黃芪甲甙胸腔注射對肺癌小鼠惡性胸腔積液的影響*

武建毅 姚曉祥 朱紀華 朱麟玉 丁昭珩 黃曉東

惡 性 胸 腔 積 液（malignant pleural effusion，MPE）是晚期肺癌最常見的并發癥之一。目前肺癌合并癌性胸腔積液的治療以胸腔灌注化療為主，但臨床有效率低，相關副反應多[1]。目前對惡性胸腔積液的基礎研究表明，多種細胞因子參與其中，其中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在癌性胸腔積液中作用明顯，它可以改善腫瘤微血管及微淋巴管的通透性，參與胸腔積液形成，抑制VEGF表達可以抑制腫瘤生長、轉移和胸腔積液形成[2]。另外，水通道蛋白（aquaporins，AQPs）是存在于細胞膜表面的一類家族蛋白，主要控制水分子等跨膜轉運。其中水通道蛋白-1（AQPs-1）研究較為深入，文獻[3]報道其與惡性胸腔積液的發生關系密切。黃芪甲苷（astragaloside Ⅳ，AsⅣ）是黃芪中的一種主要成分，現代研究表明它具有誘導癌細胞凋亡，阻止腫瘤新生血管生成、阻止癌細胞轉移的活性，可以作為治療癌性胸腔積液的有效藥物深入研究[4]。本課題設計建立小鼠肺癌合并胸腔積液模型，通過胸腔穿刺灌注治療的方式考察不同濃度的AsⅣ對Lewis肺癌小鼠惡性胸腔積液的治療效果及抗腫瘤活性，進一步明確其機制，AsⅣ是否對腫瘤新生血管、水通道蛋白有抑制作用，為肺癌胸腔積液的治療提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 一般材料

4周齡BALB/C 小鼠 100只，體重 18～22 g，購于中國科學院細胞研究所。細胞株：小鼠Lewis肺癌細胞株，購于中國醫學科學院實驗動物研究所。藥物與試劑：AsⅣ分子式為C14H68O14，購自成都普瑞法公司。順鉑DDP購自默克公司。細胞培養血清購于上海恒遠生物科技有限公司，VEGF ELASIA檢測試劑盒購于上海澤葉生物科技有限公司。小鼠的VEGF、AQP-1、二抗購買于abnova公司。

1.2 方法

1.2.1 小鼠Lewis肺癌細胞培養 把小鼠Lewis肺癌細胞株復蘇，在37 ℃、5% CO2培養箱中，用含10%胎牛血清的DMEM培養基培養72 h，消化、傳代，取對數生長期的細胞，用0.2%臺盼藍染色后，細胞計數板計數，細胞活力95%。

1.2.2 小鼠Lewis肺癌惡性胸腔積液動物模型建立 用無血清培養基將Lewis肺癌細胞稀釋后接種于BALB/C小鼠胸腔，第10天處死小鼠并收集胸腔積液，離心取細胞，調整細胞濃度（1.0×106/ml）。取該懸液0.2 ml/只，給100只小鼠胸腔內均接種腫瘤，建立小鼠肺癌惡性胸腔積液動物模型。

1.2.3 實驗小鼠分組及給藥方法 將100只小鼠按隨機數字法分為五組，每組20只。A組：陰性對照，注射0.9%生理鹽水（NS）20 ml；B組：陽性對照組，注射順鉑（DDP）0.5 mg/kg；C組：低劑量黃芪甲苷（l-AsⅣ）0.3 mg/kg；D組：中劑量的黃芪甲苷（m-AsⅣ）1.0 mg/kg；E組：高劑量黃芪甲苷（h-AsⅣ）3.0 mg/kg。接瘤 24 h 后采用胸腔穿刺注射藥物的給藥方式，按照體重給藥，1次/d，連續給藥 14 d。

