三七總皂苷對(duì)糖尿病腎病大鼠腎纖維化的改善作用

李 娜， 王風(fēng)云， 鄭 雁， 肖亞利， 萇沛森， 馬素好， 侯小麗， 姬新穎

(1.鄭州澍青醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)部，河南 鄭州 450064；2.河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院護(hù)理學(xué)院，河南 鄭州 450000；3.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475000)

隨著人們壽命的延長(zhǎng)和飲食結(jié)構(gòu)的改變，糖尿病腎病成為我國(guó)終末期腎疾病的重要病因，嚴(yán)重影響人類(lèi)的健康[1]。腎纖維化是糖尿病腎病的主要病理改變，其纖維化程度與腎功能損傷息息相關(guān)，但目前臨床上尚無(wú)治療腎纖維化的特效藥物[2]。

鞘氨醇激酶1(SphK1)由Obinata等首次從大鼠腎組織純化提取出來(lái)，可催化鞘氨醇(Sp)生成1-磷酸鞘氨醇(S1P)[3]。臨床上發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病患者腎組織SphK1活性增強(qiáng)，S1P水平增加[4]。蘭天等[5]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠腎臟SphK1-S1P信號(hào)通路被激活，促使腎功能損傷。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在高糖、糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)和氧化應(yīng)激等狀態(tài)下，SphK1被激活，S1P水平增加使腎小球系膜細(xì)胞(MC)增殖和遷移，進(jìn)而分泌大量的炎性介質(zhì)和細(xì)胞外基質(zhì)成分，加速腎纖維化進(jìn)展[6-10]。氧化應(yīng)激是高糖介導(dǎo)組織損傷途徑的主要原因，也是腎纖維化形成的關(guān)鍵因素，貫穿于腎纖維化發(fā)生、發(fā)展的始終，在糖尿病腎纖維化的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用[11-12]。因此，藥物是否通過(guò)氧化應(yīng)激途徑激活SphK1-S1P信號(hào)通路，從而促進(jìn)腎組織的炎癥及纖維化的進(jìn)程尚不明確。

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為，糖尿病腎病患者多以腎病血瘀證為主要癥候，常伴有血尿，若單純用止血藥進(jìn)行治療，可止血但不可化瘀，若單純用活血藥物進(jìn)行治療，可化瘀但不可止血[13]。三七因具有活血和止血的雙重功效，已成為臨床上治療腎病血瘀證患者的首選藥物[14]。三七總皂苷是中藥三七的主要活性成分，具有抗氧化、改善微循環(huán)、抗炎、抗休克等藥理活性[15-16]?，F(xiàn)代藥理研究顯示，三七總皂苷可改善糖尿病腎病模型大鼠的腎功能，延緩腎纖維化，但其具體作用機(jī)制尚不明確[17]。本研究基于SphK1-S1P信號(hào)通路，通過(guò)建立糖尿病腎病模型，探討三七總皂苷改善糖尿病腎病腎纖維化的作用機(jī)制，以期為尋找相關(guān)藥物提供新方向。

1 材料

1.1 儀器 BLT GelView 6000 Pro型化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(廣州博鷺騰生物科技有限公司)；穩(wěn)捷血糖儀(美國(guó)強(qiáng)生公司)；7600型全自動(dòng)生物化學(xué)分析儀(日本日立公司)；實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)儀(美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司)；PowerPac型電泳儀(美國(guó)Bio-Rad公司)；RM2125 RTS型手動(dòng)輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)(德國(guó)Leica公司)；BX61型光學(xué)顯微鏡(日本Olympus公司)；M200 PRO型多功能酶標(biāo)儀(瑞士Tecan公司)。

1.2 試劑與藥物 三七總皂苷(純度99%，含量80%，批號(hào)TB20171210)購(gòu)自西安天寶生物科技有限公司。鏈脲佐菌素(STZ，批號(hào)SO1300)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司；尿微量白蛋白(mAlb)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒(批號(hào)20170102B)購(gòu)自中國(guó)原子能科學(xué)研究所；丙二醛(MDA，批號(hào)20171017)、還原型谷胱甘肽(GSH，批號(hào)20170815)、總超氧化物歧化酶(T-SOD，批號(hào)20170720)、血清胱抑素(Cys-C，批號(hào)20180714)、Masson染色試劑盒(批號(hào)20180521)均購(gòu)自南京建成生物工程研究所；PCR引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成，引物序列及產(chǎn)物長(zhǎng)度見(jiàn)表1；Prime ScriptTMRT reagent kit(批號(hào)DRR041)、SYBR Premix Ex TaqTMⅡ(批號(hào)RR820A)購(gòu)自日本TaKaRa公司；S1P、C17-S1P對(duì)照品(純度大于97%)購(gòu)自美國(guó)Avanti Polar Lipids公司。其余試劑均為分析純；水為超純水。

