355_甜菜碱的抗肿瘤作用及对S180小鼠机体糖代谢过程的影响

355_甜菜碱的抗肿瘤作用及对S180小鼠机体糖代谢过程的影响 甜菜碱的抗肿瘤作用及对S小鼠机体糖代谢过程的影响 180 1*12 季宇彬，张宇金，何立巍 (1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心, 黑龙江，哈尔滨 150076;2.哈尔滨商业大学药 物研究所博士后科研工作站, 黑龙江，哈尔滨 150076) 摘要:目的 研究甜菜碱的抗肿瘤作用及其对荷瘤S小鼠机体糖酵解过程的影响。方法 建立S180180 荷瘤小鼠模型，以抑瘤率、血清乳酸脱氢酶、醛缩酶活力为检测指标，用试剂盒进行测定。结果 不 同剂量组对S荷瘤小鼠的抑制率分别为39.8%、25.7%、17.7%，甜菜碱高剂量组可以非常显著地降180 低乳酸脱氢酶、醛缩酶活力，P,0.01。中剂量和低剂量可显著地降低血清乳酸脱氢酶、醛缩酶活力， P,0.05。结论 甜菜碱能抑制实验性S小鼠的肿瘤细胞的生长，并呈现出一定的量效关系，同时180 能降低血清乳酸脱氢酶、醛缩酶的活力，抑制S荷瘤小鼠的糖代谢过程，可能是甜菜碱潜在的抗180 肿瘤作用的机制之一。 关键词:甜菜碱;抗肿瘤;糖代谢 Antitumor effect of betaine and its influence on the glycometabolism of mice bearing S 180 1*12JI Yu-bin, ZHANG Yu-jin, HE Li-wei(1.Research center on Life science and environmental science of Harbin University of commerce, Harbin 150076, China; 2.Postdoctal Research of the institute of Materia Medica of Harbin University of commerce, Heilongjiang Harbin 150076, China) Abstract: Objective To study the antitumor activity of betaine and its effect on the glycometablism of mice bearing S. Methods On the basis of mice bearing S, we select tumor inhibition micee, the 180180 activity of LDH and ALD in serum as indexes, which are determined by test kits. Results The tumor inhibition micee of betaine of different dosages are 39.8%、25.7%、17.7% respectively, betaine of high dosage can remarkably decrease the activity of LDH、ALD, P,0.01. Betaine of median and low dosages can decrease the activity of LDH、ALD, P,0.05. Conclusion Betaine can inhibit the growth of tumor cells in mice bearing S, its effect has correlation with dosage. Meanwhile, it can decrease the activity of 180 LDH and ALD in serum, which means betaine can inhibit the glycometabolism process, which is probably one of potential mechanism of its anti-tumor effect. 基金项目:国家自然科学基金项目(30400352,30300284); 教育部重点科研项目(205045); 黑龙江省研究创新科研项目 (YJSCX2006-66HLJ，YJSCX2005-133HLJ) Key words: betaine; antitumor; glycometabolism 甜菜碱化学名称为1-羧基-N.N.N-三甲氨基乙内酯，近年来，陆续发现甜菜碱有多种药理作用: [1]可以取代山梨醇保护体外培养的肾髓质细胞抵抗高渗, 调节多种细胞对高渗的反应，大大缓解或 [2]消除由于高渗导致的DNA复制、蛋白质合成及细胞增殖速率的下降，并且抑制高渗介质诱导的 [3]HSP70基因的达。不仅如此甜菜碱还可抑制L1210白血病细胞、肉瘤37及埃利希瘤等肿瘤细胞 [4]株的有丝分裂，当和维生素C的同分异构体D-异抗坏血酸联合作用时，这种抑制作用更为显著。 糖酵解是肿瘤细胞能量代谢的主要方式、抑制肿瘤细胞的糖酵解也即抑制了肿瘤细胞的能量代谢、肿瘤细胞由于内能的缺乏而促使肿瘤细胞的凋亡，乳酸脱氢酶(LDH)和醛缩酶(ALD)是糖酵解代谢途径中的关键酶,对机体的糖代谢过程起重要作用。 