馬 志, 孟慶海, 蒯美玉, 林 超, 張亞云, 孫 鑫, 姚 遠(yuǎn), 張啟春,2, 卞慧敏,2*(.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇南京20023;2.江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京20023)
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桑酮堿對(duì)2型糖尿病腎病大鼠的保護(hù)作用及機(jī)制
馬 志1, 孟慶海1, 蒯美玉1, 林 超1, 張亞云1, 孫 鑫1, 姚 遠(yuǎn)1, 張啟春1,2, 卞慧敏1,2*
(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇南京210023;2.江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210023)
目的 觀察桑酮堿 (桑葉總黃酮和總生物堿)對(duì)2型糖尿病腎病大鼠的腎功能和腎TGF-β1/Smad信號(hào)通路的影響。方法 以高脂聯(lián)合鏈脲佐菌素復(fù)制2型糖尿病腎病大鼠模型,成模后分為模型組,二甲雙胍組,桑酮堿低、中、高劑量組,另設(shè)正常空白組10只。灌胃給藥,12周后測(cè)定各組大鼠空腹血糖及24 h尿量,尿液中白蛋白、肌酐的含有量;取血測(cè)定血清肌酐、尿素氮,并計(jì)算肌酐清除率;HE染色觀察腎臟形態(tài)學(xué)的變化;Western bo1t方法測(cè)定TGF-β1、Smad2/3、p-Smad2/3、IV型膠原(CoIV)、E鈣黏蛋白(E-Ca)的蛋白表達(dá)水平;rea1 time PCR方法檢測(cè)Tgfb1、CoIV和E-Ca的mRNA表達(dá)水平。結(jié)果 桑酮堿給藥組能夠顯著降低糖尿病腎病大鼠空腹血糖、24 h尿量、尿白蛋白含有量及肌酐清除率,改善腎臟組織病理?yè)p傷,下調(diào)TGF-β1、p-Smad2/3、CoIV的表達(dá),上調(diào)E-Ca表達(dá)。結(jié)論 桑酮堿能延緩2型糖尿病大鼠早期腎病并發(fā)癥的發(fā)生,其機(jī)制與調(diào)節(jié)腎臟TGF-β1/Smad信號(hào)通路有關(guān)。
桑酮堿;糖尿病腎病;腎小球?yàn)V過(guò)率;TGF-β1/Smad通路
糖尿病的發(fā)病率逐年升高,特別是2型糖尿病,占糖尿病患者總?cè)藬?shù)的90%以上,已經(jīng)嚴(yán)重威脅人類的健康[1]。糖尿病腎病 (diabetic nephropathy,DN)是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥之一,已成為導(dǎo)致終末期腎臟病的主要原因[2]。長(zhǎng)期的慢性高血糖和血脂代謝障礙導(dǎo)致腎臟血流動(dòng)力學(xué)異常,加速腎功能損害和功能障礙,在糖尿病腎病早期其臨床表現(xiàn)為超濾。研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)換生長(zhǎng)因子(transforming growth factor-β1,TGF-β1)在DN中被認(rèn)為是關(guān)鍵性因子[3]。前期研究表明桑酮堿不僅能夠抑制葡萄糖及多糖的腸吸收,還有增加胰島素敏感性,改善脂肪代謝等作用[4]。本研究則利用2型糖尿病腎病大鼠模型探討桑酮堿的防治作用及其對(duì)TGF-β1/Smad信號(hào)通路的影響。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 Sprague-Daw1ey大鼠,體質(zhì)量200~220 g,由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供,合格證編號(hào):11400700025240。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(京)2012-0001。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào):SYXK(蘇)2012-0042。
1.2藥物和試劑 桑酮堿 (鎮(zhèn)江吉貝爾藥業(yè)有限公司,批號(hào)141119)。桑酮堿是由桑葉中總黃酮和總生物堿按6∶1的比例配比而成。總黃酮以綠原酸為對(duì)照,比色法測(cè)定含有量為50.4% (主要是綠原酸及其異構(gòu)體,其中還含少量蘆丁與異槲皮苷)??偵飰A中以1-脫氧野尻霉素、蕎麥堿、表蕎麥堿總和計(jì)50.6%。二甲雙胍 (北京中惠藥業(yè)有限公司,批號(hào)20130804);葡萄糖試劑盒 (批號(hào)20130402147)、尿素氮試劑盒 (批號(hào)20140415)、白蛋白試劑盒 (批號(hào)20140427)、肌酐試劑盒 (批號(hào)20140404),均由南京建成生物研究所提供;水合氯醛 (南京寧試化學(xué)試劑有限公司,批號(hào)20131123);BCA蛋白測(cè)定試劑盒 (上海依科賽生物制品有限公司,批號(hào)IM000-C021);鏈脲佐菌素(STZ)(美國(guó)Sigma公司,批號(hào)1001270674);TGF-β1抗體、CoⅣ抗體、Smad2/3抗體、p-Smad2/3抗體、E-Ca抗體均由美國(guó)Santa Cruze公司提供;二抗羊抗兔IgG-HRP(EnoGene公司);逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(美國(guó)Thermo公司,批號(hào)#K1622);Trizo1(美國(guó)Ambion公司,RET:15596026);SYBE GREEN(德國(guó)Qiagen公司,Cat.NO.204054);焦碳酸二乙酯水(BIO LINK,BL1005)。
