程天陽 馬書云 楊丹 夏虹 張冰冰 魯科達(dá)
1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 杭州 310053 2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院3.浙江中醫(yī)藥大學(xué) 4.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三醫(yī)院
慢性腎功能衰竭(chronic renal failure,CRF)是慢性腎臟?。╟hronic kidney disease,CKD)發(fā)展成終末期腎?。╡nd stage renal disease,ESRD)的共通途徑,在此過程中28%~54%的透析患者會伴隨不同程度的代謝紊亂和營養(yǎng)不良[1],被稱作蛋白質(zhì)-能量營養(yǎng)不良(protein-energy wasting,PEW)。作為CKD的常見并發(fā)癥之一,PEW以體質(zhì)量減低、血清白蛋白水平下降、肌肉萎縮(muscular atrophy,MA)等為主要表現(xiàn),其中MA被認(rèn)為是判斷PEW嚴(yán)重程度的最佳指標(biāo)[2]。另有研究表明,MA可使透析患者4~6年死亡風(fēng)險上升3倍[3],因此改善CRF患者整體營養(yǎng)狀態(tài)、防止肌肉萎縮,對提高其生存率及生活質(zhì)量具有重要意義。
CRF患者出現(xiàn)PEW的主要原因是蛋白質(zhì)合成與分解的代謝失衡。近年來研究發(fā)現(xiàn),自噬溶酶體系統(tǒng)(autophagy lysosome system,ALS)作為一種新的蛋白質(zhì)降解途徑,在維持骨骼肌細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的過程中發(fā)揮了重要作用[4]。而CKD相關(guān)的臨床研究和動物實驗中均證實研究對象骨骼肌存在自噬活化現(xiàn)象[5-6],這提示自噬極有可能參與了CRF患者M(jìn)A的發(fā)生發(fā)展。
益氣健脾消瘀泄?jié)岱绞囚斂七_(dá)教授基于“脾主肌肉”理論提出的治療CRF營養(yǎng)不良的專方,以補氣藥為主、化瘀藥為輔、健脾藥固本、蟲類藥為使,有益氣健脾、消瘀泄?jié)嶂?。前期研究已證實,其基礎(chǔ)方消瘀泄?jié)犸媽KD氣虛夾瘀證具有較好療效[7-9]。
本研究以CRF-PEW大鼠為研究對象,觀察益氣健脾消瘀泄?jié)岱綄ζ涔趋兰∽允上嚓P(guān)基因表達(dá)的影響,探討益氣健脾消瘀泄?jié)岱礁纳艭RF-PEW的作用和機(jī)制,為該方的臨床推廣提供理論依據(jù)。
1.1 實驗動物 無特定病原體(specified pathogen free,SPF)級健康雄性SD大鼠30只,6周齡,體質(zhì)量160~180 g,購于上海西普爾-必凱實驗動物有限公司[實驗動物生產(chǎn)許可證號碼:SCXK(滬)2018-0006],飼養(yǎng)于浙江中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗中心[實驗動物使用許可證號碼:SYXK(浙)2018-0012]。實驗期間予SPF級低蛋白飼料(酪蛋白60 g·kg-1、淀粉539 g·kg-1、糊化淀粉130.5 g·kg-1、蔗糖100 g·kg-1、豆油70 g·kg-1、微晶纖維素50 g·kg-1、礦物鹽混合物35 g·kg-1、維生素混合物10 g·kg-1、L-胱氨酸3.0 g·kg-1、 氯化膽堿2.5 g·kg-1)飼養(yǎng),飼料購于江蘇協(xié)同醫(yī)藥生物工程有限責(zé)任公司(批號:XTLPR001),自由飲水,保持晝夜節(jié)律,室溫(22±1)℃。本研究已獲得浙江中醫(yī)藥大學(xué)實驗動物管理與倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)編號:IACUC-20180507-06)。
1.2 藥品和試劑 益氣健脾消瘀泄?jié)岱接缮S芪30 g、車前草20 g、地龍12 g、制軍10 g、桃仁12 g、川牛膝12 g、黨參15 g、白術(shù)15 g、茯苓15 g組成,以上中藥由浙江省中醫(yī)院中藥房提供,以單蒸水600 mL煎煮1 h,重復(fù)2次,混勻后以旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮至1.47 g·mL-1,4℃冰箱保存待用。復(fù)方α-酮酸片購于北京費森尤斯卡比醫(yī)藥有限公司(規(guī)格:0.63 g/片,國藥準(zhǔn)字:H20041442),以0.9%氯化鈉注射液8 mL溶解,配制成78.75 mg·mL-1的混懸液,4℃保存待用。