劉必旺, 路榮榮, 曹 越, 王秀文, 趙 換, 郝 渺, 馬曉霞, 馬艷苗, 王永輝
1. 山西中醫(yī)藥大學(xué)傅山學(xué)院, 山西 榆次 030619
2. 山西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院, 山西 榆次 030619
3. 山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院, 山西 榆次 030619
4. 山西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院藥劑科, 山西 太原 030024
高尿酸血癥腎病(Hyperuricemia)是人體血尿酸升高后(高尿酸血癥), 過(guò)高的尿酸負(fù)荷超過(guò)腎臟的清除能力, 因尿酸結(jié)晶沉積于集合管、 腎盂和尿道, 產(chǎn)生腎內(nèi)、 甚至腎外梗阻所引起腎臟損害[1]。 早期機(jī)體表現(xiàn)為尿濃縮功能減退, 其后逐步出現(xiàn)腎小球?yàn)V過(guò)率下降, 血肌酐升高, 導(dǎo)致慢性腎功能不全[2]。 近年來(lái), 隨著高尿酸血癥發(fā)病率的日益提高, 高尿酸腎病發(fā)病率也顯著逐年增高[3]。 因此, 尋求包括中醫(yī)藥方法在內(nèi)的高尿酸腎血癥病的有效防治措施, 具有重要意義。
當(dāng)歸痛風(fēng)方國(guó)醫(yī)大師王世民教授治療高尿酸血癥腎病的常用方, 該方是由《傷寒論》中的當(dāng)歸四逆湯基礎(chǔ)上進(jìn)行加減化裁而成, 其組成為當(dāng)歸、 桂枝、 芍藥、 通草、 炙甘草、 黃芪、 土茯苓、 山楂等。 當(dāng)歸四逆湯主要用于治療血虛受寒之證, 例如手足逆冷、 舌淡苔白、 脈細(xì)欲絕等癥狀。 高尿酸血癥作為一種代謝性疾病, 從中醫(yī)角度是由于人體正氣不足, 衛(wèi)氣不固, 感染了風(fēng)、 寒、 濕、 熱導(dǎo)致經(jīng)絡(luò)閉阻引發(fā)的肌肉、 筋骨、 關(guān)節(jié)發(fā)生疼痛、 屈伸不利、 重者關(guān)節(jié)腫大變形。 當(dāng)歸痛風(fēng)方中黃芪鼓舞人體正氣, 桂枝散寒祛風(fēng); 桂枝、 芍藥、 當(dāng)歸、 通草通脈活血, 土茯苓清熱祛濕, 山楂健脾祛濕。 故本方針對(duì)病機(jī), 組成嚴(yán)謹(jǐn), 療效確切。
傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR), 同色散型紅外分光的原理, 是基于對(duì)干涉后的紅外光進(jìn)行傅里葉變換的原理而開(kāi)發(fā)的紅外光譜儀[4]; 是鑒別物質(zhì)和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效手段, 可對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析, 廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工等領(lǐng)域[5]。 FTIR作為一種操作簡(jiǎn)便、 實(shí)用、 準(zhǔn)確率高和費(fèi)用低的鑒別方法, 如今已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種藥品檢驗(yàn)中, 而有關(guān)其應(yīng)用于藥理研究中非常少。
目前已有采用紅外光譜分析法對(duì)各種腫瘤組織對(duì)大小鼠死亡時(shí)間進(jìn)行研究的報(bào)道。 董勤等[6]對(duì)鼻咽癌患者以及胃癌患者的指甲進(jìn)行了紅外光譜研究; 孫雷明等[7-8]對(duì)肺癌組織進(jìn)行了研究。 王磊等研究結(jié)果表明大鼠死后腎肝脾等組織FTIR光譜特征具有差異, 因此可以采用光譜推斷死亡時(shí)間[9-10]。 采用FTIR研究高尿酸血癥腎病具有可行性。
