Weissella cibaria D-2-EPS对人结肠癌细胞抑制作用的研究

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背景及目的结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是世界上第三常见的恶性肿瘤,也是癌症相关死亡的第二大原因。已有研究显示,肠道菌群失调与CRC的发生发展有着密切的联系。肠道菌群中包含大量的乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)。LAB是一类能产生乳酸的细菌的统称,是对人体健康及代谢有益的活性微生物。常见的积极功能包括抗病原体、抗氧化、调节肠道菌群改善肠道微环境、免疫调节、抗肿瘤等作用。目前以LAB中的罗伊氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌等研究最多。在LAB的抗肿瘤作用中,已经确认LAB代谢产物胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)的重要地位。EPS的抗癌机制主要包括诱导细胞凋亡、抗增殖、选择性细胞毒性、诱导细胞周期阻滞、抗突变、抗氧化、抗血管生成、抗炎、调节肿瘤相关信号通路等。魏斯氏菌(Weissella)是LAB的一种,也是肠道菌群组成中的一种,与肠道直接接触。已有研究表明魏斯氏菌可以抑制炎症,改善肠道屏障功能,并具有体外抗肿瘤作用,但是抗肿瘤相关报道很少,发挥抗肿瘤作用的具体成分及相关机制尚不清楚。结合已报道的EPS的抗癌作用,我们推测,魏斯氏菌的抗肿瘤作用是否也与EPS有关。目前关于魏斯氏菌的ESP研究主要集中在食品发酵方面,抗癌研究非常少,且相关作用机制未见报道。本研究立足于此,以实验室自行分离的魏斯氏菌为研究对象,提取、分离EPS并描述表征,同时初步探究魏斯氏菌EPS在体内和体外对人结肠癌细胞的抑制作用及可能的作用通路。方法对本实验室自行筛选分离出的Weissella cibaria D-2,检测其耐酸耐胆盐特性,并在特定改良MRS培养基中培养以实现量产EPS,然后进一步提取、分离。用苯酚-硫酸法测定提取D-2-EPS中总糖含量占比,用硫酸-咔唑法测定提取EPS中糖醛酸含量占比。用扫描电镜描述EPS形态及元素组成、扫描EPS红外紫外光谱、高效液相色谱法分析EPS的糖及醛酸组成等等表征。通过CCK8和克隆形成检测W.cibaria D-2-EPS对结肠癌细胞的增殖的影响,通过划痕与transwell实验检测对迁移与侵袭能力的影响,通过流式细胞术检测对细胞周期及细胞凋亡的影响。通过qRT-PCR探究可能作用的分子机制。建立裸鼠HT29皮下异种移植瘤模型,通过瘤内注射实现高中低浓度EPS干预,每3-4天注射一次,4次注射后每只注射EPS总量分别为4 mg、8 mg、12 mg。每天记录肿瘤大小,观察EPS对小鼠皮下肿瘤是否有抑制作用及不同浓度EPS的作用差异,并用免疫组化检测肿瘤组织中Ki67的表达水平。对心、肝、脾、肺、肾取材后行HE染色,确认EPS是否对重要脏器有毒性。结果W.cibaria D-2在酸性环境及先酸后胆盐的环境中存活率分别是92.89%、87.42%。D-2-EPS在改良MRS培养基中提取率为39.106 g/L,总糖含量占比为80.15%,糖醛酸含量占比为9.12%。扫描电镜下D-2-EPS呈现光滑偏规则的圆球形或类圆球形,Mapping能谱分析显示C、O元素分别占比75.45%、24.55%,基本不含蛋白质。D-2-EPS是一种杂多糖,由葡萄糖(>98%)、甘露糖、核糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等构成。体外细胞实验结果显示,W.cibaria D-2-EPS 0.7 mg/mL作用72 h可以抑制结肠癌细胞的增殖(P<0.01)、减弱迁移与侵袭的能力(P<0.01),可以诱导细胞在G1期停留(P<0.01)、促进细胞凋亡进程(P<0.01)。qRT-PCR结果显示EPS可能依赖于PDK2/Akt/mTOR通路发挥作用。动物实验结果显示,在无明显毒性的前提下,低、中、高浓度的EPS均可抑制结肠肿瘤生长,且高浓度组抑制效果优于低、中浓度组(P<0.05),而低、中浓度组之间没有明显差异。免疫组化结果显示EPS抑制肿瘤组织中Ki67的表达。结论W.cibaria D-2具备一定抵抗胃肠液胁迫的能力。W.cibaria D-2-EPS是一种杂多糖,绝大部分由葡萄糖组成。D-2-EPS在体内外实验中均对结肠癌表现出抑制作用,且可能通过PDK2/Akt/mTOR分子途径发挥这种作用。
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