SYBR Green實時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Real-time quantitative polymerase chain reaction,Real-time qPCR)試劑盒購于北京康為世紀(jì)生物科技有限公司(批號:CW2601);二喹啉甲酸 (bicinchoninic acid,BCA)蛋白定量試劑盒購于Solarbio Cat公司 (批號:pc0020);兔抗p62多克隆抗體、兔抗微管相關(guān)蛋白輕鏈3A/3B (microtubule-associated protein light chain 3A/3B,LC3A/B)多克隆抗體、兔抗Beclin-1多克隆抗體、兔抗叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3a(forkhead-box transcription factor O3a,F(xiàn)oxo3a)多克隆抗體均購于CST公司(批號:39749、4108S、3495S、12829S)。
1.3 主要儀器 TE2000-S型熒光顯微鏡購于日本Nikon公司;SorvallTMST 8型低溫高速離心機(jī)和Qubit4型核酸蛋白定量儀均為美國ThermoFisher Scientific公司產(chǎn)品;Mastercycler?nexus型普通PCR擴(kuò)增儀購于德國Eppendorf公司;CMaxPlus型酶標(biāo)儀為美國Molecular Devices公司產(chǎn)品。
1.4 方法
1.4.1 分組給藥 大鼠予普通飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)挑選5只作為假手術(shù)組,僅剝離腎包膜;余下25只大鼠行二步法5/6腎切除,建立CRF大鼠模型,第2次術(shù)后改為低蛋白飲食喂養(yǎng),制作CRF-PEW大鼠模型。以造模后大鼠體質(zhì)量較假手術(shù)組下降20%以上為造模成功的主要標(biāo)志,并將造模成功大鼠隨機(jī)分為模型對照組8只、陽性對照組8只、中藥治療組9只,造模成功次日開始灌胃給藥。根據(jù)人-大鼠體表面積的轉(zhuǎn)換系數(shù)6.25進(jìn)行換算,中藥治療組大鼠中藥用量為1 mL·100g-1,陽性對照組大鼠復(fù)方α-酮酸片混懸液用量為0.7875 g·kg-1(根據(jù)60 kg成人用量7.56 g·d-1進(jìn)行換算),模型對照組大鼠使用等體積0.9%氯化鈉注射液,各組灌胃量均為1 mL·100g-1,1次/d,持續(xù)8周。
1.4.2 標(biāo)本采集 治療前后采用代謝籠收集大鼠24 h尿液;給藥前頜下靜脈采血,給藥完成后心臟取血,血液靜置離心后取上層血清,轉(zhuǎn)移至1.5 mL離心管;心臟取血后,于冰上剝離雙側(cè)脛骨前肌和腓腸肌,置于凍存管。所有標(biāo)本均-80℃凍存,用于后續(xù)檢測。
1.4.3 指標(biāo)檢測
1.4.3.1 腎功能檢測 采用全自動生化分析儀檢測大鼠給藥前后血肌酐(serum creatinine,Scr)、血尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)、血清白蛋白(albumin,ALB)以及24 h尿蛋白(24 hours urine protein,24 h Upr)水平。
1.4.3.2 骨骼肌形態(tài)改變觀察 大鼠骨骼肌放入10%中性甲醛中固定24 h后,取材包埋,切片后60℃烘片1 h,二甲苯脫蠟后行蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色,200倍光鏡下觀察各組骨骼肌形態(tài)差異。
1.4.3.3 Real-time qPCR檢測骨骼肌p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因表達(dá) 嚴(yán)格按照總RNA提取試劑盒說明書提取組織RNA并進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄及擴(kuò)增,以甘油醛-3-磷酸脫氫酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)為內(nèi)參基因。引物由杭州鷹旸生物科技有限公司合成,序列見表1。設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線,將已提取的總RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA進(jìn)行擴(kuò)增,反應(yīng)條件:94℃變性30 s,60℃退火30 s,72℃延伸1 min,共40個循環(huán),72℃終止延伸5 min。生成擴(kuò)增曲線和熔解曲線,采用2-△△CT方法計算各基因的相對表達(dá)量。
