張 燕 常保超 陳衛(wèi)東
目前,糖尿病腎病(DN)導(dǎo)致慢性腎衰竭已十分常見(jiàn),其病理改變多表現(xiàn)為彌漫性腎小球硬化、腎小球結(jié)節(jié)性硬化,腎間質(zhì)纖維化等。與腎小球病變相比,腎間質(zhì)纖維化更能反映腎功能減退的程度,決定患者預(yù)后[1]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β1(TGF-β1)是重要的促纖維化因子,拮抗TGF-β1的抗纖維化因子骨形成蛋白 7(BMP-7)及 BMP-7的內(nèi)源性拮抗劑Gremlin在體內(nèi)失衡是引起腎間質(zhì)纖維化的重要機(jī)制。雷公藤多苷(TW)因具有獨(dú)特的抗炎作用被應(yīng)用于臨床治療DN,但其是否具有抗纖維化作用研究較少。本研究通過(guò)高糖高脂飲食,并以鏈脲佐菌素腹腔注射建立DN大鼠模型,觀察腎組織損傷過(guò)程中 TGF-β1、BMP-7 及 Gremlin 的表達(dá)變化,進(jìn)一步了解DN腎間質(zhì)纖維化的機(jī)制,應(yīng)用TW進(jìn)行干預(yù)治療,以探討其在防治腎間質(zhì)纖維化的作用。
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組 清潔級(jí)雄性SD大鼠40只,體重180~200g(購(gòu)自蚌埠醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心),隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(30只)及對(duì)照組(10只),適應(yīng)性喂養(yǎng)1周,測(cè)鼠重進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。造模組予以高糖高脂飼料喂養(yǎng)4周后,腹腔注射40 mg/kg鏈脲佐菌素;對(duì)照組予以基礎(chǔ)飼料喂養(yǎng),腹腔注射枸橡酸鹽緩沖液。72h后采血測(cè)血糖,隨機(jī)血糖≥16.7 mmol/L為造模成功。將成功造模的26只大鼠隨機(jī)分為DN組13只,每日以生理鹽水灌胃;TW治療組13只,每日以TW 50 mg/(kg·d)灌胃,用藥16周。
主要試劑 兔抗大鼠TGF-β1多克隆抗體、兔抗大鼠BMP-7多克隆抗體、兔抗大鼠Gremlin多克隆抗體、羊抗兔二抗均購(gòu)自北京奧博森生物技術(shù)有限公司。Trizol、逆轉(zhuǎn)錄酶、引物均購(gòu)自上海生物工程公司。TW片劑由上海藥業(yè)有限公司生產(chǎn)。
觀察方法
一般情況 每天觀察各組大鼠精神、飲食、飲水、皮毛色澤及活動(dòng)情況。
尿蛋白定量及尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG) 在造模前及造模后第2、4、8、16周測(cè)量鼠重,并將大鼠放入代謝籠中,禁食、自由飲水,收集24h尿。免疫比濁法測(cè)定24h尿蛋白定量,用分光光度法測(cè)量尿NAG。
血清生化、腎組織的采集及檢驗(yàn) 16周處死動(dòng)物,處死時(shí)心臟采血3 ml用于生化檢驗(yàn)。取血后,摘取腎臟,右腎生理鹽水洗去血跡后稱(chēng)重,液氮速凍后-80℃冰箱保存?zhèn)溆?。左腎放入10%中性甲醛中固定備檢。氧化酶法測(cè)定血糖,采取自動(dòng)生化分析儀測(cè)定血清白蛋白(Alb)、肌酐(SCr)、尿素氮(BUN)。
腎組織病理檢查 (1)組織學(xué):將10%中性甲醛固定的腎組織石蠟包埋的常規(guī)組織切片,HE染色,觀察腎組織病理變化。腎間質(zhì)纖維化定量分析借助HMIAS-2000高清彩色病理報(bào)告分析系統(tǒng),每個(gè)標(biāo)本在光鏡200倍視野下分別觀察10個(gè)不含腎小球的皮質(zhì)視野。計(jì)算纖維化面積占整個(gè)視野的百分比。腎間質(zhì)浸潤(rùn)的炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù)在400倍光鏡下,每張切片隨機(jī)選擇10個(gè)不含腎小球的視野,計(jì)數(shù)腎間質(zhì)內(nèi)浸潤(rùn)的炎癥細(xì)胞(單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞),結(jié)果以(炎癥細(xì)胞數(shù)/高倍視野×400)表示[2]。(2)免疫組織化學(xué)染色:常規(guī)脫蠟,3%H2O2處理,微波修復(fù)抗原后滴加封閉液,滴加兔抗大鼠TGF-β1多克隆抗體、兔抗大鼠 BMP-7多克隆抗體、兔抗大鼠Gremlin多克隆抗體。次日加生物素化,山羊抗兔IG在37℃孵育30 min,加SABC工作液,DAB顯色,蘇木素復(fù)染。陰性對(duì)照組以PBS緩沖液代替一抗。每個(gè)標(biāo)本隨機(jī)抽取10個(gè)高倍視野下,計(jì)算陽(yáng)性細(xì)胞的百分比。
