苗永輝,趙宗江,張新雪,楊美娟,楊冠男,吳阿敏,王婷
糖腎平對糖尿病腎病KKAy小鼠腎臟保護作用及對RhoA/ROCK信號通路影響的研究*
苗永輝,趙宗江**,張新雪,楊美娟,楊冠男,吳阿敏,王婷
(北京中醫藥大學中醫學院北京100029)
目的:探討糖腎平對糖尿病腎病(Diabetic Kidney Disease,DKD)KKAy小鼠腎保護作用及其對RhoA/ROCK信號通路的影響。方法:雌性10周齡SPF級KKAy小鼠60只,KK鼠料誘導10周建立DKD模型,隨機分為模型組、厄貝沙坦組、糖腎平低(0.525 g·kg-1)、中(1.05 g·kg-1)、高(2.1 g·kg-1)劑量組,10只雌性C57BL/6J小鼠為正常組。各治療組灌胃給藥,正常組、模型組灌胃等體積去離子水,每4周稱體質量并測24 h尿蛋白定量。第26周小鼠麻醉后摘眼球取血,稱腎質量、測空腹血糖(Fasting Blood Glucose,FBG)、血尿素氮(Blood Urea Nitrogen,BUN)、血肌酐(Serum creatinine,Scr)和甘油三酯(Triglyceride,TG)含量;HE、Mallory和PAS染色觀察腎組織病理;免疫組化、原位雜交測腎組織轉化生長因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)、Ras同源基因家族成員A(Ras homolog gene familymember A,RhoA)、Rho相關卷曲蛋白激酶(Rho-associatedcoiledcoil-containing protein kinase 1,ROCK1)、α-平滑肌肌動蛋白(α-Smooth Muscle Actin,α-SMA)、E-鈣黏素(ECadherin,E-Cad)mRNA及蛋白表達。結果:與模型組相比,各治療組體質量、腎質量/體質量、尿蛋白降低,糖腎平中、高劑量組有顯著性差異(P<0.01);腎病理損害明顯減輕,FBG、BUN、Scr、TG含量降低(P<0.01),ECadherin mRNA及蛋白表達增加,TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA mRNA和蛋白表達減少,糖腎平中、高劑量組差異顯著(P<0.01)。結論:糖腎平對DKD KKAy小鼠腎的保護作用及抑制腎小管上皮細胞轉分化的作用,可能與調節RhoA/ROCK信號通路有關。
糖尿病腎病糖腎平腎痿KKAy小鼠RhoA/ROCK通路腎小管上皮細胞轉分化
隨著中國經濟的發展,人群生活方式的轉變,我國在過去30年,糖尿?。―iabetic Mellitus,DM)發病率迅速上升,約9.7%[1],其中20-30%進一步發展為糖尿病腎病(DKD),DKD是DM眾多并發癥中較棘手的一種,同時也是引起終末期腎?。‥nd Stage Renal Disease,ESRD)的主要原因之一[2]。研究表明,腎小管上皮-間質轉分化(Epithelial-to-Mesenchymaltransition,EMT)參與了DKD的發病過程,是引起DKD晚期腎間質纖維化,導致腎臟功能喪失的重要因素[3],而RhoA/ROCK信號通路是參與腎小管上皮細胞EMT的過程的主要信號轉導通路之一[4]。目前,西醫對DKD的治療是使用血管緊張素轉化酶抑制劑(Angiotension Converting Enzyme Inhibitors,ACEI)和血管緊張素受體阻滯劑(Angiotensin Receptor Blocker,ARB)來降低蛋白尿,而中藥治療DKD具有顯著優勢。臨床應用中藥復方糖腎平治療DKD獲得了較滿意的效果,它是在“腎痿”科學假說的指導下組方而成。本課題組前期研究表明,糖腎平能有效抑制甚至逆轉DKD腎臟EMT過程[5]。本研究通過實驗進一步探索糖腎平對DKD腎臟的保護作用和對腎小管上皮細胞EMT抑制作用的分子機制,為“腎痿”科學假說提供數據支持。
