吳正正 ,嚴(yán) 華 ,葛東宇 ,王 謙 ,嚴(yán) 京 ,宮喜梅 ,宋小花
糖尿病視網(wǎng)膜病變 (diabetic retinopathy,DR)是糖尿病(diabetes mellitus,DM)常見(jiàn)和嚴(yán)重的眼部并發(fā)癥之一,目前占雙眼盲病因的第一位。長(zhǎng)期以來(lái),視網(wǎng)膜微血管病變被認(rèn)為是診斷DR的金標(biāo)準(zhǔn),然而,越來(lái)越多的研究表明,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的功能異常出現(xiàn)在DR微血管病變之前,這一認(rèn)識(shí)對(duì)于如何早期防治DR具有重要意義。本課題組總結(jié)多年臨床經(jīng)驗(yàn),提出“心腎論治”DR的新思路,并在此指導(dǎo)下創(chuàng)立密蒙花方,用于治療早期DR取得良好臨床療效?,F(xiàn)通過(guò)離體細(xì)胞試驗(yàn),從檢測(cè)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡情況,Real Time-PCR法及Western blot法檢測(cè)視RGC-5內(nèi)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子mRNA及蛋白水平和從Sigma-1R機(jī)制方面探討密蒙花方防治DR早期視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷的作用。
1.1.1 試劑:RPMI1640培養(yǎng)基、DMEM培養(yǎng)基 (美國(guó)Gibo公司),胎牛血清(杭州四季青公司),胰蛋白酶-0.02%EDTA,PBS粉,1%青鏈霉素雙抗,谷氨酰胺,HEPES(北京泰格美公司),Cell Conting Kit-8 試劑盒(碧云天),4%多聚甲醛(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物研究所)Annexin V-FITC/PI試劑盒 (嘉美生物有限公司)。 DNase I,RNase Inhibitor,美國(guó) Fermentas(MBI)公司,dNTP(10 mM)2 Ex TaqMix,DL2000 分子量標(biāo)準(zhǔn),寶生物工程(大連)有限公司;瓊脂糖,西班牙Biowest公司;RNase-free H2O,韓國(guó)Walgene公司。Sigma-1R、BDNF、CNTF的引物序列由北京擎科生物工程有限公司合成.
1.1.2 細(xì)胞株:小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞株RGC-5購(gòu)自上海瑞鹿生物科技有限公司
1.1.3 中藥:購(gòu)自北京燕北藥材公司,經(jīng)我院中藥房鑒定為所用道地藥材。生黃芪(產(chǎn)于內(nèi)蒙古),女貞子、益母草(均產(chǎn)于河北),黃連(產(chǎn)于四川),肉桂(產(chǎn)于廣東),密蒙花(產(chǎn)于湖北)。
1.1.4 儀器:二氧化碳培養(yǎng)箱(美國(guó)NAPCO公司),超凈工作臺(tái) (北京月壇儀器廠),倒置相差顯微鏡(COIC,XDS-1,重慶光學(xué)儀器廠),全自動(dòng)酶標(biāo)儀(意大利 SEAC 公司),流式細(xì)胞儀(BDFACSCalibur,美國(guó)BD公司),低溫冰箱(日本SANYO),干燥箱(日本 SANYO),Chromo4熒光定量 PCR儀,美國(guó)BIO-RAD公司,電泳槽,日本TAKARA公司;image system(EUV-LDUV)凝膠成像系統(tǒng),韓國(guó)Korea Biotech公司。
1.2.1 中藥水煎劑的制備 密蒙花方組成:生黃芪、密蒙花、黃連、肉桂、烏梅、女貞子、益母草,將中藥方浸泡30 min,武火煮沸,文火煎15 min,煎兩次,過(guò)濾去渣合并液體,濃縮為每付100 ml,藥物濃度為0.82 g/ml,4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 含藥血清的配制 成年大鼠60只,體重為200 g左右,隨機(jī)分2組,正常組10只,中藥組50只。中藥組每日灌胃密蒙花方水煎劑7.38 g/Kg·d,按單位體重等效計(jì)量換算,相當(dāng)于人的6.3倍。空白對(duì)照組每次灌胃等容量體積的生理鹽水,連續(xù)給藥5 d,bid,禁食12 h,末次給藥1 h后腹主動(dòng)脈取血,3000 r/min離心 10 min,56℃滅活 30 min,0.22 um過(guò)濾膜過(guò)濾除菌,分裝,-20℃保存?zhèn)溆帽4鎮(zhèn)溆谩?/p>
1.2.3 實(shí)驗(yàn)分組:(1)正常組:正常培養(yǎng)的RGC-5細(xì)胞;(2)模型組:高糖條件下培養(yǎng) RGC-5 細(xì)胞;(3)密蒙花方12 h組:高糖+密蒙花方含藥血清;(4)密蒙花方24 h組:高糖+密蒙花方含藥血清;(5)密蒙花方36 h組:高糖+密蒙花方含藥血清。