腎組織 TGF-β1、BMP-7、Gremlin 核酸表達(dá) 以RT-PCR 檢測(cè) TGF-β1、BMP-7、Gremlin 核酸表達(dá)。取各組大鼠腎皮質(zhì)0.1g,用TRIzol抽提總RNA,紫外分光光度計(jì)測(cè)定總RNA的濃度及純度(A260/280值在 180~200之間)。取 5 μg總 RNA,按照M-MLV Reverse Transcriptuse試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄合成CDNA,取適量CDNA在PCR擴(kuò)增儀上進(jìn)行擴(kuò)增,反應(yīng)總體積為50 μl。MNCBI的Nucleotide中查得目的基因和內(nèi)參照基因,采取Primer Express Sofware設(shè)計(jì),由上海生物工程公司合成。
TGF-β1:上游 5'-GCCTGAGTGGCTGTCTTTTGA-3',下游 '5'-GAAGCGAAAGCCCTGTATTCC-3'。擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)度242 bp;擴(kuò)增條件為94℃度預(yù)變性2 min,94℃變性 30s,54℃退火 30s,72℃延伸 40s,經(jīng) 30 個(gè)循環(huán)后,72℃再延伸8 min。
BMP-7:上游 5'GTAGCGCGTAGAGCCG-3',下游'5'-CGAGTCCGTGCATGG-3'。擴(kuò) 增 產(chǎn) 物 長(zhǎng) 度 345 bp,擴(kuò)增條件為94℃度預(yù)變性2 min,94℃變性30s,57.1℃退火30s 72℃延伸40s,經(jīng)35個(gè)循環(huán)后72℃再延伸8 min。
Gremlin:上游 5'-AGGTTCCCAAGGAGCCATTC-3',下游 '5'-GATATGCAACGGCACTGCTT-3'。擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)度275 bp,擴(kuò)增條件為94℃度預(yù)變性2 min,94℃變性 30s,61℃退火 30s,72℃延伸 40s,經(jīng) 30 個(gè)循環(huán)后72℃再延伸8 min。
內(nèi)參 GAPDH:上游 5'-GAGAGGGAAATCGTGCG TGAC-3',下 游 '5'-CATCTGCTGGAAGGTGGACA-3'。擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)度453 bp,擴(kuò)增條件為94℃度預(yù)變性2 min,94℃變性30s,57.1℃退火30s,72℃延伸40s,經(jīng)30個(gè)循環(huán)后72℃再延伸8 min。
取PCR產(chǎn)物5 μl與上樣緩沖液充分混勻后,于5%瓊脂糖凝膠電泳,紫外線(xiàn)透射檢測(cè)儀上,在紫外燈下照相,再以L(fǎng)abworks軟件進(jìn)行光密度掃描。以甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)密度作為參考值標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照,比值表示核酸相對(duì)表達(dá)量。
腎組織 TGF-β1、BMP-7、Gremlin 蛋白表達(dá) 以Western blotting 檢測(cè)腎組織 TGF-β1、BMP-7、Gremlin蛋白表達(dá),將腎組織加入裂解液中,提取總蛋白后,測(cè)定蛋白濃度。蛋白樣本在100℃變性5 min,各取樣本20 μl,進(jìn)行 SDS-PAGE 凝膠電泳。電泳結(jié)束后,電轉(zhuǎn)移至PVDF膜,在含5%脫脂奶粉封閉液中封閉1h。加入兔抗大鼠多克隆抗體TGF-β1(1∶100)、兔抗大鼠多克隆抗體BMP-7(1∶200)和兔抗大鼠多克隆抗體Gremlin(1∶200),4℃過(guò)夜,洗膜后與辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔IgG(1∶1 000)37℃下孵育1h。取出PVDF膜,置于DAB顯色液顯色、定影。用凝膠圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行電泳條帶光密度掃描分析,以靶蛋白條帶光密度與內(nèi)參照條帶光密度的比值作為蛋白的各組相對(duì)表達(dá)量,予以統(tǒng)計(jì)分析。