1.1 動物
SPF級8-10周齡健康KKAy雌性小鼠60只,SPF級健康8-10周齡雌性C57BL/6J小鼠10只均購自北京華阜康生物科技有限公司,許可證編號:SCXK京2014-0004;KK鼠專用配合飼料(北京華阜康生物科技有限公司,專利號:CN102648734A,11003800003551);普通鼠飼料(北京華阜康生物科技有限公司,11003800004265)。實驗小鼠置于潔凈動物櫥(北京文慧凈化設備廠制造,專利號:EJ932041477)中飼養,適應性喂養1周,普通飼料進食,自由飲水。
1.2 試藥與試劑
糖腎平(生黃芪6 g、熟地黃3 g、山萸肉2 g、翻白草3 g、白花蛇舌草3 g、水蛭2 g,北京中醫藥大學中藥學院制劑室制備,批號:2016008,保質期2年);厄貝沙坦片(法國賽諾菲安萬特公司,進口藥品注冊證號:H20130118)。
免疫組化一抗:TGF-β1(英國Abcam公司,批號:ab92486/GR253274-1);RhoA(美國Novus Biologicals公司,批號:NB100-91273/Rb0322-200308-WS),ROCK1(英國Abcam公司,批號:ab134181/GR149410-2),α-SMA(英國Abcam公司,批號:ab32575/GR32377-41),E-Cadherin(英國Abcam公司,批號:ab76055/ GR216035-1);二抗:山羊抗兔(英國Abcam公司,批號:ab6721/GR231489-1);山羊抗鼠(英國Abcam公司,批號:ab6789/GR215715-5)。
原位雜交探針:TGF-β1(天津灝洋生物工程有限公司,批號:BSH0087F/20150521);RhoA、ROCK1、α-SMA、E-Cadherin(武漢博士德生物工程有限公司,批號:MK3748-m/02042TW60708152060LG、MK2200-m/ 02041TW60708149060LG、MK3558/01906TW50917112-059VI、MK1181/01908TW50917115050VI),探針序列分別為:TGF-β1:5′-AGCCCTGTATTCCGTCTCCTTG?GTTCA-3′;RhoA:5′-GAAGAAAAAGTCTGGGTGCCT?CATCTTGTGAAGCCTTGTGA-3′;ROCK1:5′-TTTACATATTATAGCAATCGTAGATACTTACCTCC-3′;α-SMA:5′-TGTGAAGAGGAAGACAGCACAGCCCTGGTGTGC?GACAATGGCTCT-3′;E-Cadherin:5′-AACGATCCT?GACCAGCAGTTCGTTGTTGTCACAGA-3′。
2.1 DKD KKAy小鼠模型的建立與分組
所有小鼠均適應性喂養1周,自由進食飲水,KKAy小鼠進食KK鼠專用配合飼料;C57BL/6J小鼠進食普通飼料。誘導喂養10周后,尾靜脈采血測血糖,代謝籠收集小鼠24 h尿液,當隨機血糖>16.7 mmol·L-1,24 h尿蛋白>0.4 mg時確認為DKD動物模型建立。造模成功的小鼠隨機分為模型組、厄貝沙坦組(每天50 mg·kg-1)、糖腎平低劑量組(0.525 g·kg-1)、糖腎平中劑量組(1.05 g·kg-1)、糖腎平高劑量組(2.1g·kg-1),灌胃給藥;對照組、模型組小鼠用等體積去離子水灌胃,灌胃劑量按10 mL·kg-1體質量系數,治療16周。
2.2 觀察指標
2.2.1 一般情況
觀察小鼠的皮毛外觀、精神狀態、進食飲水情況、活動量等,每4周稱量體質量。
