引用本文: 劉焱森, 余靜喜, 曾紅文. NGAL在胰腺癌組織中的表達研究. 中國普外基礎與臨床雜志, 2016, 23(1): 33-37. doi: 10.7507/1007-9424.20160008 復制
胰腺癌是現今全世界惡性程度最高的一類消化道腫瘤之一,與其他的腹部癌癥相比,胰腺癌位置更隱匿,缺乏早期的癥狀和體征,使得早發現和早診斷極為困難,若不經治療其生存期僅4~6個月[1]。死亡率高,5年總體存活率< 5% [2-3]。現今對胰腺癌發病機理的研究絕大部分是基于臨床手術標本的研究,對于晚期胰腺癌組織分子結構改變的研究相對較少,所以研究晚期胰腺癌分子結構是當前的首要任務。但目前國內外多數都是基于些世人皆知基因的研究。
中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)是載脂蛋白家族Lipocalin的成員之一, 可能參與免疫炎癥反應以及腫瘤的發生發展特別是腫瘤的浸潤轉移等過程[4],是Kjeldsen等[5] 1993年在研究中性粒細胞92KD的基質金屬蛋白酶(MMP-9)時發現的。NGAL蛋白在人體的大多數正常組織里都有著不同程度的表達[6]。最近已經在一些人類組織和腫瘤組織內發現NGAL蛋白的存在,而NGAL在胰腺癌和乳腺、胃腸腫瘤中的內表達很高[7-8]。通過基因序列分析,人NGAL基因與小鼠的24p3基因同源性高達74.2%,而小鼠24p3基因已經被證實屬于癌基因[9]。NGAL作為一種人類新的癌基因已受到重視。但NGAL在胰腺癌中的表達情況及其與胰腺癌臨床病理特征是否相關尚待進一步研究。
動物腫瘤模型[10-11]是研究腫瘤的常用方法,本研究通過建立原位裸鼠胰腺癌模型[12-13],觀察NGAL基因在胰腺癌、癌旁組織和正常胰腺組織中表達的變化及其與胰腺癌臨床病理特征的關系.探討NGAL基因是否可作為胰腺癌基因診斷及治療的靶標。
1 材料與方法
1.1 主要實驗材料及試劑
①實驗動物:Balb/c-nu/nu小鼠20只,購于中科院上海動物實驗中心,鼠齡3~4周,體質量10~20 g,雌雄各半,實驗裸鼠及實驗條件均達到SPF級標準。采用隨機雙盲的原則制備裸鼠胰腺癌原位移植瘤模型。②免疫組化試劑:NGAL兔抗人IgG多抗(批號:bs-0646R,工作濃度1: 200,陽性定位于細胞質)、SP免疫組化試劑盒、生物素化羊抗兔IgG及SAB試劑盒購自北京博奧森生物技術有限公司;DAB二氨基聯苯胺顯色試劑盒及多聚甲醛購自北京中杉生物技術有限公司。③PCR試劑:鏈酶蛋白酶購自Roche公司;Ⅱ型膠原酶及胰蛋白酶購自Sigma公司;逆轉錄試劑盒及PCR試劑盒購自北京全式金生物技術有限公司;LCN-2及內參β-actin引物、溴化乙錠(EB)、DNAloadingbuffer、乙二胺四乙酸(EDTA)和DNA marker(125~750 bp、50~400 bp)均購自北京三博遠志生物技術有限公司。
1.2 裸鼠原位胰腺癌移植瘤模型的建立
實驗裸鼠總共40只,雌雄各半,隨機抽取1只裸鼠行皮下注射瘤細胞懸液,待皮下腫瘤直徑長至1 cm時脫頸椎處死供瘤鼠,用眼科剪剪開皮膚取出腫瘤組織,在無菌條件下修剪腫瘤組織,用無血清培養液洗滌2次,然后將腫瘤組織均分成39等份;將每份腫瘤組織于PBS液中剪切成1 mm見方的組織塊,分別植入39只裸鼠的胰腺:用100 g/L水合氯醛按400 mg/kg劑量裸鼠腹腔內注射麻醉,安爾碘消毒腹部皮膚,于腹部正中劍突下做0.5 cm切口,剪開腹膜,將準備好的腫瘤組織塊植入胰腺,用3-0絲線縫合腹膜及皮膚,術畢。
1.3 標本采集
