黃民 ,黃粲宸 ,肖樂(lè) ,王濤 ,馮亞星 ,劉衛(wèi)輝
(1. 西南醫(yī)科大學(xué),四川 瀘州 646000;2. 中國(guó)人民解放軍成都軍區(qū)總醫(yī)院 全軍普通外科中心,四川 成都 610083)
肝臟部分切除是肝臟原發(fā)性腫瘤和部分轉(zhuǎn)移瘤最主要的有效治療方式之一[1-2]。然而,殘余肝臟體積不足(future liver remnant,F(xiàn)LR)一直是外科肝切除的瓶頸[3],是影響圍手術(shù)期病死率和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率的主要決定性因素。聯(lián)合肝臟分割和門靜脈結(jié)扎二步肝切除(associating liver partition and portal vein ligation for staged hepatectomy,ALPPS)是一種全新的肝切除手術(shù)[4-6],臨床數(shù)據(jù)顯示:ALPPS能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)(中位數(shù)9 d),刺激殘余肝臟再生約86%[7],從而為部分既往評(píng)估為不可切除的腫瘤患者帶來(lái)了切除的可能性,且同時(shí)降低了部分邊緣性肝臟切除患者術(shù)后肝功能衰竭的發(fā)生率[6]。然而,ALPPS帶來(lái)了外科手術(shù)機(jī)遇的同時(shí)也帶來(lái)許多困惑,對(duì)于其短時(shí)間內(nèi)快速誘導(dǎo)殘肝再生,目前其機(jī)制仍不清楚。
眾所周知,肝臟具有獨(dú)特的再生能力,正常情況下,肝細(xì)胞極少分裂增生,當(dāng)各種原因?qū)е赂闻K損傷后,其表現(xiàn)出較強(qiáng)的再生能力。當(dāng)肝臟遭遇各種急慢性損傷時(shí),除了自身成熟肝細(xì)胞參與組織修復(fù)以外[8-9],某些嚴(yán)重刺激條件下,肝臟還將動(dòng)員各種干/祖細(xì)胞來(lái)參與組織修復(fù)[10-12],促進(jìn)肝臟再生修復(fù)。
ALPPS一期手術(shù)包括門靜脈結(jié)扎和肝臟原位離斷,其無(wú)論對(duì)正常還是對(duì)本身具有一定肝臟疾病的患者而言,無(wú)疑是一次巨大的創(chuàng)傷刺激,臨床數(shù)據(jù)顯示,ALPPS一期術(shù)后早期,患者肝功指標(biāo)顯著升高,體內(nèi)炎癥水平也明顯升高,肝臟受損嚴(yán)重。但是,其肝臟質(zhì)量卻在驚人的增加。同時(shí),研究肝再生的動(dòng)物模型顯示,當(dāng)肝臟遭受嚴(yán)重創(chuàng)傷時(shí),其將動(dòng)員肝內(nèi)的干/祖細(xì)胞參與組織的再生修復(fù)[13]。并且研究顯示,普通正常肝切除后肝臟再生以肝成熟細(xì)胞分裂增殖為主,其再生的幅度和速度均十分有限。然而,在ALPPS條件下的肝再生速度快幅度大,其單純依靠肝細(xì)胞增殖難以達(dá)到,其再生是否有肝干/祖細(xì)胞的參與,值得進(jìn)一步研究探索。
健康雄性SD大鼠72只,周齡約7周,體質(zhì)量約(200±20)g,購(gòu)于成都達(dá)碩實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司。小鼠抗大鼠Ki-67單克隆抗體購(gòu)買于Abcam公司,小鼠抗大鼠OV-6單克隆抗體購(gòu)買于美國(guó)R&D Systems公司。山羊抗小鼠熒光二抗Alexa fluor 594,小鼠抗大鼠β-actin單克隆抗體購(gòu)買于美國(guó)Invitrogen公司,大鼠白細(xì)胞介素6(IL-6)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)試劑盒(ELISA)購(gòu)于美國(guó)eBioscience公司,免疫組化試劑盒、DAB顯色試劑均購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司,倒置熒光顯微鏡為日本Olympus公司產(chǎn)品、蛋白電泳儀購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司。小動(dòng)物麻醉機(jī)購(gòu)買于深圳市瑞沃德生命科技有限公司。所有實(shí)驗(yàn)均按照成都軍區(qū)總醫(yī)院科研管理委員會(huì)批準(zhǔn)的指南和規(guī)定進(jìn)行(No.SCCT2016-17)。