本工作探討高分辨率的傅里葉變換紅外光譜儀快速地測(cè)定正常腎組織和高尿酸血癥腎病模型腎組織以及當(dāng)歸痛風(fēng)方高中低劑量干預(yù)的腎組織, 分析比較正常組和模型組及各給藥組的紅外光譜吸收差別。 本工作使用FTIR技術(shù)評(píng)價(jià)高尿酸血癥腎病小鼠模型, 并評(píng)價(jià)藥物的藥效, 為藥物藥理學(xué)研究及藥物對(duì)生物組織微觀結(jié)構(gòu)的影響及其發(fā)生機(jī)制探討提供了積極的參考。
紅外光譜儀(Cary50)美國(guó)賽默飛IS10型; Pannoramic250數(shù)字切片掃描儀(Pannoramic250)匈牙利3DHISTECH(Hungary); 研磨儀(KZ-Ⅱ)Servicebio; 電熱鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9146MBE)上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠; 酶標(biāo)檢測(cè)儀(Rt2100c)美國(guó)賽默飛K3 Touch; 全自動(dòng)生化分析儀(AU5800)美國(guó)Beckman公司。
SPF級(jí)健康雄性KM小鼠60只, 6~8周齡, 18~24 g, 購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司, 許可證號(hào): SCXK(京)2016-006。 飼養(yǎng)于山西中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)腦病學(xué)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室超凈飼養(yǎng)單元內(nèi), 許可證號(hào): SYXK(晉)2020-0006。
當(dāng)歸痛風(fēng)方藥物組成: 當(dāng)歸12 g、 桂枝9 g、 白芍9 g、 黃芪9 g、 甘草6 g, 通草6 g、 山楂6 g、 土茯苓15 g等。 中藥飲片由上??禈蛑兴庯嬈邢薰咎峁?水煎濃縮, 藥物配制好后置于-20 ℃冰箱中分裝保存, 臨用前恢復(fù)至室溫備用。 別嘌醇膠囊(黑龍江澳利達(dá)奈德制藥有限公司, 批號(hào): H20181432) 250 mg·粒-1。
尿酸(UA)試劑盒(20200921); 白細(xì)胞介素-1β(inter-leukin-1β)測(cè)定試劑盒(ab254360)abcam公司; 蘇木素染液(ZH202509)、 伊紅染液(CR2011064)武漢塞維爾生物科技有限公司; 溴化鉀(20190920)天津市北辰方正試劑廠; 氧嗪酸鉀(C10099414)上海麥克林生化科技有限公司; 別嘌呤醇(20190901)廣東彼迪藥業(yè)有限公司; 羧甲基纖維素鈉(2018102701)成都市科龍化工試劑廠。
1.4.1 動(dòng)物分組、 造模及給藥
60只雄性KM小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)7 d以后, 隨機(jī)分為正常對(duì)照組(NC)、 模型組(MC)、 當(dāng)歸痛風(fēng)方低劑量組(DD, 3.9 g·kg-1·d-1)、 當(dāng)歸痛風(fēng)方中劑量組(DZ, 7.8 g·kg-1·d-1)、 當(dāng)歸痛風(fēng)方高劑量組(DG, 15.6 g·kg-1·d-1)、 陽(yáng)性對(duì)照組(YC, 別嘌醇, 10 mg·kg-1·d-1), 每組10只。 當(dāng)歸痛風(fēng)方灌胃1周后, 實(shí)驗(yàn)組于每天上午9點(diǎn)給予腹腔注射0.5%羧甲基纖維素鈉溶液配制的氧嗪酸鉀溶液14 d, 誘導(dǎo)高尿酸血癥腎病模型[1-2]。 各組小鼠造模1 h后, 灌胃相應(yīng)劑量藥物, 正常對(duì)照組灌胃等劑量生理鹽水。 腹腔注射劑量為0.1 mL·10g-1, 灌胃劑量為0.2 mL·10g-1。
