中藥復(fù)方腸復(fù)康膠囊通過VEGF/VEGFR2信號通路干預(yù)結(jié)腸癌血管生成實驗研究

夏 雨 李 濤 孫名揚

(北京大學(xué)人民醫(yī)院,北京 100000)

結(jié)腸癌(colorectal carcinoma，CRC)是發(fā)病率、轉(zhuǎn)移率、致死率較高的消化道惡性腫瘤之一[1]。近年來，隨著人們生活習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)的改變，CRC的發(fā)病率逐年上升[2]，由于CRC治療的高額費用，以及預(yù)后癌細(xì)胞的高轉(zhuǎn)移性，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[3]。研究表明，腫瘤血管新生與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移關(guān)系密切[4，5]，新生血管為腫瘤細(xì)胞提供營養(yǎng)支持和場所維系，是腫瘤細(xì)胞發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移中不可或缺的環(huán)節(jié)[6]。腫瘤血管新生已成為藥物治療腫瘤的靶向位點。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是在生物形態(tài)學(xué)具有高度特異性的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長的蛋白質(zhì)分子，血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR2)則是在腫瘤血管內(nèi)皮表面與VEGF特異性結(jié)合的高親和力受體。VEGF/VEGFR2是調(diào)控腫瘤血管生成的關(guān)鍵信號通路[7]。腸復(fù)康(cerebiogen，CBG)膠囊是喜樹果、薏苡仁、莪術(shù)、鴉膽、人參等5味中藥組成的復(fù)方制劑，研究表明CBG在臨床上治療大腸癌療效確切，但機(jī)制尚不清楚[8]。本研究通過體外和體內(nèi)實驗，探討CBG對CRC腫瘤血管生成中VEGF/VEGFR2信號通路的作用機(jī)制，為日后的臨床研究提供實驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1實驗細(xì)胞和動物 高分化性的人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞系、人體臍靜脈內(nèi)皮HUVECs細(xì)胞來源于中科院細(xì)胞所。4～5周無特定病原體(specific pathogen free,SPF)級雄性BALB/c裸小鼠48只，體質(zhì)量20～22 g，由北京大學(xué)實驗動物中心提供(許可證號2019-0005A)；室溫下標(biāo)準(zhǔn)飼料、自由飲水、分籠(4籠)適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后用于試驗，動物的使用及操作按照本院動物管理委員會的規(guī)定執(zhí)行。

1.1.2實驗材料 CBG膠囊(成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院藥廠生產(chǎn))；DAB試劑盒(美國Amresco公司)；Western blot試劑盒(Santa Cruz公司)；ELISA試劑盒(美國CST公司)；胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)、胰蛋白酶、RPMI1640培養(yǎng)基、青霉素(penicillin,peillin G)和鏈霉素(streptomycin,STC)(美國Gibco公司)；兔抗人VEGF/VEGFR2、辣根過氧化物標(biāo)記的羊抗兔IgG(Abcam公司)；MTT試劑盒(美國Sigma公司)。

1.1.3主要儀器 倒置顯微鏡(Thermofisher)，E-Gel Imager凝膠成像儀(美國Beckma公司)，生物顯微鏡(德國徠卡公司)，Multiskan MK3酶標(biāo)儀(美國Fermentas公司)。

1.2方法

1.2.1體外實驗

1.2.1.1細(xì)胞培養(yǎng)與體外實驗分組 從液氮中分別取出人結(jié)腸癌HT29和HUVECs細(xì)胞，37℃水浴溶解，加入含10%FBS、100 U/ml peillin G、100 μg/ml STC的RPIM1640培養(yǎng)基中，離心去上清，加入細(xì)胞培養(yǎng)液懸浮細(xì)胞，接種于培養(yǎng)瓶中，37℃，5%CO2培養(yǎng)，融合度達(dá)80%，采用0.25%的胰蛋白酶消化，采用完全培養(yǎng)基傳代。取對數(shù)生長期細(xì)胞用于試驗。將CBG溶解在標(biāo)準(zhǔn)PBS溶液里配置不同濃度的CBG溶液，用其處理人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞并分為4組：對照組(細(xì)胞正常培養(yǎng)，添加標(biāo)準(zhǔn)PBS溶液)、CBG低劑量組(0.4 mmol/L)、CBG中劑量組(0.8 mmol/L)、CBG高劑量組(1.6 mmol/L)。

