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癌症是“世纪之魔”、是严重威胁人类健康的“第一杀手”。据世界卫生组织统计,当今世界每隔6秒就有一个生命被癌症夺去。随着工业化、居住城市化、人口老龄化进程的加快,以及环境污染的日益严重,癌症发病率今后还会持续上升。尽管人类对肿瘤和发育的认识由来已久,人类也已步入了后基因组以及各种实验技术的迅速发展和应用的时代,但是由于缺乏对肿瘤发生机理的全面了解,使人们对大多数严重威胁自身生命质量(1ifequality)和生存的恶性肿瘤仍然束手无策;与此同时,虽然人们对个体发育的认识已经渗入到了基因水平,但对于个体的发生、发育现象仍存在许多未解的难题,人类对自身的认识——个体发育的许多问题仍处于探索阶段。
早在1829年Lobstein等就提出了肿瘤的胚胎性起源概念,但直到上世纪七十年代癌基因研究的兴起才使得这一理论被重新理解和深入,早期胚胎细胞与恶性肿瘤细胞生物学行为的相似性研究日益受到重视;越来越多的学者认为不同胚胎微环境(包括卵母细胞,囊胚和部分妊娠中、晚期胎儿)可能对携带全套遗传信息的细胞核有“程序重排作用”(reprogramme)而使某些恶性肿瘤细胞的表型逆转。在九十年代初期,中国和印度等一些国家进行了将引产胎儿的脾细胞等输入晚期恶性肿瘤患者的临床治疗观察,发现能部分延缓患者的生存期,从临床方面也为这一理论提供了重要证据。
我们实验室课题组在建立小鼠囊胚一恶性肿瘤细胞共培养系统的基础上观察到了已经分化决定的正常细胞一囊胚滋养层细胞在体外能“侵袭”不同侵袭潜能的恶性肿瘤细胞,并形成类似“青霉菌抑菌圈样”的无肿瘤细胞生长空白带;一定剂量的抗植入药米非司酮能有效抑制高转移潜能的小鼠黑色素瘤的肺转移率和降低肿瘤的血管生成能力。为了探讨胚胎与肿瘤在体内的相互作用,本实验研究在我们已有的实验研究及其对早期胚胎发育与恶性肿瘤相互作用研究的深刻理解基础上,选择腹水型恶性肿瘤细胞,着眼于中、晚期的胚胎微环境与恶性肿瘤细胞的实验研究,旨在进一步认识恶性肿瘤存在于胚胎微环境中的生长行为及其对胚胎发育的影响和恶性肿瘤细胞的转归,为理解生命现象的个体发育和恶性肿瘤生物学行为的内涵提供原始的实验依据和技术平台,为胚胎微环境逆转恶性肿瘤细胞表型提供进一步的证据,推进人类对胚胎与恶性肿瘤相互作用的理解和认识。
目的
1自我构建和自我组织是个体发育的基本原则,而基因水平的重组和细胞的社会性是阐释有机体复杂发育模式的重要观点,恶性肿瘤细胞所处的微环境对其发生、发展有重要影响。细胞的行为模式不仅受基因等内在因素的影响,还受到邻近细胞的能量流和信息流的制约,在发育晚期,还受到机体外部的影响。通过选择小鼠中晚期胚胎羊膜腔(D9-D12)和腹腔(D13一D21)为胚胎微环境,采用宫内移植的方法使恶性肿瘤细胞与发育中的胚胎“共处一室”,探讨恶性肿瘤细胞对胚胎发育的影响,以及胚胎微环境对恶性肿瘤细胞的细胞生物学行为的影响,从细胞社会学和个体发育微环境等方面研究恶性肿瘤细胞与胚胎的相互作用。
2利用全胚胎培养技术,初步探讨恶性肿瘤细胞上清液对胚胎的发育毒性,从体外和单因素的角度来直接观察恶性肿瘤细胞对胚胎发育的影响。
3建立稳定表达绿色荧光蛋白的肿瘤细胞株,采用细胞生物标记的方法来初步研究移植到胚胎腹腔的恶性肿瘤细胞的生物学行为变化,来初步实现实验现象的机理探讨和研究被移植恶性肿瘤细胞的转归。意义
1通过从胚胎发育生物学的角度认识肿瘤以及对胚胎发育微环境与恶性肿瘤细胞相互作用的进一步研究,有利于我们深入地理解胚胎和肿瘤两种“正.邪”生命现象的内涵,拓展胚胎与肿瘤相互作用研究的新领域,为“肿瘤的胚胎源性”学说提供新的理论依据。
2通过从特殊移植物的选择入手,对现有宫内移植免疫理论提出问题,为宫内移植免疫的深入研究提供一定实验支持。
3通过在发育生物学和肿瘤学交叉领域研究的尝试,为研究胚胎与肿瘤相互作用以及对生命现象本质的认识提供新的思维方法和探索方向,也对恶性肿瘤细胞的表型研究提供新的技术平台。