1.4.2 樣品收集
實(shí)驗(yàn)第20天, 將所有小鼠放入代謝籠中, 正常飲水和飲食, 收集尿液樣本24 h, 2 000 r·min-1離心10 min, 置于4 ℃保存, 用于測(cè)定尿尿酸、 肌酐水平, 并記錄24 h尿量。 在第21天末次給藥1 h后處死動(dòng)物, 之后收集血清和腎臟。 使血清凝結(jié)大約1 h, 然后4 ℃, 3 000 r·min-1離心10 min, 用于測(cè)定血清尿酸、 肌酐和IL-1β水平。 將部分腎臟制成勻漿, 進(jìn)行IL-1β水平檢測(cè)。 部分腎臟進(jìn)行病理學(xué)組織檢測(cè)和傅里葉變換紅外光譜儀分析。
1.4.3 生化指標(biāo)的測(cè)定
血清和尿液的尿酸(UA)、 肌酐(CRE), 以及腎臟和血清中的IL-1β水平的測(cè)定, 均按照試劑盒使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行檢測(cè)。
1.4.4 腎臟蘇木精-伊紅(HE)染色
取腎臟組織, 經(jīng)4%多聚甲醛固定, 固定狀態(tài)良好后, 按照病理檢測(cè)SOP程序進(jìn)行染色操作, 最后鏡檢。 每張切片先于40倍下觀察全部組織, 選擇腎臟髓質(zhì)和皮質(zhì), 采集200倍圖片, 觀察具體病變。
1.4.5 傅里葉變換紅外光譜分析腎組織
取各組的部分腎組織于冷凍干燥儀中干燥后, 在瑪瑙研缽中研磨成細(xì)粉末, 并與溴化鉀混勻, 裝入模具內(nèi)在壓片機(jī)上壓制1 mm的透明薄片, 置于傅里葉變換紅外光譜儀中測(cè)定紅外光譜。 使用OMNIC軟件分析處理所有光譜數(shù)據(jù), 按組將數(shù)據(jù)歸一化處理后, 通過(guò)統(tǒng)計(jì)譜圖獲得各組的腎組織紅外光譜平均譜圖, 對(duì)所得紅外光譜均值中的各個(gè)譜帶的峰位進(jìn)行標(biāo)定[11], 并對(duì)其進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)換以便做進(jìn)一步分析模型組與正常組, 各施藥組與模型組大鼠腎組織紅外光譜特征的差異。
1.4.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
模型組中, 體重增長(zhǎng)受到抑制。 隨著時(shí)間的延長(zhǎng), 各治療組小鼠體重也呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì), 且與模型組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p<0.05)。
圖1 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)高尿酸血癥腎病小鼠體重的影響(n=10)
尿液中CRE的變化可以作為腎臟早期損傷的標(biāo)志。 與正常對(duì)照組比較, 模型組血清UA、 CRE水平均升高(p<0.05), 尿液UA、 CRE水平均降低(p<0.05), 表明模型組已經(jīng)出現(xiàn)早期腎功能損傷, 說(shuō)明高尿酸血癥腎病的小鼠模型復(fù)制成功(表1)。
表1 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)小鼠血清和尿液的UA、 CRE的影響
與模型組比較, 別嘌醇和當(dāng)歸痛風(fēng)方高劑量組降低了血清UA水平(p<0.05)。 當(dāng)歸痛風(fēng)方高、 中、 低劑量組也顯著降低了血清CRE水平(p<0.05)。 當(dāng)歸痛風(fēng)方各劑量組對(duì)尿液中的UA、 Cr水平均有升高趨勢(shì)(p<0.05), 表明當(dāng)歸痛風(fēng)方有潛在的腎保護(hù)作用(表1)。
由圖2所知, 與模型組比較, 當(dāng)歸痛風(fēng)方高劑量組可以提高24 h尿量, 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)。
