孫 巖 李 瑛 孫 林 劉 健 凌光輝 劉映紅 周 循 劉伏友
去甲斑蝥素(norcantharidin,NCTD)是斑蝥素的重要衍生物,是一種特異性蛋白磷酸酶抑制劑,具有抗腫瘤活性、炎癥免疫調(diào)節(jié)作用、防治器官組織纖維化、抗氧化作用和升高白細(xì)胞作用[1]。我們以往的研究發(fā)現(xiàn),NCTD能減輕蛋白超負(fù)荷腎病大鼠[2]和糖尿病腎病大鼠腎間質(zhì)纖維化[3],NCTD還可抑制白蛋白體外刺激的腎小管上皮細(xì)胞的增生和纖維連接蛋白(fibronectin,F(xiàn)N)表達(dá)[4],所以,我們認(rèn)為NCTD是一種具有前景的抗腎間質(zhì)纖維化藥物,但具體機(jī)制尚不清楚。
腎間質(zhì)纖維化是各種慢性腎臟病進(jìn)展至終末期腎病的共同途徑。腎間質(zhì)纖維化的過程包括腎小管萎縮、肌成纖維細(xì)胞堆積和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的沉積。表達(dá)α平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)的肌成纖維細(xì)胞是ECM的主要來源,是腎間質(zhì)纖維化的決定性效應(yīng)細(xì)胞。上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的重要通路,是腎間質(zhì)纖維化發(fā)病和進(jìn)展的關(guān)鍵機(jī)制和中心環(huán)節(jié)[5-7]。
前期研究顯示,NCTD可抑制轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞EMT,抑制TGF-β1介導(dǎo)的Smad2/3的信號通路及抑制轉(zhuǎn)錄因子Snail1[8,9]。鑒于NCTD對腎小管間質(zhì)的保護(hù)作用,我們推測,NCTD改善腎間質(zhì)纖維化的效應(yīng)可能與抑制或逆轉(zhuǎn)EMT有關(guān)。為此,本研究擬通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn),采用單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)大鼠模型,觀察NCTD對腎小管EMT的影響。
實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)動物 SD大鼠由中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物學(xué)部提供。
主要試劑 NCTD(利佳,北京雙鶴高科天然藥物公司,國藥準(zhǔn)字H11022100);兔抗大鼠α-SMA多克隆抗體(Abcam),兔抗大鼠E鈣黏蛋白(E-cadherin)多克隆抗體(Santa Cruz)、兔抗大鼠TGF-β1多克隆抗體(Santa Cruz)、小鼠抗大鼠β肌動蛋白(β-actin)單克隆抗體(Santa Cruz);辣根過氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔IgG(Santa Cruz),辣根過氧化物酶標(biāo)記山羊抗小鼠IgG(Santa Cruz);組織細(xì)胞蛋白裂解液、DEPC、PMSF(北京鼎國生物公司);RevertAidTMFirst Strand cDNA Synthesis Kit(Fermentas);PCR引物(上海生工及英俊生物技術(shù)公司合成);Trizol、2×Taq PCR Master Mix(天根生化科技有限公司);BCA蛋白濃度測定試劑盒(碧云天生物技術(shù)研究所),ECL顯影劑、PVDF膜(Millipore)。
實(shí)驗(yàn)方法
動物分組 健康雄性SD大鼠(二級),體重200~220g,隨機(jī)分為三組:假手術(shù)組(Sham組)、模型組(UUO組)和NCTD治療組(NCTD組),每組6只。UUO組于左側(cè)腎臟近腎門處結(jié)扎輸尿管,再于輸尿管遠(yuǎn)離腎門處二次結(jié)扎[10]。Sham組只游離左側(cè)輸尿管而不結(jié)扎后關(guān)閉腹腔。NCTD組術(shù)后當(dāng)天予NCTD 0.1 mg/(kg·d)[2,3]用無菌生理鹽水稀釋后腹腔注射,Sham組和UUO組予相應(yīng)體積無菌生理鹽水腹腔注射,觀察至術(shù)后2周。