裸鼠原位胰腺癌移植瘤模型建立術后,將裸鼠送回無病原體飼養室飼養,定期觀察荷瘤裸鼠的活動情況,測量其體質量,并觀察腹部腫瘤增長情況,待腫瘤長徑達1 cm時處死裸鼠取出胰腺,每份樣本均分為2份,一份行石蠟包埋、一份凍存備行RNA提取。
1.4 檢測指標及方法
1.4.1 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達的檢測
采用RT-PCR方法。裸鼠胰腺癌移植瘤組織、癌旁組織和正常胰腺組織中RNA的抽提按Fastage200的說明書進行;RT-PCR按一步法試劑盒說明書進行。RT-PCR反應完畢后產物經1.5%瓊脂糖凝膠電泳分離,溴化乙錠染色,用凝膠電泳成像儀成像。以Gel-Pro analyzer軟件計算3種組織中NGAL mRNA與β-actin條帶的灰度值的比值來表示NGAL mRNA的相對表達量。NGAL的上游引物為5′-CAATGTCACCTCCGTCCT-GTTTAG-3′,下游引物為5′-GTTCTCCTTTAGTTCC-GAAGTCAGC-3′,長度為251 bp;內參β-actin的上游引物為5′-ATCGTGCGTGACATTAAGGAGAAG-3′,下游引物5′-AGGAAGGAAGGCTGGAAGAGTG-3′,擴增長度為178 bp。
1.4.2 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL蛋白表達的檢測
采用免疫組織化學法。NGAL兔抗人IgG多抗和免疫組化SP試劑盒購自北京博奧森生物技術有限公司。按照說明書操作,組織蠟塊切片,二甲苯脫蠟至水,抗原修復,以磷酸鹽緩沖液代替一抗作陰性對照。
1.4.3 NGAL蛋白表達結果判定
①NGAL蛋白的陽性產物為棕黃色顆粒,在正常胰腺組織中不表達;在腫瘤細胞位于細胞質中,細胞漿及細胞核周圍染色呈黃色者判為陽性。先于低倍鏡下全面觀察組織切片,然后在200倍光鏡下隨機觀察4個視野,各計數100個細胞,計算陽性細胞所占百分比。無陽性細胞記為0分;陽性細胞為1%~25%記為1分;陽性細胞為25%~50%記為2分;陽性細胞為50%~75%記為3分;陽性細胞> 75%記為4分。0~2分者判為陰性(-),3~6分者判為弱陽性(+),7~10分者判為強陽性(++)。②NGAL蛋白相對表達量的判定:將染色結果采集圖像以后以Imagepro Plus 6.0圖像分析系統分析,分析癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織各組織的22張照片的吸光度值(A值),取其平均值作為各組織的NGAL蛋白相對表達量。
1.5 統計學方法
采用SPSS 17.0統計軟件分析。計量資料用均數±標準差(
2 結果
2.1 胰腺癌原位胰腺移植瘤模型制備情況
胰腺原位移植瘤的成瘤時間為(11.30±2.33)d,瘤體大小為(62.5±0.33)mm3,見圖 1。胰腺癌原位胰腺移植瘤模型成瘤率為57.9%(22/38),有1只裸鼠因建模術后腹腔感染死亡。經病理組織學檢查,22只成瘤裸鼠移植瘤均證實為胰腺癌(圖 2)。
2.2 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL蛋白表達檢測結果
NGAL蛋白免疫組化陽性染色主要位于細胞質內,呈棕褐色顆粒狀(圖 3及圖 4)。
NGAL蛋白在胰腺癌組織中的表達強陽性率以及A值均明顯高于癌旁組織和正常胰腺組織(P < 0.05),具體見表 1。


2.3 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達檢測結果
胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達結果見圖 5。由圖 5可見,胰腺癌組織中NGAL mRNA表達條帶(261 bp)最亮,癌旁組織次之,正常胰腺組織中無NGAL mRNA表達條帶。上述3種組織中NGAL mRNA表達相對量結果見圖 6,由圖 6可見,胰腺癌組織及其癌旁組織中NGAL mRNA表達相對量明顯高于正常胰腺組織(P < 0.05),胰腺癌組織中NGAL mRNA表達相對量又明顯高于癌旁組織(P < 0.05)。

3 討論
有研究[14-15]提示,NGAL在胰腺癌中呈過表達,且在胰腺癌組織中NGAL的表達陽性率居所有惡性腫瘤之首。胰腺癌周圍的良性胰腺組織及其增生的小葉間導管、小葉內導管的NGAL也呈陽性表達;但是相對應的良性腫瘤被纖維包裹的腺囊和朗罕細胞島及其周圍組織卻呈陰性表達[16]。第1次將NGAL與胰腺癌的發生聯系起來的是Furutani等[17]在1998年鑒定了NGAL在胰腺癌細胞系中呈高表達;該結論在2001年被Argani等[18]進行的實驗所證實。與正常組織相比,TFF2、PSCA及NGAL在胰腺癌組織中的表達均明顯增高。最終在2002年,有2項研究提示NGAL與胰腺癌具有相關性:Han等[19]通過對胰腺癌組織及正常胰腺細胞的研究,發現了NGAL高密度的cDNA,觀察到NGAL在胰腺癌組織中表達量是正常胰腺細胞的27倍;另外有研究[20-21]證實,NGAL在導管內乳突狀黏液性腫瘤(intraductal papillary mucinousneoplasm IPMN)中有表達,且與胰腺癌的轉移及浸潤相關;隨后,Iacobuzio-Donahue等[22]在2003年通過探測總基因表達,發現NGAL的在胰腺癌組織中呈高表達。Missiaglia等[23]同樣發現,至少5種人胰腺癌細胞系NGAL mRNA水平比永生化胰腺導管細胞系HPDE高4倍以上。Tong等[24]的研究亦表明,無論是NGAL mRNA還是蛋白水平,在胰腺癌細胞系Capan-2、BxPC-3和AsPC-1中都呈高表達。NGAL具有促進細胞增殖和保護及增強MMP-9功能的性質,而且NGAL與胰腺癌的發生發展具有明顯相關性。NGAL促進細胞增殖的功能尚未清楚,多認為NGAL有可能受核轉錄因子-κB(NF-κB)的影響來調控細胞增殖能力。有研究[25]發現,NGAL在胰腺上皮內瘤變中呈高表達;NGAL在正常胰腺組織、胰腺上皮內瘤變和原位胰腺癌中的表達水平逐漸增高,從無到高表達。然而,NGAL的高表達與胰腺癌的發展間的聯系,以及通過檢查血漿或者血清中的NGAL水平,從而驗證NGAL是否可以成為胰腺癌的診斷或判斷預后及致死因素標志物尚未闡明,尚需進一步研究。
本研究通過RT-PCR的方法,檢測了NGAL mRNA在胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中的表達情況,結果顯示:NGAL mRNA在胰腺癌組織中的表達明顯高于癌旁組織(P < 0.05),其在正常胰腺組織中基本不表達;同時采用免疫組化法檢測了NGAL蛋白在上述3種組織中的表達情況,同樣發現NGAL蛋白在胰腺癌組織中的表達陽性率及相對表達量均明顯高于癌旁組織及正常胰腺組織(P < 0.05),僅2例表達為陰性,其中16例表達為強陽性。
既往研究[26]發現,早在胰腺上皮內瘤變-1期就可以檢測到NGAL;說明了NGAL是一種胰腺癌癌前病變的標志物。胰腺上皮瘤樣變是在胰腺導管組織中表現,是從胰腺炎進展到胰腺癌的前兆,其中約82%會最終進展為胰腺癌。所以,上皮瘤樣變屬于胰腺導管癌癌前病變。本研究結果顯示,NGAL在正常胰腺組織基本無表達,在癌旁組織中主要呈弱陽性表達,而在胰腺癌組織中呈過表達,提示NGAL的表達可能與胰腺癌的發生相關。
