于 倩 張 沫 劉德敏
糖尿病腎?。―N)早期處于高功能狀態(tài),腎血流量增加,腎小球?yàn)V過率增高,尿微量蛋白正常,病理變化表現(xiàn)為腎小球肥大,系膜基質(zhì)輕度增寬,腎小球基底膜輕度增厚。這種過程是可逆的,但隨著病程延長(zhǎng),當(dāng)尿蛋白排泄率超過0.5 g/d時(shí),即為臨床糖尿病腎病期,此過程不可逆,最終發(fā)展為終末期腎病,只能依靠腎移植、血液透析和腹膜透析等腎臟替代療法來維持生命,因此積極探索DN的發(fā)病機(jī)制,在DN早期給予適當(dāng)及時(shí)的干預(yù)措施至關(guān)重要。在DN發(fā)病機(jī)制的研究中,由糖基化終末產(chǎn)物介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1/Smad/結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)通路最為重要,大量研究表明TGF-β 1和CTGF在腎病進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用[1],但TGF-β1和CTGF基因表達(dá)與早期DN的關(guān)系還不清楚。本研究旨在探討TGF-β1和CTGF基因表達(dá)與糖尿病早期腎臟病變的關(guān)系及其作用機(jī)制,為臨床DN的早期治療提供依據(jù)。
1.1 材料 (1)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。清潔級(jí)雄性SD大鼠27只,購(gòu)自天津?qū)嶒?yàn)動(dòng)物中心,8周齡,體質(zhì)量250~300 g,平均(281±11)g。實(shí)驗(yàn)期間標(biāo)準(zhǔn)條狀飼料喂養(yǎng),自由進(jìn)食、飲水,每籠6~7只,自然晝夜光線,室內(nèi)通風(fēng)良好,室溫18℃~22℃,相對(duì)濕度40%~70%。(2)主要試劑。鏈脲佐菌素(STZ,Sigma公司),Trizol、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(北京全式金公司),Real-time PCR試劑盒[大連寶生物(TaKaRa)公司],小鼠抗TGF-β1單克隆抗體、山羊抗CTGF多克隆抗體(Santa Cruz biotechnology),SABC免疫組化染色試劑盒、DAB顯色試劑盒(武漢博士德公司)。(3)主要儀器。德國(guó)BIOSEN血糖分析儀,芬蘭Quik read快速分析儀,日立CF-15D冷凍離心機(jī),中國(guó)博日Line-Gene K熒光定量PCR儀。
1.2 動(dòng)物模型的建立與分組 全部動(dòng)物適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后隨機(jī)分為2組:正常對(duì)照組(NC)12只,糖尿病組(DM組)15只。將STZ溶于0.1mol/L的無菌枸櫞酸-枸櫞酸鈉緩沖液(pH 4.4),配成2%的溶液。DM組大鼠按40 mg/kg體質(zhì)量尾靜脈注射STZ,對(duì)照組注射枸櫞酸鈉緩沖液。給藥后72 h和第7天尾靜脈取血測(cè)隨機(jī)血糖,2次血糖均≥16.7 mmol/L為造模成功,共14只成模為DM組。
1.3 標(biāo)本收集與處理 自成模之日起,每2周測(cè)血糖1次。第8周時(shí)將大鼠置于單個(gè)代謝籠中,收集24 h尿液,記錄尿量,3 000 r/min離心3 min后留取上清于-20℃保存,用于24 h尿微量蛋白(UMA)的測(cè)定。第8周末,將全部大鼠稱質(zhì)量,測(cè)血糖,股動(dòng)脈放血將大鼠處死,留取血標(biāo)本,3 000 r/min離心5 min后取血清于-20℃凍存,待測(cè)血糖、血尿素氮(BUN)、血肌酐(Scr)等生化指標(biāo)。將大鼠腹腔打開,迅速摘取雙腎,左腎稱質(zhì)量后迅速放入10%福爾馬林固定,右腎去除包膜后留取腎皮質(zhì)部分于凍存管中,編號(hào)后放入液氮保存,24 h后放入-70℃冰箱中凍存?zhèn)溆?,用于Real-time PCR測(cè)定。
1.4 實(shí)驗(yàn)方法
1.4.1 生化指標(biāo)的測(cè)定 血糖檢測(cè)用葡萄糖氧化酶電極法,BUN、Scr測(cè)定用酶法,24 h尿微量蛋白檢測(cè)用免疫透射比濁法。
1.4.2 腎臟肥大指數(shù)(KI) 用腎質(zhì)量/體質(zhì)量(g/kg)比值表示。