1.4.3.4 免疫印跡檢測骨骼肌p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a蛋白表達(dá) 取大鼠骨骼肌提取蛋白,蛋白定量后按照試驗操作步驟進(jìn)行電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉后,加入一抗,4℃孵育過夜。加入對應(yīng)二抗,室溫避光孵育1 h后熒光法掃描顯像,并進(jìn)行蛋白條帶分析,以GAPDH為內(nèi)參,計算蛋白相對表達(dá)量。
1.4.3.5 免疫組化檢測骨骼肌Foxo3a表達(dá) 嚴(yán)格按照實驗步驟對骨骼肌病理切片進(jìn)行抗原修復(fù)、免疫雜交、復(fù)染、封膠,在200倍光鏡下隨機(jī)選取6個不重復(fù)視野觀察染色區(qū)域,并采用Image Pro Plus 6.0軟件測定陽性染色面積(Area)、累積光密度(integrated optical density,IOD)值,并計算平均光密度值(mean optical density,MOD)進(jìn)行半定量分析。
1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示,組間總體比較采用單因素方差分析,其中方差齊的資料采用最小顯著性差異(least significant difference,LSD)法進(jìn)行兩兩比較,方差不齊的資料采用Dunnett's T3法進(jìn)行兩兩比較;非正態(tài)分布的資料組間比較采用非參數(shù)檢驗方法。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 各組大鼠腎功能比較 與假手術(shù)組比較,治療前與治療后造模各組Scr、BUN均顯著升高(P<0.01);與模型對照組比較,治療后陽性對照組、中藥治療組Scr有所下降(P<0.05),BUN顯著下降(P<0.01);與陽性對照組比較,中藥治療組治療后Scr、BUN降低更明顯(P<0.05)。 見表2。
表2 各組大鼠腎功能比較Tab.2 Comparison of kidney function in each group (±s)
表2 各組大鼠腎功能比較Tab.2 Comparison of kidney function in each group (±s)
注:與假手術(shù)組比較,**P<0.01;與模型對照組比較,△P<0.05,△△P<0.01;與陽性對照組比較,☆P<0.05。Note:Compared with sham operation group,**P<0.01;compared with model control group,△P<0.05,△△P<0.01;compared with positive drug control group,☆P<0.05.
BUN(mmol·L-1)治療前 治療后 治療前 治療后假手術(shù)組 28.53±2.07 38.98±3.74 2.64±0.18 3.47±0.50模型對照組 58.76±10.34** 55.15±9.46** 8.86±0.50** 10.77±2.29**陽性對照組 59.66±9.37** 45.95±4.77**△ 8.97±0.37** 7.37±0.47**△△中藥治療組 60.56±11.22** 42.94±5.22**△☆ 8.88±0.48** 6.15±0.54**△△☆Scr(μmol·L-1)組別
2.2 各組大鼠ALB與24 h Upr水平比較 與假手術(shù)組比較,治療前造模各組ALB水平下降(P<0.05),24 h Upr升高(P<0.01);與模型對照組比較,治療后陽性對照組ALB水平升高、24 h Upr下降(P<0.05),中藥治療組ALB、24 h Upr變化更顯著(P<0.01);與陽性對照組比較,中藥治療組治療后ALB水平升高更明顯(P<0.05)、24 h Upr降低更明顯(P<0.05)。 見表3。
表3 各組大鼠ALB與24 h Upr水平比較Tab.3 Comparison of ALB and 24 h Upr in each group (±s)
表3 各組大鼠ALB與24 h Upr水平比較Tab.3 Comparison of ALB and 24 h Upr in each group (±s)
注:與假手術(shù)組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型對照組比較,△P<0.05,△△P<0.01;與陽性對照組比較,☆P<0.05。Note:Compared with sham operation group,*P<0.05,**P<0.01;compared with model control group,△P<0.05,△△P<0.01;compared with positive drug control group,☆P<0.05.
