天津中医药  2022, Vol. 39 Issue (7): 940-944

文章信息

杨健, 张立喜, 史博
YANG Jian, ZHANG Lixi, SHI Bo
石见穿多糖通过PTEN通路对骨肉瘤小鼠的抑瘤作用及对免疫功能的影响
The anti-tumor effect of polysaccharides from salvia chinensis on osteosarcoma mice and its effect on immune function through PTEN pathway
天津中医药, 2022, 39(7): 940-944
Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2022, 39(7): 940-944
http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2022.07.23

文章历史

收稿日期: 2022-03-02
石见穿多糖通过PTEN通路对骨肉瘤小鼠的抑瘤作用及对免疫功能的影响
杨健1 , 张立喜2 , 史博3     
1. 沧州市中心医院骨科, 沧州 061001;
2. 唐山市丰南区医院骨科, 唐山 063300;
3. 沧州人民医院骨科, 沧州 061000
摘要:[目的] 探讨石见穿多糖(PSSC)通过第10染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白基因(PTEN)通路对骨肉瘤小鼠的抑瘤作用及对免疫功能的影响。[方法] 选取60只BALB/C雌性裸鼠,取12只作为对照组,剩余48只采用MG-63人骨肉瘤细胞注射法建立骨肉瘤小鼠模型,成功建模42只,随机分为模型组(11只,腹腔注射生理盐水10 mL/kg)、PSSC低剂量组(11只,腹腔注射PSSC 10 mg/kg)、PSSC高剂量组(10只,腹腔注射PSSC 100 mg/kg)、顺铂组(10只,腹腔注射顺铂2 mg/kg),干预2周,绘制小鼠肿瘤生长曲线观察移植瘤体积变化,流式细胞仪测定小鼠外周血CD4+、CD3+T细胞比例,测定小鼠移植瘤质量,苏木精-伊红(HE)染色观察肿瘤病理组织变化,统计肿瘤细胞凋亡率,蛋白免疫印迹(Western Blot)法检测移植瘤组织PTEN、磷酸肌醇3-激酶(PI3K)、磷酸化蛋白激酶B(p-Akt)蛋白表达。[结果] PSSC能降低骨肉瘤小鼠移植瘤体积及质量,提高外周血CD4+、CD3+T细胞比例,减轻肿瘤病理组织变化,提高肿瘤细胞凋亡率,促进PTEN蛋白表达,抑制PI3K、p-Akt蛋白表达,且具有剂量依赖性,高剂量PSSC抑瘤作用更为明显,肿瘤抑制效用与顺铂化疗效用相当。[结论] 采用PSSC治疗骨肉瘤小鼠,能提高小鼠免疫能力,减轻肿瘤病理变化,促进肿瘤细胞凋亡,抑制移植瘤体积及质量,可能与PSSC可激活抑癌基因PTEN有关。
关键词石见穿多糖    第10染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白基因    骨肉瘤    免疫功能    移植瘤体积    肿瘤细胞凋亡率    

骨肉瘤每年每百万人中约有4~5人发病,本身发病率不高,但多见于10~20岁青少年,恶性程度及病死率高,近几十年患者生存率并未得到改善,严重危及患病人群生命[1]。化疗结合手术是目前治疗骨肉瘤的主要方式,可提高患者生存质量,但此治疗手段预后较差,探索安全有效的治疗方法有重要意义。随着临床对骨肉瘤研究深入,国内外学者均发现[2-3]免疫疗法或可成为骨肉瘤治疗新前景。石见穿是华鼠尾草地上部分,具有散结消肿、清热利湿之效,被应用于癌症治疗中,并显示出肯定效果[4],而其有效成分石见穿多糖(PSSC)具有抗肿瘤免疫调节作用[5],目前已有研究表明,PSSC可通过Wnt/β-catenin信号通路[6]、增强γδT细胞[7]来发挥骨肉瘤细胞杀伤作用。此外,另有研究发现[8],癌症患者抗肿瘤免疫与骨髓细胞中抑癌基因第10染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白基因(PTEN)表达相关,但PSSC是否对PTEN表达有影响,临床鲜有研究。基于此,研究建立骨肉瘤小鼠模型,探讨PSSC通过PTEN通路对骨肉瘤小鼠的抑瘤作用及对免疫功能的影响,为临床治疗提供新思路。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验动物