1.3儀器 低速自動(dòng)平衡離心機(jī) (北京醫(yī)用離心機(jī)廠);BioTek酶標(biāo)儀(美國(guó)BioTek公司);ULT1386-5-V42超低溫冰箱(美國(guó)Thermo Fisher Scientific[Ashevi11e]LLC);164-5051 Western電泳儀(美國(guó)Bio-Rad公司);5417R高速冷凍離心機(jī) (德國(guó)Eppendof公司);梯度熱循環(huán)儀 (美國(guó)App1ied Biosystems);熒光定量PCR儀(美國(guó)Bio-Rad公司)。
2.1動(dòng)物模型復(fù)制、分組及給藥 將SD雄性大鼠150只隨機(jī)分為對(duì)照組10只、高脂飲食組 (140只)。高脂飲食組給予高脂飼料 (配方:10%豬油,20%糖,2.5%蛋黃,67.5%基礎(chǔ)飼料)喂養(yǎng),空白組給予常規(guī)飼料喂養(yǎng),8周后高脂飲食組大鼠一次性腹腔注射STZ(劑量為35 mg/kg)。模型組大鼠出現(xiàn)多尿癥狀后測(cè)定血糖,取血糖值>16.7 mmo1/L的大鼠為成模大鼠。將成模大鼠隨機(jī)分為模型組,陽(yáng)性對(duì)照二甲雙胍180 mg/kg組,桑酮堿73.5、147、294 mg/kg 3個(gè)劑量組,每組20只共100只,實(shí)驗(yàn)中死亡大鼠不納入統(tǒng)計(jì)。每日一次灌胃給藥,連續(xù)12周,模型組和空白組灌胃等容積的水。
2.2標(biāo)本收集 灌胃給藥12周后,代謝籠收集24 h尿液,記錄尿量,3 000 r/10 min取上清測(cè)量尿液中尿素氮、肌酐、白蛋白的含有量。末次給藥后,動(dòng)物禁食不禁水過(guò)夜,水合氯醛麻醉,頸總動(dòng)脈取血,3 000 r/min離心10 min取血清測(cè)定葡萄糖、肌酐、尿素氮;切取左側(cè)腎皮質(zhì)稱重,用于Western b1ot及rea1 time PCR檢測(cè),剩余腎臟置于10%中性甲醛中固定用于病理檢查。
2.3腎組織病理形態(tài)學(xué)觀察 10%中性甲醛固定的腎組織常規(guī)脫水、包埋、4μm切片,分別行蘇木素伊紅染色 (HE染色)。光鏡下觀察腎臟形態(tài)學(xué)改變情況。根據(jù)病變程度分為0級(jí)無(wú)病變“-”,一級(jí)輕度 “+”,二級(jí)中度 “++”和三級(jí)重度 “+++”,評(píng)分分別記為0、1、2、3分。
2.4Western bo1t 檢測(cè)相關(guān)蛋白表達(dá),提取腎臟皮質(zhì)蛋白,每組3個(gè)樣本,BCA微量蛋白測(cè)定試劑盒測(cè)定蛋白濃度,取蛋白樣品50μg進(jìn)行電泳,轉(zhuǎn)膜、封閉、加入一抗4℃孵育過(guò)夜,洗滌后加入辣根過(guò)氧化酶標(biāo)記的二抗,孵育,充分洗滌后與ECL化學(xué)發(fā)光試劑反應(yīng),曝光后掃描,用圖像分析軟件進(jìn)行光密度分析。
2.5Rea1 time PCR檢測(cè)相關(guān)基因表達(dá) Trizo1提取腎臟皮質(zhì)總mRNA,每組6個(gè)樣本,鑒定其濃度及純度 (A260/A280介于1.8~2.2之間為最佳)。根據(jù)逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書(shū)逆轉(zhuǎn)錄成250 ng/μL cDNA。利用SYBR GREEN檢測(cè)目的基因的表達(dá)。擴(kuò)增條件:預(yù)變性,95℃,10min,共一個(gè)循環(huán);變性15 s,退火30 s,延伸30 s,共45個(gè)循環(huán);溶解程序,60℃,81個(gè)循環(huán)。引物序列見(jiàn)表1。
表1 引物序列Tab.1 Primer information
2.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)以SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì),采用單因素方差(one-way ANOVA)分析,結(jié)果以±s表示,P<0.05為有顯著差異。
