鎘致糖尿病腎病小鼠不同組織損傷及原花青素的保護(hù)作用

龔 頻， 趙天雷， 翁競玉， 皮思慧， 馬力勇， 肖徐陽， 楊文娟

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

鎘致糖尿病腎病小鼠不同組織損傷及原花青素的保護(hù)作用

龔 頻， 趙天雷， 翁競玉， 皮思慧， 馬力勇， 肖徐陽， 楊文娟

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

研究了重金屬鎘導(dǎo)致糖尿病腎病小鼠腦及肺部的損傷作用及原花青素對鎘致糖尿病腎病小鼠的保護(hù)作用.采用高脂高糖飼養(yǎng)并佐以腹腔注射1 mg/(kg·day)的CdCl2溶液誘導(dǎo)小鼠發(fā)生糖尿病腎病，通過檢測各組小鼠腦及肺部中的谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)及一氧化氮(NO)的含量變化，揭示DN小鼠不同組織中各類指標(biāo)的變化規(guī)律.結(jié)果顯示，DN組小鼠在鎘的影響下，腦及肺部中的GSH明顯下降(Plt;0.05)、MDA上升(Plt;0.05)、NO濃度下降(Plt;0.05)，說明DN小鼠組織中氧化應(yīng)激水平升高并產(chǎn)生炎癥反應(yīng)；通過對比原花青素保護(hù)組與DN組小鼠體內(nèi)以上化合物含量的差異，并結(jié)合原花青素相關(guān)的作用機制，說明原花青素對腦及肺部具有保護(hù)作用，可以降低組織中MDA的含量并緩解組織中GSH含量的下降趨勢，有效降低DN小鼠腦及肺部的氧化應(yīng)激水平.研究了對DN小鼠腦及肺部的損傷變化，并且對原花青素的保護(hù)作用進(jìn)行說明，為糖尿病腎病的臨床診斷及相關(guān)藥物的開發(fā)提供實驗依據(jù).

鎘； 原花青素； 腦； 肺； 氧化損傷

0 引言

糖尿病腎病(DN)屬于糖尿病的微血管并發(fā)癥，是糖尿病微血管并發(fā)癥中最常見、最嚴(yán)重的一種.其病理表現(xiàn)主要為腎小球基底膜增厚和系膜基質(zhì)增生，故又稱糖尿病腎小球硬化癥[1].

重金屬鎘是一類廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的人體非必需元素，易通過食物鏈在動物及人體內(nèi)蓄積，具有生物半衰期長、代謝率低等特點，主要蓄積在肝臟及腎臟中，會損傷器官，造成機體功能的紊亂[2-4].

原花青素是自然界中廣泛存在的一類由兒茶素、表兒茶素或沒食子酸聚合而成的多酚類黃酮化合物，是目前國際上公認(rèn)的清除人體內(nèi)自由基最有效的天然氧化劑[5].原花青素具有保護(hù)心血管系統(tǒng)、清除自由基、抗氧化、抗突變、抗癌、抗輻射、促進(jìn)細(xì)胞增殖等多種生物學(xué)作用[6].圖1為原花青素的結(jié)構(gòu)式.

圖1 原花青素結(jié)構(gòu)式

本研究以鎘致糖尿病腎病小鼠模型為研究對象，對小鼠腦部及肺部中的氧化指標(biāo)、抗氧化指標(biāo)、炎癥因子的含量進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病小鼠不同組織中各類指標(biāo)的變化規(guī)律，并通過原花青素的干預(yù)作用，研究藥物保護(hù)對糖尿病腎病小鼠不同組織中各類指標(biāo)的影響，為進(jìn)一步闡明糖尿病腎病的作用機制及相關(guān)藥物的開發(fā)提供支持.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

SPF級雄性昆明小鼠購自西安交通大學(xué)實驗動物中心；氯化鎘(CdCl2)、N-(1-萘基)-乙二胺購自天津市福晨化學(xué)試劑廠；30%過氧化氫購自天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠；生理鹽水購自西安京西雙鶴藥業(yè)有限公司；其他試劑均為分析純.

