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葛根素通過調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子相關(guān)酶1/腫瘤抑制基因P53蛋白/核因子相關(guān)因子2通路調(diào)控糖尿病大鼠白內(nèi)障進(jìn)程的機(jī)制研究

2024-12-31 00:00:00齊紫涵張劍齊艷秀王冬蘭
關(guān)鍵詞:葛根素氧化應(yīng)激

【摘要】目的 研究葛根素通過調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子相關(guān)酶1(SIRT1)/腫瘤抑制基因P53蛋白(P53)/核因子相關(guān)因子2(NRF2)通路對(duì)糖尿病性白內(nèi)障大鼠發(fā)展進(jìn)程的調(diào)控作用,為臨床治療該疾病提供參考依據(jù)。方法 選取無特定病原體(SPF)級(jí)雄性SD大鼠36只,根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法將其分為兩組,對(duì)照組(12只)和模型組(24只),對(duì)照組采用0.1 mmol/L檸檬酸緩沖液進(jìn)行腹腔注射,模型組采用鏈脲佐菌素腹腔注射以構(gòu)建糖尿病大鼠模型。造模成功后,將模型組分為糖尿病組(12只)和葛根素組(12只),對(duì)照組和糖尿病組大鼠均采用腹腔注射生理鹽水進(jìn)行干預(yù),葛根素組大鼠采用腹腔注射葛根素干預(yù)。3組大鼠均持續(xù)干預(yù)12周。觀察比較3組大鼠干預(yù)4、8、12周后晶狀體渾濁程度,干預(yù)12周后晶狀體丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)及晶狀體SIRT1、NRF2、P53、細(xì)胞核因子κB(NF-κB)蛋白質(zhì)表達(dá)水平。結(jié)果 干預(yù)4、8、12周后糖尿病組與葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度均更高,干預(yù)12周后葛根組大鼠晶狀體渾濁程度低于糖尿病組;與對(duì)照組比,干預(yù)12周后糖尿病組與葛根素組大鼠MDA水平及P53、NF-кB蛋白質(zhì)表達(dá)水平均升高,葛根素組低于糖尿病組,糖尿病組與葛根素組大鼠SOD、GSH-PX水平及SIRT1、NRF2蛋白質(zhì)表達(dá)水平均降低,葛根素組均高于糖尿病組(均Plt;0.05);干預(yù)4、8周后糖尿病組和葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均Pgt;0.05)。結(jié)論 葛根素可通過調(diào)節(jié)SIRT1/P53/NRF2通路來調(diào)控大鼠氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡,從而對(duì)大鼠的糖尿病性白內(nèi)障的進(jìn)程起到改善作用。

【關(guān)鍵詞】糖尿病性白內(nèi)障 ; 葛根素 ; 氧化應(yīng)激

【中圖分類號(hào)】R285 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2096-3718.2024.24.0028.04

DOI:10.3969/j.issn.2096-3718.2024.24.009

糖尿病性白內(nèi)障(diabetic cataract,DC)是一種常見的代謝性白內(nèi)障,如今已成為糖尿病眼部并發(fā)癥中僅次于糖尿病性視網(wǎng)膜病變的第二大致盲眼病[1]。DC的發(fā)病主要是由于血糖濃度過高導(dǎo)致晶狀體內(nèi)、外滲透壓發(fā)生急劇變化,晶狀體吸水過多,以及房水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和離子的比例失調(diào)、酸堿平衡度改變,干擾或影響晶狀體正常代謝而形成[2]。葛根是中醫(yī)廣泛使用的一種治療草藥,其中葛根素是葛根中提取出的一種化合物,其具有調(diào)節(jié)免疫功能、減輕炎癥反應(yīng)、降低血糖及抗氧化應(yīng)激反應(yīng)等作用[3]。沉默信息調(diào)節(jié)因子相關(guān)酶1(SIRT1)/腫瘤抑制基因P53蛋白(P53)/核因子相關(guān)因子2(NRF2)通路是一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)途徑,其在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)、抗氧化防御和細(xì)胞存活中具有 重要作用,SIRT1是一種細(xì)胞代謝輔酶NAD+依賴的Ⅲ類組蛋白去乙酰化酶,SIRT1可以調(diào)節(jié)細(xì)胞核因子κB(NF-κB)和P53等轉(zhuǎn)錄因子的活性,NRF2可調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激途徑,P53可抑制NRF2的表達(dá)及功能[4-5]。基于此,本研究將通過檢測(cè)糖尿病模型大鼠晶狀體內(nèi)相關(guān)因子水平,探究葛根素是否通過調(diào)節(jié)SIRT1/P53/NRF2通路對(duì)DC大鼠發(fā)展進(jìn)程的影響,現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 選取無特定病原體(SPF)級(jí)雄性SD大鼠[沈陽(yáng)長(zhǎng)生生物技術(shù)股份有限公司,SYXK(黑)2021-018],體質(zhì)量為170~190 g,平均(181.37±3.56)g,飼養(yǎng)在佳木斯大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心。飼養(yǎng)環(huán)境為恒溫21~23 °C,濕度45%~55%,適應(yīng)1周后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本研究經(jīng)佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器信息 鏈脲佐菌素(上海懋康生物科技有限公司,規(guī)格:1 g/支);葛根素(大連美侖生物技術(shù)有限公司,規(guī)格:20 mg/支);0.1 mmol/L檸檬酸(上海雅吉生物有限公司,規(guī)格:500 mL/支);托吡卡胺滴眼液(長(zhǎng)春長(zhǎng)慶藥業(yè)集團(tuán)有限公司,國(guó)藥準(zhǔn)字H22020410,規(guī)格:6 mL∶30 mg);酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)試劑盒均購(gòu)自建成武漢賽洛菲生物科技有限公司;SIRT1、NRF2、P53及NF-кB相關(guān)蛋白抗體均購(gòu)自武漢華美生物工程有限公司;裂隙燈顯微鏡(蘇州六六視覺科技股份有限公司,蘇械注準(zhǔn)20172162470,型號(hào):YZ5G)。