1.3.1 CCK-8法檢測(cè)密蒙花方含藥血清對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞增殖的影響:取生長(zhǎng)良好,長(zhǎng)滿融合的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,消化制成細(xì)胞懸液,調(diào)整細(xì)胞密度2000個(gè)/ml。將細(xì)胞懸液均勻接種于96孔板中,每孔100ul。常規(guī)培養(yǎng)24h后,以無(wú)血清RPMI1640繼續(xù)培養(yǎng)24 h,使細(xì)胞同步化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分組分別加入不同藥物,每組設(shè)6個(gè)復(fù)孔,分別培養(yǎng)12 h、24 h、36 h、48 h、72 h。每孔加入 CCK-8 溶液 10 ul,37℃,5%CO2培養(yǎng)箱內(nèi)孵育1h。全自動(dòng)酶標(biāo)儀上用450 nm波長(zhǎng)比色測(cè)定,測(cè)出每孔吸光度 (optical density)A值,記錄結(jié)果。增殖率=(實(shí)驗(yàn)組平均A值-對(duì)照組平均A值)/對(duì)照組平均A值×100%。抑制率=(對(duì)照組平均A值-實(shí)驗(yàn)組平均A值)/對(duì)照組平均A值×100%。
1.3.2 FCM檢測(cè)密蒙花方含藥血清對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞凋亡的影響:⑴將細(xì)胞接種于50ml培養(yǎng)瓶中,根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)分組加入不同藥物,分別于培養(yǎng)12 h、24 h、36 h后消化收集細(xì)胞。⑵將預(yù)冷的70%乙醇沿壁緣滴入,輕輕吹打細(xì)胞,4℃固定12 h以上。⑶ 離心(1000 r/min,4 min),PBS 洗 2 次,棄上清。⑷加入濃度為1 mg/ml RNaseA 30μl,37℃恒溫水浴鍋中孵育30 min。⑸加入PI染色液800μl,4℃避光30 min。⑹FCM測(cè)定DNA含量,所有資料經(jīng)ModfitV3.0軟件分析。
1.3.3 Realtime PCR法檢測(cè)檢測(cè)RGC-5細(xì)胞內(nèi)Sigma-1R、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(Ciliary Neurotrophic Factor,CNTF)mRNA 表達(dá)水平:取視網(wǎng)膜組織,迅速轉(zhuǎn)移至預(yù)冷的RNAiso Plus試劑中勻漿,常規(guī)提取組織總RNA,待RNA沉淀完全,加適量無(wú)RNA酶的無(wú)菌水溶解后于-80℃保存。酶標(biāo)儀紫外分光光度法鑒定RNA純度。PrimeScript RT reagent Kit進(jìn)行基因組DNA的除去反應(yīng)、逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。按PCR反應(yīng)體系進(jìn)行擴(kuò)增和檢測(cè)。
1.3.4 Western blot法檢測(cè)檢測(cè)RGC-5細(xì)胞內(nèi)Sigma-1R,BDNF,CNTF蛋白表達(dá)水平:蛋白樣品制備,提取細(xì)胞內(nèi)總蛋白,配好膠后蛋白上樣,電泳,轉(zhuǎn)膜后封閉,加一抗,用封閉液將一抗1:400稀釋),洗膜,結(jié)合二抗(辣根過(guò)氧化物酶1:3000稀釋),洗膜3次。在暗室中采用增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)目的條帶,曝光適當(dāng)時(shí)間,經(jīng)顯影、定影后室溫下晾干。采用圖像掃描,灰度分析。以 Sigma-1R,BDNF,CNTF與β-actin的光密度比值表示 Sigma-1R,BDNF,CNTF蛋白的表達(dá)。
表1 Sigma-1R,BDNF,CNTF的引物序列
圖1 倒置顯微鏡下視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞RGC-5形態(tài),1A 正常組;1B 高糖組;1C 中藥組
應(yīng)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。所有結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)來(lái)表示。各組間數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析(One-Way ANOVA),若 P<0.05 則表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
倒置顯微鏡下,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞接種于無(wú)血清的神經(jīng)基質(zhì)培養(yǎng)基,3 h見(jiàn)細(xì)胞有突起長(zhǎng)出,細(xì)胞近似圓形;細(xì)胞形態(tài)均一,24 h開(kāi)始有突觸生長(zhǎng),細(xì)胞逐漸延長(zhǎng)并增粗,相差顯微鏡下突起明顯可見(jiàn),72h突觸增多并伸長(zhǎng),細(xì)胞體較大,細(xì)胞突起較長(zhǎng),突起的長(zhǎng)度可達(dá)細(xì)胞體直徑的數(shù)倍,細(xì)胞間可見(jiàn)突起相互連接。高糖組細(xì)胞在高糖狀態(tài)下細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制,細(xì)胞間隙增大,部分區(qū)域脫落,可見(jiàn)部分死細(xì)胞。中藥組細(xì)胞增殖旺盛(見(jiàn)圖1)。
