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目的:通过体内、体外两方面实验,研究肌醇六磷酸(inositolhexaphosphat-e,IP6)对大肠癌发生的作用,并探讨其作用的机制;同时对比IP6与单一成分DF对DMH诱导的大鼠大肠癌发生的不同作用,以期指导人们调整膳食结构,预防大肠癌的发生。
方法:实验分体内、体外实验两部分1、体内实验:60只四周龄健康雄性Wistar大鼠其按体重随机区组为A组(对照组,以基础饲料喂养)、B组(果胶组)、C组(纤维素组)、D组(肌醇六磷酸组)共4组,每组动物各15只。喂养四周后,所有大鼠给予皮下注射1,2-二甲肼(DMH),剂量为20mg/kg·bw,每周1次,共计22周。在大鼠喂养的第26周,观察大鼠大肠肿瘤的发生率、肿瘤的数量及体积、大鼠结肠粘膜细胞的增殖活性、测定结肠组织的SOD、GSH-Px活性和MDA含量,大鼠外周血NK细胞的活性(NK-A)。2、体外实验:体外培养HT-29人结肠癌细胞,通过MTT法分别观察IP6持续作用和间断作用对HT-29细胞的增殖抑制作用;流式细胞仪检测IP6对HT-29细胞周期的影响;电镜扫描观察IP6对HT-29细胞凋亡的作用;Fura-2法测定不同浓度IP6以不同时间作用HT-29细胞后胞内钙离子浓度的变化;应用免疫细胞化学方法分别检测增殖细胞核抗原(PCNA)、p53蛋白、p21蛋白以及Caspase-3蛋白的表达;RT-PCR检测法检测CyclinD、CDK4的mRNA的表达。
结果体内实验:1.各组的肿瘤发生率与A组相比无显著性差异,但D组平均每只鼠的肿瘤发生个数明显降低(P<0.01),B组明显升高(P<0.01),纤维素组与A组比较无显著差异(P>0.05);同A组相比,D组每只鼠的肿瘤体积明显降低(P<0.01),B组明显高于A组(P<0.01),C组无显著性差别(P<0.05)。2.D组大鼠结肠粘膜细胞的增殖活性与A组相比显著降低(P<0.01),B组大鼠结肠粘膜细胞的增殖活性明显增高(P<0.01),C组大鼠结肠粘膜细胞的PCNA表达与A组相比无显著性差异(P>0.05)。3.与A组相比,D组大鼠结肠组织SOD、GSH-Px活性明显升高,(P<0.01),MDA含量明显降低(P<0.01);B组大鼠结肠组织SOD、GSH-Px活性明显降低(P<0.01),MDA含量明显升高(P<0.01);C组SOD、GSH-Px活性、MDA含量与A组相比无显著差异。4.D组大鼠外周血NK细胞的活性与A组相比显著增强(P<0.01),其余各组大鼠外周血NK细胞活性无显著差异(P>0.05)。体外实验:1、IP6能够有效抑制HT-29细胞的增殖,并且具有剂量和时间依赖关系;经IP6作用处理的HT-29细胞的细胞周期出现显著变化,G0/G1期细胞明显增多,S期细胞则相应减少,G2/M期细胞也略有减少;、2、扫描电镜显示:IP6可以促进HT-29细胞萎缩,细胞之间连接消失,逐渐形成凋亡小体;IP6实验组与对照组相比Ca2+浓度显著升高(P<0.05或P<0.01),并且随着IP6浓度的增加,Ca2+具有增高的趋势;IP6各组的Caspase-3蛋白显著增高;3、同对照组相比IP6可以显著抑制p53蛋白的表达,并且随着剂量的增加,p53蛋白的表达随之降低(各剂量之间相比均为P<0.01),具有明显的剂量依赖关系;不同浓度的IP6均可促进p21蛋白的表达(P<0.01),并且随着剂量的增加,p21蛋白的表达随之升高(各剂量之间相比均为P<0.01),具有明显的剂量依赖关系。
结论:IP6具有抑制大肠癌发生的作用,其作用机制主要表现在以下几个方面:1、实验大鼠用为肌醇六磷酸2%浓度的饮水20周,可以有效抑制大肠粘膜细胞的增殖活性,降低大肠上皮细胞过度增生而导致大肠癌的危险性;而作为膳食纤维单一成分的纤维素和果胶对诱癌大鼠大肠肿瘤发生的危险没有显著抑制作用,相反果胶有可能增加患癌的危险性。2、IP6具有抗氧化功能,可以减少活性氧介导的致癌作用和对肠粘膜细胞的损伤3、IP6能显著增强机体NK细胞的杀伤活性,增强其杀伤肿瘤细胞能力。4、IP6对HT-29细胞的生长具有明显的抑制作用,并且这种抑制作用具有浓度依赖关系(在IP6浓度为0~13.0mM范围内)和时间依赖(0~6d)关系。5、IP6可以降低p53蛋白的异常表达,刺激细胞周期抑制蛋白p21的表达,使细胞周期发生阻滞;IP6还能降低DNA聚合酶辅酶PCNA的表达减少DNA合成;另外IP6所引起的p21的过度表达还可以通过抑制CyclinD1和CDK4的表达,使HT-29细胞发生G1期停滞,从而抑制细胞增殖。5、IP6具有促进HT-29细胞凋亡的作用。IP6及其次级磷酸化形式可以促进HT-29细胞胞内钙离子浓度的增高,从而引发钙超载介导的细胞凋亡活动,这其中包括激活Caspase家族的非活化酶原,引起Caspase-3的级联放大效应,导致细胞内的一系列蛋白底物的裂解作用,促进凋亡的发生。