4通过本研究的实践,为人们试图从个体生命现象本身中去寻求认识肿瘤、征服肿瘤建立新的方法学。
材料与方法
1将6×106的H22细胞和8180细胞采用宫内移植的方法移植到NIH胎鼠的羊膜腔(D9-D12)和腹腔(D13-D18),观察移植H22细胞和S180细胞后的胎鼠分娩、新生鼠发育状况和荷瘤情况。
2采用放射免疫法和RT-PCR观察H22细胞标记产物AFP的表达,探讨移植肿瘤H22细胞后成年鼠微量荷瘤情况;采用兄妹间交配方法观察雌鼠的妊娠能力,探讨有无生殖系统荷瘤。
3采用体外全胚胎培养技术,观察H22细胞和S180细胞上清液在体外对胚胎的发育毒性,初步探讨肿瘤细胞上清液在体外对小鼠器官形成期胚胎(D8.5胚胎)发育的影响。
4建立稳定表达绿色荧光蛋白的gfp-H22和gfp-S180稳定瘤株,采用双荧光标记法和激光共聚焦扫描技术,观察H22细胞和S180细胞中PKC,PCNA,P53和MMP-2在移植于胎鼠腹腔后24h,48h,72h后的表达,初步探讨被移植肿瘤细胞在胚胎腹腔微环境的细胞生物学行为。
结果
1被移植恶性肿瘤细胞胎鼠的发育
通过羊膜腔(D9-D12)和腹腔(D13-D18)移植H22细胞和8180细胞的胎鼠能够在D19-D21发育至顺利分娩,新生鼠继续发育至成年,其发育时序、生理指标(包括各时期体重、平面翻正反射、耳廓分离、长出可见绒毛、悬崖回避、强握金属线、听觉惊愕、睁眼时间、睾丸下降、阴道开口及出毛)和正常对照组小鼠比较,未见异常;主要脏器肝、肺和肾脏组织切片HE染色、镜下观察,结构完整、未见异常细胞和结构。
2被移植恶性肿瘤细胞胎鼠发育至成年的荷瘤状况
羊膜腔(D9-D12)和腹腔(D13-D18)被移植H22细胞和8180细胞的胎鼠出生后发育未见异常而且在新生鼠至成年及长期观察(最长已达260d)未见肉眼和解剖荷瘤。在移植H22细胞的实验组和对照组血清中AFP值均显著低于荷瘤对照(P<0.05),但实验组和正常对照组间AFP值无显著性差异(P>0.05);RT-PCR发现,AFP的DNA扩增实验组和正常对照组为阴性,荷瘤组为阳性。
3H22细胞和8180细胞上清液对小鼠胚胎体外发育的影响
H22细胞和S180细胞上清液在体外对小鼠胚胎有极强的发育毒性和致死性。
4小鼠宫内移植后H22细胞和S180细胞的PCNA、PKC、P53和MMP-2表达
H22细胞和S180细胞中PCNA、PKC、P53的表达随着移植到胎鼠腹腔微环境后的时间增加明显降低(P<0.05),MMP-2无显著想变化(P>0.05)。
结论
1建立小鼠宫内移植恶性肿瘤H22细胞和S180细胞的动物模型,采用胎鼠羊膜腔和腹腔注射是可行的。
2发育中的中、晚期胚胎小鼠的微环境(包括羊膜腔和腹腔)移植恶性肿瘤H22细胞和8180细胞后对胚胎发育无毒性作用;宫内的胚胎微环境(包括羊膜腔和腹腔)通过程序重编作用逆转了恶性肿瘤H22细胞和S180细胞的某些恶性表型,使其不干扰胚胎的整体发育和保持无瘤状态。因此我们推测不仅是早期生命现象的胚胎微环境即卵母细胞和囊胚腔,而且宫内中晚期的胚胎微环境即羊膜腔和腹腔也能够抑制某些恶性肿瘤细胞的增殖和逆转其部分恶性细胞表型。
3小鼠宫内移植恶性肿瘤H22细胞和S180细胞对胎鼠无生殖毒性、无长期发育毒性和长期观察无荷瘤,移植的恶性肿瘤细胞的部分固有恶性表型发生了改变,表现为:宫内腹腔移植后H22细胞和S180细胞随着移植时间的增加,PCNA、PKC和P53的表达减弱,而MMP-2的表达没有明显变化,推测宫内的胚胎腹腔微环境可能逆转了其部分恶性表型,使移植后的肿瘤细胞向低增殖高分化的趋势发展,但其浸润能力没有明显变化,推测与肿瘤细胞参与胚胎发育和归巢部位需要较强的迁徙能力有关。全胚胎培养技术体系中恶性肿瘤细胞培养上清液对体外胚胎有严重的发育毒性和致死性,
4建立稳定表达绿色荧光蛋白标记的H22和S180细胞株,绿色荧光蛋白电转染细胞法可作为半贴壁肿瘤细胞良好的示踪标记方法。