農(nóng)淄心鄧琳張超峰賀健祥謝海納潘志強*
(1.上海中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,上海 201203;2.上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院,上海 201203)
順鉑(Cisplatin,CDDP)是臨床常用的抗腫瘤藥物,針對女性常見惡性腫瘤諸如乳腺癌、卵巢癌、宮頸癌,順鉑是常選的化療藥物之一。由于卵巢對化療極為敏感,常導致卵巢早衰,可能與順鉑促使原始卵泡死亡、減少原始卵泡儲備、導致卵泡閉鎖、降低雌二醇等有關,因此,基礎研究常將順鉑作為動物卵巢早衰模型的藥物[1]。卵巢是女性重要的類固醇激素合成組織,受下丘腦、垂體高級中樞的調控,同時與腎上腺皮質軸存在相互影響。而發(fā)育和生殖的功能在中醫(yī)學屬“腎藏精”的功能,腎精不足的虛證常與生殖系統(tǒng)損傷相聯(lián)系。在順鉑治療過程中,類固醇激素合成相關的的下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)和下丘腦-垂體-性腺軸(HPG軸)受順鉑影響是否與虛證發(fā)生有關[2-4]。對此,本文采用雌性小鼠為對象,同步比較順鉑短時間連續(xù)給藥與長時程間斷給藥的方案,發(fā)現(xiàn)兩種造模方式均可以導致小鼠藥源性虛證,對性腺軸的損害較嚴重,而腎上腺皮質軸呈現(xiàn)較強的代償性,短期連續(xù)給藥對下丘腦、垂體功能的損害更明顯。
1.1.1 實驗動物
40只SPF級4~5周齡ICR雌性小鼠,體重20~25 g,購自上海斯萊克實驗動物有限責任公司【SCSK(滬)2017-0005】。動物飼養(yǎng)于上海中醫(yī)藥大學實驗動物中心SPF級飼養(yǎng)室【SYXK(滬)2020-0009】,室溫22~25°C,濕度50%~60%,12 h明暗交替,自由飲水,予以普通飼料喂養(yǎng)。本實驗方案符合上海中醫(yī)藥大學實驗動物倫理委員會要求(PZSHUTCM200904017)。
1.1.2 主要試劑與儀器
注射用順鉑(凍干型)(齊魯制藥有限公司);RIPA裂解液、BCA蛋白濃度測定試劑盒、辣根過氧化物酶(HRP)標記的山羊抗兔/小鼠IgG(H+L)、封閉液、一抗稀釋液(上海碧云天生物技術有限公司);RNAiso Plus、PrimeScript? RT reagent Kit、SYBR?Premix Ex TaqTM(TliRNaseH Plus)II(寶生物工程(大連)有限公司);A5441抗體β-actin抗體(Sigma-Aldrich,美國);ab96637-StAR 抗體、ab175408-Cyp11A1抗體、ab232701-Cyp21A2抗體、ab2298821-Cyp11B1抗體(Abcam,美國)。CP225D型電子天平(賽多利斯,德國),7500 Fast型實時熒光定量PCR儀(ABI,美國),Elx800型酶標儀(Biotek,美國),alpha化學發(fā)光型凝膠成像系統(tǒng)(Protein-Simple,美國),YLS-4C型轉棒式疲勞儀、YLS-13A小鼠抓力測試儀(山東省醫(yī)學科學院設備站),Tissuelyser-64L多樣品組織研磨儀(上海凈信實業(yè)發(fā)展有限公司)。
1.2.1 分組與藥物干預
小鼠適應性飼養(yǎng)1周后開始實驗,隨機分為連續(xù)對照組、連續(xù)造模組、間隔對照組和間隔造模組,每組10只。連續(xù)造模組將順鉑用生理鹽水稀釋到0.3 mg/mL,按照3 mg/kg順鉑腹腔注射,每天1次,連續(xù)7 d[5]。間隔造模組將順鉑用生理鹽水稀釋至濃度為1 mg/mL,按照10 mg/kg順鉑腹腔注射,每周1次,共4次(D1、D7、D14、D21)[6]。對照組注射等量生理鹽水。
