化学预防在AOMDSS模型基础研究中的启示

化学预防在AOM/DSS模型基础研究中的启示虽然利用AOM/DSS模型进行化学预防研究的报道数量是十分有限，但是最近和刚出现的研究表明：炎症相关的结肠癌被认为是一种可预防的疾病。到目前为止的基础研究支持用AOM/DSS诱导的小鼠模型作为一个高度相关的系统，而且这种模型在体内化学预防性干预研究中是有意义的。下面几个部分是概述各种合成和天然膳食成分抑制AOM/DSS诱导肿瘤形成的能力。环氧合酶（COX-2）抑制剂在基础研究和临床研究中COX-2对散发性大肠肿瘤发展过程中的明显促进作用已经非常明确，但是抗炎物质如5-氨基水杨酸（5-ASA）对炎症相关性大肠癌的影响仍然存在争议。5-ASA及其衍生物对大肠肿瘤形成的影响已经在AOM/DSS小鼠模型中得到评估。Grimmetal利用低剂量（100mg/kg）和高剂量（300mg/kg）的5-ASA作用于AOM/DSS小鼠模型，研究其化学预防的效果。在这项研究中，小鼠经单次腹腔注射AOM（8mg/kg）后予以2个循环的DSS处理。同样，给予另一种5-ASA衍生物，即用水杨酸偶氮磺胺吡啶处理AOM/DSS小鼠，并与与对照组相比，高度异常增生区域的数量减少了20%。在这项研究中仅评估单剂量注射水杨酸偶氮磺胺吡啶后的效果，但是没有评估这种剂量对病变和炎症的形态学亚型的影响。Kohnoetal研究报道称在该疾病发生过程中的发展阶段给予水杨酸偶氮磺胺吡啶烟处理，药物对大肠癌抑制效果相对弱些。这种不一致可能是因为实验计划和小鼠品系方面存在着差异。Kohnoetal也报道了用胆烷酸（UDCA）进行处理小鼠，结果抑制AOM/DSS诱导的大肠癌,也没有引起任何有害的影响。Clapperetal做了一项研究关于评估5-ASA在模型中抑制炎症相关性大肠肿瘤的能力。研究结果表明长期暴露于5-ASA能够减轻炎症相关性大肠癌的损伤。尽管5-ASA大部分有利的影响都归因于它对抑制环氧合酶和前列素H合酶的能力，但是在这项研究中用AOM/DSS诱导的结肠癌模型对照组小鼠与给予5-ASA处理该模型的小鼠相进行比较，两组的COX-2（基质细胞、上皮细胞）表达水平没有明显差异，该研究结果提示5-ASA的化学预防活性与COX-2表达水平没有关系。实际上，在先前研究中已经表明5-ASA能抑制缺乏COX-2的DLD1结肠癌细胞增值。Weber等人研究表明5-ASA具有抑制NF-KB活性的能力。NF-KB与靶基因结合力下降会减少一些因子的表达，如促炎性因子、粘附分子、生长因子、炎症介质及抗凋亡基因。5-ASA衍生物2-14，即一种新的5-ASA衍生物，该衍生物抑制结肠癌细胞增殖的作用是5-ASA的10倍。增殖的细胞核抗原（PCNA）染色证实2-14抗增殖的效果。通过对比，用2-14处理的正常小鼠的结肠黏膜在PCNA染色下并没有明显的变化，从而证实这种化合物基本上不会影响正常结肠细胞生长。除5-ASA及其衍生物之外，具有选择性的COX-2抑制剂已在大肠癌的动物模型中试验。特别是，尼美舒利，一种COX-2选择性抑制剂，它能够有效地抑制AOM/DSS诱导的炎性相关性结肠癌的发生。而尼美舒利对结肠腺癌发展的抑制作用与细胞增殖活性、诱导细胞凋亡以及β-catenin、COX-2、iNOS和硝基酪氨酸的低水平免疫反应有明确的关联。这些研究表明尼美舒利作为一种有效的化学预防物质，用来预防散发性和炎症相关性大肠癌的发生。