取60只BALB/C雄性裸鼠(北京唯尚立德生物科技有限公司,许可证号:SCXK(京)2016-0009),6周龄,体质量17~22 g,SPF级环境独立通风笼具(IVC)饲养,12 h明-暗交替,23~25 ℃温度,50%~60%湿度,自由摄食饮水。

1.1.2 主要仪器与试剂

PSSC(成都彼样生物科技有限公司)、MG-63人骨肉瘤细胞(上海北诺生物科技有限公司)、RPMI 1640培养基(上海跃腾生物技术有限公司)、吖啶橙-溴乙锭染色液(上海麦克林生化科技有限公司);CD4+、CD3+抗体及PTEN、磷酸肌醇3-激酶(PI3K)、磷酸化蛋白激酶B(p-Akt)抗体(Abcam公司);流式细胞仪(Attune NxT,赛默飞世尔科技公司)、转印电泳仪(DYCZ-40D,武汉纯度生物科技有限公司)。

1.2 方法 1.2.1 建立骨肉瘤小鼠模型

细胞培养,使用RPMI 1640培养基(含有10%胎牛血清、50 mg/mL链霉素、50 U/mL青霉素)培养MG-63人骨肉瘤细胞,在5% CO2、37 ℃培养箱中培养,定期更换培养液,观察细胞生长情况。

构建模型[9],将小鼠饲养在无菌层流柜中,1周后,乙醇消毒,将对数生长期MG-63细胞皮下注射至小鼠右侧臀部,剂量为0.1 mL(1×107个),观察小鼠成瘤情况,1周后裸鼠长出皮下肿块(肿瘤直径约1 cm)为建模成功,剪脚趾标记,弃去成瘤失败小鼠。

1.2.2 分组与干预方法

60只小鼠,取12只为对照组,另外48只建立骨肉瘤小鼠模型,成功建模42只,随机分为模型组(11只)、PSSC低剂量组(11只)、PSSC高剂量组(10只)、顺铂组(10只)。

建模成功第2日开始干预,PSSC低剂量组、PSSC高剂量组分别每日腹腔注射PSSC 10、100 mg/kg;顺铂组腹腔注射顺铂2 mg/kg,于开始干预第1、4、7、10、13天各给药1次;对照组与模型组每日腹腔注射等体积生理盐水,各组小鼠均为每日干预1次,连续注射2周。

1.2.3 移植瘤体积变化

干预期间每2 d测量1次小鼠移植瘤最短径、最长径,观察移植瘤生长情况,计算体积(最短径2×最长径/2),绘制小鼠肿瘤生长曲线。

1.2.4 流式细胞仪测定小鼠外周血淋巴细胞亚群

末次测量结束后,摘眼球取血,肝素钠震荡抗凝,300×g,离心半径16 cm,离心5 min取血清,磷酸盐缓冲液(PBS)重悬调整细胞浓度,添加抗体,避光孵育30 min(4 ℃),加细胞裂解液,室温孵育5 min,加PBS终止,同上述条件离心,加流式缓冲液洗涤,再次离心,加细胞固定液过夜,并进行筛滤,使用流式细胞仪检测外周血CD4+、CD3+T细胞比例。

1.2.5 天平测定小鼠移植瘤质量

取血结束后,断颈处死小鼠,无菌分离出肿瘤组织,使用天平称质量,记录移植瘤质量。

1.2.6 苏木精-伊红(HE)染色观察肿瘤病理组织变化

取部分肿瘤组织,4%多聚甲醛溶液固定,梯度乙醇脱水,常规石蜡包埋,制作出4 μm厚度切片,将切片脱蜡、水化,常规HE染色,脱水,二甲苯透明,中性树胶封片,显微镜观察肿瘤病理变化。