表1 PCR引物序列

1.3 動(dòng)物 SPF級(jí)SD大鼠，雄性，10～16周齡，體質(zhì)量200～220 g，購(gòu)自河南省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào)SYXK(豫)2019-0002。大鼠飼養(yǎng)條件為溫度(23±1)℃，相對(duì)濕度(54±10)%，12 h/12 h明暗交替，自由進(jìn)食飲水。

2 方法

2.1 分組、造模與給藥 參照文獻(xiàn)[18]報(bào)道，大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后禁食12 h，分為正常組(12只)和造模組(38只)，造模組腹腔注射STZ溶液(65 mg/kg，臨用時(shí)以檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液溶解)，正常組大鼠腹腔注射等體積檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，72 h后尾靜脈采血，禁食8 h后檢測(cè)空腹血糖(FBG)水平，連續(xù)4 d FBG均不低于16.7 mmol/L，則表明造模成功[19]。剔除造模不成功大鼠2只，將36只造模成功者隨機(jī)分為模型組和三七總皂苷高、低劑量組(62、31 mg/kg，臨用時(shí)以生理鹽水溶解)，每組12只，其中三七總皂苷組大鼠灌胃給予相應(yīng)劑量藥物，正常組和模型組大鼠灌胃給予等量生理鹽水，每天1次，連續(xù)8周。

2.2 樣品采集 末次給藥后，大鼠轉(zhuǎn)入代謝籠中，收集24 h尿液，腹腔注射5%水合氯醛(6 mL/kg)進(jìn)行麻醉，腹主動(dòng)脈取血2 mL(空腹時(shí)間大于8 h)，2 000 r/min離心2 min，分離得血清，用于檢測(cè)生化指標(biāo)。取血后，大鼠脫頸椎處死，取腎組織，分離腎皮質(zhì)，一部分置于4%多聚甲醛溶液中固定，用于組織病理學(xué)觀察；另一部分用于腎組織氧化應(yīng)激指標(biāo)和相關(guān)蛋白表達(dá)的檢測(cè)。

2.3 大鼠FBG、體質(zhì)量檢測(cè) 造模成功后，各組大鼠每周定期尾靜脈采血檢測(cè)其FBG和體質(zhì)量。

2.4 大鼠腎組織肥大指數(shù)和腎功能相關(guān)指標(biāo)檢測(cè) 取“2.2”項(xiàng)下大鼠腎組織，稱(chēng)定質(zhì)量，計(jì)算其腎肥大指數(shù)。取“2.2”項(xiàng)下大鼠尿液，按照相應(yīng)試劑盒說(shuō)明書(shū)方法檢測(cè)mAlb水平。取“2.2”項(xiàng)下大鼠血清，采用全自動(dòng)生化分析儀檢測(cè)血清BUN、Scr、Cys-C水平。

2.5 大鼠腎組織AGEs水平及氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)檢測(cè) 取“2.2”項(xiàng)下大鼠腎組織，加生理鹽水進(jìn)行組織勻漿，按照相應(yīng)試劑盒說(shuō)明書(shū)方法檢測(cè)AGEs、MDA、GSH水平及T-SOD活性。

2.6 大鼠腎組織病理學(xué)形態(tài)觀察 隨機(jī)取“2.2”項(xiàng)下4%多聚甲醛溶液固定的大鼠腎組織，每組8份，經(jīng)水洗、乙醇脫水后石蠟包埋，切成4 μm薄片，隨機(jī)抽取一部分進(jìn)行HE染色，另一部分進(jìn)行Masson染色，在光學(xué)顯微鏡下觀察，選取400倍鏡下20個(gè)互不重疊的視野，采用Image-pro Plus 6.0軟件進(jìn)行Masson染色半定量分析，計(jì)算腎膠原藍(lán)染面積。