統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 13.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)量資料以(ˉx±s)表示,尿蛋白定量和尿NAG在三組間和造模前后不同時(shí)間點(diǎn)變化的比較采用兩因素多水平重復(fù)測(cè)量資料的方差分析;其他指標(biāo)的平均水平及腎組織病理改變?cè)谌M間的比較用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)單因素方差分析,均數(shù)間的兩兩比較采用q檢驗(yàn);采用Pearson直線(xiàn)相關(guān)分析腎組織TGF-β1與Gremlin表達(dá)的關(guān)系。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
實(shí)驗(yàn)組30只大鼠中2只造模失敗,2只因血糖過(guò)高死亡,共26只進(jìn)入實(shí)驗(yàn),后因感染死亡3只。最終進(jìn)入統(tǒng)計(jì)分析的大鼠DN組11只,TW組12只,對(duì)照組10只。DN模型組大鼠均出現(xiàn)精神萎靡、反應(yīng)遲鈍,食欲下降、體重減輕,毛發(fā)雜亂無(wú)光澤。TW干預(yù)后上述情況有所改善,第16周TW組大鼠體重(416.35±72.26)g與DN組(388.26±53.07)g及對(duì)照組(543.23±36.92)g比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。
各組大鼠尿蛋白、尿NAG比較 在鏈脲佐菌素腹腔注射2周后模型組動(dòng)物尿蛋白增加,至4周達(dá)到頂峰,此后一直保持較高水平,兩組大鼠尿蛋白變化趨勢(shì)基本一致,但TW組低于DN組,在第4、8、16周時(shí)均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.01)(表1)。DN組及TW組早期出現(xiàn)尿NAG升高,與對(duì)照組比較在第2、4、8、16周均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;TW組尿NAG水平顯著低于DN組(P<0.01)(表2)。
各組生化指標(biāo)改變見(jiàn)表3,第16周時(shí)與正常對(duì)照組相比,模型組隨機(jī)血糖、SCr、BUN明顯升高,Alb降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。TW組SCr和BUN顯著低于DN組(P<0.01),Alb顯著高于后組(P<0.01)。
腎組織病理改變 對(duì)照組腎小球、腎小管結(jié)構(gòu)正常;DN組腎小球面積和腎小球體積增大,腎小球毛細(xì)血管袢基膜增厚,系膜區(qū)系膜細(xì)胞增多、基質(zhì)增生,部分大鼠出現(xiàn)局灶腎小球硬化性改變;腎小管上皮細(xì)胞渾濁、空泡樣變,部分上皮細(xì)胞壞死,腎間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤(rùn),纖維結(jié)締組織增生,局灶性纖維化。TW組較DN組病變輕,部分腎小球毛細(xì)血管袢基膜增厚,腎間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及纖維化較少(P<0.01)(表4)。
表1 各組大鼠尿蛋白定量(mg/24h)的變化
表2 各組大鼠尿NAG(U/L)變化
表3 第16周各組實(shí)驗(yàn)大鼠血糖生化指標(biāo)的變化
表4 各組腎組織病理的改變
腎組織 TGF-β1、BMP-7 和 Gremlin 免疫組化及蛋白的表達(dá) 16周時(shí),TGF-β1、Gremlin在對(duì)照組腎小管有少量表達(dá),均呈胞漿陽(yáng)性;DN組及TW組腎小管 TGF-β1、Gremlin的表達(dá)明顯增加(P <0.01)。與DN組比較,TW組的兩者表達(dá)量下降(P<0.01)。Western blotting法檢測(cè)腎組織 TGF-β1、Gremlin的蛋白表達(dá)也顯示同樣的變化趨勢(shì)(P <0.01)(表5、6,圖 1、2)。
