前列腺癌生物力學(xué)性質(zhì)的改變與其細胞惡性表型相關(guān)性的實驗研究.pdf

1、前列腺癌是美國及歐洲國家最常見的惡性腫瘤，而許多前列腺癌是通過直腸指診時觸及的硬結(jié)發(fā)現(xiàn)的。傳統(tǒng)觀點認為腫瘤組織相較于正常組織要硬，但在臨床工作中，當(dāng)剖開某些腫瘤后，腫瘤組織整體與局部的質(zhì)地卻不盡相同。腫瘤組織進展和轉(zhuǎn)移發(fā)生時伴隨著腫瘤組織生物力學(xué)性質(zhì)的變化，而在前列腺癌中，組織的力學(xué)性質(zhì)與腫瘤惡性生物學(xué)行為之間的關(guān)系還不甚明了。
　　膠原蛋白collagen是細胞外基質(zhì)中含量最豐富的蛋白，而且它為組織的力學(xué)性質(zhì)提供支架結(jié)構(gòu)，并且膠

2、原蛋白collagen的變化能夠?qū)е录毎饣|(zhì)剛度發(fā)生變化。纖維連接蛋白fibronectin分子結(jié)構(gòu)上同時含有與細胞外基質(zhì)中的膠原蛋白及細胞膜表面整合蛋白integrin家族的結(jié)合位點，能夠作為橋梁將腫瘤細胞與細胞外基質(zhì)相連接。而纖維連接蛋白fibronectin和整合蛋白家族integrin又是力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上的關(guān)鍵因子。在之前的研究中，原子力顯微鏡已經(jīng)被用于檢測生物組織微觀層面的力學(xué)性質(zhì)，而實時彈性超聲成像也已經(jīng)在生物組織宏觀層

3、面的力學(xué)性質(zhì)檢測上被廣泛使用。但是關(guān)于前列腺癌組織微觀和宏觀層面的力學(xué)性質(zhì)的研究較為少見。
　　目的
　　1.檢測前列腺癌組織宏觀及微觀力學(xué)性質(zhì)變化，用以探討前列腺癌力學(xué)性質(zhì)變化與前列腺癌患者的病理分級及腫瘤轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)系;
　　2.探討前列腺癌力學(xué)性質(zhì)變化的原因，并在組織層面探索力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要分子;
　　3.探討collagenⅠ對前列腺癌細胞粘附、楊氏模量、侵襲、凋亡的影響。
　　方法

4、　　1.收集43例患者的臨床資料（前列腺增生20例，前列腺癌23例），按照Gleason評分系統(tǒng)進行病理分級，按照腫瘤分化程度分成1-5分，分化良好為1分，分化極差為5分，將兩區(qū)的Gleason分值相加即可以得到Gleason評分。根據(jù)Gleason評分將23例Pca患者分成兩組:低-中級別組（Gleason2-7分）共11例，高級別組（Gleason8-10分）12例。另外，根據(jù)腫瘤是否轉(zhuǎn)移，將23例Pca患者分成轉(zhuǎn)移組7例，非轉(zhuǎn)移組

5、16例。所有患者術(shù)前均未行任何手術(shù)及放、化療。所有患者在術(shù)前均行TRTE檢查。應(yīng)用于AFM檢測的BPH標(biāo)本取自經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)(transurethralresectionoftheprostate，TURP)，Pca組織標(biāo)本取自經(jīng)尿道前列腺癌切除術(shù)及恥骨上前列腺癌切除術(shù)。所有組織術(shù)前及術(shù)后均行病理學(xué)檢查確認。
　　2.我們首先對前列腺癌組織標(biāo)本進行免疫組織化學(xué)實驗，根據(jù)Gleason評分將23例Pca患者分成兩組;另外，根據(jù)腫

6、瘤是否轉(zhuǎn)移，將23例Pca患者分成轉(zhuǎn)移組和非轉(zhuǎn)移組。根據(jù)免疫組化染色陽性細胞的數(shù)量及切片的染色程度來進行免疫組化評分。
　　3.制作不同濃度的collagenⅠ進行前列腺癌細胞系三維培養(yǎng)，緊接著使用細胞粘附實驗、AFM實驗、Transwell實驗、TUNEL實驗等檢測不同濃度collagenⅠ上前列腺癌細胞的粘附、楊氏模量、凋亡、侵襲的變化。
　　結(jié)果
　　1.前列腺癌宏觀及微觀力學(xué)性質(zhì)的變化及其臨床意義
　　宏