1.2 方法

1.2.1 動(dòng)物選擇 所有SD大鼠在實(shí)驗(yàn)前均使用托吡卡胺滴眼液散瞳,使用裂隙燈顯微鏡檢測(cè)所有SD大鼠晶狀體透明度,并采集大鼠空腹尾部靜脈血,離心處理(3 000 r/min,10 min),取上層血清,使用葡萄糖氧化酶法檢測(cè)血清空腹血糖水平,選取同時(shí)滿足晶狀體清澈和空腹血糖濃度為3.9~6.1 mmol/L的大鼠進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)[6]。

1.2.2 動(dòng)物模型構(gòu)建與干預(yù)、分組 36只SPF級(jí)SD大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后按照隨機(jī)數(shù)字表法將其分為兩組,對(duì)照組(12只)和模型組(24只),對(duì)照組正常維持飼料飼養(yǎng),模型組采用鏈脲佐菌素進(jìn)行造模,造模開始前,禁食24 h,隨后對(duì)照組采用0.1 mmol/L檸檬酸緩沖液進(jìn)行腹腔注射,模型組采用腹腔注射鏈脲佐菌素60 mg/kg體質(zhì)量以構(gòu)建糖尿病大鼠模型,由0.1 mmol/L檸檬酸緩沖液配置,注射鏈脲佐菌素72 h后,檢測(cè)空腹血糖濃度,以空腹血糖≥16.7 mmol/L為糖尿病模型構(gòu)建成功。造模成功后,將其分為糖尿病組(12只,采用腹腔注射生理鹽水干預(yù))和葛根素組[12只,采用腹腔注射葛根素(140 mg/kg體質(zhì)量)干預(yù)],對(duì)照組大鼠采用腹腔注射生理鹽水干預(yù),1次/d,3組大鼠均持續(xù)干預(yù)12周。

1.2.3 晶狀體混濁程度檢測(cè) 分別于干預(yù)4、8、12周使用10%水合氯醛麻醉后,經(jīng)托吡卡胺散瞳,裂隙燈顯微鏡下觀察并將晶狀體混濁程度分為Ⅰ級(jí)(晶狀體清澈透明)、Ⅱ級(jí)(晶狀體稍有混濁,細(xì)小空泡見于晶狀體周邊)、Ⅲ級(jí)(晶狀體較為混濁,空泡向中心擴(kuò)散,霧狀混濁見于部分皮質(zhì))、Ⅳ級(jí)(晶狀體顯著混濁,空泡擴(kuò)散入核區(qū),霧狀混濁見于晶體核及核周邊皮質(zhì))和Ⅴ級(jí)(晶狀體完全混濁,顯著混濁見于核區(qū))[7]。

1.2.4 氧化應(yīng)激指標(biāo)檢測(cè) 于干預(yù)12后采用脫頸法處死3組大鼠。處死大鼠后獲取完整晶狀體,置于-80 ℃保存,取左眼晶狀體加入勻漿介質(zhì)用勻漿器勻漿,在4 ℃環(huán)境下離心(14 000 r/min,10 min)后取上層清液,采用酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)水平。