1.2.1 實(shí)驗(yàn)分組西南醫(yī)科大學(xué) 72只大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為ALPPS組、單純門靜脈結(jié)扎(portal vein ligation,PVL)組、假手術(shù)組,每組24只。動(dòng)物飼養(yǎng)于成都醫(yī)學(xué)院SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,自由飲食飲水,保持12 h光照/12 h黑暗交替。
1.2.2 手術(shù)方法 動(dòng)物模型建立參考劉偉偉等[14-16],并加以改進(jìn)。大鼠術(shù)前12 h禁食,所有動(dòng)物麻醉采用專用小動(dòng)物麻醉機(jī),快速誘導(dǎo)麻醉后,給予3%的異氟烷+混合空氣持續(xù)吸入,流速0.5 L/min持續(xù)麻醉直至手術(shù)結(jié)束。麻醉后大鼠中腹打開(kāi)腹腔,解剖分離鐮狀韌帶等,充分暴露肝臟,在外科顯微鏡下依次仔細(xì)分離尾狀葉、右葉、左葉、左中葉相應(yīng)的動(dòng)脈、膽管、和門靜脈分支,然后用4-0絲線依次結(jié)扎尾狀葉、右葉、左葉、左中葉對(duì)應(yīng)的門靜脈分支,保留右中葉所有管道。ALPPS組除上述操作外,還需沿著缺血線離斷肝實(shí)質(zhì)。當(dāng)左中葉門靜脈結(jié)扎后,肝中葉將立刻出現(xiàn)一條缺血線,其位于肝中中靜脈與肝中左靜脈之間,手術(shù)離斷時(shí)至少保留距下腔靜脈干5 mm以避免損傷肝中中靜脈。離斷肝臟時(shí)采血管鉗逐步壓榨,膈面的背膜用眼科剪分離,離斷過(guò)程中采用壓迫、電凝和5-0絲線結(jié)扎的方法止血,最后將止血紗布放入斷面以便止血和防止術(shù)后斷面粘連,術(shù)后采用3-0的絲線雙層縫合腹部。假手術(shù)組開(kāi)腹后,分解肝臟周圍各韌帶,翻動(dòng)分離出各門靜脈分支、動(dòng)脈支和伴行的膽管,但不予結(jié)扎,然后雙層縫合后關(guān)腹。
1.2.3 標(biāo)本收集處理 各組大鼠于術(shù)后1、2、3、7 d麻醉后收集標(biāo)本,每次每組各取6只。下腔靜脈采血后,3 000r/min后收集血清標(biāo)本于-80 ℃保存。解剖下整個(gè)肝臟,分離各肝葉,稱取各葉重量,分別從右中葉和左中葉取約200 mg組織于液氮中速凍,-80 ℃保存。右中葉切取約1.0 cm×1.0 cm×0.5 cm肝臟組織冷凍切片包埋劑包埋,液氮速凍后-80 ℃保存。其余肝臟組織于浸泡于4%的多聚甲醛。
1.2.4 血清學(xué)指標(biāo)檢測(cè) 血清收集后采用全自動(dòng)生化儀檢測(cè)谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)濃度。大鼠ELISA試劑盒檢測(cè)血清IL-6、TNF-α、HGF表達(dá)水平。具體操作按試劑說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,于450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度(OD)值并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各組指標(biāo)濃度。
1.2.5 肝再生率(hepatic regeneration rate,HRR)檢測(cè) 右中葉HRR通過(guò)以下公式計(jì)算:HRR=(WA?W1)/W1×100%。其中 WA代表各取材時(shí)間點(diǎn)肝右中葉的實(shí)際重量,W1代表術(shù)前右中葉最初的重量,其約為術(shù)前大鼠體質(zhì)量×0.74%[17]。