1.2.2 小鼠體重檢測
每日上午8:30記錄連續(xù)造模組小鼠體重,每周2次記錄間隔造模組小鼠體重。
1.2.3 小鼠氣虛疲乏指標檢測
(1)曠場實驗:將小鼠分別置于鋪設有4 cm×4 cm方塊的透明塑料板的曠場籠中,錄像并統(tǒng)計小鼠1 min內水平和垂直運動的次數(shù)。其后肢移動的格子數(shù)記為水平運動,前肢離地的次數(shù)記為垂直運動,以分析小鼠自主活動度。
(2)抓力測試:同一人使用小鼠抓力儀進行測試,每只小鼠記錄3次,取平均值分析小鼠氣力。
(3)轉棒疲勞試驗:設定轉速為30 r/min,每次實驗前將每只小鼠在機器上進行3次適應訓練。最大轉棒時間設置為10 min,超過記為10 min,以分析小鼠疲勞度。
(4)小鼠臟器:處死小鼠前記錄小鼠體重,稱取小鼠脾、心臟、雙側腎和胸腺質量。
1.2.4 小鼠腎上腺與卵巢組織切片及HE染色
將腎上腺與卵巢組織用10%甲醛溶液固定后,常規(guī)石蠟包埋與切片;HE染色,將切片浸泡于蘇木素溶液中染色,取出沖洗后放入伊紅染液復染并沖洗;進行脫水,透明,封片,晾干。并置于10×10、10×20和10×40顯微鏡下,觀察分析腎上腺和卵巢的組織結構和細胞形態(tài)并采集圖像[7]。
1.2.5 RT-qPCR檢測相關基因表達
取小鼠腎上腺、卵巢、下丘腦和垂體組織,分別加入TRIzol試劑抽提總RNA。采用Primer3(v.0.4.0)在線軟件設計引物并委托Life Technologies公司合成(見表1)。應用PrimeScript RT試劑盒進行逆轉錄反應制備cDNA,反應體系為40μL,反應條件為37℃15 min,85℃5 s,4℃終止;PCR擴增反應體系為20μL,反應程序為95°C變性3 min,95°C退火30 s,60℃延伸30 s,40個循環(huán)。每組3個復孔,采用2-ΔΔCt法計算各目的基因的相對表達量。
表1 引物序列Table 1 Primers
1.2.6 Western Blot檢測相關蛋白表達
取小鼠腎上腺、卵巢分別置于含有0.5 mL或1 mL RIPA裂解液的EP管中,研磨后,4°C條件下14 000 r/min離心15 min,取上清液。BCA法測定總蛋白濃度。各孔取20μg蛋白上樣,于10%SDSPAGE凝膠進蛋白分離(濃縮膠電壓80 V,30 min;分離膠電壓120 V,90 min)。將分離后的蛋白電轉移(恒流250 mA,150 min),加入封閉液封閉1.5 h。加入TBST溶液,置于搖床上振蕩洗膜,清洗3次,每次10 min,分別加入一抗抗體(β-actin抗體的體積稀釋比例為1∶50 000,其他抗體的體積稀釋比例均為1∶2000),4℃孵育過夜。次日洗膜(同上),加入HRP標記的山羊抗兔/小鼠IgG(體積稀釋比例為1∶2000),室溫孵育1.5 h。洗膜后依據(jù)說明書滴加顯色劑進行顯影,采用Image J圖像分析管理系統(tǒng)對蛋白條帶灰度值進行分析。
采用GraphPad Prism 9.0軟件進行統(tǒng)計學分析和作圖。采用非配對t檢驗或Mann-Whitney test分析。P<0.05表示差異具有顯著性。
與對照組比較,順鉑連續(xù)腹腔注射造模后,小鼠體重下降(P<0.01);順鉑間隔造模組小鼠體重增長速度顯著低于對照組(P<0.05)(見圖1)。提示不同頻次順鉑造模均可抑制小鼠體重增長。
圖1 順鉑對小鼠體重的影響Note.Compared with the control group,*P<0.05,**P<0.01.(The same in the following figures)Figure 1 Influence of mice body weight by the cisplatin
