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目的:糖尿病肾病(DN)是糖尿病(DM)常见而严重的慢性微血管并发症,已成为终末期肾衰竭(ESRD)的主要原因之一,因而,探索DN的发病机制及有效的防治措施是当今倍受肾病学者关注的课题。随着对肾小管间质病变在肾脏疾病进展与预后中作用的研究,发现肾小管间质病变在DN的发生发展中有着不可忽视的作用。研究DM小管间质病变发生、发展的机制,以及寻找干预治疗小管间质病变的措施具有重要意义。故本课题旨在研究高糖情况下肾小管间质改变并探讨干预措施。有关肾小管周围毛细血管(PTC)病变在肾间质纤维化中的作用,近年来才开始得到重视。具有强烈抑制血管生成的血小板反应蛋白1(TSP-1)与肾脏疾病关系越来越受到关注。近年研究表明在活化潜在转化生长因子β1(TGF-β1)中,TSP-1具有重要作用。从时间表达与空间分布看,TSP-1高表达与局部活化的TGF-β1表达相一致,推测其可能参与了肾脏纤维化进展。结缔组织生长因子(CTGF)是TGF-β的下游效应介质,在一些包括DN的病理状态下,特别是在伴有细胞增生和细胞外基质(ECM)合成增加的肾小球系膜区CTGFmRNA的表达明显增加。由此可以认为CTGF参与了肾纤维化的发生发展。骨形成蛋白-7(BMP-7)是骨形态发生蛋白(BMPs)家族的一员。近年来,动物实验发现,某些肾脏病的发生与BMP-7减少有关,而BMP-7治疗则可减轻肾脏损害,具有抗纤维化的作用。同时,它们在DN的发生和治疗中的作用也日益引起人们的关注。罗格列酮(RSG)是人工合成新型抗DM的噻唑烷二酮类(TZDs)药物,在提高胰岛素敏感性方面发挥关键性作用。TZDs还具有抗器官硬化和抗组织纤维化等作用。但在DN RSG是否通过影响TSP-1、BMP-7及CTGF的表达而抗纤维化,目前尚缺乏研究。本实验应用糖尿病大鼠模型和高糖培养的人的肾小管上皮细胞,观察不同时间点高糖培养的人近端肾小管上皮细胞(HK-2)及实验性糖尿病大鼠肾小管间质TSP-1、CTGF、BMP-7、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达情况,以及与间质细胞增殖、纤维连接蛋白(FN)沉积、间质纤维化等的关系,探讨TZDs类药物对DN的保护作用及其可能的与TSP-1、CTGF、BMP-7等相关的机制,为临床研究DN的发病机理及治疗措施提供理论依据。
方法:
1.糖尿病大鼠肾脏TSP-1、BMP-7的表达变化
选择体重180-200g健康雄性SD大鼠24只,随机分为二组,正常对照组(A组)和糖尿病组(B组),每组12只。B组大鼠腹腔单次注射链脲佐菌素(STZ,60mg/kg,溶于0.1mol/L柠橼酸缓冲液,浓度为1%,pH值为4.5)制备糖尿病大鼠模型,A组只注射相同体积的枸橼酸缓冲液。72小时后尾静脉采血,用血糖仪测定全血血糖,血糖≥16.7mmol/L,尿糖为+++~++++时确定为糖尿病大鼠模型。分别于成模后4、8周各组任取6只测定大鼠血糖(BG)、血肌酐(Scr)、尿肌酐(Ucr)、肌酐清除率(Ccr)、尿n-乙酰-β-d-氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性,24小时尿白蛋白排泄率(UAER)。对肾脏标本进行光镜HE、PAS及MASSON染色。免疫组化方法测定肾皮质TSP-1、BMP-7、CTGF、FN、α-SMA表达;各组大鼠肾皮质提取总RNA,用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)方法测定大鼠肾皮质TSP-1、BMP-7、CTGFmRNA表达,Western blot法检测肾组织中TSP-1、BMP-7、CTGF的蛋白表达。
