賈純亮,梁 磊,張 磊,李翰嵩,王 劍,劉遠(yuǎn)廷
(河北省唐山市人民醫(yī)院胃腸外科 063000)
胃癌是臨床常見(jiàn)惡性腫瘤,嚴(yán)重威脅患者生命安全,晚期患者中位生存期不到12個(gè)月,因此,早期預(yù)防和治療至關(guān)重要。許多因素均可影響胃癌的進(jìn)展,包括遺傳和環(huán)境因素等,微生物作為腫瘤環(huán)境的一部分,在胃癌發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,胃癌的發(fā)生、發(fā)展與微生物結(jié)構(gòu)變化高度相關(guān)[1]。幽門(mén)螺桿菌(Helicobacter pylori,Hp)是一種革蘭陰性微需氧菌,定植于胃黏膜,是慢性胃炎及消化道潰瘍的主要發(fā)病原因,感染后可直接作用于胃黏膜和上皮細(xì)胞,破壞胃黏膜細(xì)胞屏障,引起胃炎,之后演變?yōu)槁曰顒?dòng)性胃炎,持續(xù)感染Hp可觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),增加發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)[2]。Hp感染的流行程度與地區(qū)、種族及社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位不同有關(guān),各年齡段人群均可感染,發(fā)展中國(guó)家感染率更高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,Hp定植率超過(guò)50%,就很難自行消除,導(dǎo)致終身感染,1%~3%的感染者會(huì)發(fā)展成為胃癌,根除Hp可有效降低胃癌發(fā)生率。目前尚缺乏徹底、有效清除Hp的方法,因此,深入研究其感染機(jī)制,對(duì)清除Hp具有重要意義[3]。核因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)是調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的重要因子,參與機(jī)體炎性反應(yīng)及免疫應(yīng)答等多種病理生理過(guò)程,其過(guò)度表達(dá)與多種慢性炎癥性疾病及腫瘤發(fā)病機(jī)制相關(guān)[4-5]。炎性反應(yīng)和慢性感染可提高胃癌發(fā)病率,Hp持續(xù)感染后NF-κB呈激活狀態(tài),并介導(dǎo)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[6]。YANG等[7]研究表明,Hp感染誘導(dǎo)的慢性炎癥和胃癌與NF-κB有關(guān)。目前,關(guān)于Hp感染引起胃黏膜炎癥的發(fā)病機(jī)制尚不十分明確,本研究探討NF-κB通路在Hp長(zhǎng)期感染小鼠致胃癌中的作用,并從慢性炎癥角度探討Hp長(zhǎng)期感染導(dǎo)致胃癌的可能機(jī)制,以期為臨床治療提供靶點(diǎn)和依據(jù)。
菌株:Hp悉尼株(含vacA和cagA基因),購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:無(wú)特定病原體(SPF)級(jí)雄性C57BL/C小鼠160只,6周齡,平均體重(20±2)g,購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司[SCXK(京)2017-0011],購(gòu)入后于23~25 ℃、相對(duì)濕度50%~70%、明暗交替12 h/12 h、清潔通風(fēng)環(huán)境中適應(yīng)性飼養(yǎng)7 d。主要試劑:哥倫比亞瓊脂培養(yǎng)基購(gòu)自英國(guó)Oxoid公司;Hp檢測(cè)試劑盒購(gòu)自上海通蔚生物科技公司;小鼠白細(xì)胞介素-18(interleukin-18,IL-18)、IL-10、γ-干擾素(interferon factor-γ,IFN-γ)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒、兔抗小鼠核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域1(nucleotide-binding oligomerization domain 1,NOD1)、受體相互作用蛋白2(receptor interacting protein 2,RIP2)、NF-κB p65、磷酸化NF-κB p65(phosphorylation,p-NF-κB p65)一抗及辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗均購(gòu)自美國(guó)Abcam公司。
1.2.1菌株培養(yǎng)