各組腎組織均有BMP-7表達(dá),主要位于腎小管和集合管,呈胞質(zhì)表達(dá)陽(yáng)性,DN組及TW組BMP-7的表達(dá)低于對(duì)照組。與DN組相比,TW組BMP-7表達(dá)增多(P<0.01)。Western blotting法檢測(cè)腎組織BMP-7的蛋白表達(dá),與對(duì)照組比較DN組明顯下調(diào),TW干預(yù)后BMP-7 蛋白增加(P <0.01)(表5、6,圖1、2)。
腎組織 TGF-β1、BMP-7 和 Gremlin 的核酸表達(dá)與對(duì)照組比較,DN組和TW組腎組織TGF-β1和Gremlin核酸表達(dá)上調(diào),但 TW組低于 DN組(P<0.01)。與對(duì)照組比較,DN組和TW組BMP-7核酸表達(dá)下調(diào),但TW組高于DN組(P<0.01)(表7、圖 3)。
腎組織TGF-β1與Gremlin表達(dá)的關(guān)系 兩者在免疫組化、核酸和蛋白表達(dá)的相關(guān)系數(shù)r分別為0.898、0.648和0.855,說(shuō)明兩者的表達(dá)呈正相關(guān)(P <0.01)。
表5 腎組織免疫組化TGF-β1、BMP-7和Gremlin陽(yáng)性細(xì)胞百分比(%)
表6 腎組織TGF-β1、BMP-7和Gremlin蛋白的表達(dá)
表7 腎組織TGF-β1、BMP-7和Gremlin的核酸表達(dá)
圖1 糖尿病腎病組、雷公藤多苷治療組及對(duì)照組大鼠16周腎組織形態(tài)學(xué)變化及 TGF-β1、BMP-7和Gremlin表達(dá)
圖2 各組大鼠腎組織 TGF-β1、BMP-7和 Gremlin的蛋白表達(dá)
圖3 各組大鼠腎組織 TGF-β1、BMP-7和 Gremlin的核酸表達(dá)
腎間質(zhì)纖維化是各種慢性腎臟病進(jìn)展到終末期腎病的共同結(jié)果。蛋白尿是DN腎小球損傷的標(biāo)志,同時(shí)也是加重腎臟損害的因素[3]。Morii等[4]研究發(fā)現(xiàn),蛋白尿在腎小管損傷方面發(fā)揮了更加重要的作用。進(jìn)入腎小管中的蛋白質(zhì)及前免疫介質(zhì)加重腎小管上皮細(xì)胞負(fù)荷并促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞釋放各種炎癥因子、趨化因子[如單核細(xì)胞趨化因子1(MCP-1)]等,使腎間質(zhì)單核/巨噬聚集、導(dǎo)致小管間質(zhì)炎性反應(yīng)。刺激原基質(zhì)成纖維細(xì)胞和經(jīng)上皮間葉轉(zhuǎn)化來(lái)的肌纖維細(xì)胞增生,腎間質(zhì)纖維化[5,6]。
本研究發(fā)現(xiàn),DN早期大鼠尿蛋白定量增加,腎小管上皮細(xì)胞受損,尿NAG升高,并隨病程進(jìn)展加重,16周時(shí)可見(jiàn)腎小管上皮細(xì)胞渾濁、空泡樣變和壞死,腎間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。既往體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)雷公藤甲素可穩(wěn)定足細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu),逆轉(zhuǎn)足細(xì)胞的損傷,恢復(fù)足細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和相關(guān)分子的表達(dá),從而減少尿蛋白[7]。雷公藤具有抑制T細(xì)胞及B細(xì)胞的活化,誘導(dǎo)活化的T細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞凋亡,抑制IL-1α、IL-1β、MCP-1 等炎癥因子的合成,抑制腎小管上皮細(xì)胞炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生等廣泛抗炎、抑制免疫作用,本研究中經(jīng)TW干預(yù)后,大鼠尿蛋白明顯減少,尿NAG下降,病理顯示腎小管損害減輕,炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)減少,說(shuō)明TW可以減輕尿蛋白,改善腎小管的損傷,抑制炎癥,從而改善腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生及發(fā)展。