圖2 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)小鼠24 h尿量的影響
由表2所示, 與模型組比較, 當(dāng)歸痛風(fēng)方低劑量與高劑量的小鼠血清IL-1β和腎臟IL-1β均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)。
表2 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)小鼠血清IL-1β和腎臟IL-1β水平的影響
由圖3可知, 正常組小鼠皮質(zhì)和髓質(zhì)分界清晰, 腎小球結(jié)構(gòu)完整清晰, 未見(jiàn)炎性滲出; 腎小管上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常, 未見(jiàn)明顯壞死; 間質(zhì)內(nèi)未見(jiàn)明顯炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和纖維組織增生。
圖3 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)高尿酸血癥腎病小鼠腎臟組織病理結(jié)果的影響
模型組腎小管輕微擴(kuò)張, 部分管型內(nèi)見(jiàn)透明管型和白細(xì)胞管型, 白細(xì)胞管型內(nèi)見(jiàn)桿狀核中性粒細(xì)胞和和單個(gè)核圓形深染的淋巴細(xì)胞, 間質(zhì)內(nèi)伴有炎性細(xì)胞浸潤(rùn), 主要為淋巴細(xì)胞, 亦見(jiàn)纖維組織增生, 以核呈長(zhǎng)梭形的纖維細(xì)胞為主, 部分集合管見(jiàn)透明管型。
當(dāng)歸痛風(fēng)方低、 中、 高劑量組以及別嘌醇組均可以不同程度改善小鼠腎臟損傷, 主要表現(xiàn)在腎小管上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常, 無(wú)炎性細(xì)胞浸潤(rùn), 管腔內(nèi)無(wú)管型。
小鼠腎組織的FTIR圖譜在900~3 500 cm-1之間共出現(xiàn)18個(gè)關(guān)于生物大分子的吸收峰, 分別為969.83、 1 080.83、 1 170.94、 1 236.78、 1 309.99、 1 340.46、 1 396.86、 1 454.54、 1 543.62、 1 656.89、 1 741.40、 2 852.37、 2 871.57、 2 923.49、 2 957.96、 3 013.45、 3 068.31和3 291.26 cm-1。 圖4為健康小鼠腎組織的平均FTIR譜, 生物大分子的分子結(jié)構(gòu)可以通過(guò)峰位大致描述, 為高尿酸血癥腎病小鼠找到標(biāo)準(zhǔn)化健康對(duì)照。 表3列出關(guān)于生物大分子譜帶的指認(rèn)結(jié)果。
表3 健康小鼠生物大分子的圖譜指認(rèn)
圖4 健康小鼠不同波數(shù)范圍的平均傅里葉變換紅外光譜
高尿酸血癥腎病模型小鼠和健康小鼠的腎組織傅里葉變換紅外譜吸收峰主要集中在900~1 800、 2 800~3 500 cm-1兩個(gè)波段內(nèi)。
圖5和圖6分別為高尿酸血癥腎病模型組與正常對(duì)照組腎組織的紅外光譜, 兩者的峰位、 峰強(qiáng)、 峰形均有差異, 結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 高尿酸血癥腎病小鼠與健康小鼠腎組織波數(shù)與吸光度
圖5 MC與NC腎組織900~1 800 cm-1 FTIR
圖6 MC與NC腎組織2 800~3 500 cm-1 FTIR
由圖5與圖6、 表4可以看出, MC與NC小鼠腎組織的紅外光譜特征有一定差異, 在MC腎組織光譜中, 3 013 cm-1附近為脂類的不飽和碳C—H的吸收, 3 068 cm-1附近為蛋白質(zhì)酰胺B帶的吸收, 處于3 013 cm-1附近吸收峰的強(qiáng)度高于3 068 cm-1附近的吸收峰, 而NC小鼠腎組莊光譜中則相反。