標(biāo)本采集 尿液與血液:實(shí)驗(yàn)2周收集24h尿液并測尿量,離心后-20℃保存,待測尿蛋白。處死大鼠前腹主動脈取血離心,-20℃保存,待測血清肌酐(SCr)。
腎組織:氯胺酮(2 ml)、地西泮(2 ml)和阿托品(1 ml)各一支按1∶1∶1混合用生理鹽水稀釋成10 ml,0.75 ml/100g體重腹腔注射麻醉大鼠,腹主動脈取血后插管注入4℃預(yù)冷的肝素生理鹽水至整個左側(cè)腎臟顏色變蒼白后,小心游離切斷腎蒂,腎臟置于冰上,快速去除包膜,將其橫切成3 mm厚的組織塊,置于4%多聚甲醛溶液中固定用于制作石蠟切片;其余的一半裝入凍存管保存于液氮,用于提取總RNA;另一半裝入另一凍存管保存于-70℃冰箱,用于提取組織蛋白。分別送免疫組化、Western Blot、RT-PCR進(jìn)行相關(guān)檢測。
指標(biāo)檢測
尿蛋白定量和SCr 24h尿蛋白定量采用全自動生化分析儀檢測,SCr采用日立7170A全自動生化分析儀檢測。
腎組織免疫組化 腎組織經(jīng)固定、常規(guī)脫水、包埋、4 μm厚切片供免疫組化。免疫組化染色過程:0.01M枸櫞酸鹽緩沖液(pH 6.0)中熱修復(fù)抗原,冷卻后滴加正常山羊血清封閉,室溫孵育20 min,滴加兔抗大鼠α-SMA多克隆抗體(1∶50,abcom),兔抗大鼠E-cadherin多克隆抗體(1∶50,Santa Cruz)、兔抗大鼠TGF-β1多克隆抗體(1∶25,Santa Cruz),4℃孵育過夜;滴加HRP標(biāo)記的二抗IgG(37℃孵育30 min);以上每一步驟之后均用PBS液充分漂洗3次,每次5 min。繼之按DAB試劑盒進(jìn)行免疫組織化學(xué)反應(yīng),顯微鏡下掌握顯色程度,適時蒸溜水終止。蘇木素輕度復(fù)染,流水沖洗。常規(guī)脫水、透明、中性樹膠封片、光鏡觀察。陰性Sham組用PBS代替上述一抗進(jìn)行反應(yīng)。圖像半定量分析:顯微鏡觀察,每組隨機(jī)觀察10個視野,Image-ProPlus 6.0 分析各視野下平均光密度值(AOD),AOD為陽性目標(biāo)光密度和陽性面積百分比(IOD/Area),代表待測抗原量。
Western Blot檢測腎臟組織α-SMA、E-cadherin、TGF-β1蛋白表達(dá) 取腎臟組織約60 mg,液氮冷凍并碾碎后加入200 μl預(yù)冷的組織蛋白裂解液(加入1∶100的PMSF),用玻璃勻漿器冰上勻漿,直至充分裂解。離心(4℃,12 000 r/min,15 min),將所得上清移入另一支1.5 ml EP管,用BCA蛋白濃度測定試劑盒檢測蛋白質(zhì)濃度。按照蛋白質(zhì)濃度取20 μg總蛋白并加入5倍濃縮的蛋白上樣緩沖液,100℃變性10 min,變性樣品點(diǎn)離后上樣跑8%~12% SDS-PAGE膠。恒壓下將蛋白轉(zhuǎn)至PVDF膜,5%脫脂奶粉封閉,4℃過夜,分別加入相應(yīng)倍稀釋的α-SMA(1∶4 000)、E-cadherin(1∶3 000)、TGF-β1(1∶3 000)一抗和β-actin(1∶2 000)單克隆抗體,孵育1h或4℃過夜。PBS-T洗膜3次,加入對應(yīng)的1∶10 000稀釋的HRP標(biāo)記IgG,孵育1~2h。PBS-T洗膜3次,分別取ECL試劑盒Sol.A:0.5 ml,Sol.B:0.5 ml,混合后加于PVDF膜,反應(yīng)5~10 min,將PVDF膜固定在Kodak暗箱,Kodak IS4000凝膠成像分析系統(tǒng)曝光掃描并且分析結(jié)果,以所測得的各指標(biāo)的吸光度與內(nèi)參照β-actin吸光度的比值代表定量值。