2.2.2 24 h尿蛋白定量測定
小鼠24 h尿液使用代謝籠收集,用BCA法檢測尿蛋白濃度,計算24 h尿蛋白含量,每4周檢測一次。
2.2.3 血液生化指標的檢測
股動脈取血,檢測血尿素氮(BUN)、血清肌酐(Scr)的含量。
2.2.4 腎組織病理學分析
干預16周后取材,無菌摘取腎臟,腎組織常規固定、石蠟包埋、切片,分別進行HE、Mallory和PAS染色。
2.2.5 免疫組化
取4℃保存石蠟切片,復溫,Triton,H2O2-CH3OH,分別孵育10 min;抗原修復液,微波爐加熱到98℃,自然冷卻至室溫;20%蛋清,37℃孵育30min,10%山羊血清,37℃孵育60min,一抗4℃過夜;二抗,37℃孵育30 min,DAB顯色10 min,蘇木素復染,返藍l0 min,樹膠封片。
2.2.6 原位雜交
取-20℃保存石蠟切片,復溫,Triton,H2O2-CH3OH,分別孵育10 min;復合消化液,6 min;37℃預雜交,2 h,37℃雜交5 h,SSC梯度沖洗,封閉液,37℃,30 min。生物素標記Digoxin,4℃過夜;高敏過氧化物酶親和素37℃,20 min,生物素化過氧化酶,37℃,20 min,DAB顯色15 min,蘇木素復染,返藍l0 min,樹膠封片。具體步驟參照文獻[9]。
2.3 圖像分析
應用Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件,棕黃色顆粒為陽性表達,每組隨機選取8-12個視野,測定OD值。
2.4 統計學方法
SPSS 22.0統計軟件進行數據分析,數據用(xˉ±s)表示,采用單因素方差分析進行比較,P<0.05認為有統計學差異,P<0.01認為有顯著性統計學差異。
3.1 一般情況
通過連續無間斷的喂養KKAy小鼠KK專用飼料后,糖尿病腎病KKAy小鼠出現精神萎靡,活動量明顯減少,皮毛失去光澤,毛色暗淡,進食飲水量較C57/6J小鼠明顯增大,同時增多的也包括24 h尿量。飼養大約10周時,皮膚潰瘍和尿路感染等糖尿病并發癥出現。相對于模型組小鼠,厄貝沙坦及糖腎平各組小鼠的一般狀況有所改善。
3.2 糖腎平對DKD小鼠體質量及腎質量/體質量的影響
隨著實驗進行,糖尿病腎病KKAy小鼠的體重逐漸增加,DKD小鼠和C57BL/6J小鼠體重之間出現顯著差異(P<0.01);由表可知盡管治療組小鼠體重也隨時間延長緩慢增加,但從第18周起,除糖腎平低劑量組外,各用藥組小鼠體重與模型組相比體質量下降,糖腎平各組中高劑量組體質量下降最為明顯(P<0.01)。到第26周,與正常小鼠相比,模型組DKD小鼠腎質量/體質量比值顯著增大(P<0.01);與模型組比較,糖腎平各治療組該比值均顯著減小(P<0.01),高劑量組該比值下降程度最顯著(表1、圖1、圖2)。
3.3 糖腎平對DKD KKAy小鼠24 h尿蛋白的影響
由表2、圖3可知:每四周測24 h尿蛋白定量,模型組小鼠24 h尿蛋白定量隨著時間的推移逐漸增加,且明顯高于正常組小鼠(P<0.01);第14周與模型組相比,糖腎平組24 h尿蛋白明顯降低(P<0.05)。雖然在第18周、第22周尿蛋白有少量增加,但糖腎平組小鼠平均尿蛋白明顯低于模型組小鼠(P<0.05),中、高劑量組差異更顯著(P<0.01)。
3.4 糖腎平對DKD KKAy小鼠FBG、血清BUN、Scr和TG的影響
與正常組比較,模型組小鼠FBG明顯升高(P<0.01);與模型組比較,糖腎平中、高劑量組FBG降低(P<0.05)。與正常組相比,模型組BUN、Scr、TG顯著升高(P<0.01)。與模型組比較,糖腎平各組BUN、Scr、TG降低,其中糖腎平高劑量組血清BUN改變有顯著性差異(P<0.01)。詳見表3。

