Kazuko Yoshida

* Divizia de Biologie și Oncologie, Institutul Național de Științe Radiologice, Inage-ku Chiba-shi, Chiba-263, Japonia; și ‡ Divizia de toxicologie celulară și moleculară, Institutul Național de Științe ale Sănătății, Setagayaku, Tokyo 158, Japonia

Tohru Inoue

* Divizia de Biologie și Oncologie, Institutul Național de Științe Radiologice, Inage-ku Chiba-shi, Chiba-263, Japonia; și ‡ Divizia de toxicologie celulară și moleculară, Institutul Național de Științe ale Sănătății, Setagayaku, Tokyo 158, Japonia

Kumie Nojima

* Divizia de Biologie și Oncologie, Institutul Național de Științe Radiologice, Inage-ku Chiba-shi, Chiba-263, Japonia; și ‡ Divizia de toxicologie celulară și moleculară, Institutul Național de Științe ale Sănătății, Setagayaku, Tokyo 158, Japonia

Yoko Hirabayashi

* Divizia de Biologie și Oncologie, Institutul Național de Științe Radiologice, Inage-ku Chiba-shi, Chiba-263, Japonia; și ‡ Divizia de toxicologie celulară și moleculară, Institutul Național de Științe ale Sănătății, Setagayaku, Tokyo 158, Japonia

Toshihiko Sado

* Divizia de Biologie și Oncologie, Institutul Național de Științe Radiologice, Inage-ku Chiba-shi, Chiba-263, Japonia; și ‡ Divizia de toxicologie celulară și moleculară, Institutul Național de Științe ale Sănătății, Setagayaku, Tokyo 158, Japonia

Abstract

Restricția dietetică, în special restricția calorică, este un modificator major în carcinogeneza experimentală și se știe că scade semnificativ incidența neoplasmelor. Gross și Dreyfuss [Gross, L. & Dreyfuss, Y. (1984) Proc. Natl. Acad. Știință. SUA 81, 7596-7598; Gross, L. și Dreyfuss, Y. (1986) Proc. Natl. Acad. Știință. SUA 83, 7928–7931] au raportat că o restricție de 36% a aportului caloric a scăzut dramatic tumorile solide induse de radiații și/sau leucemiile. Protocolul lor a produs predominant neoplasme limfatice. Este de interes să observăm efectul restricției calorice asupra leucemiei mieloide induse de radiații, deoarece s-a observat că boala a crescut la supraviețuitorii bombelor atomice din Hiroshima și Nagasaki. Incidența spontană a leucemiei mieloide la șoarecii masculi C3H/He este de 1%, iar incidența a crescut la 23,3% când s-a dat 3 Gy de iradiere cu raze X a întregului corp. Cu toate acestea, incidența leucemiei mieloide sa dovedit a fi redusă semnificativ prin restricție calorică; a fost redusă la 7,9% și 10,7% când restricția a fost inițiată înainte (6 săptămâni) și, respectiv, după (10 săptămâni) iradiere. În plus, debutul leucemiei mieloide în ambele grupuri restrânse a fost prelungit într-o măsură mai mare în comparație cu grupul de control dieta. Restricția calorică a demonstrat o prelungire semnificativă a duratei de viață în grupurile pe o dietă restricționată după ce a fost expus la iradiere, fie înainte, fie după restricția dietetică, în comparație cu șoarecii care au fost doar iradiați.

Restricția dietetică, în special restricția calorică, este un modificator cancerigen major în timpul carcinogenezei experimentale și se știe că scade semnificativ incidența spontană (1-4) și indusă de substanțele chimice (5-7). Se știe mult mai puțin despre efectul restricției alimentare asupra carcinogenezei/leucemogenezei radiațiilor și au fost publicate patru rapoarte privind efectele asupra tumorigenezei induse de radiații. Rapoartele lui Gross și Dreyfuss (8-11) au arătat că restricția dietetică și/sau calorică ar putea reduce, de asemenea, incidența neoplasmelor induse de radiații (8-11). În rapoartele lor, o restricție dietetică de 36% a scăzut dramatic tumorile induse de radiații și/sau leucemiile. Deoarece protocolul lor de cinci iradieri γ corporale totale consecutive de 1,50 Gy fiecare, administrat la intervale săptămânale, a produs predominant neoplasme limfatice, cu o incidență mai mare a limfoamelor timice, observațiile lor s-au limitat la neoplasme limfatice (8-11). Este de interes să investigăm efectul restricției calorice asupra leucemiei mieloide induse de radiații ca model experimental, deoarece această boală este cunoscută a fi una dintre leucemiile umane finale care a crescut semnificativ la supraviețuitorii bombelor atomice din Hiroshima și Nagasaki. (12, 13).

Leucemia mieloidă experimentală la șoarecii masculi C3H/He a crescut de la 1% la 23,3% după expunerea la iradiere cu raze X de 3 Gy (14). Incidența a fost, de asemenea, modificată și a fost crescută până la ~ 40% fie printr-o doză unică de prednisolon, fie prin inflamația aseptică indusă (14, 15). Astfel, sistemul pare a fi un model animal excelent pentru studierea modificărilor prin restricție calorică asupra leucemiei mieloide induse de radiații.