1.2.6 肝臟病理及免疫組化 石蠟切片3 μm連續(xù)切片,脫蠟、水化,行蘇木素和伊紅染色。免疫組化染色按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作;切片脫蠟、水化后于pH值為6.0的枸櫞酸鹽緩沖液微波加熱抗原修復(fù)。小鼠抗大鼠Ki-67、OV-6單克隆抗體均按1:100稀釋。一抗4 ℃過(guò)夜。DAB試劑顯色,蘇木素復(fù)染。常規(guī)脫水,透明,中性樹(shù)膠封片。結(jié)果計(jì)算:高倍視野內(nèi)(×200)計(jì)算肝細(xì)胞數(shù)及Ki-67、OV-6陽(yáng)性細(xì)胞數(shù),每張切片隨機(jī)選取5個(gè)視野,視野內(nèi)Ki-67、OV-6染色陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)的百分比即Ki-67、OV-6標(biāo)記率。
1.2.7 免疫熒光檢測(cè) 冷凍組織連續(xù)7 μm切片,冷丙酮固定10 min,PBS洗3次,每次5 min。0.5% Trion-X100室溫孵育10 min,PBS洗3次,每次5 min,10%正常山羊血清封閉室溫1 h,小鼠抗大鼠單克隆抗體一抗4 ℃過(guò)夜(一抗1:100),PBS洗3次,每次5 min,室溫孵育羊抗小鼠IgG熒光二抗Alexa fluor 594(1:1 000)。DAPI染核,抗熒光淬滅劑封片,倒置熒顯微鏡觀察結(jié)果。
1.2.8 Western blot檢測(cè)蛋白表達(dá) 稱取肝臟組織約100 mg,加入裂解液,冰浴中勻漿組織,靜置 20 min,4 ℃離心 12 000r/min,20 min,輕輕吸取上清,即為蛋白樣本。BCA法蛋白定量后與緩沖液按比例混合后100 ℃煮沸10 min,12%SDS-PAGE上樣電泳后電轉(zhuǎn)至PVDF膜,5%脫脂牛奶室溫封閉1 h,加入一抗OV-6(濃度為1:1 000),4 ℃孵育過(guò)夜。TBST洗滌3次,后加入二抗辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的羊抗小鼠IgG(Thermo,1:10 000),室溫孵育45 min。TBST洗滌3次,在暗室中壓片,然后顯影、定影。
數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,行Student-t檢驗(yàn)或ANOVA方差分析,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
術(shù)后第1天ALPPS組和PVL組肝功能損害嚴(yán)重,與假手術(shù)組比較,兩組AST、ALT水平在術(shù)后第1、2天均明顯升高,且在術(shù)后第1天達(dá)峰值,但ALPPS組升高程度明顯大于PVL組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),隨后ALT、AST指標(biāo)逐漸下降,兩組大鼠肝功于術(shù)后72 h基本恢復(fù)正常(圖1)。
圖1 各組術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)肝臟功能指標(biāo)的變化 注:1)與PVL組比較,P<0.05Figure 1 Changes in liver function parameter at different postoperative time points in each group Note: 1) P<0.05 vs. PVL group
與假手術(shù)組比較,ALPPS組和PVL組血清IL-6、TNF-α、HGF水平在術(shù)后1~2 d均明顯升高(均P<0.05)。ALPPS組和PVL組術(shù)后血清IL-6、TNF-α、HGF水平均在術(shù)后1 d達(dá)高峰,且ALPPS組1~2 d血清IL-6、TNF-α、HGF水平均明顯高于PVL組(均P<0.05)(圖2)。