本文主要通过甜菜碱对荷瘤S小鼠血清乳酸脱氢酶(LDH)和醛缩酶(ALD)的测定，研究甜菜碱180 对荷瘤机体糖酵解过程的影响，探究其变化与肿瘤发展的相关性，为研究甜菜碱体内抗肿瘤作用机制提供初步的依据。 1 实验材料和方法 1.1药物及试剂:甜菜碱(浙江巨成化工有限公司，纯度98%);五氟脲嘧啶(上海旭东海普药业有限公司)产品，批号:000706;醛缩酶、乳酸脱氢酶试剂盒(南京建成生物技术公司)。 1.2实验动物及瘤株:昆明种小鼠，体重(20?2.0)g，雌雄各半;购自黑龙江中医药大学动物室提供 (动物质量合格证号:黑动字第00101003号);S(瘤株)购自黑龙江省肿瘤医院。 180 1.3 实验仪器:细胞计数板;RF-540(荧光分光光度计)日本岛津公司生产;低速离心机(北京离心机厂);水浴锅。 1.4 瘤株接种:无菌条件下抽取接种生长良好的S荷瘤小鼠腹水(癌细胞数>95%)，冰浴条件下，180 7用无菌生理盐水1?4稀释，按0.2 mL/只(4×10个细胞/mL)，于小鼠右前肢腋部皮下接种。 1.5 实验分组:小鼠随机分为5组，雌雄各半，每组10只。分别为实验组:甜菜碱高、中、低剂量组;阳性对照组:五氟脲嘧啶组;阴性对照组:生理盐水。 1.6 给药剂量及途径甜菜碱高、中、低剂量分别为4.535g/kg，2.267g/kg，1.133g/kg;阳性对照组:五氟脲嘧啶组剂量为25 mg/kg，;阴性对照组给相同体积的生理盐水。于接种24小时后开始腹腔给药，连续7天。 1.7肿瘤生长抑制率:停药后次日，处死全部动物，剥取瘤块，称重，计算抑瘤率。肿瘤生长抑制率=(对照组瘤重-治疗组瘤重)/对照组瘤重×100%。 1.8 血清乳酸脱氢酶活力的测定 按照试剂盒说明书步骤操作测定，结果按如下公式计算: 血清中LDH活力(U/L) =标准管浓度(2μmol/mL) ×1000mL ×(测定管A值-测定空白管A值)/( 标准管A值-标准空白管A值) 1.9血清醛缩酶活力的测定 按照试剂盒说明书步骤操作测定，结果按如下公式计算: 血清中ALD活力(U/L) =标准管活力(40 U/L) ×(测定管A值-对照管A值)/( 标准管A值-空白管A值) 1.10 数据处理 x统计学方法采用SPSS10.0统计软件进行处理，所有资料以均数?标准差(?S)表示，两样本均数比较用t检验。 2 实验结果 2.1 甜菜碱对肉瘤S180的抑制作用(见表1) 对S荷瘤小鼠用药7天后发现，甜菜碱高剂量组的平均瘤重非常显著地小于对照组，P,0.01。180 甜菜碱中剂量和低剂量的平均瘤重明显地小于对照组，P,0.05。抑瘤率随药物浓度增加而增加，抑瘤作用与剂量有一定量效关系。 表1甜菜碱对肉瘤S的抑制作用 180 组别 剂量 抑瘤率% 瘤重(?S)g x 阴性对照 2.26?0.42 **阳性对照 25mg/kg 1.27?0.29 43.8 **甜菜碱 4.535g/kg 1.3?0.30 39.8 * 2.267g/kg 1.68?0.37 25.7 * 1.133g/kg 1.86?0.38 17.7 与阴性对照组相比**P,0.01，*P,0.05 2.2 血清乳酸脱氢酶活力测定结果: 血清乳酸脱氢酶活力测定结果见表2，可以看出，甜菜碱高剂量组可以非常显著地降低乳酸脱氢酶活力，P,0.01。中剂量和低剂量可显著地降低血清乳酸脱氢酶活力，P,0.05。阳性药五氟脲嘧啶可以非常显著地降低血清乳酸脱氢酶活力，,0.01。 P 表2 甜菜碱对S180荷瘤小鼠血清乳酸脱氢酶活力的影响 乳酸脱氢酶活力 组别 剂量 动物数目 ?S)(U/L) (x 阴性对照组 10 3202.7?1122.7 **阳性对照组 25mg/kg 10 154.1?106.5 甜菜碱 4.535g/kg 10 1657.9?1322.8 * 2.267g/kg 10 1901.5?828.1 * 1.133g/kg 10 3034.57?2237.7 与阴性对照组相比**,0.01，*,0.05 PP 2.3 血清醛缩酶活力测定结果: 血清醛缩酶活力测定结果见表3,可以看出，甜菜碱高剂量组可以非常显著地降低血清醛缩酶活力，,0.01。中剂量和低剂量可明显地降低血清醛缩酶活力，,0.05。阳性药五氟脲嘧啶可以非PP 常显著地降低血清醛缩酶活力，P,0.01。 表3 甜菜碱对S180荷瘤小鼠血清醛缩酶活力的影响 醛缩酶活力(?S)x 组别 剂量 动物数目 (U/L) 阴性对照组 10 202.7?122.7 **阳性对照组 25mg/kg 10 338.6?146.7 **甜菜碱 4.535g/kg 10 330.4?182.6 * 2.267g/kg 10 394.6?110.9 * 1.133g/kg 10 510.3?111.9 与阴性对照组相比**P,0.01，*P,0.05 3 讨论 [5]乳酸脱氢酶(LDH)是糖酵解途径中一种重要的酶，人体中主要分布于肾、心肌、肝、脾、红细胞和白细胞等组织或器官中，肝脏的LDH浓度最高，其次是骨骼肌、心脏、红细胞及肾脏。正常血清中含有LDH，但多数组织活性比血清高，所以，即使少量组织坏死也能使血清LDH活性增高。