În experimentele raportate în această lucrare, s-au făcut observații de-a lungul vieții și, ori de câte ori este posibil, au fost efectuate examinări anatomice și patologice complete pentru a defini chiar dovezi ale dezvoltării leucemiei. Rezultatele au indicat faptul că creșterea indusă de leucemie prin iradiere, peste 99% din care a fost leucemie mieloidă, a fost înjumătățită - adică 52,9-65,2% prin restricție calorică dietetică. În plus, iradierea atât înainte, fie după începerea restricțiilor alimentare a dus la o scădere a incidenței leucemiei, ceea ce implică faptul că suprimarea incidenței este legată de modificările din interiorul mediului induse de restricția calorică.

MATERIALE ȘI METODE

Au fost folosiți șoareci masculi C3H/HeNirMs, în vârstă de șase săptămâni, crescuți la institutul nostru. Trei șoareci au fost adăpostiți în camere convenționale curate, controlate de mediu, alimentate cu aer filtrat de înaltă eficiență (HEPA), în cadrul unui ciclu de lumină/întuneric de 12 ore într-o unitate autorizată pentru animale din centrul de cercetare a animalelor de laborator de la Institutul Național de Științe radiologice. Toate echipamentele și consumabilele, inclusiv cuști, sticle de apă și așchii de lemn pentru așternut, au fost sterilizate. Examinarea microbiologică de rutină a șoarecilor experimentali menținuți în această instalație a arătat că aceștia erau liberi de toți agenții patogeni, care sunt specificați ca agenți patogeni specifici conform criteriilor noastre specifice fără patogeni (SPF) (16).

Dietele.

Dietele utilizate în prezentul studiu au constat din patru regimuri diferite de control al caloriilor - adică 60, 65, 70 și 95 kcal pe săptămână pe șoarece (Fig. (Fig. 1). 1). Aportul caloric a fost ajustat prin variația cantității de carbohidrați și dextroză, dar oferind o cantitate constantă de alți nutrienți, cum ar fi proteine, lipide, vitamine și minerale. Greutatea corporală a șoarecilor a fost măsurată săptămânal și apoi șoarecii din grupurile restricționate au fost controlate pentru a-și păstra greutatea corporală între 25 și 27 g. Această stabilitate a fost atinsă în studiile preliminare anterioare printr-o combinație adecvată a celor patru diete calorice diferite, șoarecii fiind hrăniți cu cea mai mică cantitate de calorii suficientă pentru a menține creșterea cu funcții fiziologice normale - de exemplu, comportamentul de împerechere și fertilitatea (datele nu sunt prezentate).

reduce

Compoziția dietei (g pe șoarece pe săptămână). Dietele constau din patru regimuri diferite de control al caloriilor. Aportul de calorii a fost ajustat prin controlul cantității de carbohidrați și dextroză, păstrând în același timp cantitatea de aport de alți nutrienți, cum ar fi proteine, lipide, vitamine și minerale, constantă.

Iradiere.

Șoarecii au fost expuși la 3 Gy de iradiere cu raze X a întregului corp, printr-un impuls de 200 kV/20 mA printr-un iradiator cu raze X terapeutic (Shimadzu) filtrat cu filtre de 0,5 mm Al și 0,5 mm Cu, la o doză de 0,614 Gy/min și cu o distanță de suprafață de focalizare de 56 cm (FSD). Toți șoarecii iradiați au fost iradiați la vârsta de 10 săptămâni.

Procedura experimentala.

Grupuri și proceduri experimentale. Greutatea corporală a șoarecilor a fost măsurată în fiecare săptămână, apoi șoarecii din grupuri restrânse au fost menținute la o greutate corporală cuprinsă între 25 și 27 g, folosind patru diete diferite controlate de calorii.

tabelul 1

Incidența leucemiei mieloide și supraviețuirea la șoareci experimentali

Grupuri experimentale Nu. de șoareci Nu. de șoareci leucemici Incidența leucemiei,% ± SEO Set de leucemii, zile Supraviețuire medie, zile ± SE
CC16531,8 ± 1,1320788,1 ± 14,5
3C1633722,7 ± 3,3330674,7 ± 12,7
CRA13500-832,6 ± 18,4
3RA1311410,7 ± 2,7 * 468773,6 ± 17,0
CRB7000-805,9 ± 25,0
3RB7667,9 ± 3,1 * 689713,5 ± 25,6

Greutatea corporală medie vs. vârsta în săptămâni în toate grupurile experimentale.

Comparația raporturilor de supraviețuire.

Efectul restricției calorice asupra debutului leucemiei mieloide.