1.2.1.2顯微鏡下觀察各組HT29細(xì)胞形態(tài)變化 調(diào)整各組細(xì)胞濃度至1×104個/ml,接種于6孔板，37℃，5%CO2生化培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24 h后，置于生物顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)的改變。

1.2.1.3MTT法檢測細(xì)胞增殖能力 調(diào)整各組細(xì)胞濃度至3×104個/ml接種于96孔板中，37℃，5%CO2培養(yǎng)4 h，每孔加入MTT試劑10 μl，37℃孵育4 h，完全顯色后，用酶標(biāo)儀在490 nm處檢測吸光值A(chǔ)值，細(xì)胞增殖率=(A陰性對照孔-A實驗孔)/A陰性對照孔×100%。

1.2.1.4Transwell小室實驗 實驗前12 h將培養(yǎng)基更換為無血清培養(yǎng)基，將40 μl Matrigel基質(zhì)膠鋪于Transwell小室中，消化細(xì)胞并用1 μl PBS清洗 2遍，將500 μl 無血清培養(yǎng)基加入24孔板，取5×105個細(xì)胞重懸，向Transwell小室中加200～250 μl 細(xì)胞懸液，保證下層完全培養(yǎng)基與Transwell小室間無氣泡。置于培養(yǎng)箱內(nèi)正常培養(yǎng) 24 h，加用甲醇配制、PBS 稀釋的0.1%結(jié)晶紫染液500 μl進(jìn)行染色，室溫避光 15 min，PBS 漂洗后用棉棒擦Transwell小室內(nèi)部，倒置晾干，置于倒置熒光顯微鏡下觀察穿過膜的細(xì)胞并拍照計數(shù)。

1.2.1.5小管形成實驗檢測各組HT29細(xì)胞的血管生成能力 將新鮮Matrigel溶膠平鋪于96孔培養(yǎng)板上，然后迅速轉(zhuǎn)移進(jìn)37℃無菌培養(yǎng)箱，待Matrigel溶膠凝固后，將HUMCEs細(xì)胞以1×104個/ml接種于96孔板中，分組同1.2.1.1，分別加入含HT29細(xì)胞的培養(yǎng)上清液，繼續(xù)培養(yǎng)48 h，倒置光學(xué)顯微鏡下觀察HUMCEs的血管生成情況并拍照記錄。

1.2.1.6ELISA檢測各組HT29細(xì)胞VEGF、VEGFR2的表達(dá) 調(diào)整細(xì)胞濃度至1×104個/ml接種于24孔板中，分組同1.2.1.1，37℃，5%CO2生化培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24 h，ELISA試劑盒檢測各組細(xì)胞中VEGF和 VEGFR2的水平；每個樣本獨立重復(fù)測量3次。

1.2.2小鼠體內(nèi)實驗

1.2.2.1裸鼠人結(jié)腸癌移植瘤模型 調(diào)整對數(shù)期HT29細(xì)胞濃度，制成1×107個/ml的細(xì)胞懸液。將健康BALB/c裸小鼠用碘酒、75%酒精消毒皮膚后，皮下注射2 ml細(xì)胞懸液到小鼠前肢腋下。注射后按壓數(shù)秒，3 d后，肉眼能觀察到米粒樣移植瘤證明模型構(gòu)建成功。

1.2.2.2實驗分組 造模成功后，將48只實驗小鼠隨機(jī)分為4組，每組12只：CBG低劑量組、CBG中劑量組和CBG高劑量組分別灌胃4.5、9、18 g/kg的CBG，灌胃劑量0.3 ml，模型組灌胃等量生理鹽水，1次/d，所有小鼠均標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)。

1.2.2.3觀察裸鼠移植瘤 實驗28 d后，將各組小鼠脫頸椎處死，無菌解剖并剝離出完整腫瘤組織。稱量腫瘤質(zhì)量，并比較各組小鼠的瘤體平均質(zhì)量。