圖2 各組術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)炎癥因子水平的變化 注:1)與PVL組比較,P<0.05Figure 2 ELISA measured serum of IL-6,TNF-α and HGF changes in each group Note: 1) P<0.05 vs. PVL group
各組HRR和肝細(xì)胞增殖速率(Ki-67的陽(yáng)性表達(dá)率)檢測(cè)結(jié)果顯示,術(shù)后ALPPS組與PVL組HRR隨時(shí)間逐步上升,且明顯高于假手術(shù)組(均P<0.05),與PVL組比較,ALPPS組高于PVL組,自術(shù)后72 h開(kāi)始兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05);同時(shí),由于大鼠周齡相對(duì)較小,假手術(shù)組大鼠隨著自身發(fā)育HRR可緩慢上升;ALPPS組Kii-67陽(yáng)性率在術(shù)后48 h[(71.10±4.23)%vs.(55.19±6.87)%]和術(shù)后72 h [(60.46±4.64)%vs.(45.21±4.13)%],明顯高于PVL組(均P<0.05)(圖3-4)。
肝內(nèi)卵圓細(xì)胞呈小肝樣細(xì)胞,胞核較成熟肝細(xì)胞小,呈橢圓形,嗜堿性,核漿比較高,HE染色切片觀察,可以觀察到門脈膽管周圍散在分布著大量胞核較大,嗜堿性的卵圓細(xì)胞(圖5)。
圖3 各組術(shù)后各時(shí)間點(diǎn)肝臟再生情況 注:1)與PVL組比較,P<0.05Figure 3 Liver regeneration status in each group at different time points after operation Note: 1) P<0.05 vs. PVL group
圖4 各組Ki-67免疫組化染色情況(×100)Figure 4 Immunohistochemical staining for Ki-67 in each group (×100)
圖5 術(shù)后24 h肝組織HE染色(×100) A:ALPPS組;B:PVL組Figure 5 HE staining of the liver tissue at 24 h after operation (×100) A: ALLPS group; B: PVL group
卵圓細(xì)胞特異性標(biāo)志物OV-6檢測(cè)結(jié)果顯示,術(shù)后PVL組和ALPPS均有陽(yáng)性表達(dá),但ALPPS組陽(yáng)性率高于PVL組,術(shù)后24 h [(27.47±1.11)%vs.(21.40±2.14)%]和48 h[(18.93±1.42)%vs.(14.97±1.39)%]差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),隨后兩組OV-6陽(yáng)性率逐漸下降(P>0.05)(圖6)。免疫熒光OV-6染色標(biāo)記陽(yáng)性細(xì)胞結(jié)果顯示,術(shù)后第1、2天ALPPS組陽(yáng)性率明顯高于PVL組(P<0.05),結(jié)果與免疫組化類似(圖7)。
圖6 免疫組化檢測(cè)各組肝臟組織中OV-6表達(dá)水平(×200)Figure 6 Immunohistochemical staining for the specific marker OV-6 of oval cells (×200)
圖7 免疫熒光檢測(cè)各組肝臟組織中OV-6表達(dá)水平(×200)Figure 7 Immunofluorescence staining of the specific marker OV-6 of oval cells (×200)
