川陳皮素對(duì)糖尿病腎病大鼠的治療作用研究

武俊紫，侯 偉，胡冬雄，趙 微，賈亞敏，和鳳軍，宋 波*，楊榆青*

1云南中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，昆明 650504；2太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024

近年來(lái)隨著人們生活方式和飲食結(jié)構(gòu)的改變，糖尿病發(fā)生率逐年升高[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)作為糖尿病最常見(jiàn)的微血管病變之一，不僅可造成腎損害，也可累及其他臟器，因此需積極關(guān)注。川陳皮素是中藥陳皮中有效活性藥理成分之一，其來(lái)源廣泛，具有廣譜抗菌、抗癌以及消炎等多種藥理活性[2]。目前關(guān)于川陳皮素對(duì)糖尿病腎病的研究還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道，但是陳皮提取物的研究已有文獻(xiàn)報(bào)道，如鐘志華等[3]采用金柚提取物(含有川陳皮素)治療糖尿病腎病大鼠，發(fā)現(xiàn)其對(duì)糖尿病腎病大鼠具有很好的保護(hù)作用，并分析其作用機(jī)理可能和p38 MAPK/NF-κB P65信號(hào)通路有關(guān)。此外，何偉等[4]采用橙皮苷(陳皮的另一種有效藥理成分)治療糖尿病腎病大鼠，也發(fā)現(xiàn)其對(duì)腎功能具有很好的保護(hù)作用?；谏鲜鐾茰y(cè)，川陳皮素可能對(duì)其也具有一定的保護(hù)作用，為此，本研究構(gòu)建了糖尿病腎病大鼠模型，觀察川陳皮素的治療效果，為糖尿病腎病的治療和川陳皮素的開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物、試劑及儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

雄性清潔級(jí)SD大鼠120只(6～7周齡)，體重180±20 g，(動(dòng)物許可證號(hào):SCXK-(云) 2011-004)，購(gòu)于昆明醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，普通飼料和高脂飼料(許可證號(hào)：蘇飼證(2018)10030)購(gòu)于昆明醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心。大鼠購(gòu)買后飼養(yǎng)于云南中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，飼養(yǎng)環(huán)境為溫度22～26 ℃，濕度40%～60%，光照/黑暗=12/12 h。

1.1.2 藥物、試劑和試劑盒

川陳皮素(陜西永健生物工程科技有限公司，批號(hào)：170719)；貝那普利(北京諾華制藥有限公司，國(guó)藥準(zhǔn)字H20030514)； 鏈脲佐菌素(streptozocin，STZ，美國(guó)Sigma公司，批號(hào)：170224)；尿蛋白定量試劑盒、尿肌酐試劑盒、血肌酐試劑盒和血尿素氮測(cè)定試劑盒(南京建成生物工程研究所，批號(hào)分別為：170321、170324、170112和170402)；胰島素、總膽固醇和甘油三脂試劑盒(北京普利萊基因技術(shù)有限公司，批號(hào)分別為：170423、170312和170506)；兔抗大鼠Bcl-2多克隆抗體、兔抗大鼠Bax多克隆抗體、兔抗大鼠caspase-3多克隆抗體以及兔抗大鼠單克隆抗體β-actin (美國(guó)Santa公司，批號(hào)分別為： C2342、C2351、C3104和C2019)；生物素化山羊抗兔IgG抗體和DAB顯色試劑盒(北京中衫金橋生物技術(shù)有限公司，批號(hào)ZB-2305)；RNA引物(上海生物生工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，批號(hào)：171105)；IL-1、IL-6和TNF-α測(cè)定試劑盒(武漢博士德生物科技公司，批號(hào)分別為：170614、170622和170524)。

1.1.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器

酶標(biāo)儀(PT-3502，北京普天新橋技術(shù)有限公司)；分光光度計(jì)(752N，上海精密科學(xué)儀器有限公司)；血糖測(cè)定儀(安穩(wěn)免調(diào)碼型，三諾生物傳感股份有限公司)；光學(xué)顯微鏡(XSP-9CA，上海光學(xué)儀器廠)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(101-0ab，上海徐吉電氣有限公司)；低溫高速離心機(jī)(TG16-WS型，常州市萬(wàn)合儀器制造有限公司)；超低溫冰箱(DW-86L288，海爾集團(tuán))；電子分析天平(HZK-110型，賽恩斯儀器設(shè)備有限公司)；蛋白電泳儀(Mini-PROTEAN Tetra，美國(guó)伯樂(lè))；實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(StepOne TM，美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司)。