Hp菌株于37 ℃水浴復(fù)蘇,接種于哥倫比亞瓊脂培養(yǎng)基,在微需氧環(huán)境(5% 氧氣,10%二氧化碳,85%氮?dú)?中,濕度大于或等于95%,37 ℃恒溫培養(yǎng)72 h。
1.2.2Hp菌株感染小鼠模型
將培養(yǎng)基中的Hp菌株刮下,鑒定后與磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer solution,PBS)混合,檢測(cè)菌液濃度,調(diào)整至1×109菌落形成單位/mL備用。實(shí)驗(yàn)前所有小鼠禁食12 h,禁飲4 h。將160只小鼠分為模型組和對(duì)照組,每組80只,模型組小鼠給予Hp菌液灌胃,每只1 mL,每48 小時(shí)灌胃1次,連續(xù)灌胃5次;對(duì)照組小鼠給予等體積PBS灌胃,干預(yù)頻次與模型組相同。所有小鼠灌胃后禁食、禁飲4 h。
1.2.3組織取材
分別于最后1次灌胃結(jié)束后18、36、54、72周,兩組均取20只小鼠,摘除眼球取血,保存于抗凝管中。開(kāi)腹取胃,觀察胃部大體形態(tài)之后分離胃黏膜組織,分為3份,1份用于Hp檢測(cè),1份用4%多聚甲醛固定,用于病理組織學(xué)觀察,1份保存于液氮中,用于 實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)和Western blot檢測(cè)。
1.2.4ELISA檢測(cè)血清IL-18、IFN-γ、IL-10水平
取小鼠全血,3 000 r/min離心5 min,留上清液,按ELISA試劑盒說(shuō)明書(shū)操作,加樣37 ℃孵育30 min,用PBS洗滌;加入一抗工作液37 ℃孵育60 min,用PBS洗滌;加入酶標(biāo)抗體工作液37 ℃孵育60 min,用PBS洗滌;顯色,終止反應(yīng)后,450 nm波長(zhǎng)處讀取吸光度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算血清樣品中IL-18、IFN-γ、IL-10水平。
1.2.5Hp檢測(cè)
應(yīng)用快速尿素酶試驗(yàn),采用Hp檢測(cè)試劑盒將胃黏膜組織放入其中,30 min變?yōu)樽霞t色或紅色則判定為陽(yáng)性。Giemsa染色,取在4%多聚甲醛中固定的胃黏膜,液體石蠟包埋后連續(xù)切片,片厚約4 μm,二甲苯脫蠟、梯度濃度乙醇脫水,2% Giemsa染色30 min,脫水、透明、封片,顯微鏡下觀察,Hp菌體呈藍(lán)色表示陽(yáng)性??焖倌蛩孛冈囼?yàn)和Giemsa染色二者均為陽(yáng)性表示Hp感染。
1.2.6蘇木精-伊紅(hematoxylin eosin,HE)染色觀察胃黏膜病理學(xué)變化
取胃黏膜組織切片,二甲苯脫蠟、梯度濃度乙醇脫水,常規(guī)HE染色,脫水、透明、封片,顯微鏡下觀察。胃黏膜病理改變判定標(biāo)準(zhǔn)[8]:(1)慢性胃炎,淋巴細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn);(2)萎縮性胃炎,胃黏膜固有層幽門(mén)腺或胃底腺萎縮、減少或消失,伴(不伴)炎性細(xì)胞浸潤(rùn),黏膜肌增厚,肌纖維伸向固有層;(3)腸化生,萎縮的胃黏膜腺體被腸腺代替;(4)異型增生,包括胃黏膜上皮細(xì)胞形態(tài)改變和腺體結(jié)構(gòu)異型性;(5)胃腺癌,腺體增生明顯,細(xì)胞間異型性明顯,基底膜破壞,腺上皮浸潤(rùn)。所有組織切片采取盲法由專人讀片。參照MIYASHITA等[9]的方法對(duì)黏膜炎癥情況進(jìn)行評(píng)分,0分為無(wú)明顯病理?yè)p傷,5分為出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷,評(píng)分越高表示炎癥損傷越嚴(yán)重。
1.2.7qRT-PCR檢測(cè)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65 mRNA表達(dá)
取液氮中保存的胃黏膜組織,Trizol法提取總RNA,檢測(cè)濃度和純度,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,進(jìn)行qRT-PCR檢測(cè)。所用引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,見(jiàn)表1。配制反應(yīng)體系:模板cDNA 2 μL,上、下游引物各0.5 μL,SYBR?Premix Ex TaqTM(2×)10 μL,加雙蒸水至總體積25 μL。反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性2 min,95 ℃變性10 s,60 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,共35個(gè)循環(huán)。以β-actin為內(nèi)參基因,采用2-ΔΔCT法計(jì)算NOD1、RIP2、NF-κB p65 mRNA相對(duì)表達(dá)水平。