胰腺癌是現今全世界惡性程度最高的一類消化道腫瘤之一,與其他的腹部癌癥相比,胰腺癌位置更隱匿,缺乏早期的癥狀和體征,使得早發現和早診斷極為困難,若不經治療其生存期僅4~6個月[1]。死亡率高,5年總體存活率< 5% [2-3]。現今對胰腺癌發病機理的研究絕大部分是基于臨床手術標本的研究,對于晚期胰腺癌組織分子結構改變的研究相對較少,所以研究晚期胰腺癌分子結構是當前的首要任務。但目前國內外多數都是基于些世人皆知基因的研究。
中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)是載脂蛋白家族Lipocalin的成員之一, 可能參與免疫炎癥反應以及腫瘤的發生發展特別是腫瘤的浸潤轉移等過程[4],是Kjeldsen等[5] 1993年在研究中性粒細胞92KD的基質金屬蛋白酶(MMP-9)時發現的。NGAL蛋白在人體的大多數正常組織里都有著不同程度的表達[6]。最近已經在一些人類組織和腫瘤組織內發現NGAL蛋白的存在,而NGAL在胰腺癌和乳腺、胃腸腫瘤中的內表達很高[7-8]。通過基因序列分析,人NGAL基因與小鼠的24p3基因同源性高達74.2%,而小鼠24p3基因已經被證實屬于癌基因[9]。NGAL作為一種人類新的癌基因已受到重視。但NGAL在胰腺癌中的表達情況及其與胰腺癌臨床病理特征是否相關尚待進一步研究。
動物腫瘤模型[10-11]是研究腫瘤的常用方法,本研究通過建立原位裸鼠胰腺癌模型[12-13],觀察NGAL基因在胰腺癌、癌旁組織和正常胰腺組織中表達的變化及其與胰腺癌臨床病理特征的關系.探討NGAL基因是否可作為胰腺癌基因診斷及治療的靶標。
1 材料與方法
1.1 主要實驗材料及試劑
①實驗動物:Balb/c-nu/nu小鼠20只,購于中科院上海動物實驗中心,鼠齡3~4周,體質量10~20 g,雌雄各半,實驗裸鼠及實驗條件均達到SPF級標準。采用隨機雙盲的原則制備裸鼠胰腺癌原位移植瘤模型。②免疫組化試劑:NGAL兔抗人IgG多抗(批號:bs-0646R,工作濃度1: 200,陽性定位于細胞質)、SP免疫組化試劑盒、生物素化羊抗兔IgG及SAB試劑盒購自北京博奧森生物技術有限公司;DAB二氨基聯苯胺顯色試劑盒及多聚甲醛購自北京中杉生物技術有限公司。③PCR試劑:鏈酶蛋白酶購自Roche公司;Ⅱ型膠原酶及胰蛋白酶購自Sigma公司;逆轉錄試劑盒及PCR試劑盒購自北京全式金生物技術有限公司;LCN-2及內參β-actin引物、溴化乙錠(EB)、DNAloadingbuffer、乙二胺四乙酸(EDTA)和DNA marker(125~750 bp、50~400 bp)均購自北京三博遠志生物技術有限公司。
1.2 裸鼠原位胰腺癌移植瘤模型的建立
實驗裸鼠總共40只,雌雄各半,隨機抽取1只裸鼠行皮下注射瘤細胞懸液,待皮下腫瘤直徑長至1 cm時脫頸椎處死供瘤鼠,用眼科剪剪開皮膚取出腫瘤組織,在無菌條件下修剪腫瘤組織,用無血清培養液洗滌2次,然后將腫瘤組織均分成39等份;將每份腫瘤組織于PBS液中剪切成1 mm見方的組織塊,分別植入39只裸鼠的胰腺:用100 g/L水合氯醛按400 mg/kg劑量裸鼠腹腔內注射麻醉,安爾碘消毒腹部皮膚,于腹部正中劍突下做0.5 cm切口,剪開腹膜,將準備好的腫瘤組織塊植入胰腺,用3-0絲線縫合腹膜及皮膚,術畢。
1.3 標本采集
裸鼠原位胰腺癌移植瘤模型建立術后,將裸鼠送回無病原體飼養室飼養,定期觀察荷瘤裸鼠的活動情況,測量其體質量,并觀察腹部腫瘤增長情況,待腫瘤長徑達1 cm時處死裸鼠取出胰腺,每份樣本均分為2份,一份行石蠟包埋、一份凍存備行RNA提取。