1.2.7 统计肿瘤细胞凋亡率

取移植瘤组织,制成单细胞悬液,吖啶橙-溴乙锭染色,荧光显微镜扫描,识别细胞类型,阳性凋亡细胞:细胞核呈棕褐色;正常细胞:亮绿色荧光,细胞质均匀,镜下随机选4个视野统计细胞,计算凋亡率。

1.2.8 蛋白免疫印迹(Western Blot)法检测移植瘤组织PTEN、PI3K及p-Akt蛋白表达

于移植瘤组织中加入蛋白裂解液,提取细胞总蛋白,离心12 000 r/min,离心半径8 cm,10 min,取上清液,取蛋白样品30 g,与12.5% SDS-PAGE中进行蛋白分离,将蛋白转印于聚偏二氟乙烯(PVDF)膜,并将其放入5%脱脂奶粉中,封闭1 h,TBST洗膜,加入兔抗小鼠PTEN(稀释1∶500)、PI3K(稀释1∶800)、p-Akt(稀释1∶800)、β-actin(稀释1∶1 000)抗体孵育,回收一抗,TBST洗涤,加稀释(均为1∶2 000)山羊抗兔抗体,孵育洗涤,曝光检测,分析蛋白条带,以β-actin为内参,目的蛋白条带灰度值与β-actin内参条带灰度值比值为目的蛋白相对表达量。

1.3 统计学方法

采用SPSS 26.0分析数据,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,多重比较采用LSD-t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 移植瘤体积

生长曲线显示,随干预时间延长,各组小鼠移植瘤体积逐渐增长,干预第2、4天4组小鼠移植瘤体积比较,差异无统计学意义(P>0.05);干预第6、8、10、12、14天PSSC低剂量组、PSSC高剂量组、顺铂组小鼠移植瘤体积低于模型组,且PSSC高剂量组、顺铂组小鼠移植瘤体积低于PSSC低剂量组,差异具有统计学意义(P<0.05);干预第6、8、10、12、14天PSSC高剂量组、顺铂组两组小鼠移植瘤体积比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见图 1

注:与模型组比较,*P<0.05;与PSSC低剂量组比较,#P<0.05。 图 1 各组小鼠移植瘤体积生长曲线 Fig. 1 Growth curve of transplanted tumor volume of mice in each group
2.2 移植瘤质量

4组小鼠移植瘤质量比较,差异有统计学意义(P<0.05);两两比较显示,PSSC低剂量组、PSSC高剂量组、顺铂组小鼠移植瘤质量低于模型组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组、顺铂组小鼠移植瘤质量低于PSSC低剂量组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组、顺铂组两组小鼠移植瘤质量比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1

表 1 各组小鼠移植瘤质量比较(x±s Tab. 1 Comparison of transplanted tumor quality of mice in each group (x±s)
2.3 外周血淋巴细胞亚群

5组小鼠外周血CD4+、CD3+T细胞比例比较,差异有统计学意义(P<0.05);两两比较显示,模型组外周血CD4+、CD3+T细胞比例低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);PSSC低剂量组、PSSC高剂量组外周血CD4+、CD3+T细胞比例高于模型组,顺铂组外周血CD4+、CD3+T细胞比例低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组外周血CD4+、CD3+T细胞比例高于PSSC低剂量组,顺铂组外周血CD4+、CD3+T细胞比例低于PSSC低剂量组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表 2

表 2 各组小鼠外周血CD4+、CD3+T细胞比例比较(x±s Tab. 2 Comparison of CD4+ and CD3+T cells in peripheral blood of mice in each group(x±s)
2.4 肿瘤病理组织变化

模型组肿瘤细胞核大而深染,核浆比值高,细胞膜完整,整体排列紧密;干预后,PSSC低剂量组、PSSC高剂量组、顺铂组出现不同程度改变,PSSC低剂量组细胞核染色稍浅,细胞膜轮廓不清,部分细胞核分裂,肿瘤细胞密度降低,而PSSC高剂量组、顺铂组上述变化程度进一步加重,细胞核固缩,核分裂明显,细胞结构明显不完整,坏死区域增大。见图 2