1.3 觀察指標及評價標準

（1）治療效果：比較五組治療效果，包括抑瘤率及細胞存活率、胸腔積液量、瘤細胞數、最大結節直徑，用藥結束24 h后各組半數小鼠處死，抽取小鼠胸腔積液，記錄胸腔積液量，胸腔積液經臺盼藍染色，顯微鏡下計算瘤細胞數、瘤細胞存活率。細胞存活率=未染色細胞數/細胞總數×100%。解剖死亡小鼠，觀察胸腔內腫瘤轉移情況，測量胸膜轉移瘤最大結節直徑，測定抑瘤率，抑瘤率=[A組胸膜轉移瘤平均體積-實驗組（B、C、D、E組）胸膜轉移瘤平均體積]/A組平均體積×100%。（2）VEGF含量：比較五組VEGF含量，末次給藥24 h后，收集小鼠胸腔積液0.4 ml，離心取上清，按照ELISA試劑盒說明書進行操作，計算出每份標本中VEGF的濃度。（3）VEGF、AQP-1的表達水平：比較五組VEGF、AQP-1的表達水平，對胸膜轉移瘤組織內VEGF、AQP-1的表達水平進行免疫組織化學檢測，對處死小鼠的胸腔進行解剖，分離胸膜轉移腫瘤的組織，制作石蠟切片，用5%BSA 液封閉，加入一抗：VEGF（1∶100）、AQP-1（1∶100），4 ℃孵育過夜，用PBS漂洗后加入二抗，室溫下孵育30 min，漂洗后DAB顯色，蘇木素復染，脫水并透明后封片。用Image-Pro Plus 7.0軟件進行圖像分析，計算陽性面積。

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 五組治療效果比較

B、D、E組胸腔積液量均少于A組（P＜0.01），瘤細胞存活率和瘤細胞數均低于A組（P＜0.01），胸膜轉移瘤最大結節直徑均小于A組（P＜0.01），上述指標都存在劑量依賴性。E組胸腔積液量、瘤細胞存活率、最大結節直徑均低于B組，抑瘤率高于B組（P＜0.05），見表1。

表1 五組治療效果比較（±s）

表1 五組治療效果比較（±s）

*與A組比較，P＜0.01；#與B組比較，P＜0.05；△與A組比較，P＜0.05。

組別 胸腔積液量（ml） 瘤細胞數（×106/ml） 瘤細胞存活率（%） 最大結節直徑（cm） 抑瘤率（%）A 組（n=10） 8.21±1.15 13.62±5.72 90.20±1.01 0.68±0.02 B組（n=10） 2.83±0.43* 6.92±2.57* 53.42±2.21* 0.32±0.01* 75.43±3.29 C 組（n=10） 5.31±0.65△ 8.15±3.12△ 71.27±1.15△ 0.52±0.02△ 49.27±2.78 D組（n=10） 3.24±0.42* 6.13±2.21* 56.45±0.97* 0.45±0.01* 66.72±3.13 E 組（n=10） 1.88±0.34*# 5.49±1.78* 45.68±0.21*# 0.25±0.02*# 81.25±0.98#

2.2 五組VEGF含量比較

B、C、D、E組 VEGF含量均低于A組（P＜0.01），且存在劑量依賴性，見表2。

表2 五組VEGF含量比較[ng/L，（±s）]

表2 五組VEGF含量比較[ng/L，（±s）]

*與A組比較，P＜0.01。

組別 VEGF A組（n=10） 188.72±2.13 B 組（n=10） 105.42±13.77*C 組（n=10） 140.89±16.10*D 組（n=10） 107.22±12.51*E 組（n=10） 88.95±12.42*

2.3 五組Lewis肺癌小鼠胸膜轉移瘤組織VEGF、AQP-1表達

B、C、D、E組 VEGF表達 均 低 于 A組（P＜0.01）；C、D、E組AQP-1蛋白表達均低于A組，差異有統計學意義（P＜0.05、＜0.05、＜0.01），見圖1、圖2、表3。

圖1 五組Lewis肺癌小鼠胸膜轉移瘤組織VEGF蛋白表達（×200）

圖2 五組Lewis肺癌小鼠胸膜轉移瘤組織AQP-1蛋白表達（×200）

表3 五組Lewis肺癌小鼠胸膜轉移瘤組織VEGF、AQP-1表達水平比較（±s）

表3 五組Lewis肺癌小鼠胸膜轉移瘤組織VEGF、AQP-1表達水平比較（±s）

*與A組比較，P＜0.01，#與A組比較，P＜0.05。

組別 VEGF AQP-1 A 組（n=10） 729.47±25.22 725.55±35.02 B 組（n=10） 524.71±24.15* 720.42±50.08 C組（n=10） 673.22±35.75* 657.12±65.82#D組（n=10） 558.22±38.33* 625.11±52.72#E組（n=10） 520.35±52.12* 617.52±33.20*