1.4 檢測指標及方法
1.4.1 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達的檢測
采用RT-PCR方法。裸鼠胰腺癌移植瘤組織、癌旁組織和正常胰腺組織中RNA的抽提按Fastage200的說明書進行;RT-PCR按一步法試劑盒說明書進行。RT-PCR反應完畢后產物經1.5%瓊脂糖凝膠電泳分離,溴化乙錠染色,用凝膠電泳成像儀成像。以Gel-Pro analyzer軟件計算3種組織中NGAL mRNA與β-actin條帶的灰度值的比值來表示NGAL mRNA的相對表達量。NGAL的上游引物為5′-CAATGTCACCTCCGTCCT-GTTTAG-3′,下游引物為5′-GTTCTCCTTTAGTTCC-GAAGTCAGC-3′,長度為251 bp;內參β-actin的上游引物為5′-ATCGTGCGTGACATTAAGGAGAAG-3′,下游引物5′-AGGAAGGAAGGCTGGAAGAGTG-3′,擴增長度為178 bp。
1.4.2 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL蛋白表達的檢測
采用免疫組織化學法。NGAL兔抗人IgG多抗和免疫組化SP試劑盒購自北京博奧森生物技術有限公司。按照說明書操作,組織蠟塊切片,二甲苯脫蠟至水,抗原修復,以磷酸鹽緩沖液代替一抗作陰性對照。
1.4.3 NGAL蛋白表達結果判定
①NGAL蛋白的陽性產物為棕黃色顆粒,在正常胰腺組織中不表達;在腫瘤細胞位于細胞質中,細胞漿及細胞核周圍染色呈黃色者判為陽性。先于低倍鏡下全面觀察組織切片,然后在200倍光鏡下隨機觀察4個視野,各計數100個細胞,計算陽性細胞所占百分比。無陽性細胞記為0分;陽性細胞為1%~25%記為1分;陽性細胞為25%~50%記為2分;陽性細胞為50%~75%記為3分;陽性細胞> 75%記為4分。0~2分者判為陰性(-),3~6分者判為弱陽性(+),7~10分者判為強陽性(++)。②NGAL蛋白相對表達量的判定:將染色結果采集圖像以后以Imagepro Plus 6.0圖像分析系統分析,分析癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織各組織的22張照片的吸光度值(A值),取其平均值作為各組織的NGAL蛋白相對表達量。
1.5 統計學方法
采用SPSS 17.0統計軟件分析。計量資料用均數±標準差(
2 結果
2.1 胰腺癌原位胰腺移植瘤模型制備情況
胰腺原位移植瘤的成瘤時間為(11.30±2.33)d,瘤體大小為(62.5±0.33)mm3,見圖 1。胰腺癌原位胰腺移植瘤模型成瘤率為57.9%(22/38),有1只裸鼠因建模術后腹腔感染死亡。經病理組織學檢查,22只成瘤裸鼠移植瘤均證實為胰腺癌(圖 2)。
2.2 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL蛋白表達檢測結果
NGAL蛋白免疫組化陽性染色主要位于細胞質內,呈棕褐色顆粒狀(圖 3及圖 4)。
NGAL蛋白在胰腺癌組織中的表達強陽性率以及A值均明顯高于癌旁組織和正常胰腺組織(P < 0.05),具體見表 1。


2.3 胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達檢測結果
胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中NGAL mRNA表達結果見圖 5。由圖 5可見,胰腺癌組織中NGAL mRNA表達條帶(261 bp)最亮,癌旁組織次之,正常胰腺組織中無NGAL mRNA表達條帶。上述3種組織中NGAL mRNA表達相對量結果見圖 6,由圖 6可見,胰腺癌組織及其癌旁組織中NGAL mRNA表達相對量明顯高于正常胰腺組織(P < 0.05),胰腺癌組織中NGAL mRNA表達相對量又明顯高于癌旁組織(P < 0.05)。

3 討論
有研究[14-15]提示,NGAL在胰腺癌中呈過表達,且在胰腺癌組織中NGAL的表達陽性率居所有惡性腫瘤之首。胰腺癌周圍的良性胰腺組織及其增生的小葉間導管、小葉內導管的NGAL也呈陽性表達;但是相對應的良性腫瘤被纖維包裹的腺囊和朗罕細胞島及其周圍組織卻呈陰性表達[16]。第1次將NGAL與胰腺癌的發生聯系起來的是Furutani等[17]在1998年鑒定了NGAL在胰腺癌細胞系中呈高表達;該結論在2001年被Argani等[18]進行的實驗所證實。與正常組織相比,TFF2、PSCA及NGAL在胰腺癌組織中的表達均明顯增高。最終在2002年,有2項研究提示NGAL與胰腺癌具有相關性:Han等[19]通過對胰腺癌組織及正常胰腺細胞的研究,發現了NGAL高密度的cDNA,觀察到NGAL在胰腺癌組織中表達量是正常胰腺細胞的27倍;另外有研究[20-21]證實,NGAL在導管內乳突狀黏液性腫瘤(intraductal papillary mucinousneoplasm IPMN)中有表達,且與胰腺癌的轉移及浸潤相關;隨后,Iacobuzio-Donahue等[22]在2003年通過探測總基因表達,發現NGAL的在胰腺癌組織中呈高表達。Missiaglia等[23]同樣發現,至少5種人胰腺癌細胞系NGAL mRNA水平比永生化胰腺導管細胞系HPDE高4倍以上。Tong等[24]的研究亦表明,無論是NGAL mRNA還是蛋白水平,在胰腺癌細胞系Capan-2、BxPC-3和AsPC-1中都呈高表達。NGAL具有促進細胞增殖和保護及增強MMP-9功能的性質,而且NGAL與胰腺癌的發生發展具有明顯相關性。NGAL促進細胞增殖的功能尚未清楚,多認為NGAL有可能受核轉錄因子-κB(NF-κB)的影響來調控細胞增殖能力。有研究[25]發現,NGAL在胰腺上皮內瘤變中呈高表達;NGAL在正常胰腺組織、胰腺上皮內瘤變和原位胰腺癌中的表達水平逐漸增高,從無到高表達。然而,NGAL的高表達與胰腺癌的發展間的聯系,以及通過檢查血漿或者血清中的NGAL水平,從而驗證NGAL是否可以成為胰腺癌的診斷或判斷預后及致死因素標志物尚未闡明,尚需進一步研究。
本研究通過RT-PCR的方法,檢測了NGAL mRNA在胰腺癌組織、癌旁組織及正常胰腺組織中的表達情況,結果顯示:NGAL mRNA在胰腺癌組織中的表達明顯高于癌旁組織(P < 0.05),其在正常胰腺組織中基本不表達;同時采用免疫組化法檢測了NGAL蛋白在上述3種組織中的表達情況,同樣發現NGAL蛋白在胰腺癌組織中的表達陽性率及相對表達量均明顯高于癌旁組織及正常胰腺組織(P < 0.05),僅2例表達為陰性,其中16例表達為強陽性。
既往研究[26]發現,早在胰腺上皮內瘤變-1期就可以檢測到NGAL;說明了NGAL是一種胰腺癌癌前病變的標志物。胰腺上皮瘤樣變是在胰腺導管組織中表現,是從胰腺炎進展到胰腺癌的前兆,其中約82%會最終進展為胰腺癌。所以,上皮瘤樣變屬于胰腺導管癌癌前病變。本研究結果顯示,NGAL在正常胰腺組織基本無表達,在癌旁組織中主要呈弱陽性表達,而在胰腺癌組織中呈過表達,提示NGAL的表達可能與胰腺癌的發生相關。