表1 糖腎平對DKD KKAy小鼠體質量和腎質量/體質量的影響(xˉ±s,n=8)

圖1 糖腎平對DKD KKAy小鼠體質量的影響

圖2 糖腎平對DKD KKAy小鼠腎重體重比的影響

表2 糖腎平對DKD KKAy小鼠24 h尿蛋白的影響/mg(xˉ±s,n=7)
3.5 糖腎平對DKD小鼠腎組織病理形態的影響
正常組C57BL/6J小鼠腎臟可見正常腎小球和腎小管結構;與正常組相比,模型組KKAy小鼠腎臟可以看到腎臟組織存在糖尿病腎病特征性病理改變,如腎小球肥大,腎小球系膜細胞及基質重度增生,腎小球基底膜增厚,腎小球結節硬化,腎間質大量炎癥細胞浸潤,部分腎小管萎縮等,可看到透明管型和大量膠原纖維沉積;與模型組相比,各個給藥組以上病理表現都有不同程度減輕,糖腎平高、中劑量組比低劑量組改善更明顯,膠原纖維沉積最少,可見中度的膠原纖維沉積(圖4、圖5、圖6)。
3.6 糖腎平對腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA和E-Cadherin mRNA表達的影響
由表4及圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12可知:與正常組相比,模型組E-Cadherin mRNA表達明顯減少,TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMAmRNA表達顯著增多,可見更多的棕黃色顆粒(P<0.01);與模型組相比,各治療組E-Cadherin mRNA的表達量明顯增加,TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA mRNA的表達明顯減少,其中糖腎平高劑量組差異顯著(P<0.01)。

圖3 糖腎平對DKDKKAy小鼠24 h尿蛋白定量的影響
3.7 糖腎平對腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA和E-Cadherin蛋白表達的影響
正常組大量表達E-Cadherin,可見大量棕黃色顆粒,少量表達TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA,均為棕黃色顆粒顯色;與正常組相比,模型組E-Cadherin蛋白表達顯著減少,TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA蛋白表達明顯增加(P<0.01);與模型組相比,各治療組E-Cadherin的表達明顯增加,TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA的表達量明顯減少,其中糖腎平高劑量組有顯著性差異(P<0.01),糖腎平的治療效果與給藥劑量相關(表5及圖12、圖13、圖14、圖15、圖16)。

表3 糖腎平對DKD KKAy小鼠FBG及血清BUN、Scr的影響(xˉ±s)

圖4 各組腎組織HE染色(×400)

圖5 各組腎組織Mallory染色(×400)

圖6 各組腎組織PAS染色(×400)

表4 糖腎平對腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA、E-Cadherin mRNA表達的影響(xˉ±s,n=8)
中醫按照糖尿病腎病病人水腫、蛋白尿等臨床表現,將其歸于“水腫”、“尿濁”、“關格”、“腰痛”及“腎消”、“消渴腎病”等范疇。糖尿病腎病日久,熱、郁、痰濕、瘀血、毒邪膠結于腎臟,阻滯氣血運行,使腎臟結構破壞,“腎體”受損,腎臟結構破壞必然最終導致腎臟正常功能受損甚至喪失,即“腎用”失常,“腎體”和“腎用”均受到損害。長此以往,腎臟痿廢不用,發為“腎痿”,“腎痿”一詞,不僅概括了其病機,也描述了疾病的最終狀態。本病的病性總屬本虛標實,虛則以正氣虧虛為本,實則以痰濁、濕熱、瘀毒結聚為標,并貫穿于“腎痿”整個發展過程,其中瘀血是引起并導致“腎痿”不斷發展的最關鍵致病因素,消渴腎病遷延日久,陰虛燥熱耗傷氣陰,導致氣陰兩虛,結合“久病入絡”理論,氣虛則行血無權,陰虛則火旺傷津,血行瘀滯,初為氣陰兩虛,后由虛致實,瘀血內生,阻滯腎絡,反映在腎臟病理表現上則可見腎小球硬化,腎小管上皮細胞重吸收障礙,空泡樣變,間質纖維化等。

圖7 糖腎平對DKD KKAy小鼠腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA、E-Cadherin mRNA

圖8 糖腎平對各組腎組織TGF-β1mRNA表達的影響(×400)

圖9 糖腎平對各組腎組織RhoA mRNA表達的影響(×400)

圖10 糖腎平對各組腎組織ROCK1 mRNA表達的影響(×400)

圖11 糖腎平對各組腎組織α-SMAmRNA表達的影響(×400)