1.2.5 蛋白免疫印跡試驗(yàn) 干預(yù)12周后采用放射性免疫沉淀法提取3組大鼠右眼晶狀體總蛋白,浸入預(yù)冷磷酸鹽緩沖液洗滌,加入組織裂解液后用勻漿器勻漿,測(cè)定蛋白濃度后取50 μg總蛋白進(jìn)行十二烷基硫酸鈉 - 聚丙烯酰胺凝膠電泳后電轉(zhuǎn),使蛋白按分子量大小分離開后移至聚偏氟乙烯膜上,5%的脫脂奶粉37 ℃封閉1 h。磷酸緩沖液 - 吐溫洗膜3次,6 min/次;P53抗體(1∶100)、SIRT1抗體(1∶100)、NRF2抗體(1∶100)及NF-кB抗體(1∶100)在4 ℃環(huán)境下抗孵育過夜;PBS-T洗膜3次,6 min/次;二抗(1∶10 000)37 ℃反應(yīng)30 min。PBS-T洗膜5次,8 min/次;顯影液顯色后用Image J軟件分析圖像中SIRT1、NRF2、P53、NF-кB的灰度值。目標(biāo)蛋白相對(duì)表達(dá)量=目標(biāo)蛋白灰度值/內(nèi)參蛋白灰度值。

1.3 觀察指標(biāo) ⑴晶狀體混濁程度。分別于干預(yù)4、8、12周后觀察比較3組大鼠左眼晶狀體渾濁程度。⑵晶狀體氧化應(yīng)激指標(biāo)。分別于干預(yù)12周后采用酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)3組大鼠左眼MDA、SOD和GSH-PX含量。⑶SIRT1、NRF2、P53及NF-кB蛋白相對(duì)表達(dá)量。分別于干預(yù)12周后檢測(cè)3組大鼠右眼SIRT1、NRF2、P53及NF-кB蛋白對(duì)表達(dá)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析數(shù)據(jù),計(jì)數(shù)資料以[例(%)]表示,等級(jí)資料中多組間和組內(nèi)兩兩比較均采用秩和檢驗(yàn);計(jì)量資料經(jīng)S-W檢驗(yàn)符合正態(tài)分布,以( x ±s)表示,多組間比較采用單因素分析,兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3組大鼠晶狀體混濁程度比較 與對(duì)照組比,干預(yù)4、8、12周后糖尿病組與葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度均更高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均Plt;0.05),干預(yù)12周后葛根組大鼠晶狀體渾濁程度低于糖尿病組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z值=3.051,均Plt;0.05);干預(yù)4周、8后糖尿病組和葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z值=1.305、0.340,均Pgt;0.05),見表1。

2.2 3組大鼠晶狀體氧化應(yīng)激指標(biāo)比較 與對(duì)照組比,干預(yù)12周后糖尿病組與葛根素組大鼠MDA水平均升高,葛根素組低于糖尿病組,SOD、GSH-PX水平均降低,葛根素組均高于糖尿病組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均Plt;0.05),見表2。

2.3 3組大鼠晶狀體蛋白水平比較 與對(duì)照組比,干預(yù)12周后糖尿病組與葛根素組大鼠SIRT1、NRF2蛋白相對(duì)表達(dá)量均降低,葛根素組均高于糖尿病組,P53、NF-кB蛋白相對(duì)表達(dá)量均升高,葛根素組均低于糖尿病組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均Plt;0.05),見表3、圖1。

3 討論

糖尿病患者均存在血糖升高現(xiàn)象,高血糖會(huì)引起晶狀體滲透壓改變,血糖波動(dòng)還可導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng),加速晶狀體蛋白變性,影響晶狀體的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng),進(jìn)而引發(fā)白內(nèi)障。到目前為止,顯微手術(shù)仍然作為DC的主要治療手段,經(jīng)過多年的發(fā)展,白內(nèi)障手術(shù)技術(shù)越發(fā)成熟。但目前,臨床患者仍面臨術(shù)中、術(shù)后較多的并發(fā)癥及個(gè)別患者視力提高不理想的情況,且手術(shù)也可能加劇原有的糖尿病視網(wǎng)膜病變進(jìn)展程度[8]。因此,探究DC的非手術(shù)治療具有重要臨床意義。本研究主要分析葛根素通過SIRT1/P53/NFR2通路調(diào)控糖尿病大鼠白內(nèi)障進(jìn)展,為DC患者提供新的臨床藥物及治療靶點(diǎn)。