與NC腎組織相比, MC小鼠腎組織在969、 1 080、 1 236、 1 340、 2 852、 2 923、 3 013和3 291 cm-1附近的吸收峰發(fā)生紅移, 其他吸收峰發(fā)生藍(lán)移。 從NC小鼠正常組織到高尿酸血癥病變組織, 969 cm-1附近由于磷酸化蛋白振動(dòng)的譜帶吸收強(qiáng)度逐漸減弱[7]。 1 080.38 cm-1的吸收峰表明高尿酸血癥腎病小鼠腎組織中細(xì)胞的DNA含量有所減少, 可能與高尿酸血癥腎病導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞凋亡有關(guān)。 1 236.67 cm-1表明細(xì)胞內(nèi)核酸氫鍵化程度有所降低。
1 741、 2 871和3 013 cm-1附近的各特征帶均與脂類相關(guān), 1 170、 1 543、 1 656和3 068 cm-1附近來(lái)自蛋白質(zhì)分子, 1 080和1 236 cm-1附近則與核酸相關(guān)。 在不同生理或病癥條件下, 大分子濃度信息可以從各特征帶的分配、 吸光度比值觀察出來(lái), 進(jìn)一步了解生物大分子的組成及結(jié)構(gòu)的改變。 與NC比較, MC小鼠腎組織的特征吸光比A1 080/A2 871、A1 236/A2 871明顯降低;A1 543/A2 871、A3 068/A2 871、A1 543/A1 080、A1 656/A1 080明顯升高。A1 080/A2 871、A1 236/A2 871表現(xiàn)為核酸相對(duì)于脂類的含量;A1 543/A2 871、A3 068/A2 871為蛋白質(zhì)相對(duì)于脂類的含量;A1 543/A1 080、A1 656/A1 080為蛋白質(zhì)相對(duì)于核酸的含量, 表明高尿酸小鼠腎組織中蛋白質(zhì)的含量相對(duì)于脂類含量、 蛋白質(zhì)含量相對(duì)于核酸含量呈明顯上升趨勢(shì), 核酸含量相對(duì)于脂質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)。
2 852與2 871 cm-1附近分別指代脂質(zhì)的亞甲基對(duì)稱振動(dòng)、 甲基對(duì)稱振動(dòng), 2 923 cm-1附近處與2 957 cm-1附近處分別指代亞甲基非對(duì)稱振動(dòng)、 甲基非對(duì)稱振動(dòng)。 與NC比較, MC小鼠腎組織A2 852/A2 871,A2 923/A2 957比值增大, 表明細(xì)胞膜脂質(zhì)中甲基、 亞甲基基團(tuán)數(shù)量發(fā)生了相對(duì)變化, 烴鏈變長(zhǎng)。
1 396 cm-1附近處與1 454 cm-1附近處分別指代蛋白質(zhì)的甲基對(duì)稱與非對(duì)稱彎曲振動(dòng)。 MC小鼠腎組織的A1 454/A1 396比NC小鼠腎組織的數(shù)值大, NC中1 454 cm-1處的吸收峰相對(duì)強(qiáng)度弱于1 398 cm-1處的相對(duì)強(qiáng)度。 而在MC中這兩處吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度大小相等, 表明與健康腎組織比較, 高尿酸血癥腎病腎組織中蛋白質(zhì)分子的甲基反對(duì)稱彎曲振動(dòng)相對(duì)于對(duì)稱彎曲振動(dòng)基團(tuán)數(shù)目增加[5]。
由圖7可以看出, 當(dāng)歸痛風(fēng)方各劑量組腎組織傅里葉變換紅外譜吸收峰主要集中在900~1 800、 2 800~3 500 cm-1兩個(gè)波段內(nèi), 且排列比較有規(guī)律。 越接近模型組, 峰逐漸變小, 譜圖變得越扁平。 推測(cè)可能對(duì)腎組織損傷越大, 腎組織中的成分越單一。