1.2.2.4各組小鼠腫瘤組織血管密度(microvessel density，MVD)測定 將50%腫瘤組織分別用10%的多聚甲醛固定，石蠟包埋并切片，用二甲苯和梯度乙醇脫蠟后置于檸檬酸鹽緩沖液中進(jìn)行修復(fù)，以充分暴露抗原決定簇。然后用3%的雙氧水浸泡，室溫下孵育10 min，封閉，PBS沖洗3次，分別加稀釋好的CD34蛋白4℃過夜孵育，次日沖洗干凈，分別加入適量生物素標(biāo)記的二抗室溫孵育30 min，清洗。加適量DAB顯色劑顯色，作用2～5 min，在顯微鏡下觀察到棕黃色顆粒后，用去離子水終止反應(yīng)(注：DAB顯色劑須現(xiàn)用現(xiàn)配，避光保存)。蘇木素輕度復(fù)染2 min，清洗后于乙醇梯度脫水，二甲苯浸泡并干燥后用中性樹膠封片，鏡檢觀察并記錄實驗結(jié)果；用圖像分析系統(tǒng)分析圖像并計算微血管均數(shù)。

1.2.2.5蛋白免疫印跡Western blot法檢測各組小鼠腫瘤組織中VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá) 按照常規(guī)提取目標(biāo)蛋白樣品，使用BCA定量法檢測蛋白濃度，稀釋樣品，將待測樣品和Loading buffer混合，200 r/min輕微晃動以保證均勻混合，100℃沸水煮2 min，使蛋白質(zhì)變性，然后加入到制備好的SDS-PAGE凝膠(5%濃縮膠，10%分離膠)上樣孔中，每孔25 μl，電泳條件：電泳開始時電壓50 V 約15 min，分離膠100 V約2 h。結(jié)束后取出凝膠，4℃轉(zhuǎn)膜1.5 h，采用5%脫脂奶粉封閉PVDF膜2 h，加入一抗，4℃過夜，TBST洗膜后加入辣根過氧化物標(biāo)記的羊抗兔IgG，37℃孵育2 h。加入ECL顯影，采用自動凝膠成像系統(tǒng)采集圖像，以GAPDH作為內(nèi)參，分析蛋白水平。

1.3統(tǒng)計學(xué)分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS16.0軟件，作圖工具采用Graphpad5.01，多組間比較采用單因素方差分析，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，P<0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1各組HT29細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化 如圖1示，溶劑對照組中HT29細(xì)胞貼壁細(xì)胞數(shù)量較多，生長旺盛，形狀規(guī)整，排列均一，細(xì)胞核質(zhì)間隙清楚，細(xì)胞內(nèi)容物均勻透明，細(xì)胞多成團(tuán)狀生長，具有人結(jié)腸癌細(xì)胞HT29細(xì)胞的正常形態(tài)，培養(yǎng)液澄清；與溶劑對照組相比，CBG低、中、高劑量組細(xì)胞生長緩慢，視野內(nèi)貼壁細(xì)胞數(shù)目明顯減少，細(xì)胞貼壁不牢固，細(xì)胞形態(tài)不完整，培養(yǎng)液中有較多漂浮的死細(xì)胞，并且隨CBG濃度的增加漂浮細(xì)胞數(shù)量明顯增加，細(xì)胞胞體皺縮嚴(yán)重，核濃縮明顯。

2.2CBG抑制HT29細(xì)胞的增殖 MTT檢測結(jié)果如圖2所示，與對照組比較，CBG低劑量組HT29細(xì)胞的增殖明顯受到抑制；與CBG低劑量組相比，CBG中劑量組HT29細(xì)胞增殖的抑制作用明顯增強(qiáng)；與CBG中劑量組比較，CBG高劑量組的HT29細(xì)胞增殖的抑制作用明顯增強(qiáng)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，說明CBG抑制結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的增殖隨其劑量的增大而增強(qiáng)。

2.3CBG抑制HT29細(xì)胞的侵襲 Transwell小室

圖1 顯微鏡觀察HT29細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化(SP，×400)Fig.1 Morphological changes of HT29 cells (SP，×400)Note: A.Control group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.