2.7 RT-qPCR法檢測(cè)大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá) 取“2.2”項(xiàng)下大鼠腎組織，每組5份，采用TRIzol法抽提總RNA，經(jīng)過(guò)逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)合成cDNA，以cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增。反應(yīng)體系(20 μL)為SYBR Green Mix 10 μL，正向、反向引物各0.7 μL，ddH2O 7.6 μL，cDNA模板1.0 μL。反應(yīng)條件為98 ℃預(yù)變性3 min；98 ℃變性10 s，60 ℃退火10 s，72 ℃延伸30 s，循環(huán)30次；72 ℃延伸5 min。以β-actin為內(nèi)參，采用2-ΔΔCT法計(jì)算目的基因mRNA相對(duì)表達(dá)，重復(fù)3次。

2.8 大鼠腎組織SphK1酶活性及S1P水平檢測(cè) 隨機(jī)取“2.2”項(xiàng)下大鼠腎組織適量，每組5份，加入裂解液裂解提取蛋白，4 ℃、14 000 r/min離心20 min，取上清液，采用BCA蛋白定量試劑盒檢測(cè)蛋白濃度，參考文獻(xiàn)[20]報(bào)道方法檢測(cè)SphK1酶活性，以正常組為參照，計(jì)算其余各組相對(duì)酶活性。另隨機(jī)取“2.2”項(xiàng)下大鼠腎組織適量，每組5份，生理鹽水制備組織勻漿，采用BCA蛋白定量試劑盒檢測(cè)蛋白濃度，取15 μL組織勻漿液，加入10 μL C17-S1P(內(nèi)標(biāo)，10 μg/L)混勻，再加入75 μL甲醇，渦旋后12 000 r/min離心5 min，取10 μL上清液，采用LC-MS/MS法檢測(cè)腎組織S1P水平[21]，并以正常組為參照，計(jì)算大鼠腎組織S1P相對(duì)水平。

3 結(jié)果

3.1 三七總皂苷對(duì)大鼠FBG、體質(zhì)量的影響 與正常組比較，模型組大鼠第2～8周FBG水平均升高(P<0.05)，第4～8周體質(zhì)量均降低(P<0.05)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量組大鼠第2～8周FBG水平降低(P<0.05)，第4～8周體質(zhì)量升高(P<0.05，P<0.01)，見(jiàn)表2。

表2 各組大鼠FBG、體質(zhì)量比較

3.2 三七總皂苷對(duì)大鼠腎肥大指數(shù)及腎功能相關(guān)指標(biāo)的影響 與正常組比較，模型組大鼠腎肥大指數(shù)及mAlb、BUN、Scr、Cys-C水平均升高(P<0.01)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量組腎肥大指數(shù)及mAlb、BUN、Scr、Cys-C水平均降低(P<0.05，P<0.01)，見(jiàn)表3。

表3 各組大鼠腎肥大指數(shù)、腎功能相關(guān)指標(biāo)比較

3.3 三七總皂苷對(duì)大鼠腎組織AGEs水平及氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)的影響 與正常組比較，模型組大鼠腎組織AGEs、MDA水平均升高(P<0.01)，T-SOD活性及GSH水平均降低(P<0.01)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量組大鼠腎組織AGEs、MDA水平降低(P<0.05)，T-SOD活性及GSH水平升高(P<0.05)，見(jiàn)表4。

表4 各組大鼠腎組織AGEs水平、氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)比較

3.4 三七總皂苷對(duì)大鼠腎組織病理形態(tài)的影響 肉眼觀察發(fā)現(xiàn)，正常組大鼠雙腎顏色紅潤(rùn)，大小正常，包膜完整；模型組大鼠雙腎體積增大，顏色暗紅，皮質(zhì)較厚。HE染色顯示，正常組大鼠腎皮質(zhì)、髓質(zhì)分界清晰，腎小球、腎小管排列緊密，無(wú)明顯炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，系膜細(xì)胞無(wú)增生，腎間質(zhì)未見(jiàn)增生及膠原纖維組織沉積；模型組大鼠腎小球體積增大，腎小管上皮細(xì)胞空泡變性，間質(zhì)增生水腫，有大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，腎小球周邊伴有大量纖維化組織沉積；三七總皂苷各劑量組大鼠腎組織的炎細(xì)胞浸潤(rùn)、纖維化沉積明顯改善。Masson染色結(jié)果顯示，與正常組比較，模型組大鼠膠原藍(lán)染面積增加(P<0.05)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量組大鼠膠原藍(lán)染面積減少(P<0.05)，見(jiàn)圖1、表5。