图 2 各组小鼠HE染色肿瘤病理变化(×200) Fig. 2 Pathological changes of tumor stained with HE in mice of each group(×200)
2.5 肿瘤细胞凋亡率

4组小鼠肿瘤细胞凋亡率比较,差异有统计学意义(P<0.05);两两比较显示,PSSC低剂量组、PSSC高剂量组、顺铂组小鼠肿瘤细胞凋亡率高于模型组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组、顺铂组小鼠肿瘤细胞凋亡率高于PSSC低剂量组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组与顺铂组小鼠肿瘤细胞凋亡率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见表 3

表 3 各组小鼠肿瘤细胞凋亡率比较(x±s Tab. 3 Comparison of tumor cell apoptosis rate of mice in each group(x±s)
2.6 移植瘤PTEN、PI3K及p-Akt蛋白表达

4组小鼠移植瘤PTEN、PI3K、p-Akt蛋白表达比较,差异有统计学意义(P<0.05);两两比较显示,PSSC低剂量组、PSSC高剂量组、顺铂组移植瘤PTEN蛋白表达高于模型组,移植瘤PI3K、p-Akt蛋白表达低于模型组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组、顺铂组移植瘤PTEN蛋白表达高于PSSC低剂量组,移植瘤PI3K、p-Akt蛋白表达低于PSSC低剂量组,差异具有统计学意义(P<0.05);PSSC高剂量组、顺铂组两组移植瘤PTEN、PI3K、p-Akt蛋白表达比较,差异无统计学意义(P>0.05)。见图 3表 4

注:A.模型组;B.PSSC低剂量组;C.PSSC高剂量组;D.顺铂组。 图 3 各组小鼠移植瘤PTEN、PI3K、p-Akt蛋白表达 Fig. 3 Expression of PTEN, PI3K and p-Akt proteins in transplanted tumors of mice in each group
表 4 各组小鼠移植瘤PTEN、PI3K、p-Akt1蛋白表达比较(x±s Tab. 4 Comparison of PTEN, PI3K and p-Akt1 protein expression in transplanted tumors of mice in each group(x±s)
3 讨论

近年来,研究发现中药提取物逐渐被应用于骨肉瘤新靶点治疗中,在阻滞细胞周期、诱导肿瘤细胞凋亡等方面显示出独特的优势[10-11]。周文静等[10]学者发现,石见穿治疗肺癌的机制与抗炎、抑制肿瘤血管新生等有关;而另有学者总结发现[11-12]石见穿提取物中的多糖、三萜、多酚等有效成分能抑制肿瘤细胞增殖与转移,诱导凋亡,而PSSC是石见穿主要活性成分,可诱导细胞凋亡、线粒体损伤,可通过阻碍Wnt/β-catenin信号通路来抑制肿瘤转移、侵袭。本研究建立骨肉瘤小鼠模型,予以不同方式干预,结果发现PSSC可阻滞肿瘤细胞周期,诱导骨肉瘤细胞凋亡,肿瘤细胞无法无限制复制繁殖,降低移植瘤体积与质量,减轻小鼠肿瘤病理变化程度,以抑制肿瘤进展。

目前证实PTEN作为抑癌基因,PTEN缺失可使机体不同程度失去抵抗肿瘤的能力[13]。有学者发现[14-15],通过靶向PTEN,可促进骨肉瘤细胞增殖或凋亡,临床或可通过直接靶向骨肉瘤PTEN来研发相关药物,以发挥更为安全有效的用药价值。本研究进一步分析PSSC在骨肉瘤小鼠T淋巴细胞群与PTEN相关蛋白表达中的作用发现PSSC在提高小鼠免疫能力与促进PTEN表达方面有肯定效果,且PSSC高剂量组效果优于低剂量组,另外PSSC高剂量组蛋白表达水平与顺铂组无统计学差异,但顺铂组出现明显免疫抑制,从而表明PSSC可通过激活PTEN、抑制PI3K/p-Akt表达来促进肿瘤细胞凋亡,还可提高小鼠免疫活性,多靶点整体提高抑癌效果。