1.2 方法

1.2.1 模型構(gòu)建

大鼠在購(gòu)買后先給予適應(yīng)性喂養(yǎng)2周，2周后隨機(jī)選取20只作為正常組，其余100只給予高脂高糖飼料喂養(yǎng)1月，之后給予腹腔一次性注射STZ 30 mg/kg造模，STZ注射1周后檢驗(yàn)造模是否成功，糖尿病造模成功標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)[5]進(jìn)行。

1.2.2 分組及給藥

造模成功后，隨機(jī)選取50只按照隨機(jī)數(shù)字法分為：(1)模型對(duì)照組(生理鹽水1 mL/kg灌胃)；(2)川陳皮素低劑量組(100 mg/mL/kg/天 川陳皮素灌胃)；(3)川陳皮素中劑量組(200 mg/mL/kg/天 川陳皮素灌胃)；(4)川陳皮素高劑量組(400 mg/mL/kg/天 川陳皮素灌胃)；(5)貝那普利組(4 mg/mL/kg/天 貝那普利灌胃)，另挑選正常大鼠10只作為正常組(生理鹽水1 mL/kg灌胃)，連續(xù)給藥6周，(川陳皮素給藥劑量根據(jù)文獻(xiàn)確定[6])6周后處死大鼠，處死前一天大鼠置入代謝籠收集尿液，次日10%水合氯醛 0.3 mL/100 g麻醉后固定于解剖板，腹主動(dòng)脈取血；血液收集后剖取腎臟，檢測(cè)下述相關(guān)指標(biāo)的變化特點(diǎn)。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 一般情況

實(shí)驗(yàn)期間記錄大鼠一般情況，包括飲食狀態(tài)、大小便特點(diǎn)、毛色、精神活動(dòng)量以及死亡情況等。

1.3.2 血糖和胰島素

血糖的測(cè)定采用血糖儀測(cè)定，胰島素的測(cè)定采用胰島素試劑盒，胰島素測(cè)定的檢測(cè)儀器為分光光度計(jì)。

1.3.3 24小時(shí)蛋白尿定量和尿液以及腎功能指標(biāo)

24 h尿蛋白定量、尿肌酐、血肌酐和血尿素氮測(cè)定采用相應(yīng)試劑盒進(jìn)行，檢測(cè)儀器為分光光度計(jì)。

1.3.4 炎性因子指標(biāo)

炎性因子指標(biāo)的測(cè)定采用對(duì)應(yīng)試劑盒進(jìn)行，檢測(cè)儀器酶標(biāo)儀。

1.3.5 血脂指標(biāo)

總膽固醇和甘油三脂的測(cè)定方法為Elisa法，檢測(cè)儀器為酶標(biāo)儀。

1.3.6 組織病理學(xué)

組織病理學(xué)檢測(cè)采用HE 染色法：中性福爾馬林溶液固定48 h后，切取一小塊用石蠟包埋，切成3～5 μm左右薄片，之后脫蠟沖洗，蘇木精和伊紅依次染色，封固，完成后照相采集圖片，每張片隨機(jī)選取4個(gè)不同的視野。

1.3.7 蛋白表達(dá)

稱取100 mg腎臟組織用組織裂解液裂解后，4 ℃ 12 000 rpm離心10 min，后收集上清用BCA法對(duì)蛋白進(jìn)行定量并調(diào)平。調(diào)平后每組各取50 μg行SDS-PAGE凝膠電泳，完成后將目的蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜，加入脫脂牛奶封閉2 h，后加入1抗過(guò)夜，次日取出加入2抗1 h，洗滌三次后暗室曝光洗片掃描儀掃描收集圖像即可。

表1 引物序列設(shè)計(jì)表

1.3.8 mRNA表達(dá)