过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）配体PPARs是一类配体激活的转录因子，属于核激素受体超家族。已经确定PPAR有三种亚型：PPARα，PARβ和PPARγ。PPARγ在脂肪组织中高表达，而且在脂肪细胞分化和脂滴存储过程中起着重要的作用。PPARγ也在一些上皮肿瘤中表达，如结肠癌、乳腺癌、前列腺癌。PPARγ配体（如曲格列酮、罗格列酮）可以在体外和体内诱导细胞凋亡、脂肪细胞分化和抑制肿瘤生长。Tanaka等人进行的不同研究表明曲格列酮（PPARγ配体）或苯扎贝特（PPARα配体）的化学预防能力已经在AOM/DSS诱导的小鼠结肠癌模型中表现出来。由这些PPAR配体引起的结肠黏膜炎症抑制和细胞增殖活性降低可能是这些配体在炎性相关性结肠癌形成过程中所起的化学预防效果。一种新的第三代噻唑烷二酮类，RS5444，它在AOM/DSS小鼠模型试验中得到的效果大约是罗格列酮的50倍。在AOM诱导的小鼠模型中，RS5444能够明显地抑制ACF形成，所以它可能具有化学预防的效果。PPARγ配体能抑制正常结肠上皮细胞的增殖，但是在腺瘤上皮细胞中的这种影响在统计学上没有意义，从而表明在肿瘤形成早期阶段这些化合物失去抑制结肠上皮细胞增殖的能力。此外，经过RS544处理的小鼠，其肿瘤的发生率降低30%，但这种降低没有显著统的计学上意义。这项研究中，肿瘤的体积明显可变，以及观察到对肿瘤大小没有显著的影响。尽管在已形成的肿瘤中RS544不能抑制肿瘤生长，但是对照组肿瘤与从RSS455处理的小鼠中获取的肿瘤相比较，对照组肿瘤有明显异常。这种结果似乎确实是PPARγ配体促进正常的和转化的胃肠道上皮细胞分化，一直保持它们促进最低程度地转化结肠上皮细胞分化的能力。阻止起始转化的能力也可以通过抑制正常结肠上皮细胞增殖的能力进行解释，由此这种能力减少致癌物作用的靶细胞数量。天然植物化合物流行病学研究清楚地证实富含水果或者蔬菜的饮食与结肠癌之间存在负相关。水果和蔬菜中含有活性化合物，而这种化合物能降低结肠癌发生的风险。在动物基础研究中，报道了几种有抗炎性能的天然和半合成化合物具有抵抗肿瘤形成的化学预防活性。Prenyloxycoumarin类化合物，包括橙皮油素和collinin，这些物质是次级代谢产物，主要发现于芸香科和Umbelellierae（橙、柠檬、西柚等）植物中。橙皮油素和collinin具有抗炎活性已被报道。其中，橙皮油素能够明显抑制由脂多糖（LPS）诱导的iNOS和COX-2蛋白表达及TNF-α的释放。橙皮油素和collinin也能够抑制由花生四烯酸和体外血小板活化因子诱导的血小板聚集。这些天然化合物的影响已在AOM/DSS小鼠结肠癌模型中研究。不同剂量的橙皮油素和collinin（0.01%和0.05%）处理AOM/DSS小鼠，其大肠腺癌的发生率明显低于对照组。在实验组中结肠腺癌病变形态多样性和结肠的炎症评分明显低于对照组。橙皮油素和collinin具有抑制结肠腺癌发展的作用，而这种作用与结肠腺细胞的增殖活性（用结肠腺癌PCNA标记指数表示其活性）、凋亡以及COX-2和iNOS免疫活性的抑制有着关联。饮食中橙皮油素和collinin作用于AOM/DSS小鼠产生保护性影响，可能是因为这些物质具有抑制炎症和抗氧化应激的能力。Prenyloxycoumarins、橙皮柚素和collinin可以有效地抑制由AOM/DSS诱导的炎症相关性结肠肿瘤。