檢測結(jié)果如圖3所示，與對照組比較，CBG低劑量組HT29細(xì)胞的侵襲能力明顯受到抑制；與CBG低劑量組相比，CBG中劑量組HT29細(xì)胞侵襲能力的抑制作用明顯增強(qiáng)；與CBG中劑量組比較，CBG高劑量組的HT29細(xì)胞侵襲能力的抑制作用明顯增強(qiáng)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，說明CBG抑制結(jié)腸癌HT29細(xì)胞的侵襲隨其劑量的增大而增強(qiáng)。

2.4小管形成實驗檢測各組HT29細(xì)胞的血管生成能力 小管形成實驗結(jié)果如圖4所示，與對照組比較，CBG低劑量組中HUVECs細(xì)胞生成管狀結(jié)構(gòu)數(shù)量明顯下降；與CBG低劑量組相比，CBG中劑量組HUVECs細(xì)胞生成管狀結(jié)構(gòu)數(shù)量明顯下降；與CBG中劑量組比較，CBG高劑量組HUVECs細(xì)胞生成管狀結(jié)構(gòu)數(shù)量明顯下降，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

2.5各組HT29細(xì)胞VEGF、VEGFR2的表達(dá) ELISA檢測結(jié)果如圖5所示，與對照組相比，CBG低、中、高劑量組細(xì)胞中VEGF、VEGFR2的表達(dá)明顯下降，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

圖2 CBG抑制HT29細(xì)胞的增殖Fig.2 CBG inhibits proliferation of HT29 cellsNote: A.Control group；B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

圖3 CBG對HT29細(xì)胞的侵襲能力的影響(×200)

Fig.3 Effect of CBG on invasion ability of HT29 cells(×200)

Note： A.Control group；B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05; compared with C,△.P<0.05.

2.6各組小鼠成瘤瘤體平均質(zhì)量比較 各組小鼠成瘤瘤體圖片如圖6所示，模型組小鼠腫瘤平均質(zhì)量最大，而CBG低、中、高劑量組小鼠腫瘤平均質(zhì)量均明顯低于模型組(P<0.05)，如圖7所示。

2.7各組小鼠腫瘤MVD比較 各組小鼠腫瘤組織MVD免疫組化如圖8示，MVD比較如圖9所示，與模型組相比，CBG組小鼠腫瘤組織MVD明顯減少，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，并且隨CBG劑量的增加，MVD減少明顯有劑量依賴性(P<0.05)。

圖4 小管生成實驗檢測HT29細(xì)胞的血管生成能力

Fig.4 Tubulogenesis test to detect angiogenesis ability of HT29 cells

Note： A.Control group；B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

圖5 ELISA檢測VEGF、VEGFR2的表達(dá)Fig.5 ELISA detected expression of VEGF and VEGFR2Note: A.Control group；B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

圖6 各組小鼠瘤體圖片(28 d)Fig.6 Tumor picture of mice in each group(28 d)Note: A.Model group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.

圖7 各組小鼠瘤體平均質(zhì)量比較Fig.7 Comparison of average tumor mass of mice in each groupNote: A.Model group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

圖8 各組小鼠腫瘤組織MVD(免疫組化，SP×400)Fig.8 MVD of tumor in each group(Immunohisto-chemistry,SP×400)Note: A.Model group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.

圖9 各組小鼠MVD比較Fig.9 Comparison of MVD in each groupNote: A.Model group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

圖10 Western blot法檢測VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá)Fig.10 Western blot detection of expression of VEGF and VEGFR2 proteinNote: A.Model group;B.CBG low-dose group;C.CBG middle-dose group;D.CBG high-dose group.Compared with A,*.P<0.05;compared with B,#.P<0.05;compared with C,△.P<0.05.