表1 引物序列
1.2.8Western blot法檢測(cè)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白表達(dá)
取液氮中保存的胃黏膜組織,加入RIPA裂解液,冰上勻漿,12 000 r/min離心30 min,取上清液,采用蛋白質(zhì)定量(BCA)法進(jìn)行蛋白定量,100 ℃水浴蛋白變性,采用十二烷基硫酸鈉-聚丙稀酰胺凝膠電泳法進(jìn)行電泳,轉(zhuǎn)至PVDF膜,加入封閉液后搖床室溫封閉2 h。將PVDF膜加入稀釋的NOD1(1∶500)、RIP2(1∶500)、NF-κB p65(1∶800)、p-NF-κB p65(1∶800)一抗中4 ℃過(guò)夜,洗膜,加入相應(yīng)二抗(1∶2 000),室溫封閉1 h,洗膜。加入電化學(xué)發(fā)光液,曝光、拍照,采用Image J軟件分析條帶灰度值。計(jì)算目的蛋白相對(duì)表達(dá)水平(目的蛋白條帶灰度值/內(nèi)參蛋白條帶灰度值)。
模型組小鼠18、36、54、72周血清IL-18、IFN-γ水平均明顯高于對(duì)照組,IL-10水平均明顯低于對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)照組小鼠各時(shí)間點(diǎn)血清IL-18、IFN-γ、IL-10水平比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);模型組小鼠血清IL-18、IFN-γ水平隨時(shí)間延長(zhǎng)而升高,IL-10隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)圖1。
A:IL-18水平;B:IFN-γ水平;C:IL-10水平;a:P<0.05,與同組18周比較;b:P<0.05,與同組36周比較;c:P<0.05,與同組54周比較;d:P<0.05,與對(duì)照組同時(shí)間點(diǎn)比較。圖1 各組小鼠不同時(shí)間點(diǎn)血清IL-18、IFN-γ、IL-10水平比較
對(duì)照組小鼠各時(shí)間點(diǎn)胃黏膜尿素酶試驗(yàn)及Giemsa染色均為陰性,無(wú)Hp感染;模型組小鼠18、36、54、72周胃黏膜快速尿素酶試驗(yàn)及Giemsa染色均為陽(yáng)性,Hp定植率為100%。
對(duì)照組小鼠胃黏膜表面光滑,色澤均勻,呈淡紅色,無(wú)充血、水腫、潰瘍等明顯病變。模型組小鼠18周時(shí)出現(xiàn)散在出血灶,水腫,顏色加深;36周時(shí)出現(xiàn)條索狀出血灶,廣泛水腫,呈紅色,部分出現(xiàn)糜爛、潰瘍,胃黏膜發(fā)生萎縮;54周時(shí)出血灶增加,多處潰瘍,胃黏膜表面發(fā)白,出現(xiàn)腸化生;72周時(shí)胃黏膜受損程度加重,胃黏膜潰瘍,重度糜爛,黏膜增厚,見(jiàn)圖2。
A:對(duì)照組;B:模型組18周;C:模型組36周;D:模型組54周;E:模型組72周。圖2 各組小鼠胃大體情況
對(duì)照組小鼠胃黏膜上皮細(xì)胞排列整齊,結(jié)構(gòu)正常,無(wú)明顯病變;模型組小鼠18周時(shí)出現(xiàn)明顯中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),存在炎性反應(yīng);36周時(shí)炎癥進(jìn)一步加重,淋巴細(xì)胞大量浸潤(rùn),出現(xiàn)萎縮性胃炎;54周時(shí)出現(xiàn)異型增生及腸化生等癌前病理表現(xiàn);72周時(shí)胃黏膜以慢性胃炎為主,并出現(xiàn)萎縮性胃炎、異型增生、腸化生及腺癌,20只小鼠全部有慢性胃炎表現(xiàn),發(fā)生率為100%,18只小鼠出現(xiàn)萎縮性胃炎,發(fā)生率為90%,15只小鼠出現(xiàn)腸化生,發(fā)生率為75%,10只小鼠出現(xiàn)異型增生,發(fā)生率為50%,7只小鼠出現(xiàn)胃腺癌,發(fā)生率為35%。對(duì)照組小鼠無(wú)炎性反應(yīng),模型組小鼠18、36、54、72周炎癥評(píng)分分別為(2.03±0.32)、(2.98±0.35)、(3.67±0.41)、(4.36±0.46)分,炎癥評(píng)分隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)圖3。
A:正常胃黏膜;B:胃黏膜發(fā)生炎癥;C:胃黏膜發(fā)生萎縮;D:胃黏膜發(fā)生腸化生;E:胃黏膜發(fā)生異型增生;F:胃黏膜腺癌。圖3 胃黏膜病理變化情況(HE,200×)
