消痰散结方对裸鼠人胃癌MKN—45皮下移植瘤模型血清蛋白质组表达的影响

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  摘要:目的 观察消痰散结方对裸鼠人胃癌MKN-45皮下移植瘤模型血清蛋白质组表达的影响。方法 30只BALB/c-nu/nu裸鼠随机分为正常组、模型组、干预组,采用瘤块接种方法造模。正常组自由饮食,模型组、干预组分别给予生理盐水、消痰散结方灌胃。运用蛋白质组学的双向凝胶电泳技术,观察3组之间的血清蛋白质组表达差异,筛选出与消痰散结方作用相关的差异表达蛋白质,并对其进行质谱鉴定,确认差异表达蛋白质的身份。结果 去除血清中高丰度蛋白质后获得分辨率高、重复性稳定性好的血清2-DE图谱。与正常组比较,模型组中找到25个差异表达蛋白点,其中12个表达上调,13个表达下调。与模型组比较,干预组中找到19个差异表达蛋白点,其中14个表达上调,5个表达下调。3组间比较共找到差异表达蛋白点9个,与正常组比较,在模型组中表达上调、在干预组表达回调至正常组水平的3个,最终鉴定为结合珠蛋白、泛素蛋白连接酶、组蛋白甲基转移酶;与正常组比较,在模型组中表达下调、在干预组表达回复至正常组水平的有6个,其中3个鉴定为载脂蛋白A1、过氧化物酶1、超氧化物歧化酶。结论 消痰散结方对载脂蛋白A1、过氧化物酶1等功能蛋白表达的综合性调节可能是其发挥抗胃癌作用的重要机制。
  关键词:消痰散结方;胃癌;血清;蛋白质组;双向凝胶电泳;质谱
  中图分类号:R285.5 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2012)08-0044-04
  消痰散结方是本院魏品康教授根据“胃癌-痰证”理论创立的,已被制成口服液和颗粒剂等院内制剂应用于胃癌的临床治疗,取得了良好疗效[1-2]。本实验在成功复制胃癌动物模型的基础上,研究正常裸鼠与胃癌模型裸鼠血清蛋白质组表达的差异及消痰散结方干预后胃癌模型裸鼠血清蛋白质组的变化,从蛋白质组学角度初步探讨消痰散结方治疗胃癌的作用靶点和可能机制。
  1 实验材料
  1.1 动物与廇株
  BALB/c-nu/nu裸鼠30只,购自中国科学院上海实验动物中心,许可证号:SCXK(沪)2007-2005。鼠龄6~8周,雄性,体质量18~22 g。饲养条件SPF级。人胃低分化腺癌细胞株MKN-45,购自中国科学院上海实验动物中心。
  1.2 药物
  消痰散结方由天南星、半夏、全蝎、蜈蚣、鸡内金等组成。原药材购自上海市雷允上药材公司,产地明确,并经中国人民解放军第二军医大学药学院生药教研室鉴定,本院药材科制剂室制备,含原药材约5.30 g/mL,药物存放在4 ℃冰箱中备用,临用时配制成相应浓度。
  1.3 主要试剂
  固相pH梯度胶条、pH 3~10两性电解质(美国Bio-Rad公司);CHAPS、二硫苏糖醇(DTT)、尿素、硫脲(美国Sigma公司);去除高丰度蛋白试剂盒(德国Merck公司);考马斯亮蓝G-250 (Amersham公司);其他试剂为国产分析纯试剂。
  1.4 主要仪器
  BF-67型双人超净工作台(上海净化设备厂出品)、D-37520高速冷冻离心机(德国Kendro公司);Protean Ⅱ Xi cell及Image Scanner(美国Bio-Rad公司);AL104型分析天平(METTTLER TOLED公司)、CAP-RIA16型计数器(美国Capintec公司)、Image Scanner(美国Bio-Rad公司);干式恒温器、数控超声波清新器(毅新兴业科技有限公司)、微型高速离心机Sigma 3-18K(Sigma公司);基质辅助激光解析飞行时间串联质谱仪AutoflexTMⅡ(Bruker Daltonik)。