RT-PCR方法檢測腎臟組織α-SMA、E-cadherin、TGF-β1 mRNA表達(dá) 采用Trizol RNA提取法提取腎組織總RNA,取總RNA 2.5 μg按RevertAidTMFirst Strand cDNA Synthesis Kit(Fermentas公司)說明書步驟進(jìn)行cDNA合成?;蛐蛄袕腉enebank中查閱,根據(jù)引物設(shè)計(jì)原則,利用Primer 5軟件設(shè)計(jì)。引物序列分別為(引物分別由上海生工生物技術(shù)有限公司合成):Rat α-SMA 280 bp(上游:5’-TCCTGACCCTGAAGTATCCG-3’,下游:5’-TCTCCAGAGTCCAGCACAAT-3’),Rat E-cadherin 550bp(上游:5’-GTCAAACGGCATCTAAAGC-3’,下游:5’-CAAAGACCTCCTGGATAAACT-3’),Rat TGF-β138 bp(上游:5’-CCGCAACAACGCAATC-3’,下游:5’-ATGAGGAGCAGGAAGGGT-3’),Rat β-actin 188 bp(上游:5’-GGGAAATCGTGCGTGAC-3’,下游: 5’-ACCCAGGAAGGAAGGCT-3’)。PCR擴(kuò)增:擴(kuò)增α-SMA mRNA的反應(yīng)程序 95℃、5 min預(yù)變性,94℃,45s變性→56℃、45s退火→72℃、45s延伸,共30個循環(huán),72℃延伸10 min 4℃終止;擴(kuò)增E-cadherin mRNA的反應(yīng)程序 95℃、3 min預(yù)變性,94℃,30s變性→52℃、30s退火→72℃、30s延伸,共34個循環(huán),72℃延伸10 min 4℃終止;擴(kuò)增TGF-β1 mRNA的反應(yīng)程序?yàn)椋?5℃、5 min預(yù)變性,94℃,30s變性→55℃、30s退火→72℃、30s延伸,共30個循環(huán),72℃延伸10 min4℃終止;擴(kuò)增β-actin mRNA的反應(yīng)程序 95℃、5 min預(yù)變性,94℃,30s變性→58℃、30s退火→72℃、30s延伸,共25個循環(huán),72℃延伸7 min 4℃終止。PCR擴(kuò)增反應(yīng)完畢后,分別取擴(kuò)增產(chǎn)物各8 μl,用2%的瓊脂糖凝膠在100伏特的電壓下電泳40 min,用凝膠成像系統(tǒng)獲取圖片。最后用凝膠圖像分析軟件系統(tǒng)分析圖片吸光度,獲得相應(yīng)的吸光值,以所獲得的各指標(biāo)的吸光度與內(nèi)參照β-actin吸光度的比值代表半定量值。
NCTD對蛋白尿與SCr水平的影響UUO術(shù)后2周,各組間蛋白尿水平無明顯變化。與Sham組比較,UUO組SCr水平升高(P<0.05);與UUO組比較,NCTD組SCr水平下降(P<0.05,表1)。
表1 NCTD對UUO 大鼠蛋白尿和SCr的影響
NCTD對UUO大鼠腎臟組織α-SMA、E-cadherin與TGF-β1蛋白表達(dá)的影響
免疫組化結(jié)果 免疫組化圖像平均光密度(AOD= IOD/Area)分析顯示:Sham組大鼠腎組織,腎小管和間質(zhì)未見α-SMA表達(dá),而E-cadherin表達(dá)顯著,主要分布于腎小管,TGF-β1表達(dá)主要分布于腎小管間質(zhì);UUO組腎小管上皮細(xì)胞和間質(zhì)α-SMA表達(dá)顯著增強(qiáng),E-cadherin表達(dá)明顯減弱,腎小管上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞及浸潤的炎癥細(xì)胞TGF-β1表達(dá)顯著增強(qiáng)(P<0.05);與UUO組比較,NCTD組腎小管上皮細(xì)胞和間質(zhì)α-SMA表達(dá)明顯減輕,腎小管細(xì)胞E-cadherin表達(dá)明顯增強(qiáng),腎小管上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞TGF-β1表達(dá)明顯減輕(P<0.05,圖1、表2)。
圖1 NCTD調(diào)節(jié)UUO大鼠腎臟組織α-SMA,E-cadherin和TGF-β1的表達(dá)(IP,×200)
表2 NCTD調(diào)節(jié)UUO大鼠腎組織α-SMA、E-cadherin和TGF-β1的表達(dá)