1.4.4 腎皮質(zhì)TGF-β1、CTGFmRNA表達(dá)測(cè)定 (1)腎皮質(zhì)總RNA提取。用Trizol按步驟提取大鼠腎皮質(zhì)總RNA,紫外分光光度計(jì)測(cè)定每個(gè)樣品OD260/OD280比值,結(jié)果在1.8~2.0為純度較高,并計(jì)算濃度,采用1%的瓊脂糖凝膠電泳鑒定RNA完整性。(2)cDNA的合成。以RNA為模板,oligo(dT)為引物,在逆轉(zhuǎn)錄酶MMLV的催化下合成cDNA。(3)引物合成。根據(jù)引物設(shè)計(jì)原則,應(yīng)用Primer 6.0軟件設(shè)計(jì)引物,′用NCBIblast評(píng)價(jià),再由上海生工合′成。β′-actin引物上游5-CCCATCTA TGA′GGGTTACGC-3,下游5-TTTAATGT′CACGCACGATTT C-3,擴(kuò)增產(chǎn)物1′50 bp;TG′F-β1引物上游5-CAACAACG′CAA TCTATGACA-3,下游5-CAAGG′TAACGCCAGGAAT-3,擴(kuò)增產(chǎn)′物 200 bp′;C TGF引物上游5-TGCCTG′CCATTACAACT G-3,下游5-CACACGGTTCTCACTTCG-3,擴(kuò)增產(chǎn)物247 bp。(4)Real-time PCR。SYBRGreenⅠ與雙鏈DNA結(jié)合后發(fā)出熒光,通過檢測(cè)反應(yīng)體系中的SYBRGreenⅠ的熒光強(qiáng)度監(jiān)測(cè)RCR產(chǎn)物的擴(kuò)增量。反應(yīng)體系包括12.5μL SYBR Premix Ex Taq,上下游引物各0.5μL,cDNA模板2μL,ddH2O 9.5 μL,總體系為25μL。PCR擴(kuò)增條件:95℃預(yù)變性30 s;95℃變性5 s,60℃退火及延伸30 s,共40個(gè)循環(huán);最后生成熔解曲線。目的基因與內(nèi)參基因擴(kuò)增閾值的差值,即△Ct值,根據(jù)公式2-ΔCt計(jì)算出樣品初始模板量進(jìn)行分析。
1.4.5 免疫組織化學(xué)法檢測(cè) 固定的腎組織經(jīng)乙醇逐級(jí)脫水,石蠟包埋切片(4μm),用免疫組化SABC法檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)中TGF-β1、CTGF蛋白一抗?jié)舛葹?∶150,用PBS代替一抗做陰性對(duì)照,4℃孵育過夜,滴加二抗,DAB顯色,蘇木素復(fù)染。結(jié)果分析參考文獻(xiàn)[2],采用Image-Pro Plus 6.0圖像分析系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行分析,每張切片隨機(jī)讀取10個(gè)不重疊的視野,計(jì)算其積分光密度(IOD),取其均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件做數(shù)據(jù)分析。所有資料均進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,2組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);非正態(tài)分布資料以中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示,2組間比較采用Mann-Whitney檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 動(dòng)物成模情況及體征觀察 DM組大鼠于造模3 d后出現(xiàn)多飲、多食、多尿癥狀,常伴有腹瀉,毛發(fā)干枯發(fā)黃,隨時(shí)間的推移體質(zhì)量明顯減輕,活動(dòng)量減少,精神萎靡。NC組大鼠皮毛光滑、毛色正常,體質(zhì)量隨周齡增加而增加,精神狀況佳,飲食、飲水正常,尿淡黃色,大便顆粒狀。實(shí)驗(yàn)期間NC組大鼠無死亡,DM組死亡2只,主要集中在造模后2周。
2.2 實(shí)驗(yàn)室檢查結(jié)果 前4周時(shí),與NC組相比,DM組血糖明顯升高(P<0.01);6周后,DM組血糖略有降低,但仍明顯高于NC組,見表1。與NC組相比,DM組血肌酐明顯下降,血尿素氮明顯升高(均P<0.01),見表2。與NC組相比,DM組24 h尿量升高明顯,24 h UMA、腎肥大指數(shù)也明顯增高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見表2。
與NC組相比,DM組TGF-β1、CTGF mRNA水平明顯升高(P<0.01),見表3。
免疫組化結(jié)果顯示,NC組腎臟TGF-β1在腎小球輕度染色,DM組腎小球著色明顯增多增深,蛋白表達(dá)較NC組高(P<0.01);NC組腎小球未見明顯著色,而DM組大鼠腎小球CTGF表達(dá)增多著色明顯,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見表3,圖1、2。
Table1 Comparison of blood sugar in different rat groups表1 各組大鼠不同周齡血糖比較 (n=12,mmol/L,±s)
Table1 Comparison of blood sugar in different rat groups表1 各組大鼠不同周齡血糖比較 (n=12,mmol/L,±s)
**P<0.01;表2、3同
?