本研究結(jié)果顯示,與對(duì)照組比,干預(yù)4、8、12周后糖尿病組與葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度均更高,干預(yù)12周后葛根組大鼠晶狀體渾濁程度低于糖尿病組,干預(yù)4、8周后糖尿病組和葛根素組大鼠晶狀體渾濁程度比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這提示采用葛根素長(zhǎng)期干預(yù)可有效改善DC大鼠晶狀體渾濁程度。在DC大鼠模型中,高血糖是導(dǎo)致晶狀體渾濁的重要因素,長(zhǎng)期高血糖會(huì)使晶狀體內(nèi)的多元醇通路異常激活,山梨醇在晶狀體內(nèi)蓄積,引起滲透壓改變,進(jìn)而導(dǎo)致晶狀體纖維腫脹、斷裂,最終造成晶狀體渾濁;葛根素可經(jīng)改善胰島素抵抗?fàn)顟B(tài),從而降低血糖水平,當(dāng)血糖水平得到改善時(shí),上述因高血糖引發(fā)的一系列導(dǎo)致晶狀體渾濁的病理過程得到緩解,進(jìn)而使大鼠晶狀體渾濁程度明顯減輕[9]。

氧化應(yīng)激是人體在內(nèi)外環(huán)境各種刺激作用下,導(dǎo)致促氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)平衡被打破,引起的氧化過程強(qiáng)于氧化物的清除過程,導(dǎo)致人體組織細(xì)胞中活性氧(ROS)大量蓄積而產(chǎn)生細(xì)胞毒性,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞凋亡及組織損傷的過程;由于ROS攻擊多不飽和脂肪酸側(cè)鏈及核酸等大分子物質(zhì)可產(chǎn)生MDA和4-羥基壬烯酸(HNE)等脂質(zhì)過氧化物,因此,臨床中一般通過檢測(cè)MDA可評(píng)估機(jī)體氧化應(yīng)激損傷程度[10]。此外,SOD能特異地與超氧化物陰離子發(fā)生歧化反應(yīng),清除超氧化物陰離子保護(hù)機(jī)體不受自由基損害,其在機(jī)體氧化和抗氧化的平衡中扮演著重要角色。GSH-PX通過還原氫氧化物從而阻斷氧化反應(yīng)[11]。因此,SOD、GSH-PX的含量可以反映機(jī)體抗氧化的能力。本研究結(jié)果顯示,與對(duì)照組比,干預(yù)12周后糖尿病組與葛根素組MDA水平均升高,葛根素組低于糖尿病組,SOD、GSH-PX水平均降低,葛根素組均高于糖尿病組,這提示葛根素干預(yù)可減輕DC大鼠的氧化應(yīng)激損傷,提高其抗氧化能力。

SIRT1/P53/NFR2通路可調(diào)控神經(jīng)保護(hù)、細(xì)胞壽命、抗炎效應(yīng)、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、自噬及凋亡等多個(gè)生物學(xué)過程,對(duì)于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和機(jī)體健康至關(guān)重要。SIRT1通過調(diào)控P53蛋白的乙酰化水平,抑制P53蛋白的活性,進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用;通過去乙酰化作用于靶蛋白如P53、叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子O、蛋白激酶B等,影響凋亡因子、神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、線粒體發(fā)生,達(dá)到對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的調(diào)控,還可通過多種途徑影響細(xì)胞壽命,包括調(diào)控P53的活性影響細(xì)胞壽命、通過調(diào)控叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子O的信號(hào)通路啟動(dòng)細(xì)胞的抗氧化途徑;臨床發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠晶狀體可檢測(cè)到P53蛋白表達(dá)上調(diào),表明P53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在DC病變中發(fā)揮重要作用[12]。NF-κB是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵蛋白,現(xiàn)已證實(shí)NF-κB能增強(qiáng)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的轉(zhuǎn)錄活性,產(chǎn)生過量的一氧化氮(NO)和超氧化物陰離子,從而造成氧化損傷[13]。SIRT1通過抑制NF-κB的信號(hào)通路,使NF-κB降低活性,減少炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激[14]。NRF2是近年來新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子,其可以通過介導(dǎo)抗氧化反應(yīng)元件(ARE)活性來調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激途徑,P53可抑制NRF2的表達(dá)及功能,且SIRT1活化可增加NRF2抗氧化途徑[15]。本研究結(jié)果顯示,與對(duì)照組比,干預(yù)12周后糖尿病組與葛根素組SIRT1、NRF2蛋白質(zhì)相對(duì)表達(dá)量均降低,葛根素組均高于糖尿病組,P53、NF-кB蛋白質(zhì)相對(duì)表達(dá)量均升高,葛根素組均低于糖尿病組,這提示采用葛根素干預(yù)可能是通過調(diào)控SIRT1/P53/NRF2通路延緩大鼠DC的發(fā)展進(jìn)程。

綜上,SIRT1/P53/NRF2通路參與了DC的發(fā)病和進(jìn)展,葛根素可通過調(diào)控大鼠晶狀體氧化應(yīng)激指標(biāo)水平和SIRT1/P53/NRF2通路分子緩解大鼠DC的進(jìn)展程度,有望為未來治療該疾病提供一種新的策略。

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