圖12 糖腎平對各組腎組織E-CadherinmRNA表達的影響(×400)

表5 糖腎平對腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA和E-Cadherin蛋白表達的影響(xˉ±s,n=8)

圖13 糖腎平對各組腎組織TGF-β1蛋白表達的影響(×400)
“腎痿”科學假說指導組方的糖腎平,藥物組成有生黃芪、熟地黃、山萸肉、白花蛇舌草、翻白草、水蛭。方中黃芪健脾益氣、利水消腫、固攝精微、利水消腫與減少尿蛋白,為君藥;山萸肉、熟地黃共同補益肝腎、生津益氣為臣藥;白花蛇舌草清熱解毒、消痛散結、利尿除濕,翻白草清熱、解毒消腫為佐藥;水蛭為使,活血化瘀,通達經絡,引諸藥直達腎絡。組方特點為補而不滯,祛瘀不傷正,治療DKD之氣陰兩傷、瘀血阻絡者最為適宜[6]。

圖14 糖腎平對各組腎組織RhoA蛋白表達的影響(×400)

圖15 糖腎平對各組腎組織ROCK1蛋白表達的影響(×400)

圖16 糖腎平對各組腎組織α-SMA蛋白表達的影響(×400)

圖17 糖腎平對各組腎組織E-Cadherin蛋白表達的影響(×400)
本實驗采用的是自發性Ⅱ型糖尿病動物模型KKAy小鼠,其DKD的發生是遺傳因素為內因加外因高脂飼料誘導,與人類該病的發病特點非常相似,故本實驗選擇KKAy小鼠進行實驗研究,C57BL/6J小鼠與KKAy小鼠具有基因同源性,選擇其作為正常組[7-11]。本實驗在KKAy小鼠遺傳易感的基礎上飼以高脂飼料,造成外周組織對胰島素敏感性降低,增加其Ⅱ型糖尿病的發病率。KKAy小鼠的血糖隨著年齡增長而升高,8周齡時伴隨有輕微腎臟結構改變,如腎小球基底膜增厚等,入組的KKAy小鼠測空腹血糖(Fasting Blood Glucose,FBG)≥16.7 mmol?L-1,體質量明顯增加且其多飲多尿、肥胖、糖耐量減低等Ⅱ型糖尿病特征明顯,尿蛋白含量升高,腎小球肥大和嚴重的系膜增生,系膜區增寬,腎小球壁層上皮增生,間質炎性浸潤,部分小管萎縮,并可見較多透明管型,大量膠原纖維沉積,這些改變均可導致和加重DKD腎間質纖維化的發生。
本實驗研究發現,中藥復方糖腎平水煎劑可改善自發Ⅱ型DKD KKAy小鼠的一般狀態,改善其脂類代謝,降低其體質量,降低DKD KKAy小鼠腎重體重比,減少尿蛋白,降低中BUN、Scr、TG含量,減輕腎臟病理改變,且高劑量組療效最為顯著。
TGF-β1既能夠作為獨立因素誘導DKD腎臟EMT的發生,也可以參與信號通路的構成,作為相關信號轉導通路的一個環節,參與EMT的發生、發展,如DKD發生時,TGF-β1可激活腎臟中的RhoA/ROCK信號轉導通路。TGF-β1激活RhoA/ROCK信號通路,進一步誘導EMT過程中的α-SMA表達,在這個過程中,Rho起核心作用[12]。實驗結果表明,DKD KKAy小鼠腎組織中TGF-β1、RhoA、ROCK1和α-SMA蛋白及mRNA表達水平顯著升高,E-Cadherin蛋白及mRNA表達水平顯著降低。給藥治療后,DKD KKAy小鼠腎組織TGF-β1、RhoA、ROCK1、α-SMA蛋白及mRNA的表達降低,與細胞間粘附作用密切相關的E-Cadherin蛋白及mRNA表達升高,基于以上結果推測,糖腎平可能是通過RhoA/ROCK信號轉導通路在一定程度上抑制腎小管上皮細胞的EMT來保護腎功能的。
綜上所述,糖腎平對DKD KKAy小鼠的腎臟具有明顯的保護作用并且能夠逆轉腎小管上皮-間質轉分化,抑制DKD腎間質纖維化,進而延緩DKD的疾病進展,糖腎平屬于中藥復方,其對DKD的治療作用具有多靶點性,本研究只涉及了一個方面,因此還需進一步實驗進行更深層次機制的研究。另外,需要提出的是,在臨床治療和實驗研究中常使用糖腎平煎劑,因為同一個中藥的不同劑型和有效成分的不同提取方式會對其治療效果產生重要的影響,這是由中醫藥自身的特點所決定的。因此在以后的實驗研究中,可以嘗試突破現有中藥有效成分提取的技術常規和瓶頸,突破以往常規的中藥有效成分提煉方法,通過實驗探索出中藥復方糖腎平的更有效的劑型或提純方式,進一步增強其藥效,同時完善和充實我國中藥復方實驗研究的內容,也為相關的科學研究提供有益的借鑒。
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Renoprotective Effects of Tang-Shen-Ping on RhoA/ROCK Signaling Pathway in Diabetic Kidney Disease KKAy Mice
Miao Yonghui,Zhao Zongjiang,Zhang Xinxue,Yang Meijuan,Yang Guannan,Wu Amin,Wang Ting
(College of Traditional Chinese Medicine,Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China)