24 h Upr(mg·24 h)治療前 治療后 治療前 治療后假手術(shù)組 32.06±0.68 32.82±2.04 22.56±1.77 23.96±2.55模型對照組 25.38±3.63* 24.50±2.06* 35.72±2.13** 36.10±3.07**陽性對照組 25.67±3.58* 27.51±1.18*△ 35.08±2.39** 30.05±1.44**△中藥治療組 25.80±3.59* 28.22±0.70*△△☆ 35.16±2.07** 27.51±0.75**△△☆A(yù)LB(g·L-1)組別
2.3 各組大鼠骨骼肌形態(tài)改變比較 與假手術(shù)組比較,模型對照組大鼠骨骼肌明顯萎縮;與模型對照組比較,陽性治療組與中藥治療組大鼠骨骼肌萎縮程度均有所改善。見圖1。
圖1 各組大鼠骨骼肌形態(tài)改變(HE染色,200×)Fig.1 Changes in skeletal muscle morphology of rats in each group(HE staining,200×)
2.4 各組大鼠骨骼肌組織p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a表達(dá)比較
2.4.1 各組大鼠骨骼肌組織p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因表達(dá)比較 與假手術(shù)組比較,模型對照組p62基因表達(dá)量降低(P<0.01),LC3A/B、Beclin-1和Foxo3a基因表達(dá)量升高(P<0.01);與模型對照組比較,治療后陽性對照組、中藥治療組p62基因表達(dá)量升高(P<0.01),LC3A/B、Beclin-1和Foxo3a基因表達(dá)量均降低(P<0.05,P<0.01);與陽性對照組比較,中藥治療組p62基因表達(dá)量升高更明顯(P<0.05)、Foxo3a基因表達(dá)量降低更明顯(P<0.05)。 見表4。
表4 各組大鼠骨骼肌組織p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因表達(dá)比較Tab.4 Comparison of p62,LC3A/B,Beclin-1 and Foxo3a gene expressionin skeletal muscle in each group (±s)
表4 各組大鼠骨骼肌組織p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因表達(dá)比較Tab.4 Comparison of p62,LC3A/B,Beclin-1 and Foxo3a gene expressionin skeletal muscle in each group (±s)
注:與假手術(shù)組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型對照組比較,△P<0.05,△△P<0.01;與陽性對照組比較,☆P<0.05。Note:Compared with sham operation group,*P<0.05,**P<0.01;compared with model control group,△P<0.05,△△P<0.01;compared with positive drug control group,☆P<0.05.