2.8Western blot法檢測各組小鼠腫瘤組織中VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá) 蛋白免疫印跡檢測VEGF、VEGFR2蛋白表達(dá)，結(jié)果如圖10所示：與模型組相比，CBG低、中、高劑量組小鼠腫瘤組織中VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá)水平明顯降低，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

3 討論

目前，CRC的主要治療方法是手術(shù)、放療和化療[9]，但因上述方法具有潛在危害，以及CRC的高轉(zhuǎn)移性，致使CRC患者5年生存率比較低[10]。如何從根本上阻止癌細(xì)胞的生長，抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移是目前腫瘤治療中的研究熱點[11]。研究表明腫瘤血管的新生直接影響腫瘤的生長、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[12]。因此尋找安全、高效的藥物抑制腫瘤血管的新生，在抗CRC治療中意義重大。

CBG在臨床上用來治療大腸癌效果明顯，但是其具體作用機(jī)制尚未完全明確[13]。有報道稱CBG能調(diào)控VEGF、MMP-2的表達(dá)，影響人結(jié)腸癌LoVo細(xì)胞裸鼠移植瘤血管的生成[14]。因此,本研究基于腫瘤細(xì)胞血管生成的角度，設(shè)計體外和體內(nèi)實驗來研究CBG對高分化、高侵襲性結(jié)腸癌細(xì)胞HT29的作用機(jī)制。

首先用不同濃度CBG處理HT29，顯微鏡下發(fā)現(xiàn)HT29細(xì)胞隨CBG濃度的變化發(fā)生不同程度的改變；MTT實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)CBG能明顯抑制HT29的增殖；而體外小管生成實驗結(jié)果表明HUVECs細(xì)胞生成管狀結(jié)構(gòu)數(shù)量隨CBG濃度的增加而明顯下降(P<0.05)；說明CBG能夠體外抑制HT29增殖，抑制腫瘤新生血管生成，這種抑制作用可能與VEGF/VEGFR2信號通路有關(guān)。為進(jìn)一步研究CBG對CRC腫瘤中血管生成的作用，本研究中構(gòu)建小鼠人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞裸鼠移植瘤模型，實驗中設(shè)立模型組和Sham組，同時以不同劑量CBG灌服實驗小鼠，治療28 d后，處死小鼠。取出小鼠腫瘤組織，發(fā)現(xiàn)模型組中瘤體質(zhì)量最大，而CBG高劑量組瘤體質(zhì)量最小 (P<0.05)。腫瘤的MVD可以直觀反映腫瘤血管的生成，CD31、CD34是鑒定MVD的重要標(biāo)志蛋白。本研究中以CD34為標(biāo)記，進(jìn)行免疫組化，與模型組相比，CBG組小鼠腫瘤組織MVD明顯減少，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，并且隨CBG劑量的增加，MVD減少有明顯劑量依賴性。說明CBG可抑制CRC裸鼠的血管生成。

腫瘤血管的生成是一個多種生化因子參與、步驟復(fù)雜的生化過程[15]。在正常生理狀態(tài)下，機(jī)體內(nèi)的VEGF和VEGFR2處于相對平衡的狀態(tài)，血管基本不生長[16]；但是在腫瘤組織中，由于微環(huán)境的改變，腫瘤細(xì)胞內(nèi)VEGF大量表達(dá)，從而開啟“血管生成開關(guān)”，VEGFR2則是在血管內(nèi)皮中直接參與腫瘤血管的生成[17，18]。本研究中體外ELISA檢測結(jié)果表明，與A組相比，B、C、D組細(xì)胞中VEGF、VEGFR2的表達(dá)明顯下降 (P<0.05)；這與小管生成實驗中新生管狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量變化一致。而Western blot實驗結(jié)果表明，與模型組相比，CBG低、中、高劑量組小鼠腫瘤組織中VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá)水平明顯降低，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；這一變化趨勢與MVD變化趨勢一致。說明CBG能通過調(diào)控VEGF、VEGFR2蛋白的表達(dá)來影響腫瘤新生血管的生成。

本研究證明中藥復(fù)方腸復(fù)康可抑制HT29細(xì)胞增殖，抑制HT29細(xì)胞體外生成血管的能力，并且抑制人結(jié)腸癌HT29細(xì)胞裸鼠移植瘤模型中腫瘤血管的新生，其中的作用機(jī)制可能與VEGF/VEGFR2信號通路有關(guān)，但是如何將中藥復(fù)方腸復(fù)康應(yīng)用于人結(jié)腸癌的靶向治療，還有待進(jìn)一步的深入研究。