1.2 實驗動物與模型建立

雄性昆明小鼠32只，體重(20±2)g，實驗前適應(yīng)性飼養(yǎng)一周，自由取食飲水.隨機將小鼠分為4組，每組8只.模型構(gòu)建具體如表1所示.每日早晨定時給藥1次，氯化鎘的給藥濃度為1 mg/(kg· day)，胃飼原花青素10 mg/(kg· day).整個飼養(yǎng)過程中保持溫度、光照、濕度等環(huán)境條件平行，每日供應(yīng)飲食、飲水總量一致.連續(xù)飼養(yǎng)10周，末次處理前，禁食12 h，斷頸處死，取血和新鮮腦及肺部組織，于-80 ℃冷凍保存，用于檢測鎘致糖尿病腎病小鼠不同組織的指標(biāo)變化.

表1 構(gòu)建鎘損傷小鼠模型給藥方式

1.3 樣品測定方法及指標(biāo)

將腦及肺部組織制備成10%的組織勻漿.采用硫代巴比妥酸法檢測脂質(zhì)過氧化指標(biāo)丙二醛(MDA)的活性；DTNB(5，5′-二硫代-雙，2-硝基苯甲酸)法檢測還原型谷胱甘肽(GSH)的活性;采用Griess試劑法測定組織中NO的濃度[17].進(jìn)而分析鎘致糖尿病腎病小鼠與正常小鼠組織之間的差異.

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

所有的實驗數(shù)據(jù)都表示為mean±SE，平均值用單向方差分析法(one-way analysis of variance,ANOVA)和相應(yīng)的t-檢查(Student′st-test)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，統(tǒng)計學(xué)上Plt;0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義.

2 結(jié)果與討論

2.1 鎘致糖尿病腎病對腦部的損傷及原花青素的保護(hù)作用

圖2表示鎘致DN小鼠腦部谷胱甘肽活性的對比.由圖2可以看出，在建模11周后，損傷組腦部的GSH含量明顯低于空白組(Plt;0.05)，而原花青素可以有效緩解GSH的下降趨勢，保護(hù)效果明顯.谷胱甘肽由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸組成，存在于機體內(nèi)的各個組織中.GSH和超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)一起通過清除O2-·、H2O2，防止·OH、O2產(chǎn)生，以減輕和阻斷脂質(zhì)過氧化作用[7]，是機體抗氧化防御系統(tǒng)的重要組成部分.說明在腦部，原花青素可以很大程度減少GSH的損耗，起到保護(hù)作用.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

圖3表示鎘致DN小鼠腦部丙二醛活性的對比.由圖3可以看出，在建模11周后，損傷組腦部的丙二醛含量明顯高于空白組(Plt;0.05)，而原花青素保護(hù)組小鼠腦內(nèi)MDA活性降低.鎘的毒性與細(xì)胞脂質(zhì)過氧化密切相關(guān)[8]，MDA的含量可以反映體內(nèi)脂質(zhì)過氧化損傷水平，這說明鎘中毒誘發(fā)了脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，而原花青素減輕了氧化應(yīng)激水平，使MDA活性降低，證明其保護(hù)作用.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

圖4表示鎘致DN小鼠腦部一氧化氮濃度的對比.由圖4可以看出，在建模11周后，損傷組腦部的NO含量與空白組相比有所下降(Plt;0.05).隨著疾病的發(fā)展，尿蛋白的排泄逐漸增加，氧自由基增多，大量的生長因子生成，而山梨醇通路的活化等因素使NO合成、穩(wěn)定性及活性降低[9].原花青素可以有效緩解NO的下降趨勢，這說明在腦部，原花青素可以保持NO活性，減少了NO的損耗，從而起到保護(hù)作用.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

2.2 鎘致糖尿病腎病對肺部的損傷及原花青素的保護(hù)作用

圖5表示鎘致DN小鼠肺部谷胱甘肽活性的對比.由圖5可以看出，在建模11周后，損傷組肺部的GSH含量明顯低于空白組(Plt;0.05)，而原花青素可以有效緩解GSH的下降趨勢，保護(hù)效果明顯.這說明在肺部，原花青素可以有效的增強GSH活性，減少了GSH的損耗，從而起到保護(hù)作用.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