與PVL組比較,ALPPS組在術(shù)后1~2 d表達(dá)均明顯高于前者,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05),同時(shí),無(wú)論是PVL組還是ALPPS組,OV-6表達(dá)量均在術(shù)后1 d達(dá)高峰,然后逐漸下降(圖8)。
圖8 Western blot檢測(cè)組肝組織OV-6水平Figure 8 Western blot analysis of the OV-6 expression levels in the liver tissues
對(duì)于肝臟原發(fā)或轉(zhuǎn)移的腫瘤而言,腫瘤的R0切除對(duì)生存預(yù)后至關(guān)重要,但是由于殘余肝臟體積的不足,患者術(shù)后可能面臨“小肝綜合征”等有效肝功不足而導(dǎo)致的肝衰或死亡等嚴(yán)重并發(fā)癥[18]。通常來(lái)說(shuō),對(duì)于沒(méi)有肝臟基礎(chǔ)疾病的患者而言,其可耐受超過(guò)或接近25%的術(shù)后殘余肝體積,而對(duì)于具有肝功能障礙或早期肝臟損害的患者來(lái)說(shuō),40%甚至更高的殘余肝體積是必不可少的[19]。傳統(tǒng)經(jīng)典的PVL或門靜脈栓塞(portal vein embolization,PVE)雖能在一定程度上刺激剩余肝臟增生(平均4~8周,肝臟體積增加8%~46%),為部分患者帶來(lái)了腫瘤切除的可能性,但其仍存在諸多弊端:如兩次手術(shù)間隔時(shí)間較長(zhǎng),腫瘤進(jìn)展而導(dǎo)致失去手術(shù)機(jī)會(huì);有效刺激不足,增生肝臟仍無(wú)法達(dá)手術(shù)要求等。但是,ALPPS在一定程度上可以有效解決上述問(wèn)題,其短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)殘肝再生的能力令人驚訝,但同時(shí)ALPPS也帶來(lái)許多困惑:一方面臨床數(shù)據(jù)顯示其居高不下的病死率和并發(fā)癥,另一方面其促進(jìn)再生的機(jī)制仍不明了。
肝臟以其獨(dú)特強(qiáng)大的再生能力而被廣為認(rèn)知,依據(jù)肝損傷的類型和程度不同,肝再生可以分為兩大不同層次的再生過(guò)程:肝細(xì)胞介導(dǎo)的再生和干/祖細(xì)胞參與的再生[8]。當(dāng)然,兩者也可能同時(shí)參與肝臟再生修復(fù)。卵圓細(xì)胞被認(rèn)為是大鼠肝內(nèi)主要的干/祖細(xì)胞[6],其具有雙分化的潛能,當(dāng)肝臟成熟肝細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p害或失大量丟失時(shí),肝臟將動(dòng)員肝內(nèi)卵圓細(xì)胞參與肝臟穩(wěn)態(tài)的恢復(fù),動(dòng)員的卵圓細(xì)胞在適宜的誘導(dǎo)作用下,其將進(jìn)一步分化為具有功能的肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞,從而促進(jìn)肝臟再生修復(fù)。
在本實(shí)驗(yàn)中,作為大鼠卵圓細(xì)胞特異性標(biāo)記物OV-6[20-21],在遭受ALPPS手術(shù)損害后的大鼠肝臟中出現(xiàn)了活化動(dòng)員,且其參與了肝臟再生的過(guò)程。同時(shí),雖然PVL在一定程度上也動(dòng)員活化了卵圓細(xì)胞,但與ALPPS組相比,其活化的卵圓細(xì)胞比例明顯不如前者。這在一定程度可以解釋PVL增生效果不如ALPPS。