通过使用包含β-环糊精（β-CD）的混合物，如GOA/β-CD和AUR/β-CD已经验证橙柚皮素和一种新的前药（4-GOA）具有化学预防的性能。这些化合物通过调控腺癌细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制促炎因子（NF-kB,Nrf2,TNF-α,Stat3,IL-6,andIL-1β）发挥其化学预防作用。而这些细胞因子的表达参与AOM/DSS诱导结肠肿瘤的形成。已经证实用GOA/β-CD和AUR/β-CD处理小鼠能明显降低DSS引起的结肠炎症。因此，通过对几种促炎基因产物所介导几种致癌事件表达的调节来抑制慢性炎症，这也许是这些化合物具有化学预防性能的原因。最近研究阐明了花姜酮（ZER）的几种生物学特性,该物质是一种称为ZingiberzerumbetSmith亚热带姜类植物的主要成分，通过抑制自由基的产生、iNOS、COX-2表达以及抑制激活的白细胞释放TNF-α从而抑制肿瘤的形成，同样这种成分也能诱导人类结肠腺癌细胞株的凋亡。给予小鼠ZER饮食，能够明显地抑制DSS诱导的急性炎症和异常隐窝病灶（ACF）的形成。给予各组小鼠不同剂量的ZER(100ppm,250ppm,和500ppm)，其结肠腺癌的多样性和发生率低于未给予天然化合物处理的AOM/DSS小鼠组。给予ZER喂养的小鼠明显降低PCNA标记指数以及降低NF-kB和HO-1（血红素加氧酶）免疫组织化学评分，而这些物质的表达与癌变和炎症有着关联。利肝灵，从Silybummarianum中分离出的一种黄酮木脂素，已经在AOM小鼠模型中试验。有趣的是，低（250mg/kg）和高（750mg/kg）剂量的利肝灵除了抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡之外，还能影响炎症和促血管新生因子如COX-2、iNOS和VEGF水平，这表明利肝灵具有预防结肠肿瘤形成的效果，因为该物质影响到大肠癌形成的两个关键事件：炎症和血管生成。不同的基础研究都支持用AOM/DSS诱导的小鼠模型作为一个高度相关的系统，而该系统允许在慢性炎症设置中为结肠肿瘤形成提供以所需的分子事件的特征。从化学预防性干预研究结果表明炎症相关性大肠癌是可被预防的。总结和未来展望在过去的二十年中CRC小鼠模型为大肠肿瘤组织病理及肿瘤形成中潜在分子过程提供详细的视角，同时也促进我们对人类大肠癌和IBD相关的大肠癌形成的认识。作为强有力的模型系统，化学诱导的大肠癌小鼠模型已被证明是非常有价值的。在研究中，AOM/DSS小鼠模型已被描述为一个可靠而实用的工具：因为在一个有限的时间框架中受影响的动物有着高的发病率，因此肿瘤发生是可预见的和连续的。由于在重现人类结肠癌的许多方面有着其特殊的能力，另外当单个异常隐窝出现时，该模型为研究潜在的肿瘤发生的最早连续事件提供了可能性，所以AOM/DSS模型是一个强有力的实验平台，该平台研究新的和有效的化学物质抵抗CRC将非常有用；在研究新的诊断、疾病预后以及临床实践中预测指标中，它也是一种有价值的模型。不久的将来，AOM/DSS模型将进一步改善，并与新的和更先进的分子生物学和遗传的技术发展相结合，这可能让我们能够解释结直肠癌新的方面，例如通过高分辨率的方法分析在肿瘤形成最早阶段已变的分子网络。这将有助于识别在结肠的癌前病变和肿瘤发展中那些仍然未知的遗传和表观遗传事件。