3.1桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠血糖、24 h尿量、血清肌酐、尿肌酐、和肌酐清除率、尿白蛋白、血清尿素氮的影響 給藥前,模型組血糖明顯升高(P<0.01),給藥組與模型組間血糖無(wú)顯著性差異(P>0.05)。給藥12周后,模型大鼠血糖、尿白蛋白、尿素氮、24 h尿量、血清肌酐、尿肌酐、肌酐清除率明顯升高,與空白組比較,差異有高度顯著性 (P<0.01);各給藥組均能降低模型大鼠的血糖、24 h尿量、尿白蛋白、尿肌酐、血清肌酐和肌酐清除率,與模型組相比,差異均有高度顯著性 (P<0.01)見(jiàn)表2~3。
表2 桑酮堿對(duì)給藥12周后DN大鼠血糖、尿白蛋白和血清尿素氮的影響 (±s)Tab.2 Effects of Sangtongjian m ixture on fasting blood glucose,urinary album in and BUN of serum in DN rats after 12 weeks(±s)
表2 桑酮堿對(duì)給藥12周后DN大鼠血糖、尿白蛋白和血清尿素氮的影響 (±s)Tab.2 Effects of Sangtongjian m ixture on fasting blood glucose,urinary album in and BUN of serum in DN rats after 12 weeks(±s)
注:與模型組比較,**P<0.01
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表3 桑酮堿給藥12周后對(duì)DN大鼠24 h尿量、血肌酐,尿肌酐和肌酐清除率的影響 (±s)Tab.3 Effects of Sangtongjian m ixture on 24 h urine volume,serum creatinine,urine creatinine and creatinine clearance in DN rats(±s)
表3 桑酮堿給藥12周后對(duì)DN大鼠24 h尿量、血肌酐,尿肌酐和肌酐清除率的影響 (±s)Tab.3 Effects of Sangtongjian m ixture on 24 h urine volume,serum creatinine,urine creatinine and creatinine clearance in DN rats(±s)
注:與模型組比較,**P<0.01
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3.2桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟形態(tài)學(xué)變化的影響 HE染色顯示,正常組大鼠腎小球結(jié)構(gòu)完整,未見(jiàn)腎小球肥大,腎小球基底膜系膜基質(zhì)未見(jiàn)明顯異常改變,腎小管結(jié)構(gòu)完整;模型組可見(jiàn)腎小球系膜及基底膜顯著增厚,與空白組比較有顯著差異(P<0.05,P<0.01)。桑酮堿組病理改變程度明顯減輕,腎小球基底膜增厚程度顯著改善,腎小球系膜基質(zhì)增生程度減輕,與模型組比較,有顯著性差異 (P<0.05,P<0.01),如圖1,病理評(píng)分見(jiàn)表4。
圖1 桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟形態(tài)學(xué)的影響 (HE,×400)Fig.1 Effects of Sangtongjian m ixture on pathomorphology in kidney of DN rats(HE,×400)
表4 桑酮堿對(duì)DN大鼠腎臟病理評(píng)分的影響(±s,分)Tab.4 Effects of Sangtongjian m ixture on the grade of renal pathology in DN rats(±s,score)
表4 桑酮堿對(duì)DN大鼠腎臟病理評(píng)分的影響(±s,分)Tab.4 Effects of Sangtongjian m ixture on the grade of renal pathology in DN rats(±s,score)
注:與模型組比較*P<0.05,**P<0.01
組別 n 劑量/(mg·kg-1)系膜及基底膜增生腎小管變性壞死空白組 10 - 0.00±0.00** 0.00±0.00**模型組 12 - 1.33±0.49 2.33±0.49二甲雙胍組 14 180 0.50±0.52** 1.50±0.52**桑酮堿組 12 73.5 0.92±0.29* 1.92±0.29*桑酮堿組 13 147 0.92±0.28* 1.92±0.28*桑酮堿組 12 294 0.50±0.52** 1.50±0.52**
3.3桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟TGF-β1/Smad信號(hào)通路相關(guān)蛋白的影響 根據(jù)Western bo1t結(jié)果顯示,12周后模型大鼠腎臟的TGF-β1、CoⅣ、p-Smad2/3的表達(dá)升高,E-Ca表達(dá)明顯降低。桑酮堿給藥后能夠不同程度的降低TGF-β1、CoⅣ、p-Smad2/3的蛋白表達(dá),提高E-Ca的蛋白表達(dá),與模型組比較,有顯著性差異 (P<0.05,P<0.01),如圖2。