2.RSG对DM大鼠肾脏TSP-1、BMP-7表达影响的干预研究
选择体重180-200g雄性SD大鼠18只。所有动物随机分为三组,正常对照组(A组)、糖尿病组(B组)及糖尿病RSG治疗组(C组),每组6只。B组及C组大鼠腹腔单剂量注射STZ(60mg/kg),A组注射等量枸橼酸缓冲液。72小时后尾静脉采血,用血糖仪测定全血血糖,血糖≥16.7mmol/L,尿糖为+++~++++时确定为糖尿病大鼠。A组:实验过程中正常饲养,每日灌胃与治疗组等容积的自来水。B组:成模后从第二天开始每日灌胃与治疗组等容积的自来水。C组:成模后第二天开始灌胃罗格列酮30mg/kg,于实验第8周末,测定各组大鼠BG、Scr、Ucr、Ccr,尿NAG酶活性,24小时UAER。对肾脏标本进行光镜HE、PAS及MASSON染色。免疫组化方法测定肾皮质TSP-1、BMP-7、CTGF、FN、α-SMA表达;各组大鼠肾皮质提取总RNA,用RT-PCR方法测定大鼠肾皮质TSP-1、BMP-7、CTGFmRNA表达,Western blot法检测肾组织中TSP-1、BMP-7、CTGF的蛋白表达。
3.高糖对HK-2细胞TSP-1、BMP-7表达的影响
将细胞分为正常糖对照组(NG培养于含5.5mmol/LD-葡萄糖的DMEM培养基)、高糖组(HG培养于含25mmol/L D-葡萄糖的DMEM培养基)、高渗组(MG培养于含25mmol/L甘露醇),并于培养24、48、72小时后终止培养。用甲基噻唑基四唑(MTT)法观察不同时间(24、48、72h)高糖对细胞增殖状态的影响。RT-PCR检测各组HK-2 TSP-1、CTGF、BMP-7、α-SMA mRNA的表达,酶联免疫吸附测定(ELISA)法检测细胞培养液上清液FN的含量,免疫细胞化学检测TSP-1、CTGF、BMP-7、FN、α-SMA,Western-blot法测定TSP-1、BMP-7、CTGF、α-SMA蛋白表达。
4.RSG对高糖环境下HK-2细胞TSP-1、BMP-7表达影响的干预研究
将细胞分为正常糖对照组(NG培养于含5.5mmol/Ld-葡萄糖的DMEM培养基)、高糖组(HG培养于含25mmol/l D-葡萄糖的DMEM培养基)、高渗组(MG培养于含25mmol/l甘露醇),RSG干预组(R5、R10、R20)为分别含RSG5、10、20umol/L的高糖DMEM培养基培养,用MTT法观察不同时间(24、48、72h) RSG对细胞增殖状态的影响。并于培养48小时后终止培养。RT-PCR检测各组HK-2细胞TSP-1、CTGF、BMP-7、α-SMA mRNA的表达, ELISA法检测细胞培养液上清液FN的含量,免疫细胞化学检测TSP-1、CTGF、BMP-7、FN、α-SMA,Western-blot测定TSP-1、BMP-7、CTGF、α-SMA蛋白表达。
结论:
1.TSP-1在正常大鼠肾间质有微量表达;随着DN病理损伤程度加重,TSP-1在肾小管上皮细胞、肾间质区表达增强,使PTC减少,导致慢性肾间质纤维化发生、发展。
2.在DN早期BMP-7水平的下降,提示BMP-7的降低可能参与了早期DN的发病,其在肾小管表达的变化提示DN早期可能已有肾小管间质受损。
3.伴随TSP-1表达的增加,BMP-7呈递减趋势,提示BMP-7可能在DN中具有与TSP-1相反的作用,即抑制肾脏纤维化的作用。
4.RSG能保护糖尿病大鼠的肾脏损伤。其可能机制包括减少TSP-1表达,抑制TGFβ-1下游效应因子CTGF的表达,增加抗纤维化抗炎作用的BMP-7表达等,延缓肾间质纤维化。
5.高糖能呈时间依赖性地诱导HKCs发生TEMT及合成CTGF及TSP-1,抑制BMP-7的表达。
6.通过体外实验,RSG可能通过减少肾小管上皮细胞TSP-1、CTGF表达,上调肾小管上皮细胞BMP-7表达,抑制DN肾间质纤维化的进展。