與對照組比較,順鉑連續(xù)造?;蜷g隔造模對小鼠轉棒運動與小鼠四肢抓力均無明顯影響;然而,順鉑連續(xù)造模后小鼠水平移動跨格子數(shù)明顯下降(P<0.01),順鉑間隔造模組第20天后小鼠水平移動跨格子數(shù)及垂直運動的自主活動度均顯著降低(P<0.05)(見圖2)。由于疲勞轉棒運動與四肢抓力反映了小鼠被動行為,曠場活動度反映了小鼠自主行為,綜合這三項指標,提示連續(xù)造模或間隔造模致順鉑累積后可以誘導小鼠氣虛證特征。
圖2 順鉑對小鼠氣虛疲乏指標的影響Figure 2 Influence of mice index of deficiency of vital energy and fatigue by the cisplatin
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后顯著抑制小鼠心臟與胸腺(P<0.01);順鉑間隔造模后小鼠脾、雙腎和胸腺質量下降(P<0.05)(見圖3)。提示順鉑累積效應對小鼠免疫器官影響更顯著。
圖3 順鉑對小鼠臟器的影響Figure 3 Influence of mice visceral organ weight influence by the cisplatin
2.4.1 順鉑對小鼠腎上腺皮質形態(tài)的影響
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模和間隔造模后均無明顯改變(見圖4),提示順鉑對雌性小鼠腎上腺損傷不明顯。
2.4.2 順鉑對小鼠卵巢形態(tài)的影響
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模和間隔造模后均出現(xiàn)小鼠卵巢大量原始卵泡被激活,分化出大量初級和次級卵泡,閉鎖卵泡增多,原始卵泡和成熟卵泡減少,卵泡膜變薄,卵泡膜細胞減少,卵泡顆粒細胞減少,黃體和白體增多,卵泡膜細胞分布紊亂。其中順鉑連續(xù)造模后出現(xiàn)大量閉鎖卵泡,卵泡膜變薄明顯;順鉑間隔造模后則出現(xiàn)更多的黃體和白體,卵泡上的膜細胞和顆粒細胞分布紊亂明顯(見圖4)。提示順鉑能加速激活原始卵泡分化,產(chǎn)生大量閉鎖卵泡,誘導膜細胞及顆粒細胞凋亡,健康的成熟卵泡減少。
圖4 順鉑對小鼠腎上腺皮質與卵巢形態(tài)的改變Note.■.Adrenal cortex.×.Adrenal medulla.★.Globular zone.?.Fascicular zone.▼.Reticular zone.○.Follicular cavity.□.Corpus luteum.▲.Atresic follicle.●.Corpus albicans.←.Primordial follicle.→.Primary follicle.↑.Secondary follicle.↓.Mature follicle.↘.Theca follicularis.↖.Granulosa cells.Figure 4 Histological changes of adrenal and ovary by the cisplatin of the mice
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后C yp21a1明顯下降(P<0.05),但順鉑對雌性小鼠腎上腺Star、C yp11a1與Cyp11b1的mRNA表達無明顯影響(見圖5)。StAR蛋白表達量在順鉑連續(xù)造模后明顯下降(P<0.05),在順鉑間隔造模后明顯上升(P<0.05),但順鉑間隔造模后抑制CYP11B1的蛋白表達,雌性小鼠腎上腺CYP11A1和CYP21A2蛋白表達變化不明顯(見圖6)。
圖5 順鉑對小鼠腎上腺皮質類固醇激素合成酶的影響Figure 5 Influence of the steroid hormone synthetase mRNA expression in adrenal cortex by the cisplatin of the mice
