小分子褐藻醣膠可預防斑馬魚模型中的輻射誘發的纖維化與繼發性腫瘤

放射療法會引起不良的副作用,例如:輻射誘發的纖維化與繼發性腫瘤。本院分子與基因醫學研究所喻秋華研究員團隊與萬芳醫院放射腫瘤科合作,以斑馬魚模型,在照射輻射前餵食小分子褐藻醣膠(low molecular weight fucoidan)一個月,以探討小分子褐藻醣膠的輻射防護作用,結果顯示小分子褐藻醣膠能有效地防止輻射誘發的纖維化與繼發性腫瘤。研究結果已發表Cancers期刊(2020 Jun 18;12(6):E1608)。

小分子褐藻醣膠是萃取自褐藻的硫化多醣體,並使用酵素分解成平均分子量為800道爾頓的小分子,具有許多生物作用,包括抗炎與抗腫瘤,然而其作用機制尚不清楚。斑馬魚具有體外受精,體外發育,性成熟時間短,維護成本低,且其基因體與人類基因體具有87%的同源性;因此,斑馬魚已成為研究人類疾病的常見生物模型。喻博士研究團隊建立多種轉基因斑馬魚癌症模型,用以篩選抗癌藥物。該團隊已證明肝臟特異性表達B型肝炎病毒X抗原(HBx)、src致癌基因與p53腫瘤抑制蛋白基因突變皆與肝細胞癌(HCC)的發生高度相關。肥胖被認為是肝癌的重要危險因素,該團隊也在斑馬魚模型中證明,過量餵食導致肥胖(diet-induced obesity, DIO)會增進HCC的發生。本項研究使用野生型斑馬魚與肝臟特異性表達HBx、src、p53突變DIO肝癌模型,研究小分子褐藻醣膠在預防輻射誘發的纖維化與繼發性腫瘤的角色。

成魚在輻射照射前以管飼法餵食小分子褐藻醣膠一個月,並使用定量PCR、天狼星紅(Sirius red)染色、蘇木精—伊紅(H & E)染色進行分子和病理分析,GeneTitan陣列用於發現小分子褐藻醣膠處理後的基因表現,並鑑定出在此過程中的上/下調基因/途徑。團隊發現,野生型斑馬魚在小分子褐藻醣膠預處理後,可減少輻射誘導的肝細胞凋亡及肝纖維化。而在肝癌斑馬魚模型則發現,與單獨照輻射相比,輻射照射前餵食小分子褐藻醣膠可以降低脂肪生成因子與脂肪生成酶、纖維化與細胞週期/增殖標誌物的表現(圖1),最終減少肝癌的形成。基因體學分析結果顯示,野生型與肝癌轉基因魚斑馬魚小在分子褐藻醣膠預處理後,皆可增加涉及氧化還原酶活性的基因表現,亦降低了野生型魚中轉移酶活性,肝癌轉基因魚中核外膜—內質網膜網絡與非同源末端連接(non-homologous end-joining, NHEJ)的基因表現;改變這些基因可以防止肝癌的形成。綜合上述結果,提供了小分子褐藻醣膠預防斑馬魚因輻射誘發的纖維化與繼發性腫瘤的能力的證據。

圖1:野生型斑馬魚成魚單獨照輻射,輻射照射前餵食小分子褐藻醣膠(OF)一個月細胞凋亡、纖維化與細胞增殖相關基因的表現情形。(A)與細胞凋亡相關的基因,在照射40 Gy輻射(40 Gy)或輻射照射前餵食OF(OF + 40 Gy)的野生型魚中的表現;(B)與細胞纖維化相關的基因,在同(A)之處理的表現;(C)與細胞週期相關的基因,在同(A)之處理的表現,以瞭解細胞之增殖狀況;(D)與細胞纖維化相關的基因,在照射10 Gy輻射(10 Gy)或輻射照射前餵食OF(OF + 10 Gy)的野生型魚中的表達。

數據以點圖的形式表示,一點代表一條魚,使用定量PCR分析基因的表現情形,並重複三次。所有魚的平均值為一條水平線。統計學上的顯著性是使用T檢驗計算(* p <0.05,** p <0.01,ns:無顯著性)。

文/圖:分子與基因醫學研究所喻秋華研究員

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