模型組小鼠18、36、54、72周胃黏膜NOD1、RIP2 mRNA相對(duì)表達(dá)水平均明顯高于對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)照組小鼠各時(shí)間點(diǎn)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65 mRNA相對(duì)表達(dá)水平比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);模型組小鼠胃黏膜NOD1、RIP2 mRNA相對(duì)表達(dá)水平隨時(shí)間延長(zhǎng)而升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);模型組小鼠各時(shí)間點(diǎn)NF-κB p65 mRNA相對(duì)表達(dá)水平比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)圖4。
A:NOD1 mRNA表達(dá);B:RIP2 mRNA表達(dá);C:NF-κB p65 mRNA表達(dá);a:P<0.05,與同組18周比較;b:P<0.05,與同組36周比較;c:P<0.05,與同組54周比較;d:P<0.05,與對(duì)照組同時(shí)間點(diǎn)比較。圖4 各組小鼠不同時(shí)間點(diǎn)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65 mRNA表達(dá)水平比較
模型組小鼠18、36、54、72周胃黏膜NOD1、RIP2、p-NF-κB p65蛋白相對(duì)表達(dá)水平均明顯高于對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)照組小鼠各時(shí)間點(diǎn)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白相對(duì)表達(dá)水平比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);模型組小鼠胃黏膜NOD1、RIP2、p-NF-κB p65蛋白相對(duì)表達(dá)水平隨時(shí)間延長(zhǎng)而升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);模型組小鼠各時(shí)間點(diǎn)NF-κB p65蛋白相對(duì)表達(dá)水平比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)圖5、6。
圖5 各組小鼠不同時(shí)間點(diǎn)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白表達(dá)電泳圖
A:NOD1蛋白表達(dá);B:RIP2蛋白表達(dá);C:NF-κB p65蛋白表達(dá);D:p-NF-κB p65蛋白表達(dá);a:P<0.05,與同組18周比較;b:P<0.05,與同組36周比較;c:P<0.05,與同組54周比較;d:P<0.05,與對(duì)照組同時(shí)間點(diǎn)比較。圖6 各組小鼠不同時(shí)間點(diǎn)胃黏膜NOD1、RIP2、NF-κB p65、p-NF-κB p65蛋白表達(dá)水平比較
大量微生物構(gòu)成重要的微生態(tài)系統(tǒng),在維持人體健康方面發(fā)揮著復(fù)雜作用。人體胃腸道中存在多種微生物菌群,可能導(dǎo)致癌癥在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生,已經(jīng)證實(shí),微生物菌群是影響結(jié)直腸癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌等的關(guān)鍵環(huán)境因素[10-11]。Hp是引起消化道潰瘍、慢性胃炎、消化系統(tǒng)腫瘤的重要病原微生物,被WHO列為胃癌的Ⅰ類致癌物[12-14]。流行病學(xué)研究顯示,胃癌可發(fā)生于Hp感染的胃黏膜,而無(wú)Hp感染的胃黏膜不發(fā)生胃癌[15]。盡管多項(xiàng)研究證實(shí)胃癌與Hp感染有關(guān),但其具體機(jī)制仍不十分清楚,通過(guò)建立Hp感染動(dòng)物模型研究相關(guān)機(jī)制,對(duì)降低胃炎及胃癌發(fā)病率至關(guān)重要。