提示順鉑短期連續(xù)造模會抑制腎上腺StAR蛋白表達,對雌性小鼠腎上腺類固醇合成酶的表達以抑制效應為主。長期間隔給藥則導致StAR代償性升高,與腎上腺皮質激素應激過程有關,而長期間隔造模可能會抑制腎上腺皮質酮合成能力,但總體上對雌性小鼠腎上腺類固醇合成酶影響較小,可能與腎上腺皮質參與應激的自我代償性反應有關。
2.6.1 順鉑對小鼠卵巢類固醇合成酶的影響
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢C yp11a1的mRNA表達量明顯上調(P<0.05),C yp17a1表達明顯下調,而Hsd3b2明顯上調(P<0.01);而間隔造模后小鼠小鼠卵巢StAR蛋白表達量明顯下調(P<0.01),Hsd3b2的mRNA表達量明顯下調(P<0.01)(見圖6)。由于P450c17酶催化17α羥基孕烯醇酮合成DHEA,而DHEA是雄激素合成的前體物質;3βHSD2酶是催化雄烯二酮和睪酮合成酶,結果Cyp17a1和Hsd3b2表達相反模式,提示順鉑對卵巢雄激素的合成存在替代途徑。
圖6 順鉑對小鼠腎上腺和卵巢類固醇激素合成酶蛋白表達的影響Figure 6 Influence of the steroid hormone synthetase protein expression in adrenal cortex and ovary by the cisplatin of the mice
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢Cyp19a1和Hsd17b1的mRNA表達量無明顯影響(見圖7)。由于Cyp19a1和Hsd17b1是合成雌二醇2條途徑的重要酶,結果Cyp19a1和Hsd17b1表達相反模式,提示順鉑對卵巢雌二醇的合成也存在替代途徑。
圖7 順鉑對小鼠卵巢類固醇激素合成酶mRNA表達的影響Figure 7 Influence of the steroid hormone synthetase mRNA expression in ovary by the cisplatin of the mice
2.6.2 順鉑對小鼠卵巢雌激素受體Esr1(ERα)、Esr2(ERβ)和Gper1的影響
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢Esr1和G per1的mRNA表達量明顯上調(P<0.01),見圖8,提示順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢內雌激素受體表達增強。
圖8 順鉑對小鼠卵巢雌激素受體的影響Esr1、Esr2和Gper1Figure 8 Influence of the estrogen receptor Esr1、Esr2 and Gper1 by the cisplatin
綜上,短期順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢類固醇激素合成酶可能受應激部分上調,雌激素受體表達也增強,但間隔造模后類固醇激素合成酶以表達下調為主。雄激素的合成會受C yp17a1和Hsd3b2的下調而明顯減少,雖然順鉑對雌激素合成必要的C yp19a1和Hsd17b1無明顯影響,對雄激素向雌激素的轉化功能可能影響較小,但雄激素作為雌激素的前體,其產(chǎn)量減少也可能影響雌激素的總量。
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模后下丘腦GnRH和CRH的表達明顯下調(P<0.05);而間隔造模組無明顯差異,見圖9,提示短期順鉑連續(xù)造模抑制下丘腦功能,促性腺激素釋放素(GnRH)和促腎上腺素釋放激素(CRH)水平下降。