Western Blot結(jié)果 Sham組大鼠腎組織α-SMA蛋白表達(dá)較弱,E-cadherin蛋白表達(dá)明顯,有一定量TGF-β1蛋白的表達(dá);與Sham組比較,UUO組腎組織α-SMA表達(dá)顯著上調(diào),E-cadherin表達(dá)下調(diào),TGF-β1蛋白表達(dá)顯著上調(diào)(P<0.05,圖2);與UUO組比較,NCTD組腎組織α-SMA表達(dá)明顯下調(diào),E-cadherin蛋白表達(dá)明顯上調(diào),TGF-β1表達(dá)明顯下調(diào)(P<0.05,圖2)。
NCTD對UUO大鼠腎臟組織α-SMA、E-cadherin與TGF-β1 mRNA表達(dá)的影響RT-PCR結(jié)果顯示:Sham組大鼠腎組織α-SMA mRNA表達(dá)較弱,E-cadherin mRNA表達(dá)顯著,有一定量TGF-β1 mRNA的表達(dá);與Sham組比較,UUO組腎組織α-SMA和TGF-β1 mRNA表達(dá)顯著上調(diào),E-cadherin mRNA表達(dá)下調(diào)(P<0.05,圖3);與UUO組相比,NCTD組腎組織α-SMA和TGFβ1 mRNA表達(dá)下調(diào),E-cadherin mRNA表達(dá)上調(diào)(P<0.05,圖3)。
無論原發(fā)性腎臟病性質(zhì)如何,腎小管間質(zhì)纖維化的組織學(xué)改變與慢性腎功能喪失緊密相關(guān)[7,11]。目前,腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生機(jī)制尚不明確,在腎纖維化過程中,一些EMT的標(biāo)志物在腎小管間質(zhì)表達(dá)。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)在TGF-β1和其他炎癥因子誘導(dǎo)下,近端腎小管上皮細(xì)胞能夠經(jīng)歷EMT,腎纖維化動物模型提示36%肌成纖維細(xì)胞來源于經(jīng)歷EMT的腎小管上皮細(xì)胞[12 ],而且人類慢性腎臟病腎活檢組織的結(jié)果提示與腎間質(zhì)纖維化和SCr水平相關(guān)的腎小管細(xì)胞具有EMT的表型特征[13],支持體內(nèi)EMT發(fā)生的推論,提示腎間質(zhì)纖維化的進(jìn)展過程中EMT具有重要作用。
圖2 NCTD調(diào)節(jié)UUO大鼠腎組織α-SMA、E-cadherin與TGF-β1蛋白的表達(dá)
圖3 NCTD調(diào)節(jié)UUO大鼠腎組織α-SMA、E-cadherin與TGF-β1 mRNA的表達(dá)
EMT過程中上皮細(xì)胞喪失上皮表型、獲得間充質(zhì)細(xì)胞特征。其中,E-cadherin是上皮細(xì)胞的主要基因,E-cadherin高表達(dá)能夠誘導(dǎo)間充質(zhì)上皮轉(zhuǎn)分化(MET),是維持上皮表型的重要決定因素[14]。α-SMA是一種可收縮性蛋白,富集應(yīng)力纖維,α-SMA的生成是肌成纖維細(xì)胞收縮機(jī)制的關(guān)鍵。病理狀況下,α-SMA被認(rèn)為是肌成纖維細(xì)胞最重要的標(biāo)志蛋白。在眾多調(diào)節(jié)EMT的生長因子、細(xì)胞因子和介質(zhì)中,TGF-β1是誘導(dǎo)體內(nèi)體外EMT的最重要細(xì)胞因子[15,16]。腎小管上皮細(xì)胞在TGF-β1刺激下E-cadherin表達(dá)喪失與α-SMA表達(dá)相關(guān),提示間充質(zhì)程序基因開啟,而上皮程序基因關(guān)閉[17-21]。
UUO模型是研究非免疫性腎間質(zhì)損傷的成熟動物模型,可反映人類梗阻性腎病和腎間質(zhì)纖維化病變的過程[22]。Bascands等[23]UUO術(shù)后1d,梗阻側(cè)TGF-β1及其Ⅰ型受體(TβR-Ⅰ)迅速增加,特異性分布于梗阻側(cè)腎小管上皮細(xì)胞,且梗阻側(cè)腎小管上皮細(xì)胞表型改變明顯,E-cadherin喪失、α-SMA的重新表達(dá),隨時間的變化呈負(fù)向關(guān)系。UUO大鼠模型術(shù)后3d,梗阻側(cè)腎臟即可出現(xiàn)早期腎間質(zhì)纖維化損傷,間質(zhì)區(qū)增寬,腎小管間質(zhì)散在炎癥細(xì)胞,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原沉積增加,Ⅳ型膠原α1mRNA明顯升高,因此,認(rèn)為導(dǎo)致纖維化的事件在梗阻開始就即刻得以啟動[24]。