胃癌患者中約有90%的非賁門(mén)區(qū)胃癌病例與Hp感染有關(guān),Hp感染引起胃腺癌的過(guò)程為胃炎、萎縮、腸化生、異型增生、癌,Hp感染引起胃底黏膜發(fā)生炎性反應(yīng),造成胃黏膜萎縮和腸化生,導(dǎo)致胃黏膜異型增生,最終引起分化型腺癌,伴Hp感染的慢性胃炎及萎縮性胃炎等病理改變的人群發(fā)生胃癌的風(fēng)險(xiǎn)更高[16-17]。本研究采用多次高濃度Hp連續(xù)攻擊小鼠,對(duì)照組小鼠各時(shí)間點(diǎn)Hp均為陰性,模型組小鼠各時(shí)間點(diǎn)均有Hp檢出,表示建模成功,連續(xù)飼養(yǎng)72周小鼠胃黏膜顯示,從正常至慢性胃炎、萎縮性胃炎、腸化生、異型增生及胃腺癌的病理過(guò)程,胃癌發(fā)生率為35%,證實(shí)長(zhǎng)期慢性Hp感染可導(dǎo)致胃癌。Hp感染發(fā)病機(jī)制包括自身毒力因子作用、誘發(fā)機(jī)體炎癥和免疫反應(yīng)及宿主因素三方面,其誘發(fā)的炎性反應(yīng)以淋巴細(xì)胞等浸潤(rùn)胃黏膜為特征,多種細(xì)胞因子在炎癥細(xì)胞激活和趨化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用,通過(guò)釋放大量活性物質(zhì)形成級(jí)聯(lián)炎癥效應(yīng),造成組織損傷。IL-18是一種中性粒細(xì)胞趨化因子,主要來(lái)源于胃黏膜上皮細(xì)胞,Hp入侵后促進(jìn)IL-18大量分泌,引起黏膜局部炎性反應(yīng),產(chǎn)生潰瘍[18]。Hp定植于胃黏膜,抗原持續(xù)刺激可誘發(fā)局部特異性免疫反應(yīng)。有研究表明,Hp感染后胃黏膜以Th1型免疫應(yīng)答為主,通過(guò)分泌IFN-γ等細(xì)胞因子,對(duì)胃黏膜造成損傷[19]。IL-10為抑炎性細(xì)胞因子,可抑制多種炎癥介質(zhì)的釋放,減輕炎性反應(yīng)。本研究結(jié)果顯示,模型組小鼠各時(shí)間點(diǎn)血清IL-18、IFN-γ水平均明顯高于對(duì)照組,且隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高,而IL-10水平明顯低于對(duì)照組,且呈逐漸下降趨勢(shì),同時(shí)胃黏膜損傷進(jìn)一步加重,提示Hp感染引起的炎癥與IL-18、IFN-γ、IL-10等炎性細(xì)胞因子水平失衡有關(guān)。
胃癌發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,與多基因、多通路異常有關(guān),其中細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路失調(diào)是其重要的發(fā)病機(jī)制之一,致癌物質(zhì)的入侵及炎癥因子通過(guò)活化細(xì)胞生存信號(hào)促進(jìn)腫瘤形成。NF-κB常以p50/p65二聚體存在于細(xì)胞中,NF-κB p65異常活化參與了多種細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié),與胃癌發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。NOD1通過(guò)識(shí)別細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖結(jié)構(gòu),激活下游RIP2,進(jìn)而活化NF-κB等信號(hào)通路,誘導(dǎo)IL-1β、TNF-α等炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和分泌,引起一系列免疫應(yīng)答反應(yīng)[20]。Hp感染后可與NOD1結(jié)合,活化NF-κB,調(diào)節(jié)各種炎癥因子、趨化因子及生長(zhǎng)因子的表達(dá),參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等過(guò)程,通過(guò)改變細(xì)胞間黏附能力促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及誘導(dǎo)基因突變等,在炎癥及腫瘤形成過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[21-22]。本研究結(jié)果顯示,模型組小鼠各時(shí)間點(diǎn)NOD1、RIP2 mRNA和蛋白及p-NF-κB p65蛋白表達(dá)均明顯升高,且隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高,與胃黏膜病理嚴(yán)重程度趨勢(shì)一致,提示NF-κB通路在Hp感染小鼠模型中被激活,參與炎性反應(yīng),與胃黏膜損傷有關(guān)。
本研究證實(shí),NF-κB通路在Hp感染小鼠胃癌模型中被激活,并可促進(jìn)炎癥因子分泌,進(jìn)而損傷胃黏膜。鑒于NF-κB通路活化對(duì)胃癌發(fā)生的促進(jìn)作用,可假設(shè)NF-κB作為治療靶點(diǎn),為臨床靶向治療提供依據(jù),但具體研究結(jié)論尚有待于進(jìn)一步證實(shí)。