综上,PSSC可增强骨肉瘤小鼠免疫活性,降低移植瘤体积、质量,提高肿瘤细胞凋亡率,其机制可能是PSSC可激活PTEN通路,促进PTEN蛋白表达,降低PI3K、p-Akt蛋白表达以发挥抑癌作用,为临床骨肉瘤药物研发提供新思路及理论支持。

参考文献
[1]
CORRE I, VERRECCHIA F, CRENN V, et al. The osteosarcoma microenvironment: a complex but targetable ecosystem[J]. Cells, 2020, 9(4): E976. DOI:10.3390/cells9040976
[2]
HARRISON D J, GELLER D S, GILL J D, et al. Current and future therapeutic approaches for osteosarcoma[J]. Expert Review of Anticancer Therapy, 2018, 18(1): 39-50. DOI:10.1080/14737140.2018.1413939
[3]
ZHOU Y, YANG D, YANG Q C, et al. Single-cell RNA landscape of intratumoralheterogeneity and immunosuppressive microenvironment in advanced osteosarcoma[J]. Nature Communications, 2020, 11(1): 6322. DOI:10.1038/s41467-020-20059-6
[4]
WANG N, TAN H Y, CHAN Y T, et al. Identification of WT1 as determinant of heptatocellular carcinoma and its inhibition by Chinese herbal medicine Salvia chinensisBenth and its active ingredient protocatechualdehyde[J]. Oncotarget, 2017, 8(62): 105848-105859. DOI:10.18632/oncotarget.22406
[5]
程卓, 赵文豪, 黄旭, 等. 石见穿多糖对H22荷瘤小鼠的抗肿瘤免疫调节作用[J]. 天然产物研究与开发, 2016, 28(6): 846-851, 915.
CHENG Z, ZHAO W H, HUANG X, et al. Anti-tumor and immunomodulatory effects of polysaccharides from Salvia chinensis Benth.on H22 tumor-bearing mice[J]. Natural Product Research and Development, 2016, 28(6): 846-851, 915.
[6]
李增, 张瑞, 张晓坚, 等. 石见穿多糖通过Wnt/β-catenin信号通路调控骨肉瘤细胞的迁移和侵袭[J]. 中成药, 2020, 42(9): 2324-2328.
LI Z, ZHANG R, ZHANG X J, et al. Salvia chinensis Benth.polysaccharides regulate the migration and invasion of osteosarcoma cells via Wnt/β-catenin signaling pathway[J]. Chinese Traditional Patent Medicine, 2020, 42(9): 2324-2328. DOI:10.3969/j.issn.1001-1528.2020.09.014
[7]
宋建治, 孙智珺. 石见穿多糖增强γδT细胞对骨肉瘤细胞的杀伤作用[J]. 免疫学杂志, 2020, 36(12): 1053-1058.
SONG J Z, SUN Z J. Polysaccharides from Salvia chinensisBenth enhance the killing effect of γδT cells against osteosarcoma cells[J]. Immunological Journal, 2020, 36(12): 1053-1058.
[8]
HUANG Y, WANG H Y, HAO Y Z, et al. Myeloid PTEN promotes chemotherapy-induced NLRP3-inflammasome activation and antitumour immunity[J]. Nature Cell Biology, 2020, 22(6): 716-727. DOI:10.1038/s41556-020-0510-3
[9]
汤小燕, 赵迎春, 金林, 等. 2-甲氧基雌二醇对骨肉瘤MG63细胞荷瘤小鼠的抑瘤作用及其机制[J]. 武汉大学学报(医学版), 2020, 41(2): 215-219.
TANG X Y, ZHAO Y C, JIN L, et al. Anticancer effects and the mechanism of 2-methoxyestradiol on human osteosarcomas in vivo[J]. Medical Journal of Wuhan University, 2020, 41(2): 215-219.
[10]
周文静, 马艳苗, 张萌, 等. 石见穿治疗肺癌的网络药理学机制研究[J]. 中药新药与临床药理, 2020, 31(6): 677-684.
ZHOU W J, MA Y M, ZHANG M, et al. Network pharmacology study on the mechanism of Salvia chinensis in treatment of lung cancer[J]. Traditional Chinese Drug Research and Clinical Pharmacology, 2020, 31(6): 677-684.
[11]
刘媛, 钱荣康, 钱荣华. 石见穿及其提取物抗肿瘤的研究进展[J]. 现代中西医结合杂志, 2018, 27(30): 3417-3420.
LIU Y, QIAN R K, QIAN R H. Research progress of Shijianchuan and its extract on anti-tumor[J]. Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, 2018, 27(30): 3417-3420.
[12]
WANG Q, HU Z Q, LI X X, et al. Salviachinensines A-F, antiproliferative phenolic derivatives from the Chinese medicinal plant Salvia chinensis[J]. Journal of Natural Products, 2018, 81(11): 2531-2538.
[13]