表5 各組大鼠膠原藍(lán)染面積比較

3.5 三七總皂苷對(duì)大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá)的影響 與正常組比較，模型組大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá)均升高(P<0.01)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量組大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá)降低(P<0.05，P<0.01)，見(jiàn)圖2～3。

3.6 三七總皂苷對(duì)大鼠腎組織SphK1酶活性及S1P水平的影響 與正常組比較，模型組大鼠腎組織SphK1酶活性、S1P水平均升高(P<0.01)；與模型組比較，三七總皂苷各劑量大鼠腎組織SphK1酶活性、S1P水平均降低(P<0.05，P<0.01)，見(jiàn)表6。

表6 各組大鼠腎組織SphK1酶活性、S1P水平比較

4 討論

本研究通過(guò)單次腹腔注射STZ(65 mg/kg)復(fù)制大鼠糖尿病腎病模型，造模后大鼠的FBG不低于16.7 mmol/L，且腎小球體積增大，腎小管上皮細(xì)胞空泡變性，間質(zhì)增生、水腫，大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，腎小球周邊伴有大量纖維化組織沉積。經(jīng)三七總皂苷干預(yù)后，大鼠FBG、腎臟肥大指數(shù)、尿液中mAlb和血清中Scr、BUN、Cys-C水平均降低，腎組織炎性細(xì)胞浸潤(rùn)與纖維化沉積明顯改善，表明三七總皂苷能改善糖尿病腎病模型大鼠的腎功能，與相關(guān)研究報(bào)道一致[22]。由于目前臨床上無(wú)治療腎纖維化的特效藥，故在本研究中未設(shè)置陽(yáng)性對(duì)照組。

糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，其中高血糖是引起糖尿病腎病的重要始動(dòng)因素，晚期糖基化終產(chǎn)物AGEs的蓄積可激活體內(nèi)活性氧簇(ROS)水平，從而導(dǎo)致腎組織脂質(zhì)過(guò)氧化和炎癥反應(yīng)，刺激促纖維化因子產(chǎn)生，進(jìn)而加快腎纖維化進(jìn)程[23]。氧化與抗氧化防御機(jī)制的失衡是腎間質(zhì)纖維化發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GSH、T-SOD是組織內(nèi)常見(jiàn)抗氧化劑，其水平/活性多少體現(xiàn)組織抗氧化能力的強(qiáng)弱。MDA是花生四烯酸過(guò)氧化分解產(chǎn)物，是氧化應(yīng)激的主要指標(biāo)[24]。本研究結(jié)果顯示，與正常組比較，模型組大鼠腎臟中AGEs、MDA水平均升高，GSH水平及T-SOD活性均降低；經(jīng)三七總皂苷干預(yù)后，大鼠腎臟GSH水平及T-SOD活性均升高，AGEs水平降低，提示三七總皂苷可能通過(guò)上調(diào)腎組織GSH水平及T-SOD活性，發(fā)揮抗氧化作用，從而改善腎損傷。

在高糖、AGEs和氧化應(yīng)激等狀態(tài)下，SphK1/S1P信號(hào)通路可被激活，從而調(diào)節(jié)腎纖維化進(jìn)程[25-26]。Huang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在特發(fā)性肺纖維化時(shí)，抑制Sphk1的活性可使人肺成纖維細(xì)胞(HLFs)中FN和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)水平降低，由此推測(cè)，抑制Sphk1活性可改善器官纖維化。本研究結(jié)果顯示，與正常組比較，模型組大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá)及SphK1酶活性、S1P水平均升高；經(jīng)三七總皂苷干預(yù)后，大鼠腎組織SphK1、FNmRNA表達(dá)及SphK1酶活性、S1P水平均降低，提示三七總皂苷可通過(guò)抑制SphK1/S1P信號(hào)通路活性，下調(diào)FN表達(dá)，進(jìn)而延緩腎組織的纖維化進(jìn)程。

綜上所述，三七總皂苷可改善糖尿病腎病模型大鼠的腎功能，其作用機(jī)制可能與抗氧化、抑制SphK1/S1P通路活性、下調(diào)FN表達(dá)有關(guān)。