  2 实验方法
  2.1 分组与造模
  裸鼠饲养于复旦大学动物实验中心,SPF级。适应性饲养2 d后,按随机数字表法分为3组,分别为正常组10只、模型组10只、干预组10只。模型组与干预组采用瘤块接种的方法复制裸鼠人胃癌MKN-45皮下移植瘤模型[3]。
  2.2 给药与取材
  造模后第2日开始给药,干预组予消痰散结方0.4 mL/(只·d);
  模型组予生理盐水0.4 mL/(只·d)。给药方式均为灌胃,连续14 d。给药结束24 h后处死所有荷瘤裸鼠,摘除一侧眼球取血,4 ℃、3 000 r/min离心15 min,取血清用于蛋白质组测定,-80 ℃冷藏保存。
  2.3 血清蛋白质双向凝胶电泳(2-DE)分离
  取正常组、模型组和干预组3组裸鼠的血清总蛋白质样品,进行第一向等电聚焦(IEF),平衡胶条,第二向SDS-PAGE电泳,凝胶染色和脱色(考马斯亮蓝)。重复3次。
  2.4 胶图的图像扫描和分析
  获得的2-DE凝胶图像经Image Scanner扫描仪获取数字化图像,运用PDQuest Advanced 8.0.1软件,筛选差异蛋白质斑点。
  2.5 MALDI-TOF/TOF-MS检测
  选取的差异蛋白质斑点经胶内酶切后行MALDI-TOF/ TOF-MS检测获得的肽质量指纹图谱(PMF),挑取强度较高、峰型较好的PMF打TOF-TOF。
  2.6 蛋白质鉴定数据库搜索
  获得的PMF用MascotDiistner软件识别单同位素信号峰,获得的肽片段的质荷比(m/z)数值输入Mascot查询系统进行检索。搜索数据库为Swiss-prot和NCBI蛋白质数据库。
  3 统计学方法
  应用PDQuest软件分析,选择蛋白相对量相差2倍以上蛋白点为差异蛋白进行分析,数据以灰度值为基准,在Microsoft Excel XP中进行,统计检验采用Student’s t检验,P<0.05为差异有统计学意义;差异蛋白鉴定依据Mowsc(Molecular weight Search)评分大于56(即P<0.05)以及表观分子量和等电点判断蛋白鉴定结果是否有统计学意义。有统计学意义的候选蛋白结果按照排序取得分最高者作为最后确认结果。   4 结果
  4.1 匹配结果
  3组蛋白质斑点分布模式十分相似,主要分布在pI 4.5~7和Mr15~100 KDa范围内,蛋白质斑点个数及匹配率结果见表1、图1。
  4.2 正常组与模型组血清蛋白质组表达情况
  与正常组相比,模型组中共有25个差异蛋白表达点,其中12个蛋白表达上调,13个蛋白表达下调(见表2)。
  4.3 模型组与干预组血清蛋白质组表达情况
  与模型组比较,干预组中找到19个差异表达点,其中14个蛋白表达上调、5个蛋白表达下调(见表3)。
  4.4 3组间血清蛋白质组表达变化情况
  正常组与模型组比较、模型组与干预组比较均有显著差异和正常组与干预组无统计学差异的差异表达蛋白点共找到9个,见表4。其中与正常组比较,在模型组中表达上调,在干预组表达回调至正常组水平的3个;与正常组比较,在模型组中表达下调,在干预组表达回复至正常组水平的有6个。
  5 讨论
  2-DE是蛋白质组学研究中最经典的技术[4]。具有简便、快速、高分辨、高通量、可重复性等优点。其基本原理是根据不同蛋白质具有不同等电点和相对分子量的特性,将复杂的蛋白质集合物在相互垂直的两个方向上,依据电荷和相对分子量进行蛋白质的分离。其最大的优势在于:①能被相关软件分析获得清晰蛋白分离胶图;②能与质谱鉴定技术紧密结合,从而对分离的蛋白质进行鉴定。一块改进的2-DE胶板可以分离出上万个蛋白质斑点。虽然现在出现了蛋白芯片等其他蛋白分离技术,但到目前为止还不能取代2-DE技术在蛋白质组学中的地位。但2-DE也存在缺点:操作复杂、分离能力有限、易受到外界因素的干扰[5]。
