潘曉燕,龔小花,楊麗娟,沈飛霞
(溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 內(nèi)分泌科,浙江 溫州 325000)
近年來,2型糖尿病的發(fā)病率明顯增加,其危害性主要表現(xiàn)在慢性并發(fā)癥導(dǎo)致的高致死率、高致殘率[1]。糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy,DN)是其典型的微血管并發(fā)癥之一。研究表明,由DN造成的腎功能衰竭比非糖尿病患者高17倍,是糖尿病患者主要死亡原因之一,因此DN的防治工作關(guān)系重大。
近年有研究證實(shí)炎癥遞質(zhì)在DN病理發(fā)展中扮演著重要角色。白細(xì)胞介素18(IL-18)是IL-1細(xì)胞因子家族的成員,主要由活化的單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,其他組織細(xì)胞也廣泛表達(dá),在免疫調(diào)節(jié)以及多種免疫相關(guān)性疾病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸中都起著重要作用[2]。最近研究發(fā)現(xiàn),早期DN患者血漿IL-18顯著升高,且高水平IL-18能加重DN動物模型腎功能的衰竭,這提示IL-18很可能是啟動DN患者腎功能走向衰竭的早期關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[3-6]。DN腎組織中轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)高表達(dá)是DN腎功能惡化的經(jīng)典途徑之一。然而,DN腎組織中TGF-β1升高的原因仍不完全清楚。研究表明IL-18能通過與IL-18受體的結(jié)合激活NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)TH1細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ、IL-2等細(xì)胞因子。在此基礎(chǔ)上,本研究以IL-18作為DN抗感染治療的靶點(diǎn),選擇腎小球系膜細(xì)胞(mesangial cells,MCs)作為研究的靶細(xì)胞進(jìn)行研究,觀察高糖環(huán)境下IL-18和TGF-β1的表達(dá)及兩者的相互關(guān)系,并阻斷IL-18觀察TGF-β1的表達(dá)變化。
1.1 材料 大鼠腎小球系膜細(xì)胞系(HBZY-1,中國典型培養(yǎng)物保藏中心),葡萄糖(Sigma),IL-18抗體(Santa cruz),TGF-β1抗體(Abcam),二抗(CST),倒置顯微鏡(Leica),熒光定量PCR儀(Roche 480)。
1.2 方法 腎小球系膜細(xì)胞加入ATCC完全生長培養(yǎng)液(含3×105U/L青霉素、100 mg/L鏈霉素及10%滅活小牛血清),置于37 ℃、5% CO2濃度、體積分?jǐn)?shù)為0.05的飽和濕度培養(yǎng)箱中,每日換液1次,3~4 d傳代1次。
1.2.1 實(shí)驗(yàn)分組:取對數(shù)生長期的系膜細(xì)胞進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn):①正常糖組(NG組): ATCC培養(yǎng)液中加入葡萄糖(終濃度5.5 mmol/L);②高糖組(HG組):在培養(yǎng)液中加入葡萄糖(終濃度25 mmol/L);③IL-18正常糖組(IL-18/NG組):在培養(yǎng)液中分別加入四個不同濃度IL-18[1 ng/dL(IL-18/NG-1組)、10 ng/dL(IL-18/NG-2組)、50 ng/dL(IL-18/NG-3組)、100 ng/dL(IL-18/NG-4組)]+葡萄糖濃度5.5 mmol/L;Con/NG-O組培養(yǎng)液中未加入IL-18,作為對照組。④IL-18高糖組(IL-18/HG組):在培養(yǎng)液中分別加入四個不同濃度IL-18[1 ng/dL(IL-18/HG-1組)、10 ng/dL(IL-18/HG-2組)、50 ng/dL(IL-18/HG-3組)、100 ng/dL(IL-18/HG-4組)]+高糖(25 mmol/L);Con/HG-O組培養(yǎng)液中未加入IL-18,作為對照組。⑤IL-18抗體-正常糖組(IL-18Ab/NG組):在培養(yǎng)液中加入IL-18 Ab 100 g/dL+葡萄糖濃度5.5 mmol/L;⑥IL-18抗體-高糖組(IL-18Ab/HG組):在培養(yǎng)液中加入IL-18 Ab 100 g/dL+葡萄糖濃度25 mmol/L。通過IL-18抗體拮抗IL-18來阻斷TGF-β1的表達(dá)。系膜細(xì)胞以每孔2×105個細(xì)胞數(shù)接種到6孔培養(yǎng)板,每組設(shè)3個復(fù)孔(n=3)。