JAMASPISHVILI T, BERMAN D M, ROSS A E, et al. Clinical implications of PTEN loss in prostate cancer[J]. Nature Reviews Urology, 2018, 15(4): 222-234.
[14]
YU W, CHEN P B, CHEN F C, et al. microRNA-744 promotes proliferation of osteosarcoma cells by targeting PTEN[J]. Molecular Medicine Reports, 2020, 21(5): 2276-2282.
[15]
ZHENG C X, TANG F, MIN L, et al. PTEN in osteosarcoma: recent advances and the therapeutic potential[J]. Biochimica et Biophysica Acta Reviews on Cancer, 2020, 1874(2): 188405.
The anti-tumor effect of polysaccharides from salvia chinensis on osteosarcoma mice and its effect on immune function through PTEN pathway
YANG Jian1 , ZHANG Lixi2 , SHI Bo3     
1. Department of Orthopedics, Cangzhou Central Hospital, Cangzhou 061001, China;
2. Department of Orthopedics, Fengnan District Hospital of Tangshan City, Tangshan 063300, China;
3. Department of Orthopedics, Cangzhou People's Hospital, Cangzhou 061000, China
Abstract: [Objective] To explore the anti-tumor effect of polysaccharides from salvia chinensis (PSSC) through phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten (PTEN) pathway on osteosarcoma mice and its influence on immune function. [Methods] The 60 BALB/C female nude mice were selected, 12 were selected as the control group, and the remaining 48 were injected with MG-63 human osteosarcoma cells to establish an osteosarcoma mouse model, and 42 mice were successfully modeled. The modeled mices were randomly divided into model group (11 rats, intraperitoneal injection of physiological saline 10 mL/kg), PSSC low-dose group (11 rats, intraperitoneal injection of PSSC 10 mg/kg), and PSSC high-dose group (10 rats, intraperitoneal injection of PSSC 100 mg/kg), cisplatin group (10 rats, intraperitoneal injection of cisplatin 2 mg/kg), intervention for 2 weeks. The mouse tumor growth curve was drew to observe the changes of transplanted tumor volume, the proportion of CD4+ and CD3+ T cells in peripheral blood of mice was measuredby flow cytometry, the mass of mouse transplanted tumors was determined, the changes of tumor pathological tissues was observed by HE staining, the apoptosis rate of tumor cells was counted, Western blot method was used to detect the expression of PTEN, PI3K and p-Akt protein in transplanted tumor tissue. [Results] PSSC can reduce the volume and quality of transplanted tumors in osteosarcoma mice, increase the ratio of CD4+ and CD3+ T cells in peripheral blood, reduce tumor pathological changes, increase tumor cell apoptosis rate, promote PTEN protein expression, and inhibit PI3K and p-Akt protein expression, and it is dose-dependent, high-dose PSSC has a more obvious anti-tumor effects, and tumor suppression effect is equivalent to cisplatinization effect. [Conclusion] The use of PSSC to treat osteosarcoma mice can improve the immune capacity of mice, reduce tumor pathological changes, promote tumor cell apoptosis, and inhibit the volume and quality of transplanted tumors, which may be related to the activation of the tumor suppressor gene PTEN pathway by PSSC.
Key words: polysaccharides from salvia chinensis    phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten    osteosarcoma    immune function    transplanted tumor volume    tumor cell apoptosis rate