  血清蛋白质组学中血清样品的处理是一个技术难点。高丰度蛋白,如白蛋白、球蛋白等,在血清总蛋白含量的比重较大,而一些起到至关重要的生物活性蛋白其含量十分低。如果不考虑去除高丰度蛋白,其结果往往是2-DE图被高丰度的蛋白点占据大片面积,并造成分辨率下降,许多低丰度蛋白点无法清晰地显示,给研究造成困难。但是如果去除高丰度蛋白,则可能会造成部分有信息的低丰度蛋白丢失。权衡两者利弊,本实验最终采用了去除高丰度蛋白的方法,结果图谱清晰、分辨率较高,但蛋白点相对较少。
  本研究结果显示,与正常组比较,有些在模型组中表达上升或下降的差异蛋白质,经消痰散结方干预后,其表达水平恢复至正常组水平。提档消痰散结方可能通过对载脂蛋白A1、过氧化物酶1、超氧化物歧化酶、结合珠蛋白、泛素蛋白连接酶、组蛋白甲基转移酶等蛋白表达水平的调节,发挥其抗胃癌作用。
  载脂蛋白A1是一种保护性蛋白,可以有效控制血液中胆固醇的代谢,降低血液的黏稠度,防止高脂血症的发生和发展。Chong PK等[6],通过对不同肿瘤大小的人胃癌MKN-45皮下移植瘤裸鼠的血浆进行蛋白质组检测,发现在肿瘤最大组的裸鼠血浆中载脂蛋白A1表达明显降低,此结论与本实验的研究结果相一致。结合珠蛋白为α-2球蛋白中的一种糖蛋白,又称触珠蛋白。本实验中,与正常组相比,模型组中结合珠蛋白表达明显升高,消痰散结方干预后其表达显著下调,其引起结合珠蛋白下调的原因有待进一步的研究。泛素蛋白连接酶是一种作用于泛素蛋白酶体途径的酶蛋白。泛素蛋白酶体途径是真核细胞中蛋白降解的方式。泛素蛋白连接酶作用于泛素蛋白酶体通路,降解细胞周期相关蛋白。泛素蛋白酶通路可以通过影响p53、p27、NF-κb的表达在肿瘤的发生发展过程中发挥作用。本研究中,模型组泛素蛋白连接酶表达增高,提示泛素蛋白酶体通路活性增强,促进了肿瘤的生长和发展。在干预组中泛素蛋白连接酶表达降低,提示消痰散结方可以抑制其表达,诱导肿瘤细胞凋亡的生长。过氧化物酶1属于增殖相关蛋白,它与细胞的增殖、分化和凋亡关系密切,因此也和癌症的发生发展有着联系[7-8]。大量研究显示,PRDX的表达增强和各种肿瘤细胞的增殖有明显的关系,可作为肿瘤复发的标志物[9-10]。在本实验中模型组中过氧化物酶下降,干预组过氧化物酶上调,可能是肿瘤细胞下调过氧化物酶可以利于肿瘤细胞侵袭正常组织,而肿瘤细胞为了抵御抗肿瘤药物的杀伤作用又上调了过氧化物酶的表达。组蛋白甲基转移酶是一类含有SET结构域的酶蛋白。目前已经发现和证实大概有700多种含SET结构域的组蛋白甲基转移酶[11-12]。有研究发现,SET结构域存在于许多与肿瘤发生发展有密切关联的基因中,含有此结构域的蛋白质多具有发挥肿瘤抑制的作用,因此推断组蛋白甲基转移酶若发生异常可能会导致肿瘤发生。例如SMYD3高表达可以明显促进结肠癌及肝癌细胞的生长[13],又如非何杰金氏淋巴瘤,SUV39H1/H2的功能下调可能导致增殖失控而发生癌变[14-15]。前列腺癌、淋巴瘤和乳腺癌中EZH2甲基转移酶高表达,揭示组蛋白甲基转移酶异常可能参与了实体肿瘤的发生[16-17]。本实验结果显示,消痰散结方能够下调组蛋白甲基转移酶的表达,其作用机制可能是通过调节相关蛋白的修饰起到抑制肿瘤的发生和发展。
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  (收稿日期:2012-03-15,编辑:华强)
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