圖2 桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟TGF-β1、Smad、CoⅣ、E-Ca蛋白表達(dá)的影響(n=3)Fig.2 Expression of Sangtongjian m ixture on TGF-β1/Smad signal pathway and E-Ca,CoⅣprotein in renal of DN rats(n=3)
3.4桑酮堿對(duì)2型糖尿病大鼠腎臟Tgfb1、CoIV和E-Ca mRNA表達(dá)的影響 Rea1 time PCR結(jié)果顯示,模型組大鼠腎臟Tgfb1、CoIV的mRNA水平顯著升高,E-Ca的mRNA水平顯著降低,與空白組比較,有顯著性差異 (P<0.05)。桑酮堿給藥組能夠不同程度的降低Tgfb1、CoIV的mRNA水平,提高E-Ca的mRNA水平,與模型組比較有顯著性(P<0.05),如圖3。
圖3 桑酮堿對(duì)糖尿病腎病大鼠腎臟Tgfb1、E-Ca、CoIV m RNA的表達(dá)(n=6)Fig.3 Expression of Sangtongjian m ixture on Tgfb1,E-Ca and CoIV mRNA in renal of DN rats(n=6)
用高脂飼料聯(lián)合低劑量STZ復(fù)制糖尿病大鼠模型,是應(yīng)用最為廣泛的糖尿病動(dòng)物模型,再經(jīng)12周后逐步發(fā)展成腎病并發(fā)癥。該方法復(fù)制的糖尿病腎病大鼠模型與人類早期腎病的改變十分相似,如濾過(guò)率升高和蛋白尿增多,腎小球基底膜超微結(jié)構(gòu)的改變以及腎小球系膜擴(kuò)張[5]。在DN早期,除腎小球結(jié)構(gòu)改變之外,更為顯著的是近端小管增生[6],小管增生后加強(qiáng)重吸收,通過(guò)小管反饋使腎小球?yàn)V過(guò)率升高[7]。因此,在DN早期腎小球清除率升高,這與我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,即模型組大鼠與空白組比較肌酐清除率顯著升高。
研究表明,桑葉中含黃酮類,生物堿類,多糖和酚類化合物等,均具有不同程度的降糖作用[8]。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)桑酮堿能夠顯著降低DN大鼠血糖,進(jìn)一步減輕由高糖導(dǎo)致的超濾,顯著降低肌酐清除率即腎小球?yàn)V過(guò)率,改善腎小球基底膜、系膜增生以及腎小管變性壞死情況,減輕大鼠腎臟代償作用,對(duì)腎臟起到保護(hù)作用。桑酮堿改善腎功能的作用與桑葉總生物堿中的特有成分1-脫氧野尻霉素有關(guān),已有文獻(xiàn)報(bào)道1-脫氧野尻霉素能夠改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠的空腹和餐后血糖,改善受損的腎功能[9]。桑葉中的總黃酮有良好的降糖和抗氧化作用,還能夠激活肝臟中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體PPAR-γ和PPAR-α提高胰島素敏感性[10]。桑酮堿中黃酮與生物堿發(fā)揮多靶點(diǎn)多效應(yīng)的作用,通過(guò)降低2型糖尿病大鼠血糖,進(jìn)一步改善其腎功能。
小管間質(zhì)纖維化是推動(dòng)糖尿病腎病進(jìn)程的主要因素之一[11-12]。在糖尿病腎病的狀態(tài)下發(fā)生的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換(epithe1ia1-mesenchyma1 transition,EMT)是小管間質(zhì)纖維化的病理學(xué)基礎(chǔ)。在EMT過(guò)程中發(fā)生上皮細(xì)胞黏附分子如E-Ca蛋白的缺失,細(xì)胞失去黏附性,細(xì)胞骨架重塑并且發(fā)生形態(tài)學(xué)的改變進(jìn)一步導(dǎo)致腎小管基底膜的破壞[13]。目前已經(jīng)證實(shí)抑制TGF-β1的表達(dá)能夠延緩DN的病程[14]。在DN中,通過(guò)TGF-β1激活Smad信號(hào)通路參與腎臟纖維化,誘導(dǎo)EMT,促進(jìn)膠原沉積,降低細(xì)胞黏附分子鈣黏蛋白E(E-Ca)水平[15-16]。TGF-β1也能夠通過(guò)Smad3和Smad2調(diào)節(jié)腎小球系膜細(xì)胞肥大、足細(xì)胞凋亡,加速腎小球硬化,加重由糖尿病以及其他原因?qū)е碌哪I臟疾?。?7-18]。在本實(shí)驗(yàn)中,模型組大鼠的腎臟TGF-β1、p-Smad2/ 3、CoⅣ的表達(dá)水平升高,E-Ca的表達(dá)水平降低。在給予桑酮堿后,能夠不同程度的調(diào)節(jié)小管間質(zhì)纖維化,改善腎小球系膜及基底膜增生的情況,與調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad信號(hào)通路關(guān)系密切。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)證實(shí)了桑酮堿能夠改善早期DN大鼠腎功能,其機(jī)制與調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad信號(hào)通路有關(guān)。桑酮堿對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物糖尿病及腎病并發(fā)癥保護(hù)作用的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。