組別 p62 LC3A/B Beclin-1 Foxo3a假手術(shù)組 0.99±0.07 0.99±0.03 1.01±0.11 1.02±0.10模型對照組 0.33±0.02** 1.09±0.02** 3.95±0.09** 3.57±0.49**陽性對照組 0.89±0.08*△△ 0.75±0.13*△ 2.50±0.33*△△ 1.57±0.26*△△中藥治療組 1.00±0.06*△△☆ 0.61±0.06*△ 2.23±0.12*△△ 1.22±0.05*△△☆
2.4.2 各組大鼠骨骼肌組織p62、LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a蛋白表達(dá)比較 與假手術(shù)組比較,模型對照組p62蛋白表達(dá)降低(P<0.01),LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a蛋白表達(dá)升高(P<0.01);與模型對照組比較,陽性對照組、中藥治療組p62蛋白表達(dá)升高(P<0.01),LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a蛋白表達(dá)降低(P<0.01);與陽性對照組比較,中藥治療組p62蛋白表達(dá)升高更明顯(P<0.05)。 見圖2。
圖2 免疫印跡檢測骨骼肌目標(biāo)基因蛋白表達(dá)情況Fig.2 Expression of target gene protein in skeletal muscle by Western blot
2.4.3 各組大鼠骨骼肌組織Foxo3a表達(dá)比較 與假手術(shù)組比較,模型對照組、陽性對照組、中藥治療組骨骼肌細(xì)胞胞質(zhì)中均顯示不同程度的棕褐染色,提示Foxo3a表達(dá)上調(diào)。見圖3。與假手術(shù)組比較,模型對照組與陽性對照組Foxo3a表達(dá)均顯著升高(P<0.01,P<0.05);與模型對照組比較,中藥治療組與陽性對照組Foxo3a表達(dá)顯著降低(P<0.01,P<0.05)。 見表5。
圖3 各組大鼠骨骼肌中Foxo3a蛋白的表達(dá)情況(200×)Fig.3 Expression of Foxo3a protein in skeletal muscle in each group(200×)
表5 各組大鼠骨骼肌中Foxo3a蛋白表達(dá)比較Tab.5 Comparison of Foxo3a protein expression in skeletal muscle in each group (±s)
表5 各組大鼠骨骼肌中Foxo3a蛋白表達(dá)比較Tab.5 Comparison of Foxo3a protein expression in skeletal muscle in each group (±s)
注:與假手術(shù)組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型對照組比較,△P<0.05,△△P<0.01。Note:Compared with sham operation group,*P<0.05,**P<0.01;compared with model control group,△P<0.05,△△P<0.01.
組別 Area IOD MOD假手術(shù)組 106 293.858±9 930.774 4 223.246±440.466 0.040±0.007模型對照組 2 903 643.125±245 918.724** 164 787.390±10 908.831** 0.057±0.006**陽性對照組 2 618 414.623±208 672.230*△ 130 005.233±15 777.401*△ 0.050±0.007*△中藥治療組 620 986.378±34 813.336△△ 27 275.249±2 028.691△△ 0.044±0.005△△