經(jīng)CCK-8法檢測(cè),密蒙花方含藥血清作用于高糖狀態(tài)下 RGC-5 細(xì)胞,12 h、24 h、36 h 后,密蒙花方均顯示出促進(jìn)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞增殖的作用,并且呈濃度依賴關(guān)系。
與正常組比較,高糖組吸光度值降低(P<0.01),表現(xiàn)出有抑制RGC-5增殖的作用,與高糖組比較,中藥組吸光度值升高(P<0.01),表現(xiàn)出有促進(jìn)RGC-5增殖的作用。
與正常組比較,高糖組RGC-5細(xì)胞凋亡率增高,說(shuō)明高糖狀態(tài)下視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞受到損傷,增殖受到抑制。與高糖組比較,中藥組RGC-5細(xì)胞凋亡率降低,說(shuō)明密蒙花方具有保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞RGC-5細(xì)胞免受損傷,減少細(xì)胞凋亡的作用,此作用分別在12 h,24 h,36 h均有體現(xiàn),具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)表 2。
表1 CCK8法檢測(cè)密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞增殖的影響
表1 CCK8法檢測(cè)密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞增殖的影響
注:** 與正常組比較,P<0.01
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表2 FCM檢測(cè)密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞凋亡的影響
表2 FCM檢測(cè)密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞凋亡的影響
注:**中藥組與高糖組比較,P<0.01
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對(duì)RGC-5 BDNF mRNA表達(dá)的影響:與正常組相比,高糖組BDNFmRNA表達(dá)降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與高糖組相比,密蒙花方含藥血清組 BDNF mRNA表達(dá)增加,12 h時(shí)和 36 h BDNF mRNA表達(dá)升高,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);24 h時(shí)BDNFmRNA表達(dá)升高,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。 (見(jiàn)表 3)
表3 密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞BDNFmRNA表達(dá)的影響
表3 密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞BDNFmRNA表達(dá)的影響
注:★★高糖組與正常組比較P<0.01;▲中藥組與高糖組比較,P<0.05,▲▲中藥組與高糖組比較,P<0.01
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密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞CNTF mRNA表達(dá)的影響:與正常組相比,高糖組CNTFmRNA表達(dá)降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與高糖組相比,中藥組CNTF mRNA表達(dá)增加,隨時(shí)間延長(zhǎng)mRNA表達(dá)逐漸增加,12 h時(shí)與高糖組沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,24 h時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P<0.05);36h時(shí)CNTF mRNA表達(dá)增高明顯差,異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。 (見(jiàn)表 4)
表4 中藥組對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞CNTF mRNA表達(dá)的影響
表4 中藥組對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞CNTF mRNA表達(dá)的影響
注:★★高糖組與正常組比較P<0.01;▲中藥組與高糖組比較,P<0.05,▲▲中藥組與高糖組比較,P<0.01