This study was aimed to explore the renoprotective effects of Tang-Shen-Ping(TSP)on RhoA/ROCK signaling pathway in KKAy mice with diabetic kidney disease(DKD).A total of 60 female 10-week SPF degree KKAy mice,which were fed with KK special food for 10 weeks,were made into DKD model.Mice were randomly divided in the model group, irbesartan group,low-,medium-and high-dose TSP group(0.525 g·kg-1,1.05 g·kg-1,and 2.1 g·kg-1).Ten female C57BL/6J mice were used as the normal control group.Mice of each group were intragastrically administered with corresponding medicine,respectively,while mice of the control group and the model group were given deionized water of the equal volume.The body weight was measured and the 24-hour urine protein quantification was detected every 4 weeks.At the end of the 26th week,all mice were sacrificed and the biochemical indicators,such as fasting blood glucose (FBG),serum blood urea nitrogen(BUN),serum creatinine(Scr),and triglyceride(TG)were measured.HE staining, Mallory staining and PAS staining were used to observe the pathological morphology of kidney tissues.Immunohistochemistry (IHC)and in situ hybridization(ISH)were used in the detection of transforming growth factor-β1(TGF-β1),Ras homolog gene family member A(RhoA),Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase 1(ROCK1),α-smooth muscle actin(α-SMA),E-Cadherin(E-Cad)mRNA and protein expression.The results showed that compared with the model group,there were significant differences on body weight,the ratio of kidney weight to body weight,and urinary protein in the middle-and high-dose TSP group(P<0.01);the renal pathological damage was obviously decreased;contents ofFBG,BUN,Scr and TG decreased(P<0.01);mRNA and protein expression of E-Cadherin increased;mRNA and protein expression of TGF-β1,RhoA,ROCK1 and α-SMA decreased with significant difference in the middle-and highdose TSP group(P<0.01).It was concluded that the renoprotective effects and epithelial-mesenchymal transdifferentiation (EMT)of renal tubular epithelial cells of TSP on DKD KKAy mice may be related to the regulation of RhoA/ROCK signaling pathway.
Diabetic kidney disease,Tang-Shen-Ping,consumptive kidney disease,KKAy mice,RhoA/ROCK signaling pathway,epithelial-mesenchymal transdifferentiation of renal tubular epithelial cells
10.11842/wst.2017.06.025
R285.5
A
(責任編輯:郭嫦娥,責任譯審:王晶)
2017-04-28
修回日期:2017-05-20
*國家自然科學基金委面上項目(81373831):基于“腎痿”組方的糖腎平干預糖尿病腎病腎小管上皮細胞轉分化的分子機制研究,負責人:趙宗江。
**通訊作者:趙宗江,本刊編委,教授,博士生導師,主要研究方向:中醫藥防治糖尿病腎病的機制研究。