用天根總RNA試劑盒提取各組大鼠總RNA后定量并調(diào)平，然后將其逆轉(zhuǎn)錄為cDNA，逆轉(zhuǎn)錄完成后，每組取2 μg行實(shí)時(shí)熒光定量PCR擴(kuò)增反應(yīng)，擴(kuò)增條件：95 ℃ 2 min、94 ℃ 10 s、60 ℃ 10 s、72 ℃ 40 s，循環(huán)次數(shù)36次。分析方法選用2-ΔΔCt法，引物序列如下表1所示：

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 一般情況

正常組大鼠毛色發(fā)白發(fā)亮，精神活躍、飲食、大小便均正常。模型組毛色發(fā)黃灰暗、精神相對(duì)萎靡、尿液量多且明顯發(fā)臭。相較于模型組，貝那普利組和川陳皮素三個(gè)劑量組有明顯改善。在整個(gè)治療期間，正常組、模型組、貝那普利組、川陳皮素低、中和高劑量組分別死亡0、2、1、1、0、1 只。

在整個(gè)治療期間，與正常組相比，模型組、貝那普利組、川陳皮素低、中和高劑量組體重均明顯降低(P<0.05)，治療0周時(shí)模型組和貝那普利組、川陳皮素低、中和高劑量組沒(méi)有差異。治療2周后，貝那普利組和川陳皮素高劑量組明顯高于模型組(P<0.05)，治療4周和6周后，貝那普利組、川陳皮素中劑量和高劑量組明顯高于模型組(P<0.05)，詳見(jiàn)表2。

表2 藥物治療后大鼠體重變化

注：表2和表4，與正常組相比，*P< 0.05；與模型組相比，#P< 0.05。

Note:Table 2 and Table 4,compared with normal group,*P< 0.05;compared with model group,#P< 0.05.

2.2 腎臟組織病理學(xué)結(jié)果

腎臟組織病理學(xué)結(jié)果可見(jiàn)，正常組切片腎小球正常，沒(méi)有明顯病理?yè)p害特征，而模型組則出現(xiàn)明顯腎小球增大，同時(shí)可見(jiàn)有部分的系膜增生和間質(zhì)纖維化(圖中箭頭處為腎小球增大，同時(shí)系膜增生位置)，貝那普利組和川陳皮素三個(gè)劑量組相較于模型組腎小球病變減輕，系膜增生和間質(zhì)纖維化也沒(méi)有模型組嚴(yán)重，詳見(jiàn)圖1。

圖1 各組大鼠腎臟組織HE染色結(jié)果(×400)Fig.1 HE staining results of kidney tissues (×400)注：圖中A、B、C、D、E和F分別為正常組、模型組、貝那普利組以及川陳皮素低、中和高劑量組。Note:A,B,C,D,E and F are the normal group,the model group,the benazepril group and the low,medium and high dose nobiletin group in the figure.

2.3 尿液腎功能指標(biāo)

各組大鼠尿肌酐(Urine Creatinine，UCr)和24 h蛋白尿定量比較，與正常組相比，模型組二者均明顯升高(P<0.05)，與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中、高劑量組二者均明顯降低(P<0.05)，此外川陳皮素高劑量組24 h蛋白尿定量明顯低于貝那普利組(P<0.05)，UCr則沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，詳見(jiàn)表3。

表3 各組大鼠尿肌酐(UCr)和24h蛋白尿定量比較

注：表3、表5、表6、表7、表8和表9，與正常組相比，*P< 0.05；與模型組相比，#P< 0.05；與貝那普利組相比，^P< 0.05。

Note:Table 3,Table 5,Table 6,Table 7,Table 8 and Table 9,compared with normal group,*P< 0.05;compared with model group,#P< 0.05;compared with benazepril group,^P< 0.05.