圖6表示鎘致DN小鼠肺部丙二醛的對比.由圖6可以看出，損傷組肺部的MDA含量明顯高于于空白組(Plt;0.05)，而原花青素可以一定程度上減少肺內(nèi)MDA含量.丙二醛是脂質(zhì)氧化終產(chǎn)物，會影響線粒體呼吸鏈復(fù)合物及關(guān)鍵酶的活性.這說明在肺部，鎘的毒性可以誘發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，原花青素可以稍降低肺組織氧化水平，使MDA活性降低，而起到一定的保護(hù)作用.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

圖7表示鎘致DN小鼠肺部一氧化氮含量的對比.由圖7可以看出，損傷組腦部的NO含量與空白組相比有所下降(Plt;0.05)，而原花青素可以有效緩解NO的下降趨勢.這說明在腦部，原花青素可以保持NO活性，減少了NO的損耗.

注：①K代表空白組，S代表鎘損傷組，B代表原花青素保護(hù)組，G代表高脂高糖組；②與空白組比較，*Plt;0.05；與鎘損傷組相比，#Plt;0.05

3 結(jié)論

金屬鎘通過進(jìn)入機體后形成金屬硫蛋白，從而蓄積于各個器官，產(chǎn)生較持久的毒性[10].本實驗通過鎘致糖尿病腎病小鼠腦部及肺部的GSH、MDA及NO含量改變，說明DN小鼠組織內(nèi)氧化應(yīng)激水平改變并發(fā)生炎癥反應(yīng).同時，原花青素作為一種高效的抗氧化劑，可以降低DN小鼠不同組織的氧化水平，改善鎘損傷改變的抗氧化體系活性，減輕組織內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)[11].

實驗結(jié)論證明鎘所致的氧化損傷可能是糖尿病腎病的潛在發(fā)病機制之一[12,13]，原花青素對自由基引發(fā)的氧化反應(yīng)具有顯著的改善作用[14]，能有效對腦部及肺部的氧化損傷產(chǎn)生保護(hù)，這可能與原花青素改變了部分體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的氧化環(huán)境與抗氧化能力有關(guān)[15-17].

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【責(zé)任編輯：陳佳】

Differenttissuesdamageofcadmium-induceddiabeticnephropathyinmiceandprotectionofprocyanidins

GONG Pin, ZHAO Tian-lei, WENG Jing-yu, PI Si-hui, MA Li-yong, XIAO Xu-yang, YANG Wen-juan

(School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science amp; Technology, Xi′an 710021, China)

To explore the damage of brain and lung in mice with cadmium induced diabetic nephropathy,and research the protective effect of procyanidin on mice with cadmium induced diabetic nephropathy.In current study,The mice were fed with high fat and high glucose diet and injected 1 mg / (kg·day) CdCl2solution to induce the occurrence of diabetic nephropathy.The changes of glutathione (GSH),malondialdehyde (MDA) and nitric oxide (NO) in the brain and lung of mice were detected.The changes of indexes in these tissues of DN mice were revealed.The results showed that the GSH content of brain and lungs decreased significantly (Plt;0.05),MDA content increased (Plt;0.05) and NO concentration decreased (Plt;0.05) .Indicating that oxidative stress in DN mice increased and inflammatory response occurred.The effects of procyanidins on the brain and lungs were revealed by comparing the procyanidins protecting group and the DN group mice.Procyanidins can protect the brain and lung,reducing the levels of GSH and MDA,it can reduce the oxidative stress of brain and lung of DN mice.In this study,the changes of brain and lung in diabetic nephropathy mice and the protective effect of procyanidinswere were described,and to provide experimental basis for the clinical diagnosis of diabetic nephropathy and the development of related drugs.

cadmium; procyanidins; brain; lung; oxidative damage

2017-08-06

國家自然科學(xué)基金項目(21407104，81402815); 國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201610708036)

龔 頻(1983-)，女，湖南邵陽人，副教授，博士，研究方向：藥理生理

2096-398X(2017)06-0131-04

R99

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