同時(shí),在本實(shí)驗(yàn)中可以看到:Ki-67結(jié)果顯示,ALPPS術(shù)后24 h,肝細(xì)胞增殖并不明顯,而與此同時(shí),動(dòng)員活化的卵圓細(xì)胞的比例卻相對(duì)較高,同時(shí)結(jié)合HRR來(lái)看,術(shù)后24、48 h肝臟再生率并不高,而后才迅速上升,綜合推測(cè)其原因可能為:一方面當(dāng)肝臟遭遇嚴(yán)重創(chuàng)傷時(shí),成熟的肝細(xì)胞的分裂增殖可能被暫時(shí)抑制,而以病理性肥大增生來(lái)短暫協(xié)助改善肝臟功能,也就是說(shuō),當(dāng)創(chuàng)傷達(dá)到一定程度時(shí),成熟肝細(xì)胞的分裂增殖是處于抑制狀態(tài)的,無(wú)法快速分裂來(lái)維持肝臟穩(wěn)態(tài),而此時(shí),肝臟將迅速動(dòng)員活化肝內(nèi)定植的干/祖細(xì)胞(卵圓細(xì)胞),并在適宜的微環(huán)境下,動(dòng)員的卵圓細(xì)胞能快速分化為具有完整功能的肝細(xì)胞或膽管上皮細(xì)胞從而快速促進(jìn)肝臟再生。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示:肝細(xì)胞的增殖高峰出現(xiàn)于術(shù)后第3天左右,與HRR基本一致。同時(shí)免疫組化和Western blot結(jié)果均顯示,卵圓細(xì)胞的活化高峰出現(xiàn)在術(shù)后24 h,而后相對(duì)減少。由此說(shuō)明,ALPPS術(shù)后早期,肝臟將動(dòng)員肝內(nèi)卵圓細(xì)胞活化,從而為后續(xù)快速的再生修復(fù)打下基石。
對(duì)于ALPPS術(shù)后卵圓細(xì)胞的活化機(jī)制,仍有待進(jìn)一步探索,本實(shí)驗(yàn)觀察到,ALPPS術(shù)后血清IL-6、TNF-α、HGF明顯升高,尤其IL-6于術(shù)后24 h顯著上升,同時(shí)TNF-α、HGF水平也明顯高于PVL組。據(jù)此筆者推測(cè):ALPPS手術(shù)后,嚴(yán)重的創(chuàng)傷刺激,引起了某些細(xì)胞應(yīng)答的上調(diào),從而大量分泌IL-6、TNF-α、HGF等促炎和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子,而此三者已被證實(shí)在肝再生過(guò)程起強(qiáng)絲裂原作用[22-23],并且進(jìn)一步的研究肝再生的模型也顯示上述因子直接參與了干/祖細(xì)胞參與肝再生的過(guò)程[24-25]。研究[26]表明,在CDE誘導(dǎo)的干/祖細(xì)胞參與肝再生的模型中,觀察到TNFR1缺陷的小鼠中卵圓細(xì)胞的增殖明顯被抑制,同樣的結(jié)果也出現(xiàn)在IL-6缺陷的小鼠[27]。故筆者推測(cè)IL-6、TNF-α可能是卵圓細(xì)胞動(dòng)員活化的有效刺激因子。
總之,ALPPS術(shù)后殘肝快速增殖是一個(gè)涉及多種細(xì)胞及細(xì)胞因子參與的復(fù)雜過(guò)程。雖然ALPPS組和PVL組兩組再生規(guī)律似乎相似,但總體ALPPS的再生程度還是高于PVL組。肝臟再生一個(gè)多步驟的復(fù)雜過(guò)程,每一個(gè)過(guò)程都涉及到各種轉(zhuǎn)錄因子和細(xì)胞因子的表達(dá)和分泌,肝臟干/祖細(xì)胞和/或肝細(xì)胞在這些細(xì)胞和因子的刺激下不斷分化或增殖,從而完成肝臟的再生修復(fù)。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)中初步證實(shí)了卵圓細(xì)胞參與了ALPPS術(shù)后殘肝再生,并初步探討了卵圓細(xì)胞在ALPPS術(shù)后可能的活化動(dòng)員機(jī)制。同時(shí),本實(shí)驗(yàn)仍存在一定缺陷:首先,大鼠和人類疾病模型存在一定差異,且本實(shí)驗(yàn)中大鼠模型為正常肝臟再生,不能代表人類肝臟病理?xiàng)l件下的再生;其次,在ALPPS過(guò)程中卵圓細(xì)胞的動(dòng)員活化機(jī)制研究不足,尚不清楚其活化的扳機(jī)分子。盡管如此,本實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步研究ALPPS再生機(jī)制,并利用干/祖細(xì)胞治療而促進(jìn)肝臟快速再生進(jìn)行了有益探索。
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