圖9 順鉑對小鼠下丘腦的影響Figure 9 Influence of the hypothalamus by the cisplatin
與對照組比較,順鉑連續(xù)造模垂體Pomc、Fshb、Pou1f1表達明顯升高(P<0.01);而間隔造模組Lhb表達顯著下降(P<0.01),見圖10,提示短期順鉑連續(xù)造模抑制下丘腦功能后導致垂體功能代償性升高;而長期間斷給藥對垂體功能影響較弱。
圖10 順鉑對小鼠垂體的影響Figure 10 Influence of the pituitary by the cisplatin of the mice
順鉑抗腫瘤藥效是確切的,但是其毒性作用限制了其藥效的最大化,尋找降低順鉑毒性作用又能確保其藥理作用的用藥方案是臨床與基礎研究不斷探索的課題。由于順鉑存在生殖毒性[8]以及卵巢對順鉑的敏感性,順鉑連續(xù)給藥造模的卵巢早衰模型[9]已被學術界廣泛采用。但臨床治療中,短期的連續(xù)給藥會使順鉑大量沉積,產(chǎn)生較多強烈的毒副作用[10],而長期的間隔給藥可能更為貼近臨床上順鉑的實際使用情況,間隔期間有助于機體細胞對順鉑毒性的修復,能減少其他器官受順鉑沉積的影響。此外卵巢早衰在中醫(yī)治療上多以補益氣血、溫腎填精為主,腎虛是主要病因之一[11]。因此,本研究主要從腎虛相關的HPA軸和HPG軸改變[3-4],采用順鉑短期連續(xù)給藥與長期間斷給藥的方案,比較評價兩種造模對雌性小鼠卵巢、腎上腺類固醇激素合成能力的影響。
采用順鉑短時間連續(xù)給藥與長時程間斷給藥的方案,比較2種造模對雌性小鼠卵巢、腎上腺類固醇激素合成的影響,結果發(fā)現(xiàn),順鉑連續(xù)造模和間隔造模完成后小鼠的體重、自主活動度均明顯下降,順鉑連續(xù)造模顯著抑制小鼠心臟與胸腺,順鉑間隔造模小鼠脾、雙腎和胸腺質量均下降。提示順鉑即使間隔給藥,因藥物在體內的累計效應,仍然對小鼠自主活動能力及體重與臟器有明顯的抑制作用,呈現(xiàn)類似中醫(yī)氣虛證、精氣不足的特征。進一步從類固醇激素合成組織的形態(tài)學變化看,發(fā)現(xiàn)順鉑連續(xù)造模和間隔造模后,兩組小鼠卵巢均可見大量的閉鎖卵泡形成,健康的成熟卵泡減少,卵泡膜細胞和顆粒細胞明顯減少,兩種造模后卵巢損傷均很明顯。而腎上腺皮質球狀帶、束狀帶與網(wǎng)狀帶細胞未見明顯的變化,可能與雌激素對于HPA軸的增益作用[12]以及腎上腺皮質參與體內應激過程的代償性自我保護有關。因此,同為類固醇激素合成的組織,卵巢更容易受到順鉑的損傷。
在此基礎上,檢測順鉑對類固醇激素合成與儲備功能的影響。由于腎上腺皮質激素與卵巢雌激素合成的起始過程相同,均以膽固醇為原料,通過細胞內類固醇急性調節(jié)蛋白(StAR)與膽固醇側鏈裂解酶(P450scc,由CYP11A1基因編碼)合成孕烯醇酮作為重要的前體物質。結果發(fā)現(xiàn),StAR蛋白在腎上腺組織連續(xù)造模后明顯下降、間隔造模后明顯上升,推測順鉑短時間大量沉積后對腎上腺皮質線粒體上與膽固醇轉運相關的StAR受氧化應激損傷有關[1,13],而間隔造模受這種氧化應激的損傷相對較弱。而卵巢StAR蛋白表達在間隔造模后顯著下降,提示順鉑累積性損傷卵巢雌激素合成過程。而線粒體內Cyp11a1作為類固醇激素合成的限速酶,腎上腺組織Cyp11a1基因與蛋白表達均未出現(xiàn)明顯的變化,順鉑連續(xù)造模后,小鼠卵巢Cyp11a1基因表達明顯上調,但是其蛋白表達也無明顯變化。在LH峰出現(xiàn),卵泡膜細胞和顆粒細胞黃體化的過程中,StAR、P450scc和3β-HSD的酶活性及表達量會隨著黃體的發(fā)育以及卵巢孕酮合成量的增加,在順鉑誘發(fā)小鼠卵巢早衰的過程中,黃體化也會影響這些酶的表達[14]。出現(xiàn)卵巢和腎上腺同種類固醇合成酶表達趨勢的不同。