Restricția calorică a redus incidența leucemiei mieloide și a întârziat apariția leucemiei mieloide (Fig. (Fig.5). 5). În grupul controlat cu diete iradiate (3C), prima leucemie mieloidă a apărut la vârsta de 330 de zile, în timp ce în grupul 3RA, a apărut prima dată la 468 de zile. Interesant este că debutul leucemiei mieloide în grupurile 3RB a fost amânat în continuare la 689 de zile (Tabel (Tabelul 1 și Fig. Fig. 5). 5).

Incidența cumulativă a leucemiei mieloide. Perioada latentă a leucemiei mieloide în 3RA (·····) și 3RB (- - -) a fost prelungită în comparație cu 3C (——).

DISCUŢIE

Restricția calorică a fost cunoscută nu numai pentru a suprima neoplasmele spontane (1-4), ci și pentru a reduce creșterea neoplasmelor induse de iradiere (8-10). În studiul de față, am folosit leucemia mieloidă indusă de radiații a șoarecilor cu tulpină C3H/He ca model pentru a testa efectul restricției calorice asupra incidenței neoplasmelor induse de radiații. Rezultatele au demonstrat în mod clar că incidența crescută a leucemiei mieloide după radiații a fost redusă la animalele cu restricții calorice (Tabelul (Tabelul 1). 1). Incidența leucemiei mieloide spontane la șoarecii C3H/He utilizați în prezentul studiu au fost de 1,8% și 0,0% în grupurile CC și respectiv CR (Tabelul (Tabelul 1), 1), în timp ce o doză unică de 3 Gy la iradiere a întregului corp a crescut incidența la 22,7% în grupul 3C. Această creștere a incidenței în 3C a fost redusă la 10,7% și 7,9% în grupurile 3RA și respectiv 3RB; diferența dintre primele și ultimele două grupuri a fost semnificativă statistic.

În ceea ce privește mecanismul de reducere a leucemiei mieloide induse de radiații prin restricție calorică, este interesant de menționat faptul că o astfel de restricție calorică induce o scădere semnificativă a greutății splinei (de la 164,9 mg la o medie de 58,3 mg). Studii anterioare realizate de Upton și colab. (17) și, recent, de Yoshida (K.Y., observație nepublicată) cu șoareci RFM sau șoareci C3H/He, respectiv, care au arătat că incidența leucemiei induse de radiații a fost redusă la jumătate atunci când splenectomia a fost făcută înainte de iradiere. Prin urmare, incidența scăzută a leucemiei mieloide ar fi putut fi legată de involuția splenică datorită restricției calorice. Astfel, restricția calorică pare să fi modulat o fază de inițiere a leucemogenezei radiației.

Cu toate acestea, a apărut și întrebarea dacă o astfel de suprimare a creșterii induse de radiații ar putea să nu fie indusă dacă nu ar exista o involuție splenică în momentul iradierii. La această întrebare au fost bine răspunsuri rezultatele grupurilor în care restricția calorică a fost impusă după iradiere (CRA vs. 3RA). Interesant este că scăderea incidenței tumorale cauzată de restricția calorică a fost observată nu numai în grupul restricționat înainte de iradiere (3RB, 7,9%), ci și în grupul restricționat după iradiere (3RA, 10,7%) comparativ cu grupul martor (3C, 22,9%). Prin urmare, deoarece incidența leucemiei a fost redusă chiar și în grupul 3RA, suspectăm, de asemenea, că mecanismul implică nu numai o fază de inițiere, ci și o fază de promovare a leucemogenezei.

O altă noțiune importantă derivată din prezentul studiu este că debutul leucemiei induse de radiații în toate grupurile restricționate a fost întârziat semnificativ; și anume, 330 de zile după iradiere (260 de zile de vârstă) în 3C, comparativ cu 398 și 619 zile în 3RA și 3RB postiradiere (de exemplu, 468 și 689 de zile), respectiv. Astfel, aceste rezultate indică faptul că reducerea incidenței leucemiei este puternic corelată cu o prelungire a perioadei latente. Au existat diferențe izbitoare între grupurile 3RA și 3RB în momentul debutului; în plus, reducerea incidenței a fost mai pronunțată atunci când restricția calorică a început înainte de iradiere (3RB), mai degrabă decât după aceea (3RA); astfel, luând împreună aceste rezultate de mai sus, acele diferențe sugerează cu tărie că restricția calorică poate afecta atât faze de inițiere, cât și faze de promovare, ale leucemogenezei induse de radiații.

Restricția calorică nu este doar un instrument util pentru investigarea mecanismului leucemogenezei radiațiilor, ci este, de asemenea, valoroasă pentru a obține o înțelegere generală a metodelor ideale de îngrijire experimentală a animalelor pentru evaluarea riscului.

Mulțumiri

Mulțumim Dr. Y. Fujita și Dr. Avril Woodhead pentru discuții utile și dna. K. Kuchiki, M. Terada, F. Watanabe, K. Sasaki, H. Horikoshi, S. Wada și Mr. T. Suzuki pentru asistența lor tehnică. Această lucrare a fost susținută de un grant special de proiect pentru studii biologice privind evaluarea riscului expunerii publice la radiații de la Agenția de Știință și Tehnologie din Japonia.