2.4 血液腎功能指標(biāo)比較

各組大鼠腎功能指標(biāo)血清肌酐(serum creatinine，Scr)和血清尿素氮(Blood Urea Nitrogen，BUN)比較，與正常組相比，模型組BUN和Scr均明顯升高(P<0.05)；與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中和高劑量組BUN和Scr均明顯降低(P<0.05)；此外川陳皮素三個(gè)劑量組和貝那普利組相比并沒(méi)有差異(P>0.05)，詳見(jiàn)表4。

2.5 血糖和胰島素

各組大鼠血糖和胰島素比較，與正常組相比，模型組血糖明顯升高(P<0.05)，胰島素明顯降低(P<0.05)；與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中和高劑量組血糖降低(P<0.05)，胰島素水平升高(P<0.05)；此外川陳皮素三個(gè)劑量組血糖明顯低于貝那普利組(P<0.05)，胰島素明顯高于貝那普利組(P<0.05)，詳見(jiàn)表5。

表4 各組大鼠腎功能指標(biāo)BUN和Scr比較

表5 各組大鼠血糖和胰島素水平比較

2.6 血脂

各組大鼠血脂指標(biāo)總膽固醇(Total Cholesterol，TC)與甘油三酯(Triglyceride，TG)比較，與正常組相比，模型組TG和TC均明顯升高(P<0.05)；與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中和高劑量組TG和TC均明顯降低(P<0.05)；此外川陳皮素三個(gè)劑量組TG和TC明顯低于貝那普利組(P<0.05)，詳見(jiàn)表6。

表6 各組大鼠血脂指標(biāo)TG和TC比較

2.7 各組大鼠炎性因子比較

各組大鼠血清炎性因子指標(biāo)白介素-1(Interleukin-1，IL-1)、白介素-6(Interleukin-6，IL-6)和腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)比較，與正常組相比，模型組上述三個(gè)指標(biāo)均明顯升高(P<0.05)；與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中和高劑量組均明顯降低(P<0.05)；此外川陳皮素高劑量組明顯低于貝那普利組(P<0.05)，詳見(jiàn)表7。

表7 各組大鼠炎性因子比較

2.8 凋亡相關(guān)蛋白和mRNA的表達(dá)

各組大鼠腎臟組織中B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)、Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2 Associated X Protein,Bax)的蛋白質(zhì)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase-3)蛋白及mRNA表達(dá)量比較，與正常組相比，模型組Bax和Caspase-3明顯升高(P<0.05)，Bcl-2明顯降低(P<0.05)；與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中、高劑量組Bax和Caspase-3 明顯降低(P<0.05)，Bcl-2 明顯升高(P<0.05)；此外川陳皮素三個(gè)劑量組Bax和Caspase-3明顯低于貝那普利組(P<0.05)，川陳皮素中劑量和高劑量組Bcl-2明顯高于貝那普利組(P<0.05)，詳見(jiàn)圖2、表8和表9。

圖2 大鼠腎臟組織中Bcl-2、Bax和Caspase-3蛋白表達(dá)圖Fig.2 The protein expression of Bcl-2,Bax and Caspase-3 注：圖中A、B、C、D、E和F分別為正常組、模型組、貝那普利組以及川陳皮素低、中和高劑量組。Note:A,B,C,D,E and F are the normal group,the model group,the benazepril group and the low,medium and high dose nobiletin group in the figure.

表8 各組大鼠腎臟組織中Bcl-2、Bax和Caspase-3蛋白的相對(duì)表達(dá)量

表9 各組大鼠腎臟組織中凋亡相關(guān)Bcl-2、Bax和Caspase-3的mRNA表達(dá)結(jié)果

3 結(jié)論

基于傳統(tǒng)中藥學(xué)理論，采用現(xiàn)代化技術(shù)手段開(kāi)發(fā)低毒和高效作用的中藥單體對(duì)糖尿病腎病的治療和我國(guó)中醫(yī)藥的發(fā)展具有重要的意義[7-9]。正如前言推測(cè)，川陳皮素對(duì)糖尿病腎病具有一定的保護(hù)作用，但作用機(jī)理未明。為此本研究構(gòu)建了糖尿病腎病大鼠模型，從細(xì)胞凋亡途徑觀察川陳皮素對(duì)其的作用。結(jié)果從尿液腎功能指標(biāo)和血液腎功能指標(biāo)BUN、Scr、UCr 和24 h尿蛋白定量可看出，相較于正常組，模型組均BUN、Scr、UCr 和24 h尿蛋白定量均明顯升高，這證明糖尿病腎病大鼠模型成功構(gòu)建。采用川陳皮素治療后，大鼠BUN、Scr、UCr 和24 h尿蛋白定量均降低，這證明了川陳皮素對(duì)糖尿病腎病具有調(diào)節(jié)作用。