1.2.2 熒光定量PCR檢測IL-18和TGF-β1 mRNA的表達(dá):每孔棄培養(yǎng)液,按說明書Trizol法提取細(xì)胞總RNA,用Oligo(dT)18進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄制備cDNA。按照說明書使用膠回收法純化DNA片段作為標(biāo)準(zhǔn)品。用SYBR Green I熒光嵌合法在Rea1-time的PCR儀上進(jìn)行熒光定量PCR檢測。選取β-actin為內(nèi)參照。引物序列如下β-actin:上游5’-GTAAAGACCTCTATGC CAACA-3’,下游5’-GGACTCATCGTACTCCTGCT-3’;IL-18:上游5’-CAACCGCAGTAATACGGAGCAT-3’,下游5’-TCTGGGATTCGTTGGCTGTT-3’;TGF-β1:上游5’-ACCTTGG TAACCGGCTGC-3’,下游5’- TCCTTGGTTCAGCCACTGC-3’。反應(yīng)條件如下:94 ℃預(yù)變性2 min;然后進(jìn)行94 ℃變性30 s,55 ℃復(fù)性30 s,72 ℃延伸90 s,共35個循環(huán);最后72 ℃延長7 min,2次,在延伸的過程中收集熒光信號,擴(kuò)增結(jié)束后收集溶解曲線。采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算mRNA的相對表達(dá)量。IL-18 mRNA相對表達(dá)量/β-actin mRNA相對表達(dá)量和TGF-β1 mRNA相對表達(dá)量/β-actinm RNA相對表達(dá)量分別為為IL-18和TGF-β1的mRNA表達(dá)量校正值。每個樣本均設(shè)3個復(fù)孔。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。各組數(shù)據(jù)均以±s表示。多組間差異比較采用單因素方差分析,組內(nèi)兩兩比較方差齊者采用SNK法,方差不齊者采用Games-Howell法。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 高糖對IL-18、TGF-β1水平的影響 IL-18 mRNA表達(dá)量NG組為1.06±0.47,HG組為8.75±0.34;TGF-β1 mRNA表達(dá)量NG組為1.03±0.31,HG組為7.23±1.18,與NG組比較,HG組IL-18、TGF-β1 mRNA表達(dá)均增強(qiáng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。
表1 TGF-β1 mRNA在不同濃度IL-18條件下的表達(dá)(±s)
表1 TGF-β1 mRNA在不同濃度IL-18條件下的表達(dá)(±s)
與Con/NG-O組、Con/HG-O組比:aP<0.05;bP<0.01;HG同濃度各組與NG各組比:cP<0.01
分組IL-18的濃度IL-18/NG組0 1 1 0 50 100 IL-18/HG組Con/NG-0組IL-18/NG-1組IL-18/NG-2組IL-18/NG-3組IL-18/NG-4組Con/HG-0組IL-18/HG-1組IL-18/HG-2組IL-18/HG-3組IL-18/HG-4組0 1 1 0 50 100 TGF-β1 mRNA 表達(dá)量1.01±0.18 1.39±0.04a 1.55±0.15a 2.06±0.05b 2.93±0.29b 4.36±0.50 6.67±0.20bc 8.87±0.44bc 9.91±0.79bc 9.84±0.57bc
2.2 IL-18對TGF-β1水平的影響 相同濃度IL-18條件下,IL-18/HG組TGF-β1 mRNA的表達(dá)水平均高于IL-18/NG組;TGF-β1 mRNA表達(dá)隨IL-18濃度增高而增加。TGF-β1表達(dá)升高依賴于IL-18,且有劑量依賴性。具體見表1。
2.3 IL-18對TGF-β1水平的影響 在NG組和HG組,分別加入100μg/dL的IL-18 Ab,結(jié)果表明在髙糖情況下通過IL-18抗體拮抗IL-18可抑制TGF-β1的表達(dá)(P<0.01)。具體見表2。
表2 TGF-β1 mRNA在阻斷IL-18后的表達(dá)(±s)
表2 TGF-β1 mRNA在阻斷IL-18后的表達(dá)(±s)
與NG組比:aP<0.01;與HG組比:bP<0.01
分組 藥物和濃度TGF-β1 mRNA的表達(dá)量
DN的發(fā)病機(jī)制目前仍不十分清楚,除傳統(tǒng)的代謝和血流動力學(xué)因素對腎臟的損傷外,目前認(rèn)為免疫和炎癥遞質(zhì)在DN病理發(fā)展中扮演著重要角色[2]。最近研究發(fā)現(xiàn),早期DN患者血漿IL-18顯著升高,且高水平IL-18能加重DN動物模型腎功能的衰竭,這提示IL-18很可能是啟動DN腎功能走向衰竭的早期關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本研究以大鼠腎小球系膜細(xì)胞為對象,研究高糖環(huán)境下IL-18與TGF-β1表達(dá)及其相互關(guān)系,探討IL-18在DN腎功能衰竭疾病機(jī)制中的作用及意義。