Nagle和Bulger[25]在UUO兔梗阻側(cè)腎臟間質(zhì)成纖維細(xì)胞增生,腎小管上皮細(xì)胞TGF-β1 mRNA表達(dá)升高,而腎小球變化不明顯。董飛俠等[26]也發(fā)現(xiàn)UUO術(shù)后隨時間的推移,α-SMA陽性的肌成纖維細(xì)胞增多。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,UUO大鼠術(shù)后2周,與Sham組比較,梗阻側(cè)腎臟腎小管間質(zhì)α-SMA表達(dá)明顯增加、E-cadherin表達(dá)下降,TGF-β1表達(dá)增加。梗阻側(cè)腎組織α-SMA、E-cadherin和TGF-β1mRNA水平和蛋白定量水平的檢測結(jié)果亦顯示相似特點(diǎn),提示UUO大鼠模型梗阻側(cè)腎臟腎小管上皮細(xì)胞經(jīng)歷EMT表型過程,而且TGF-β1表達(dá)上調(diào)。
斑蝥素是源自中國大斑蝥(Mylabris phalerata or M.cichorii)和Spanish fly的干體,為劇毒中藥材,是絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酯酶1(PP1)和蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)的抑制劑,具有抗癌活性、抗病毒、升高白細(xì)胞等多種生物活性。NCTD是斑蝥素去掉2、3位兩個甲基的衍生物,腎毒性明顯減弱。我們的研究已發(fā)現(xiàn),NCTD能減輕蛋白超負(fù)荷腎病大鼠[3]和糖尿病腎病大鼠腎間質(zhì)纖維化[4]。體外實(shí)驗(yàn)顯示,NCTD可抑制TGF-β1誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞EMT,其抑制腎小管EMT的作用可能與下調(diào)TGF-β1介導(dǎo)的Smad2、Smad3信號蛋白及轉(zhuǎn)錄分子Snail1的表達(dá)有關(guān)[8,9]。在上述研究的基礎(chǔ)上,我們擬利用UUO模型觀察NCTD抗腎間質(zhì)纖維化作用是否與其抑制EMT表型有關(guān)。
本實(shí)驗(yàn)觀察的初步結(jié)果顯示,UUO大鼠模型梗阻側(cè)腎臟腎小管間質(zhì)α-SMA表達(dá)上調(diào),而E-cadherin表達(dá)下調(diào),TGF-β1表達(dá)上調(diào),提示UUO術(shù)后2周梗阻側(cè)腎臟發(fā)生腎小管EMT表型的變化,而且TGF-β1表達(dá)上調(diào)。而NCTD干預(yù)組SCr降低,梗阻側(cè)腎臟α-SMA表達(dá)下調(diào)、E-cadherin表達(dá)上調(diào),TGF-β1表達(dá)下調(diào),表明NCTD能夠抑制腎小管EMT的表型和下調(diào)TGF-β1高表達(dá)。由此推測NCTD可能通過抑制TGF-β1的高表達(dá),從而延緩或阻止TGF-β1介導(dǎo)的EMT,進(jìn)而阻斷腎間質(zhì)纖維化。
最近Humphreys等[27]研究結(jié)果顯示,UUO小鼠腎損傷10~14d后未發(fā)現(xiàn)RFP+標(biāo)記的腎小管上皮細(xì)胞共表達(dá)肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志蛋白,而肌成纖維細(xì)胞出現(xiàn)在UUO腎損傷后10d α-SMA和S100A4表達(dá)陽性的腎間質(zhì)細(xì)胞,與Iwano等[12]的結(jié)論不一致,據(jù)此,我們?nèi)孕枰诖顺醪窖芯炕A(chǔ)進(jìn)一步深入觀察和論證NCTD抗腎間質(zhì)纖維化作用和EMT的關(guān)系。
小結(jié):本研究結(jié)果顯示NCTD具有抑制腎小管EMT的作用,該作用可能與下調(diào)UUO大鼠梗阻側(cè)腎臟腎小管上皮細(xì)胞TGF-β1高表達(dá)有關(guān),但腎小管EMT機(jī)制的研究尚需進(jìn)一步論證。
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