細(xì)胞因子與DN腎間質(zhì)纖維化及腎小球硬化密切相關(guān)。TGF-β1是纖維化的中心環(huán)節(jié),參與成纖維細(xì)胞的活化、增生和表型轉(zhuǎn)化及細(xì)胞外基質(zhì)增多的過(guò)程[8]。BMP-7是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族中的一員,它調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、趨化及凋亡。能夠阻斷TGF-β1信號(hào),逆轉(zhuǎn)上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)[9],誘導(dǎo)間質(zhì)成纖維細(xì)胞向上皮細(xì)胞分化(MET)[10],拮抗 TGF-β1 誘導(dǎo)的間質(zhì)成纖維細(xì)胞發(fā)生表型轉(zhuǎn)化成α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的肌成纖維細(xì)胞[11],逆轉(zhuǎn) TGF-β1 的促纖維化作用。在DN早期高糖、尿蛋白、多種細(xì)胞因子的作用下,腎組織TGF-β1/Smad2/3促纖維化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被激活[12,13],BMP-7 的表達(dá)下降,與腎間質(zhì)纖維化密切相關(guān)。外源性重組BMP-7能夠改善腎小管間質(zhì)纖維化,并與劑量正相關(guān)[14]。
我們觀察16周DN大鼠腎組織TGF-β1的免疫組化、核酸及蛋白表達(dá)異常增高,BMP-7的免疫組化、核酸及蛋白表達(dá)下降,腎間質(zhì)纖維結(jié)蹄組織增生明顯、局灶纖維化。DN發(fā)生發(fā)展過(guò)程中不僅高血糖、高血脂等代謝因素促進(jìn)腎組織TGF-β1的表達(dá),炎癥趨化因子MCP-1使得單核巨噬細(xì)胞在局部浸潤(rùn)增生,進(jìn)一步促進(jìn) TGF-β1的高表達(dá)[15]。而雷公藤作為一種免疫抑制劑,很低濃度的雷公藤甲素即能抑制脂多糖(LPS)刺激的樹(shù)突細(xì)胞產(chǎn)生MCP-1的生成[16],抑制腎小管上皮細(xì)胞的抗原遞呈功能[17],抑制腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)MCP-1[18],從而起到減少TGF-β1的產(chǎn)生,基于上述的研究結(jié)果,我們采用TW干預(yù)。治療后TGF-β1的免疫組化、核酸及蛋白表達(dá)增高趨勢(shì)被抑制,BMP-7核酸、蛋白增加,腎組織纖維化減輕。說(shuō)明TWP能夠下調(diào)TGF-β1表達(dá)的調(diào)節(jié)系統(tǒng),上調(diào)BMP-7的表達(dá),從而改善腎間質(zhì)纖維化。
BMP-7的腎臟保護(hù)作用,不僅取決于其本身,還與其激動(dòng)劑和拮抗劑之間的復(fù)雜平衡有關(guān)[19]。TGF-β1和BMP-7在腎纖維化的過(guò)程中相互拮抗,但TGF-β1并非 BMP-7受體的配體,本身不調(diào)節(jié)BMP-7表達(dá)及信號(hào)傳導(dǎo),而是通過(guò)正向調(diào)節(jié)其下游因子 BMP-7的內(nèi)源性拮抗劑 Gremlin發(fā)揮作用的[20,21]。研究發(fā)現(xiàn)Gremlin在 DN 腎組織表達(dá)是增加的,并與腎間質(zhì)纖維化及腎功能減退相關(guān)[22,23]。外源性端粒酶抑制Gremlin表達(dá)可以減輕腎間質(zhì)纖維化[24]。
我們還發(fā)現(xiàn),DN腎組織Gremlin的核酸及蛋白表達(dá)明顯升高,且主要在腎小管表達(dá),與TGF-β1的表達(dá)具有正相關(guān)性,這說(shuō)明TGF-β1可以正向調(diào)節(jié)Gremlin的表達(dá)。DN發(fā)展過(guò)程中過(guò)度表達(dá)的TGF-β1上調(diào)Gremlin的產(chǎn)生,拮抗BMP-7的抗纖維化,而TW抑制TGF-β1的產(chǎn)生,從而下調(diào)Gremlin了的表達(dá),改善腎間質(zhì)纖維化。
綜上所述,本研究闡明了TW通過(guò)減少蛋白尿、保護(hù)腎小管上皮細(xì)胞、抑制炎癥,下調(diào)促纖維化因子TGF-β1及下游因子Gremlin的表達(dá),上調(diào)抗纖維化因子BMP-7的表達(dá),從而改善腎間質(zhì)纖維化。但是,Gremlin并不調(diào)節(jié)BMP-7的產(chǎn)生,因此TW增加BMP-7表達(dá)機(jī)制的研究有待進(jìn)一步完善。
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