IL-18是IL-1細(xì)胞因子家族的成員,它的結(jié)構(gòu)與IL-1β相似,但它在炎癥和免疫調(diào)節(jié)過程中具有不同于IL-1β的特性[7]。最近研究發(fā)現(xiàn),DN患者血和尿IL-18水平升高,且高水平IL-18與低腎臟功能顯著相關(guān);此外,糖尿病患者即使在正常尿蛋白期,其IL-18濃度較對照組亦明顯升高,且高水平IL-18與腎小球?yàn)V過率下降顯著相關(guān)[3-6];動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),每日注射IL-18,使非糖尿病動物體內(nèi)IL-18升高,其尿蛋白排泄率顯著升高,而預(yù)先注射IL-18保護(hù)性抗體,IL-18升高尿蛋白排泄率的作用消失[8]。由此可見,IL-18在早期DN患者體內(nèi)顯著升高,且IL-18很可能是啟動DN腎功能走向衰竭的早期關(guān)鍵靶點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)高糖可以導(dǎo)致IL-18和炎癥因子TGF-β1表達(dá)升高,證實(shí)了IL-18與高糖導(dǎo)致的腎小球系膜細(xì)胞炎癥及損傷有關(guān),但是IL-18是作為調(diào)節(jié)因子還是效應(yīng)因子發(fā)揮作用,目前仍不清楚,探討其具體的作用機(jī)制有助于進(jìn)一步了解DN炎癥持續(xù)的免疫學(xué)機(jī)制,為尋找新的治療策略帶來新的思路。
DN的病理改變是腎小球細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行性積聚,基底膜增厚,濾過面積減少,腎小球進(jìn)行性纖維化,最終可導(dǎo)致終末期腎病。DN腎組織中TGF-β1高表達(dá)是DN腎功能惡化的經(jīng)典途徑之一。TGF-β1刺激細(xì)胞外基質(zhì)的合成,誘使MCs的硬化,加速血漿蛋白從腎小球基底膜漏出到包氏囊,誘導(dǎo)下游腎小管區(qū)域促炎和促纖維化的損傷,從而介導(dǎo)腎小管的纖維化和萎縮[9]。然而,DN腎組織中TGF-β1升高的原因仍不完全清楚。既往研究表明,血流動力學(xué)因素、高糖環(huán)境、糖基化終末產(chǎn)物、糖基化終末產(chǎn)物受體上調(diào)是DN腎組織TGF-β1表達(dá)增加的重要原因,但是,糾正DN患者血液循環(huán)及降低血糖并不能有效降低DN腎組織TGF-β1表達(dá),亦不能阻止DN的進(jìn)一步惡化。因此高糖并不是導(dǎo)致TGF-β1表達(dá)增高的直接原因。本研究建立在大鼠系膜細(xì)胞體外培養(yǎng)的基礎(chǔ)上,觀察高糖對系膜細(xì)胞的IL-18和TGF-β1 mRNA表達(dá)的影響。結(jié)果顯示,高糖條件下不僅IL-18、TGF-β1表達(dá)均升高,并且TGF-β1表達(dá)升高依賴于IL-18的升高,兩者存在劑量依賴性;通過IL-18 Ab阻斷IL-18發(fā)現(xiàn)可以抑制TGF-β1的表達(dá)。由此我們推測在HBZY-1中,IL-18可以發(fā)揮調(diào)節(jié)因子作用,是TGF-β1的上游調(diào)控因子,對上調(diào)TGF-β1的表達(dá)有重要作用。因此通過IL-18抗體拮抗IL-18來阻斷TGF-β1的表達(dá),可以防止或減少DN炎癥啟動,進(jìn)而有助于阻止DN的發(fā)生,是防治DN的有意義的新靶點(diǎn)。目前已有研究表明IL-18能通過與IL-18受體的結(jié)合激活核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)TH1細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ、IL-2等細(xì)胞因子;基于此研究結(jié)果,本課題組將繼續(xù)對IL-18與TGF-β1的信號通路及胞內(nèi)途徑及其蛋白表達(dá)作進(jìn)一步深入研究。
綜上所述,本研究顯示高糖可以導(dǎo)致IL-18表達(dá)升高,IL-18可以誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞TGF-β1高表達(dá),啟動DN腎臟炎癥。該結(jié)果進(jìn)一步闡明了DN炎癥啟動及進(jìn)展的免疫學(xué)機(jī)制,為IL-18抗體治療DN提供理論依據(jù),為DN防治策略提供新的思路。
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