鼠體重增長(zhǎng)量最大的是斗米蟲蛋白高劑量組(200 mg/kg),體重變化率由大到小依次為:斗米蟲蛋白高劑量組(+8.96%)>模型對(duì)照組(+6.86%)>低劑量組(+6.67%)>中劑量組(+3.70%)>DDP 組(-12.62%)。陽性對(duì)照組荷瘤小鼠體重呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì),可能是因?yàn)榛熕幬镌谝种颇[瘤過程中,會(huì)致使荷瘤小鼠食欲不振,對(duì)機(jī)體有較強(qiáng)的毒副作用。
圖1 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠體重的影響Fig.1 Effect of different treatment methods on body weight in 4T1 tumor-bearing mice
表1 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠給藥前后體重的影響(mean±SEM)Table 1 Effect of different treatment methods on body weight before and after dosing in 4T1 tumor-bearing mice
綜合以上,表明斗米蟲蛋白對(duì)4T1 荷瘤小鼠體重?zé)o顯著影響,小鼠生長(zhǎng)環(huán)境適宜,與順鉑相比,不會(huì)引起小鼠食欲不振,具有對(duì)荷瘤小鼠體重?zé)o影響的優(yōu)勢(shì)。
2.3.1 斗米蟲蛋白對(duì)4T1 荷瘤小鼠腫瘤體積的影響
由圖2 可知:模型對(duì)照組荷瘤小鼠腫瘤生長(zhǎng)正常,而陽性對(duì)照組和斗米蟲各劑量組荷瘤小鼠腫瘤體積增長(zhǎng)速度變慢。從圖3 可以看出:模型對(duì)照組腫瘤體積增長(zhǎng)量最大,陽性對(duì)照組腫瘤體積增長(zhǎng)量最小,斗米蟲蛋白各劑量組則介于中間;給藥前,與模型對(duì)照組相比,各組別荷瘤小鼠腫瘤體積均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;給藥后,與模型對(duì)照組相比,陽性對(duì)照組和斗米蟲蛋白中濃度劑量組(100 mg/kg)的腫瘤體積增長(zhǎng)量具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性(p<0.05),腫瘤體積抑制率分別為38.57%和23.08%。
圖2 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠腫瘤體積的影響Fig.2 Effect of different treatment methods on tumor volume in 4T1 tumor-bearing mice
圖3 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠腫瘤體積增長(zhǎng)量的影響Fig.3 Effect of different treatment methods on tumor volume growth in 4T1 tumor-bearing mice
2.3.2 斗米蟲蛋白對(duì)4T1 荷瘤小鼠腫瘤質(zhì)量的影響
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,脫頸處死小鼠,摘取腫瘤稱重并拍照,腫瘤實(shí)物圖見圖4。
圖4 不同處理方式4T1 荷瘤小鼠腫瘤實(shí)物圖Fig.4 Tumor images of different treatment methods on 4T1 tumor-bearing mice
結(jié)合表2 可發(fā)現(xiàn),陽性對(duì)照組腫瘤質(zhì)量最小,斗米蟲蛋白中劑量組次之,且與模型對(duì)照組相比,均有顯著差異性(p<0.05),而中劑量組與陽性對(duì)照組相比,腫瘤質(zhì)量無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性(p>0.05),表明斗米蟲蛋白中劑量組(100 mg/kg)在體內(nèi)對(duì)4T1 腫瘤有較強(qiáng)的抑制效果,這與孫媭等[13]研究結(jié)果相互印證。孫媭等研究發(fā)現(xiàn),斗米蟲蛋白體外可以抑制4T1 細(xì)胞的遷移,誘導(dǎo)4T1 細(xì)胞的凋亡,能顯著抑制4T1 細(xì)胞的增殖作用(p<0.05),體外4T1 細(xì)胞增值抑制率最高能達(dá)到53%。本實(shí)驗(yàn)?zāi)[瘤質(zhì)量抑制率從高到低依次為:陽性對(duì)照組(48.08%)>斗米蟲蛋白中劑量組(36.06%)>低劑量組(23.08%)>高劑量組(21.63%)。
表2 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠腫瘤質(zhì)量的影響(mean±SEM)Table 2 Effect of different treatment methods on tumor weight in 4T1 tumor-bearing mice (mean±SEM)