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Effect of Sangtongjian m ixture on rats w ith type 2 diabetic nephropathy
MA Zhi1, MENG Qing-hai1, KUAIMei-yu1, LIN Chao1, ZHANG Ya-yun1, SUN Xin1, YAO Yuan1, ZHANG Qi-chun1,2, BIAN Hui-min1,2*
(1.College of Pharmacy,Nanjing University of Chinese Medicine,Nanjing 210023,China;2.Jiangsu Provincial Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medicine,Nanjing 210023,China)
AIM To observe the effect of Sangtongjian mixture(tota1 f1avones and a1ka1oids from Morusalba)on rats with type 2 diabetic nephropathy(DN)and on TGF-β1/Smad pathway and its mechanism of action. M ETHODS SD rats induced by the combination of STZ and high fat dietwere estab1ished as the DN mode1.The DN rats were divided into mode1 group,metformin group,1ow-,midd1e-,and high-dose Sangtongjian mixture groups.Ten norma1 rats were set as the contro1group.Each treatment group was ora11y given the corresponding agents for twe1ve weeks.The 1eve1s of fasting b1ood g1ucose,24 h urine vo1ume,urinary a1bumin,urine creatinineweremeasured after treatments.Histopatho1ogy changes of kidney were eva1uated by HE staining.Protein 1eve1s of TGF-β1,Smad2/3,p-Smad2/3,CoIV,and E-Ca were determined by Western b1ot;mRNA 1eve1s of Tgfb1、CoIV,E-Ca were eva1uated by rea1 time PCR.RESULTS Sangtongjian mixture group cou1d remarkab1y reduce the 1eve1s of fasting b1ood g1ucose,24 h urine vo1ume,urinary a1bumin,and urine creatinine.Furthermore,Sangtongjianmixture cou1d a1so attenuate the patho1ogica1changes of kidney,down-regu1ate the expression of TGF-β1,p-Smad2/3,CoIV and up-regu1ate the expression of E-Ca.CONCLUSION Sangtongjian mixture can de1ay the progression of ear1y 2 type DN,and theirmechanism of action might be associated with the regu1ation of TGF-β1/ Smad pathway in kidney.
Sangtongjian mixture;diabetic nephropathy;g1omeru1ar fi1tration rate;TGF-β1/Smad pathway
R966
A
1001-1528(2016)06-1215-06
10.3969/j.issn.1001-1528.2016.06.003
2015-12-30
江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目 (PAPD);國(guó)家自然科學(xué)基金 (81072985,81573529)
馬 志(1990—),女,碩士生,從事中藥心血管藥理的研究。Te1:18351895531,E-mai1:609438966@qq.com
卞慧敏 (1958—),女,研究員,博士生導(dǎo)師,從事中藥心血管藥理的研究。Te1:13851495212,E-mai1:hmbian@ sina.com