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密蒙花方對(duì)RGC-5細(xì)胞Sigma-1R mRNA表達(dá)的影響:與正常組相比,高糖組Sigma-1R mRNA表達(dá)降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與高糖組相比,中藥組Sigma-1RmRNA表達(dá)增加,在12 h和24 h時(shí)增加 (P<0.01);36 h時(shí)表達(dá)升高沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(見(jiàn)表5)
表5 中藥組對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞Sigma-1RmRNA表達(dá)的影響
表5 中藥組對(duì)高糖狀態(tài)下RGC-5細(xì)胞Sigma-1RmRNA表達(dá)的影響
注:★★高糖組與正常組比較P<0.01;▲中藥組與高糖組比較,P<0.05;▲▲ 中藥組與高糖組比較,P<0.01
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BDNF蛋白表達(dá):高糖組明顯低于正常組,且隨著時(shí)間延長(zhǎng)表達(dá)量逐漸降低至36 h時(shí)最低。中藥組與高糖組比較,在12 h時(shí)略有升高,在24 h時(shí)表達(dá)量最高,36 h時(shí)降低,但仍明顯高于高糖組。(見(jiàn)圖3)
CNTF蛋白表達(dá):高糖組明顯低于正常組,且隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低,至36 h時(shí)最低。中藥組與高糖組比較,在12 h時(shí)略有升高,在24 h時(shí)最高,36 h時(shí)降低,其與β-actin的比值仍高于高糖組。
圖3 Western blot法檢測(cè)RGC-5細(xì)胞BDNF、CNTF及Sigma-1R蛋白水平。σ1:Sigma-1R
Sigma-1R蛋白表達(dá):高糖組Sigma-1R蛋白表達(dá)明顯低于正常組,參照與β-actin的比值各時(shí)間點(diǎn)未見(jiàn)明顯差異。中藥組與高糖組比較,在12 h、24 h時(shí)表達(dá)量升高明顯,36 h時(shí)表達(dá)量降低,其與β-actin的比值仍高于高糖組。
DR的研究重點(diǎn)一直在于微血管病變,近年來(lái)的研究表明[1-3],DR神經(jīng)元的損傷發(fā)生在微血管改變之前,因此重視對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的防護(hù)對(duì)于早期DR的防治具有重要意義。本課題組長(zhǎng)期采用中醫(yī)藥對(duì)DR進(jìn)行防治,提出“心腎論治早期DR”的新思路,并在此辨證思路的指導(dǎo)下創(chuàng)立密蒙花方,對(duì)于早期DR臨床上取得良好療效。密蒙花方是在密蒙花、交泰丸(黃連、肉桂)的基礎(chǔ)上加黃芪、女貞子、益母草等藥而成。諸藥相配,具有益氣養(yǎng)陰、和血明目的作用。
視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞 (retinal ganglion cell,RGC)是視網(wǎng)膜內(nèi)層的主要組成部分,是視覺(jué)器官的第三神經(jīng)元,其樹(shù)突在內(nèi)叢狀層,軸突形成軸索穿出眼球進(jìn)入神經(jīng)纖維層,構(gòu)成視神經(jīng),由視神經(jīng)將視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞感受到的光刺激信息傳遞至大腦枕葉完成視功能,是具有視網(wǎng)膜視覺(jué)信號(hào)輸出功能的神經(jīng)元。RGCs進(jìn)行性死亡是視功能不可逆性損害的主要原因。研究表明,RGCs損傷是糖尿病視網(wǎng)膜病變中的重要環(huán)節(jié),保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞會(huì)延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生[1]。
Whitmire W[2]發(fā)現(xiàn)DR早期視網(wǎng)膜損傷可表現(xiàn)為:視網(wǎng)膜內(nèi)層RGCs數(shù)目減少,RGCs損害的主要途徑是RGCs軸突軸漿運(yùn)輸阻斷導(dǎo)致神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺乏,造成RGCs的原發(fā)性損傷,通過(guò)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),激發(fā)一系列級(jí)聯(lián)式反應(yīng),激活了某些誘導(dǎo)凋亡的基因,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,進(jìn)一步引起RGCs的繼發(fā)性損害。