圖7 當(dāng)歸痛風(fēng)方的腎組織FTIR光譜譜圖
從當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)高尿酸血癥腎病小鼠體重、 血清UA血清CRE、 尿液UA、 尿液CRE、 血清IL-1β、 腎臟IL-1β和病理切片等的影響可知, 當(dāng)歸痛風(fēng)方的高劑量組和陽(yáng)性對(duì)照組與模型組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 由圖7當(dāng)歸痛風(fēng)方的腎組織FTIR光譜比較可進(jìn)一步證明了以上的分析。 由圖7分析可知, NC、 MC、 YC、 DD、 DZ、 DG之間有明顯變化差異, MC的強(qiáng)度均低于NC。 DG與YC的譜圖接近NC, 說(shuō)明當(dāng)歸痛風(fēng)方高劑量和陽(yáng)性對(duì)照藥物對(duì)高尿酸血癥腎病治療效果好。 從圖8當(dāng)歸痛風(fēng)方腎組織FTIR的二階導(dǎo)數(shù)譜也進(jìn)一步證明了以上分析。
目前高尿酸血癥腎病的輔助診斷有影像學(xué)技術(shù), 包括肌骨超聲、 高頻超聲等, 但超聲主要有超聲波穿透力弱、 無(wú)法完整的顯示解剖結(jié)構(gòu)、 受氣體影響大、 與操作者的經(jīng)驗(yàn)、 技術(shù)水平密切相關(guān)等局限性[12]。 近年來(lái), 傅里葉變換紅外光譜技術(shù)因其能快速、 準(zhǔn)確、 直觀地觀察出患病組織的紅外譜變化而廣泛用于診斷乳腺癌、 關(guān)節(jié)炎、 白血病等多種疾病, 許多學(xué)者通過(guò)傅里葉變化紅外光譜技術(shù)觀察正常與患病組織的蛋白質(zhì)、 核酸、 糖類、 脂質(zhì)等生物大分子的紅外光譜變化, 進(jìn)而鑒別和區(qū)分正常組織與患病組織, 找到疾病診斷的新途徑[13-14]。
本實(shí)驗(yàn)首先建立小鼠高尿酸血癥腎病模型, 通過(guò)體重、 血清UA、 血清CRE、 尿液UA、 尿液CRE、 血清IL-1β、 腎臟IL-1β和病理切片等指標(biāo)評(píng)價(jià)了當(dāng)歸痛風(fēng)方治療高尿酸血癥腎病的效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)歸痛風(fēng)方治療高尿酸血癥腎病療效確切, 即當(dāng)歸痛風(fēng)方具有促尿酸排泄和改善腎功能的作用, 體現(xiàn)為使高尿酸血癥腎病小鼠血清尿酸、 肌酐水平降低, 尿液尿酸、 肌酐水平增多, 同時(shí)改善了高尿酸血癥腎病小鼠的腎臟病理結(jié)果。
高尿酸血癥腎病模型小鼠與健康小鼠的腎組織FTIR光譜圖及比較分析, 當(dāng)歸痛風(fēng)方對(duì)高尿酸血癥腎病的腎組織FTIR光譜圖及比較分析, 也證明模型復(fù)制成功, 并說(shuō)明當(dāng)歸痛風(fēng)方具有改善高尿酸血癥腎病的作用, 這與前面的分析結(jié)果一致。 FTIR檢測(cè)比尿酸、 肌酐檢測(cè)及病理分析經(jīng)濟(jì)、 快速、 簡(jiǎn)便、 實(shí)用、 準(zhǔn)確率高, 并能分析藥物對(duì)生物組織微觀結(jié)構(gòu)的影響及其發(fā)生機(jī)制[12], 因此具有其他檢測(cè)方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。 本工作首次采用FTIR檢測(cè)方法評(píng)價(jià)高尿酸血癥腎病小鼠模型, 并首次采用FTIR檢測(cè)方法對(duì)藥物的療效進(jìn)行評(píng)價(jià)。 為高尿酸血癥腎病的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及藥物評(píng)價(jià)具有重要的參考意義和價(jià)值, 這種意義和價(jià)值并可進(jìn)一步向臨床轉(zhuǎn)化, 并拓展FTIR檢測(cè)方法的使用范圍。