7、觀層面列腺組織的力學(xué)性質(zhì)變化，共43例患者穿刺及手術(shù)前行TRTE檢測，其中BPH患者20例，Pca患者23例。所有患者行TRTE檢測后，均行前列腺穿刺活檢，并在術(shù)后結(jié)合病理診斷確認。前列腺癌病灶SI明顯高于BPH組織(P＜0.05);根據(jù)術(shù)后病理診斷及患者轉(zhuǎn)移情況，整理TRTE結(jié)果資料發(fā)現(xiàn)，高級別Pca組織(Gleason8-10)SI明顯高于低-中級別Pca組織(Gleason2-7)SI(P＜0.05);而轉(zhuǎn)移組與非轉(zhuǎn)移組Pca組織

8、間SI無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.075)。
　　微觀層面列腺組織的力學(xué)性質(zhì)變化，我們采用AFM檢測43例患者組織切片的楊氏模量。結(jié)果顯示，Pca組織楊氏模量明顯低于BPH組織(P＜0.05);其中低-中級別腫瘤(Gleason2-7)楊氏模量明顯高于高級別腫瘤(Gleason8-10)組織(P＜0.05);并且，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)移的Pca組織楊氏模量明顯高于轉(zhuǎn)移組(P＜0.05)。
　　2.前列腺癌力學(xué)性質(zhì)變化原因及力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)重要

9、分子
　　我們發(fā)現(xiàn)BPH中collagenⅠ，Ⅲ，Ⅳ的表達明顯高于Pca組織(P＜0.05)，并且，隨著腫瘤Gleason分級的增高及轉(zhuǎn)移的發(fā)生，三者表達進一步下降(P＜0.05);MMP-2在Pca組織中的表達明顯高于BPH組織(P＜0.05)，并且Pca轉(zhuǎn)移組表達比非轉(zhuǎn)移組高(P＜0.05);MMP-2在Pca低-中級別組Gleason(2-7)表達高于高級別組Gleason(8-10)((P＜0.05);fibronecti

10、n在BPH與Pca組織中fibronectin的表達水平未見明顯差異，僅發(fā)現(xiàn)表達部位的不同(P=0.189);在Pca組織中，fibronectin的表達強度在Gieason(2-7)組明顯高于Gleason(8-10)組(P＜0.05)，在轉(zhuǎn)移組與非轉(zhuǎn)移組之間未見明顯差異(P=0.697);Integrinα5在Pca組織中的表達高于BPH組織(P＜0.05)。在Pca組織中，Gleason(2-7)組MMP-2的表達明顯高于Glea

11、son(8-10)組(P＜0.05)，但其表達在轉(zhuǎn)移組與非轉(zhuǎn)移組之間無明顯差異(P=0.122)。
　　3.不同濃度collagenⅠ干預(yù)前列腺癌細胞粘附、楊氏模量、凋亡及侵襲的實驗研究
　　分別在不同濃度的collagenⅠ上對PC-3及LNCaP細胞系進行三維細胞培養(yǎng)，通過使用說明將collagenⅠ在能形成膠體的范圍內(nèi)以1mg/ml及5mg/ml作為后續(xù)實驗的最低作用濃度及最高作用濃度。后續(xù)實驗發(fā)現(xiàn)，骨轉(zhuǎn)移灶來源的PC

12、-3細胞在collagenⅠ上的粘附能力高于來源于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶LNCaP細胞;AFM實驗表明，PC-3細胞的楊氏模量在低濃度collagenⅠ(1mg/ml)上最低;Transwell侵襲實驗表明，在低濃度collagenⅠ上，PC-3細胞侵襲能力高于高濃度collagenⅠ;TUNEL實驗表明，高濃度的collagenⅠ能增加PC-3細胞的凋亡敏感性。
　　結(jié)論
　　1.隨著前列腺癌組織惡性程度增高及轉(zhuǎn)移的發(fā)生，其宏觀及微

13、觀力學(xué)性質(zhì)發(fā)生相反的改變，表明前列腺癌生物力學(xué)性質(zhì)的改變與腫瘤的惡性程度及轉(zhuǎn)移相關(guān);
　　2.MMP-2介導(dǎo)的CollagenⅠ降解及腫瘤細胞楊氏模量的改變可能是導(dǎo)致前列腺癌組織生物力學(xué)性質(zhì)變化的原因，且CollagenⅠ，F(xiàn)ibronectin，MMP-2，integrinα5可能是力學(xué)信號傳導(dǎo)通路上的重要分子;
　　3.CollagenⅠ的濃度變化能夠改變前列腺癌PC-3細胞的形態(tài)、粘附能力、力學(xué)性質(zhì)、侵襲能力及凋亡敏感