3 討論

胸腔積液為晚期肺癌常見并發癥，此時癌細胞侵犯胸膜，胸腔積液中找到腫瘤細胞。肺癌合并惡性胸腔積液表明疾病已經進展，患者生活質量不佳，預后較差，平均生存期小于6個月。肺癌合并惡性胸腔積液時治療困難，目前以胸腔灌注治療為主，但灌注的藥物效果不理想[5]。尋找有效的胸腔灌注藥物是治療肺癌合并惡性胸腔積液急需解決的難題。AsⅣ是黃芪中的一種主要成分，現代研究表明它具有誘導癌細胞凋亡，阻止腫瘤新生血管生成、阻止癌細胞轉移的活性，可以作為治療惡性胸腔積液的有效藥物深入研究[6-8]。本文的研究中發現胸腔灌注AsⅣ可以使小鼠的惡性胸腔積液明顯減少，B、D、E組胸腔積液量均少于A組（P＜0.01）；惡性胸腔積液中瘤細胞存活率和瘤細胞數均低于A組（P＜0.01），胸膜轉移瘤最大結節直徑均小于A組（P＜0.01）。E組胸腔積液量、瘤細胞存活率、最大結節直徑均低于B組，抑瘤率高于B組（P＜0.05），表明胸腔注射AsⅣ可以抑制惡性胸腔積液中瘤細胞生長，從而使胸膜轉移瘤明顯縮小，這些作用AsⅣ藥物的濃度存在劑量依賴性。表明AsⅣ可以有效抑制瘤細胞的生長，從而減少惡性胸腔積液的生成。

近年來對惡性胸腔積液發生機制的基礎研究表明細胞因子在惡性胸腔積液的發生中的起到非常重要的作用。目前研究與惡性胸腹腔積液發生關系密切的細胞因子包括：VEGF和AQPs[9]。VEGF是改善血管、淋巴管通透性重要的細胞因子。研究表明，惡性胸腔積液的發生依賴于VEGF水平，抑制VEGF可以抑制癌性胸腔積液的形成，提示VEGF在癌性胸腔積液的發生中舉足輕重。VEGF促進癌性胸腔積液形成的主要機制就是通過增加胸膜毛細血管形成，并使毛細血管通透性增加，導致胸腔積液形成[10]。AsⅣ具有抗腫瘤血管生成的作用，細胞水平的研究證實：AsⅣ可以通過抑制肝癌細胞株VEGF基因的表達，從而使癌細胞侵襲和轉移能力的明顯下降[11]。本文的研究中發現B、C、D、E組VEGF含量均低于A組（P＜0.01），且存在劑量依賴性，說明胸腔灌注AsⅣ后可以使胸腔積液中的VEGF含量明顯下降，同時胸膜轉移瘤的免疫組化結論為B、C、D、E組VEGF表達均低于A組（P＜0.01），AsⅣ可以抑制轉移瘤組織內VEGF表達。這可能是AsⅣ抑制Lewis肺癌細胞生長，減少癌性胸腔積液生成的重要機制之一。

AQPs-1是細胞膜表面控制水分子通過的通道蛋白，它與惡性腫瘤的生長、轉移和癌性積液的形成關系密切[12]。惡性胸腔積液小鼠模型中的研究表明：當惡性胸腔積液體積不斷增加時，肺癌小鼠胸膜組織中AQPs-1基因的表達也不斷增加，二者呈正相關。高度提示肺癌合并惡性胸腔積液與AQPs-1關系密切，抑制AQPs-1的表達，可以有效減少惡性胸腔積液[9]。本文中發現C、D、E組AQP-1蛋白表達均低于A組（P＜0.05、＜0.05、＜0.01），說明胸腔灌注AsⅣ后可以抑制轉移瘤組織內AQPs-1表達。這可能是黃芪甲甙抑制Lewis肺癌細胞生長，減少癌性胸腔積液生成的另一個重要機制之一。

本研究以肺癌惡性胸腔積液為動物模型，考察胸腔內注射AsⅣ對小鼠肺癌合并惡性胸腔積液的治療效果。結果表明AsⅣ胸腔注射后，Lewis肺癌細胞的生長得到抑制，惡性胸腔積液的生成減少。這種作用與AsⅣ抑制腫瘤細胞VEGF和AQPs-1的表達有關。本研究為肺癌合并惡性胸腔積液的治療提供了重要的試驗數據，為惡性胸腔積液發生機制的研究和治療給予啟示。