PEW是CRF患者的常見并發(fā)癥,在加速疾病進(jìn)展的同時更易誘發(fā)心血管事件,增加感染風(fēng)險,是ESRD患者住院率和死亡率增加的主要原因[10]。蛋白質(zhì)合成與分解失衡是發(fā)生PEW的根本原因,包括膳食中蛋白質(zhì)和能量攝入不足,以及由于代謝性酸中毒、內(nèi)分泌紊亂以及微炎癥狀態(tài)等造成的蛋白質(zhì)代謝失調(diào),透析患者在治療過程中更容易伴隨額外的營養(yǎng)丟失?,F(xiàn)有的臨床營養(yǎng)支持療法對經(jīng)濟(jì)條件要求較高,患者依從性較差,且尚無足夠循證醫(yī)學(xué)證據(jù)支持其降低了患者死亡率。
祖國醫(yī)學(xué)認(rèn)為CRF屬于“水腫”“關(guān)格”范疇,以脾腎虧虛為本,濁毒壅滯為標(biāo),病程日久,臟腑衰退,氣血兩虛,故面色無華,肢體痿廢。針對PEW導(dǎo)致的骨骼肌萎縮,魯科達(dá)教授依據(jù)“脾主肌肉”理論,強調(diào)健脾在CKD治療中的作用,其一“諸濕腫滿,皆屬于脾”,脾為太陰濕土,虛則水寒相侮,陽虛運化不利,飲停發(fā)為浮腫;其二“氣血生化,脾為之源”,脾為后天之本,受納運化水谷,消化吸收不佳,臟腑氣血失養(yǎng);其三“脾氣散精,充養(yǎng)四肢”,脾為升降樞紐,協(xié)調(diào)五臟陰陽,水精四布不暢,肌骨筋脈失榮。由此,魯科達(dá)教授在“祛瘀生新”治法基礎(chǔ)上結(jié)合“脾主肌肉”理論,創(chuàng)立益氣健脾消瘀泄?jié)岱?,作為治療CRF-PEW患者的專方。該方為消瘀泄?jié)犸嬇c四君子湯合方化裁所得,由生黃芪30 g、川牛膝12 g、桃仁12 g、地龍12 g、制軍10 g、車前草20 g、黨參15 g、茯苓15 g、白術(shù)15 g組成。方中重用黃芪補氣行血,鼓動諸藥;制軍蕩滌腸胃,消積破滯;桃仁、牛膝協(xié)同活血,逐瘀通經(jīng);地龍性喜走竄,功擅通絡(luò);車前草利水通淋,導(dǎo)濁下行;參術(shù)茯苓助陽補氣,化濕健脾。氣足則推動,血行則瘀去,水行則濁泄,諸藥合用,消補兼施,共奏益氣健脾、消瘀泄?jié)嶂Α?/p>
自噬在PEW骨骼肌萎縮過程中發(fā)揮重要作用,其調(diào)控機(jī)制較為復(fù)雜,自噬相關(guān)基因(autophagy related genes,Atg)表達(dá)可受多種信號分子影響。p62是自噬特異性底物,可通過與Atg8的同源蛋白LC3結(jié)合,介導(dǎo)自噬-溶酶體系統(tǒng)降解[11];Atg6同源蛋白Beclin-1,在自噬體的形成中必不可少,可促進(jìn)自噬小泡的成核及胞質(zhì)蛋白的招募,是自噬體形成的標(biāo)志[12];Foxo轉(zhuǎn)錄因子在CKD誘導(dǎo)的MA過程中起著關(guān)鍵作用,活性Foxo3a可通過自噬刺激肌肉中的溶酶體蛋白水解[6]。
本研究中陽性對照組使用復(fù)方α-酮酸片預(yù)防和治療因CRF導(dǎo)致的PEW,結(jié)果發(fā)現(xiàn)益氣健脾消瘀泄?jié)岱降寞熜?yōu)于復(fù)方α-酮酸片。首先,益氣健脾消瘀泄?jié)岱脚c復(fù)方α-酮酸片均可降低CRF-PEW大鼠Scr、BUN和24 h Upr水平,升高ALB水平;而益氣健脾消瘀泄?jié)岱降恼{(diào)節(jié)作用相較復(fù)方α-酮酸片更為顯著,證實了該方對CRF腎功能的保護(hù)作用。其次,與假手術(shù)組比較,模型對照組大鼠骨骼肌明顯萎縮,p62基因及蛋白表達(dá)水平顯著下降,LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因及蛋白表達(dá)水平顯著升高,提示肌肉蛋白質(zhì)分解可能與自噬激活有關(guān);而中藥治療組大鼠骨骼肌p62基因及蛋白表達(dá)水平有所上升,而LC3A/B、Beclin-1、Foxo3a基因及蛋白表達(dá)水平有所下降,比陽性對照組更顯著,表明益氣健脾消瘀泄?jié)岱娇梢种乒趋兰∽允蓮亩纳芃A,在該方面的作用亦優(yōu)于復(fù)方α-酮酸片。
綜上所述,益氣健脾消瘀泄?jié)岱綄δI功能具有保護(hù)作用,且能夠在一定程度上改善CRF-PEW,減輕骨骼肌萎縮,其作用機(jī)制可能與抑制骨骼肌自噬有關(guān)。未來的研究將進(jìn)一步探索益氣健脾消瘀泄?jié)岱秸{(diào)控的具體信號通路,以加深對其作用機(jī)制的了解,為中醫(yī)藥多靶點治療與現(xiàn)代化推廣提供實驗依據(jù)。