進一步檢測腎上腺皮質激素合成的重要酶,發(fā)現(xiàn)僅在連續(xù)給藥后抑制腎上腺Cyp21a1基因表達,對Cyp11b1表達無明顯的影響。提示順鉑連續(xù)給藥可能抑制孕烯醇酮向皮質激素轉化過程,但是最終不影響皮質酮的合成,提示腎上腺具有較強的自我代償性保護生理作用。然而,順鉑對卵巢的作用不同,發(fā)現(xiàn)卵巢雄激素合成過程的重要酶Cyp17a1與Hsd3b2基因表達顯著被順鉑抑制。由于卵巢的雄激素主要在卵泡膜細胞合成分泌,而雌激素的芳香化酶主要存在于顆粒細胞,雄激素在膜細胞形成后在顆粒細胞催化成雌激素,順鉑造模后卵巢形態(tài)學上的改變是卵巢早衰的主要原因。卵巢膜細胞是卵巢內雄激素合成的主要場所[1],本研究中卵巢膜細胞的改變明顯,卵巢膜變薄、膜細胞數(shù)量減少可能是雄激素合成酶表達量降低的原因之一。此外,雄激素合成的關鍵步驟,即主要存在于內質網(wǎng)的細胞色素P450c17a(CYP17A1)編碼的17α-羥化酶將孕烯醇酮催化為孕酮或17α-羥基孕烯醇酮,再由CYP17A1同步編碼的17,20-裂解酶轉化為脫氫表雄酮或雄烯二酮,其中HSD3B2在催化生成雄烯二酮的過程中也發(fā)揮了作用[15-16]。順鉑造成的內質網(wǎng)應激可能是連續(xù)造模后Cyp17a1表達下調和間隔造模后Hsd3b2表達下調的主要原因[15]。本研究中卵巢的形態(tài)學改變明顯,卵泡的顆粒細胞明顯減少,但卵巢的雌激素合成需要的芳香化酶和羥類固醇脫氫酶并沒有明顯改變,考慮與卵巢內卵泡活化過度,致黃體的形成增多有關。
針對類固醇激素分泌調節(jié)的上級中樞功能,檢測發(fā)現(xiàn)順鉑連續(xù)造模后下丘腦促性腺激素釋放素(GnRH)和促腎上腺素釋放激素(CRH)的表達明顯下調,垂體Pomc、Fshb、Pou1f1表達明顯升高;而間隔造模垂體Lhb表達顯著下降。提示順鉑連續(xù)造模抑制下丘腦功能后導致垂體功能代償性升高;而長期間斷給藥對垂體功能影響較弱。雌二醇下調和FSH的升高是卵巢早衰的兩大指標,但間隔造模組垂體促性腺激素Fshb和Lhb的表達未見上調,因此順鉑間隔造??赡懿⒉荒苄纬傻湫偷穆殉苍缢ツP?。而連續(xù)造模后HPG軸的頂端激素GnRH抑制明顯,而垂體促性腺激素的mRNA水平上調顯著,呈現(xiàn)出典型的卵巢早衰特點。
有研究表明,性腺類固醇激素能影響HPA軸應激。與雄性相比,雌性能表現(xiàn)出更強的HPA軸反饋,血液雌二醇升高能能通過雌激素受體調節(jié)CRH神經(jīng)元影響上調應激相關激素的水平[17],LH通過作用于卵泡膜細胞和顆粒細胞來控制類固醇生成。LH作用于皮層細胞以增加參與雄激素,雄烯二酮生產(chǎn)的酶的合成。雄烯二酮從卵泡膜細胞中釋放出來,并被鄰近的顆粒細胞吸收,通過芳香酶的作用轉化為雌酮,再通過HSD17B1的作用轉化為雌二醇。Lhb的mRNA表達未見升高甚至在間隔造模組下調,可能是卵巢類固醇激素合成酶,尤其是催化雄激素轉化為雌激素的兩種酶未見下調的另一個原因。
下丘腦及邊緣系統(tǒng)的雌激素受體對HPA活性可能具有相反的影響,即ERβ(Esr2)抑制,而ERα(Esr1)促進HPA軸[14]。此外,雌激素受體在卵巢對于卵泡和各細胞分化有重要的調節(jié)作用,雌二醇能通過ERα和GPER1刺激卵巢的細胞增殖[18],本研究發(fā)現(xiàn)順鉑連續(xù)造模后卵巢內的Esr1表達顯著升高,Gper1表達的同步升高,與卵巢內卵泡的過度活化和和雌激素對于HPA軸的增益有關。提示順鉑對類固醇激素合成組織卵巢的選擇性更強。
綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn),順鉑能夠誘發(fā)小鼠氣虛、精氣不足相關證候表現(xiàn);順鉑對于類固醇激素合成組織的卵巢選擇性損傷大于腎上腺,順鉑對卵巢雄激素與雌激素合成存在替代途徑的活躍方式,短期連續(xù)給藥也進一步抑制HPA軸和HPG軸的高級中樞下丘腦和垂體功能。