肿瘤细胞具有一种代谢的独特性，其中糖酵解的顺序与三羧酸循环缺少联系，导致肿瘤细胞利用葡萄糖较正常组织细胞高5-10倍，其中多数转变为乳酸盐。当发生肿瘤或细胞坏死时，此酶均升高。LDH的测定对临床许多肿瘤性疾病的诊断、疗效判断及预后均有重要价值。临床上已经用通过检测乳酸脱氢酶(LDH) 及其同功酶来诊断心脏疾病。目前也有相当多的报道认为利用血清LDH及同功酶的检 测也有助于恶性肿瘤如卵巢癌和肺癌及恶性淋巴瘤的诊断和判断治疗方法的疗效。因此，血清LDH 的动态观察，可作为恶性肿瘤患者疗效及预后判断的一项可靠参考指标。 醛缩酶(ALD)也是糖酵解代谢途径中的关键酶,催化1.6-二磷酸果糖(FDP)裂解成一分子磷酸二 羟丙酮(DAP)和一分子3-磷酸甘油醛(GLAP)。国外有学者报道:ALD可作为观察肝癌细胞恶性表型逆 转指标。肝癌时ALD活性升高，可能与肿瘤组织中存在ALD有关。当PLC细胞破坏，大量释放ALD [6-7]致使血清ALD活性升高，当介入治疗达到一定程度时，肝癌组织被损毁，肿块缩小，血清ALD活 性下降。国内也有报道说，肝癌治疗前后血清ALD活性有显著性差异(P,0.05)，因此适用于评价肝 癌组织损毁程度。 在本实验中, 与对照组相比，不同剂量的甜菜均可降低S荷瘤小鼠血清中LDH和ALD的含量, 180 并呈现出了明显的量效关系，说明甜菜碱可能降低了肿瘤组织的坏死程度, 限制了瘤细胞经由中丙 酮酸还原为乳酸的能力，限制了瘤细胞经由糖酵解获得能量的能力,有可能迫使肿瘤细胞转由经三羧 酸循环有氧氧化供能, 或因能量供应不足而使瘤细胞生长受阻、死亡。LDH，ALD活性受抑制, 糖酵 解作用减弱, 对于控制肿瘤发展, 防止恶液质形成，延长宿主生存期具有重要的意义。抑制肿瘤细 胞内的无氧糖酵解作用有可能是甜菜碱抗肿瘤作用的机理之一。 以上实验只是初步对甜菜碱对荷瘤机体的作用进行了研究，因为给药方式的改变和药物剂量的 改变都会对药效学结果有很大的影响。同时，甜菜碱作为一种营养物质，其在肿瘤预防方面的作用 也有必要进一步研究，即从肿瘤营养学的角度。甜菜碱作为高效的甲基供体，可促进细胞的DNA甲 基化，改变肿瘤细胞的甲基化模式，也就是说其更深一步的机制可能要从表观遗传学的角度进行探 讨。同时其对免疫系统的影响也需进一步研究。 参考文献 [1] Moriyama T, Carcia Perez A, Olson AD, et al. Intracellular betaine substitutes for sorbitol in Protecting renal medullary from hyper tonicity,J,. Am J Physiol，1991, 260: 494-497. [2] Petronini PG, De Angelis EM, BorghettiP, et al. Modulation by betaine of cellular responses to osmotic stress,J,.Biochem J，1992, 282 (Pt l): 69-73. [3] Petronini PG, De Angelis EM, Borghetti P, et al.. Effect of betaine on HSP70 expression and cell survival during adaption to osmotic stress,J,.Biochem J, 1993, 293: 553-558. [4] Freidel JF, Fardon JC, Tsuchiya Y, et al. In vitro effect of D-isoascorbic acid and betaine hydmicee alone and in combination on normal and malignant cells,J,.Exp Cell Biol，1979，47:463-469. [5] Jeong DW, Cho IT, Kim TS, et al. Effects of lactate dehydrogenase suppression and glycerol-3-phosphate dehydrogenase overexpression on cellular metabolism[J]. Mol Cell Biochem, 2006,2(14):1-8. [6] Jeong DW, Cho IT, Kim TS, et al. Effects of lactate dehydrogenase suppression and glycerol-3-phosphate dehydrogenase overexpression on cellular metabolism[J]. Mol Cell Biochem, 2006,2(14):1-8. [7] Miyagi S, Zhao YP, Saitoh Y, et al. Replication of the mice aldolase B locus differs between aldolase B-expressing and non-expressing cells[J].FEBS Lett, 2001,505(2):332-336.