關(guān)于DN的發(fā)病機(jī)制，目前的研究認(rèn)為高血糖可能是其最直接的因素[10]。腎臟在長(zhǎng)期高血糖的浸潤(rùn)下，可引起炎性細(xì)胞過(guò)量分泌，而炎性細(xì)胞可激活核因子、絲裂元活化蛋白激酶家族等多種炎性通路，誘發(fā)IL-1、IL-6和TNF-α等分泌[11-13]。本次研究發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，貝那普利和川陳皮素均可有效降低血糖和炎性因子指標(biāo)IL-1、IL-6和TNF-α，同時(shí)還可升高血清胰島素含量，這提示川陳皮素對(duì)降低血糖、降低炎癥反應(yīng)和升高胰島素方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。此外有文獻(xiàn)報(bào)道[14]約有25%血糖控制良好的患者仍會(huì)發(fā)生DN，這提示高血糖并不是糖尿病腎病發(fā)生的唯一原因，可能存在其他因素造成糖尿病腎病的發(fā)生，其中高血脂可能是造成DN發(fā)生的關(guān)鍵。有研究顯示，在對(duì)炎癥因子的刺激方面，高血脂和高血糖具有相似性，高血脂也會(huì)造成炎性細(xì)胞在腎臟聚集，進(jìn)而導(dǎo)致IL-1、IL-6和TNF-α等炎性因子的釋放[15]，為此本次研究考查了川陳皮素治療后血脂TG和TC的變化特點(diǎn)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中、高劑量組血清中TG和TC均明顯降低，這提示川陳皮素對(duì)糖尿病腎病血脂具有明顯的調(diào)控作用。在研究中同時(shí)發(fā)現(xiàn)貝那普利也可以降低血糖同時(shí)調(diào)節(jié)血脂，這與文獻(xiàn)報(bào)道[16，17]有一定差異，分析原因可能是由于本研究中給予大鼠貝那普利灌胃，大鼠進(jìn)食量有一定減少造成的，也可能是貝那普利有明顯保護(hù)腎臟的作用，腎功能改善后，大鼠精神活動(dòng)有明顯增加，運(yùn)動(dòng)量的增加對(duì)糖尿病血糖降低是有一定作用的，但具體原因仍需要后續(xù)進(jìn)一步研究證實(shí)。

除上述機(jī)制外，腎臟細(xì)胞凋亡也在糖尿病腎病的發(fā)生和發(fā)展中伴有重要作用[18,19]。腎臟細(xì)胞在凋亡初始就參與了糖尿病腎病的各個(gè)環(huán)節(jié)。在腎臟凋亡的發(fā)生過(guò)程中，Bcl-2蛋白家族在其中占有十分重要的地位， Bcl-2蛋白家族中Bcl-2/Bax的比值決定著細(xì)胞凋亡的走向，當(dāng)Bcl-2/Bax比值上調(diào)時(shí)，可以抑制細(xì)胞凋亡；當(dāng)Bcl-2/Bax比值下調(diào)時(shí)，則促進(jìn)細(xì)胞凋亡[18]。除Bcl-2家族蛋白，Caspase-3蛋白也與糖尿病腎病腎臟凋亡密切相關(guān)[20,21]。因此本次研究觀察了川陳皮素對(duì)上述三個(gè)蛋白Bcl-2、Bax和Caspase-3的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，貝那普利組和川陳皮素低、中和高劑量組Bax和Caspase-3 明顯降低，Bcl-2 明顯升高，這提示川陳皮素在抗糖尿病腎病大鼠腎臟組織凋亡方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)改善凋亡，進(jìn)而保護(hù)腎臟組織。

綜合提示，川陳皮素對(duì)對(duì)糖尿病腎病大鼠血液腎功能和尿液腎功能具有很好的改善作用，其作用機(jī)理可能與川陳皮素可降低血糖、升高胰島素，同時(shí)調(diào)節(jié)血脂TG和TC，以及通過(guò)調(diào)控Bcl-2、Bax和Caspase-3蛋白和mRNA表達(dá)，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)。