綜合以上,表明斗米蟲蛋白在體內(nèi)對(duì)4T1 腫瘤生長(zhǎng)有一定抑制作用,且斗米蟲蛋白中劑量組(100 mg/kg)體內(nèi)抑制4T1 腫瘤效果最顯著,抑瘤率達(dá)到36.06%。
從圖5 可看出,陽性對(duì)照組荷瘤小鼠的各主要臟器質(zhì)量最小,斗米蟲蛋白各劑量組與模型對(duì)照組的各主要臟器質(zhì)量相比沒有顯著差異性,而與陽性對(duì)照組相比具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性(?p<0.05);與模型對(duì)照組相比,僅有陽性對(duì)照組荷瘤小鼠的肝臟、脾臟、肺臟、腎臟質(zhì)量明顯降低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性(*p<0.05),說明順鉑會(huì)對(duì)荷瘤小鼠各主要臟器表現(xiàn)出一定的毒副作用,而斗米蟲蛋白則未表現(xiàn)出明顯毒副作用。
圖5 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠主要臟器質(zhì)量的影響Fig.5 Effects of different treatment methods on the main viscera weight in 4T1 tumor-bearing mice
如表3 所示:就心臟指數(shù)、肺臟指數(shù)、腎臟指數(shù)而言,各處理組之間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性;與模型對(duì)照組相比,陽性對(duì)照組的肝臟指數(shù)和脾臟指數(shù)顯著降低(*p<0.05),而斗米蟲蛋白各劑量組均無顯著差異性,說明順鉑對(duì)臟器有一定的毒害作用,而斗米蟲蛋白組未表現(xiàn)明顯毒副作用。
表3 不同處理方式對(duì)4T1 荷瘤小鼠主要臟器指數(shù)的影響(mean±SEM)Table 3 Effects of different treatment methods on the main viscera index of 4T1 tumor-bearing mice (mean±SEM)
脾臟屬于免疫器官,其與機(jī)體免疫反應(yīng)的發(fā)生息息相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,陽性對(duì)照組的脾臟質(zhì)量和脾臟系數(shù)與模型對(duì)照組相比均顯著減小(p<0.05),說明順鉑在一定程度上抑制了荷瘤小鼠機(jī)體免疫作用。而斗米蟲蛋白各劑量組的脾臟質(zhì)量和脾臟指數(shù)與模型對(duì)照組相比雖均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,但有減小的趨勢(shì),推測(cè)斗米蟲蛋白可能通過免疫調(diào)節(jié)的方式發(fā)揮體內(nèi)抗腫瘤作用。孫媭等[13]體外試驗(yàn)表明:斗米蟲蛋白能促進(jìn)巨噬細(xì)胞(RAW264.7)的細(xì)胞增殖作用(p<0.05),提高RAW264.7 吞噬活性、NO 釋放量、TNF-α、1L-1β和IL-6 分泌量及TNF-α、IL-1、TLR4、MIR-7、IFN-γ和IL-6 細(xì)胞因子的mRNA 水平以及能顯著下調(diào)4T1 細(xì)胞中MMP2、MMP9、STAT3、c-Myc和Sdf1mRNA 水平(p<0.05,p<0.01),斗米蟲蛋白還能明顯增加RAW264.7 細(xì)胞MyD88 和TRIF 蛋白的表達(dá)量,證實(shí)了斗米蟲蛋白在體外具有潛在免疫調(diào)節(jié)作用。而關(guān)于斗米蟲蛋白體內(nèi)是否通過免疫調(diào)控的途徑以參與抗腫瘤的過程,還需進(jìn)行下一步的探討和補(bǔ)充。
綜合以上,表明斗米蟲蛋白對(duì)荷瘤小鼠各主要臟器無明顯毒副作用,與順鉑相比,具有對(duì)荷瘤小鼠各主要臟器無明顯毒害的優(yōu)勢(shì)。
小動(dòng)物成像系統(tǒng)可以檢測(cè)荷瘤小鼠4T1 腫瘤細(xì)胞熒光信號(hào)。由圖6 可以看出:模型對(duì)照組荷瘤裸小鼠隨著接種時(shí)間的延長(zhǎng),熒光信號(hào)也不斷升高,說明腫瘤生長(zhǎng)良好。與模型對(duì)照組相比,斗米蟲蛋白各劑量組熒光信號(hào)相對(duì)減弱,但不及陽性對(duì)照組,與腫瘤生長(zhǎng)情況相符合,表明斗米蟲蛋白在體內(nèi)對(duì)4T1 腫瘤細(xì)胞有一定的抑制作用。
圖6 不同處理方式的荷瘤小鼠IVIT 成像Fig.6 IVIT imaging of 4T1 tumor-bearing mice treated with different treatment methods
本實(shí)驗(yàn)表明:斗米蟲蛋白呈現(xiàn)出一定的體內(nèi)抑制4T1 腫瘤細(xì)胞作用,且對(duì)4T1 荷瘤小鼠機(jī)體或各主要臟器無明顯毒副作用。斗米蟲蛋白劑量為100 mg/kg時(shí),對(duì)體內(nèi)腫瘤抑制效果最強(qiáng),抑瘤率達(dá)到36.06%。但是針對(duì)其抗腫瘤機(jī)理,是否是通過免疫調(diào)節(jié)能力來抵御腫瘤細(xì)胞,還有待進(jìn)一步探究。