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背景与目的:随着人类平均寿命的延长,恶性肿瘤对人类的威胁日益显得突出,已成为目前最常见的死亡原因之一。因此,恶性肿瘤的治疗一直是研究的热点。理想化的肿瘤治疗是以多学科综合治疗的手段达到延长患者生存时间和改善患者生存质量的目的。目前临床上大多数恶性肿瘤的治疗主要是采取以外科手术为主,辅以化、放疗等多种方法的治疗模式。在外科术式日臻成熟的今天,恶性肿瘤外科治疗的远期效果即长期生存率却无明显改善,探索改良其它配合治疗手段水平有望进一步提升恶性肿瘤的治疗效果。手术和放疗均为局部治疗的方法,不能防止癌细胞的远处转移和消灭循环中的癌细胞。化疗为全身性治疗,可以杀灭手术残留或远处转移的癌细胞,但是目前化疗药物却面临严重的挑战,如水溶性差、多数常见实体瘤仍缺乏有效药物、化疗过程中产生耐药性以及化疗药物靶向性不强导致的毒副作用等等不足都制约了化疗的临床有效应用。因此,新型的抗肿瘤药物的研究开发成为药物研究的重点领域之一。
肿瘤血管靶向药物(vascular targeting agents,VTAs)与传统化疗药物相比具有抑瘤效应大、细胞毒性小以及应用广泛等优点,越来越受到研究者的关注。VTAs是指一类通过快速而有选择性地损坏或阻塞已构建完成的肿瘤血管,使肿瘤血供受阻引起肿瘤坏死,从而达到治疗肿瘤的目的。VTAs类药物分为两大类,小分子类药物和生物类制剂。小分子类药物利用肿瘤组织血管和正常组织血管之间的生理差异性选择性地破坏肿瘤血管;生物类制剂,则通过特异性的配体,与肿瘤血管特异性的结合实现其选择性,并阻断肿瘤血管。目前大部分VTAs已进入临床试验阶段,应用前景十分广阔。
目前小分子类VTAs一般包括微管类药物和类黄酮药物。其中微管破坏类药物可与内皮细胞微管素的β亚基结合,使构成细胞骨架的微管蛋白和肌动蛋白解聚合,具有抑制内皮细胞有丝分裂和抗血管效应的双重作用。Combretastatin A4作为其中的一个具有重要意义候选化合物,吸引着众多研究者的关注,其水溶性的磷酸酯化前体药物CA4P已进入临床Ⅲ期研究。
作为微管结合药物,CA4P能够引起肿瘤细胞和内皮细胞发生G2/M期阻滞。有关CA4P诱导细胞凋亡的机制有各种报道,最初的研究表明:CA4P的细胞毒作用主要是通过细胞凋亡途径产生的,另有持反对意见的认为:凋亡不是CA4P对内皮细胞主要的作用方式,只是有少数细胞呈现凋亡或者在高剂量时产生此现象。本课题在这一背景下,先对CA4P抑制人脐静脉内皮细胞(Human Umbilical Vein Endothelia Cell,HUVEC)增殖、迁移及血管腔形成进行实验,并在此基础上,研究CA4P抑制HUVEC增殖的具体机制,包括研究CA4P对HUVEC凋亡以及抗增殖作用中有无自噬的参与。
方法和结果:
第一部分:CA4P抑制HUVEC增殖、迁移及血管腔形成的研究
方法:1.MTT法检测不同时间点、不同浓度下CA4P对HUVEC增殖的抑制作用。
2.划痕试验检测不同浓度下CA4P对HUVEC迁移的影响。
3.在Matrigel胶上培养HUVEC,建立二维血管生成模型。利用该模型,评价CA4P对HUVEC形成血管腔能力的影响。
结果:1.CA4P对HUVEC有确切的抗增殖作用CA4P各浓度组在24h、48h及72h三个作用时间点对HUVEC抑制作用显著(P<0.05),表明CA4P对HUVEC均有确切的抑制作用,并存在明显的剂量时间依赖关系。
2.CA4P可抑制HUVEC迁移镜下观察,对照组24h后无细胞区域(划痕区域)几乎完全消失,实验组仍见无细胞区域,并且向无细胞划痕区域迁移的细胞数量随着药物浓度的提高而减少。
3.在Matrigel胶上成功建立二维血管腔生成模型,CA4P可抑制HUVEC血管腔的形成镜下观察,在Matrigel胶上培养HUVEC,可见HUVEC具有较好的运动及分化能力,12h后在Matrigel胶上形成类似毛细血管的完整血管腔。利用建立的二维血管生成模型,采用含CA4P不同浓度组的培养基培养HUVEC,12h后倒置显微镜下观察,随着浓度升高,HUVEC聚集成团明显,形成完整的管腔结构减少(P<0.05),网状结构形成稀疏,在某些区域甚至完全消失。
第二部分:CA4P作用HUVEC后抑制细胞增殖机制的探讨
方法:1.采用Hoechst33342荧光染色法,荧光显微镜下观察经不同浓度药物组处理24h、48h的HUVEC胞核染色的强度及形态。
2.流式细胞学(Annexin-V/PI双染法)检测CA4P对HUVEC凋亡的影响。
3.提取不同浓度药物组处理的HUVEC总蛋白,通过Western Blotting分析目的蛋白LC3(自噬相关蛋白)在不同组间表达是否有差异。
结果:1.荧光显微镜下观察CA4P对HUVEC凋亡的影响不同浓度的CA4P作用HUVEC24h及48h后,荧光显微镜下观察,对照组正常的HUVEC胞核呈现弥散均匀的蓝色荧光,边缘整齐,凋亡细胞极少。实验组HUVEC细胞总量减少,并见大量凋亡细胞,凋亡细胞胞核固缩,核碎裂。
2.流式细胞学分析CA4P对HUVEC凋亡的影响不同浓度的CA4P作用于HUVEC后,可诱导HUVEC凋亡,对照组与实验组凋亡率明显不同,差异具有统计学意义(P<0.05);增加药物浓度、延长作用时间可使HUVEC凋亡率升高,差异具有统计学意义(P<0.05),存在剂量时间依赖关系。
3.Western Blotting分析目的蛋白LC3(自噬相关蛋白)在不同组间的表达差异CA4P作用HUVEC48h后与对照组蛋白表达情况比较,发现LC3Ⅱ表达增强,提示CA4P对HUVEC抗增殖作用的机制中有自噬作用的参与。
结论:
1.CA4P对HUVEC有确切的增殖抑制作用。
2.CA4P可抑制HUVEC迁移。
3.CA4P可抑制HUVEC新生血管腔的形成。
4.CA4P可诱导HUVEC凋亡。
5.CA4P对HUVEC抗增殖作用的机制中有自噬作用的参与。