因此補(bǔ)充神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子,對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的凋亡可能有一定的防治作用。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子可減少R GC凋亡[3]。RGCs存活或軸突再生依賴于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。其中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、視網(wǎng)膜睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子 (CNTF)在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層和Muller纖維中表達(dá),并且對(duì)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的生存起重要作用[4-5]。
國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí),體外培養(yǎng)時(shí)25~30mmol/L的高糖濃度,可等同于糖尿病時(shí)體內(nèi)高糖狀態(tài)[6],本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此相符。研究采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞增殖顯示高糖組吸光度值顯著降低抑制RGC-5增殖(P<0.01),與高糖組比較,中藥組吸光度值顯著升高,表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)RGC-5增殖的作用,并且呈濃度依賴關(guān)系(P<0.01)。通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)RGC-5細(xì)胞凋亡率證明高糖可誘導(dǎo)GRC-5出現(xiàn)凋亡,且呈時(shí)間依賴性。本試驗(yàn)研究通過(guò)mRNA和蛋白表達(dá)檢測(cè),證實(shí)睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和腦源性營(yíng)養(yǎng)因子水平在高糖下表達(dá)下降,而在中藥組表達(dá)升高。提示密蒙花方含藥血清可通過(guò)升高細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)生長(zhǎng)因子水平,從而起到保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的作用。
Sigma受體曾被視為阿片類受體的一個(gè)亞型,它參與保護(hù)神經(jīng)、影響細(xì)胞活性和增殖、調(diào)節(jié)離子通道等生物學(xué)功能。研究表明[7],Sigma-1R的激活能夠抑制谷氨酸興奮性毒性所致的培養(yǎng)大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)元的凋亡,其機(jī)制可能與抑制NMDAR和AMPAR介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流,阻止胞內(nèi)鈣超載有關(guān)[8]。本研究中糖尿病模型組Sigma-1R蛋白水平降低,中藥組與DM模型組相比,Sigma-1R蛋白水平升高,提示密蒙花方能通過(guò)調(diào)節(jié)Sigma-1R參與抑制谷氨酸興奮性毒性,發(fā)揮保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的作用,有研究提出Sigma-1R與GRP78結(jié)合后被激活參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[9]。其如何通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑發(fā)揮作用有待進(jìn)一步研究。
密蒙花方是高健生研究員通過(guò)多年臨床經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)防治糖尿病視網(wǎng)膜病變有效的方劑,臨床觀察具有防護(hù)早期糖尿病視網(wǎng)膜病變作用[10-11]。本研究中,中藥密蒙花方可以上調(diào)睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子和腦源性營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá),Sigma-1RmRNA及蛋白水平升高,且體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡明顯減少,進(jìn)而推斷密蒙花方可防治高糖下體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞發(fā)生凋亡和損傷,其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF、CNTF表達(dá)和Sigma介導(dǎo)有關(guān)。