Table 2 Comparison of correlation index of renal function between rat groups表2 各組大鼠腎功能相關(guān)指標(biāo)比較 (n=12)
Table 3 Expression levels of TGF-β1,CTGF mRNA and protein in rat renal cortex表3 大鼠腎皮質(zhì)TGF-β1、CTGF mRNA及蛋白表達(dá)水平(n=12,±s)
Table 3 Expression levels of TGF-β1,CTGF mRNA and protein in rat renal cortex表3 大鼠腎皮質(zhì)TGF-β1、CTGF mRNA及蛋白表達(dá)水平(n=12,±s)
?
Figure1 Resultsof nephridialtissue TGF-β1 detected by immunohistochemistry圖1 腎組織TGF-β1免疫組化結(jié)果(SABC法×400,箭頭所示為陽(yáng)性棕色顆粒沉著)
Figure2 Resultsof nephridialtissue CTGFdetected by immunohistochemistry圖2 CTGF腎組織免疫組化結(jié)果(SABC法×400,箭頭所示為陽(yáng)性棕色顆粒沉著)
3.1 糖尿病腎病大鼠模型的建立 目前,STZ誘導(dǎo)建立的DM模型廣泛應(yīng)用于DN發(fā)病機(jī)制和治療方法的研究。STZ通過選擇性抑制β細(xì)胞O-乙酰葡萄糖胺酶(O-GlcNAcase)的活性,從而抑制O-乙酰葡萄糖胺的降解,使β細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)不可逆地糖基化,導(dǎo)致β細(xì)胞死亡。高劑量注射STZ使胰島素分泌嚴(yán)重受損,模擬了1型糖尿??;而低劑量STZ使胰島素分泌輕度受損,具有2型糖尿病后期的特征[3]。近來研究發(fā)現(xiàn),采用單側(cè)腎臟切除或單側(cè)腎臟結(jié)扎后再小劑量注射STZ,也可以成功建立DN模型,但是由于難于分辨單側(cè)腎損傷和STZ誘導(dǎo)高血糖對(duì)腎小球血流動(dòng)力學(xué)改變的作用,該模型的應(yīng)用價(jià)值尚待討論[4]。無論從腎臟生理解剖特點(diǎn)還是DN的發(fā)病機(jī)制、病理特征等方面,還沒有一種動(dòng)物模型能完全模擬人類的糖尿病腎臟損害,應(yīng)根據(jù)研究目的選擇模型的建立方法。本實(shí)驗(yàn)研究早期DN的分子機(jī)制及可能的治療方法,因此采用尾靜脈小劑量注射STZ的方法建立DN模型。
3.2 細(xì)胞因子與DN TGF-β1是DN病程進(jìn)展的重要細(xì)胞因子,是導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過度沉積的關(guān)鍵因子,通過TGF-β/Smad通路與靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合,調(diào)控其轉(zhuǎn)錄[5],其中CTGF是其主要的效應(yīng)因子,與TGF-β1共同參與腎臟肥大、系膜基質(zhì)擴(kuò)張、膠原增加和纖維黏連蛋白mRNA的表達(dá)等作用。CTGF是一種富含半胱氨酸的分泌蛋白,能與多種細(xì)胞因子相互作用,在維持細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮了重要作用[6]。CTGF通過vWC結(jié)構(gòu)域與TGF-β1結(jié)合,從而加強(qiáng)TGF-β1與相應(yīng)受體的結(jié)合,提高了TGF-β1的有效濃度,同時(shí)還參與調(diào)節(jié)其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。研究顯示,在CTGF基因缺失或基因敲除的細(xì)胞中,由TGF-β1介導(dǎo)的30%的基因都失去了對(duì)它的反應(yīng)[7]。TGF-β1功能的實(shí)現(xiàn)離不開CTGF,只有當(dāng)兩者協(xié)調(diào)作用時(shí),才能促使發(fā)生持續(xù)的纖維化反應(yīng)[8]。
3.3 糖尿病腎病標(biāo)志物 在腎臟疾病中,特別是DN,UMA可以預(yù)示腎功能的損害程度,與腎病的進(jìn)程密切相關(guān)。李世芬等[4]通過檢測(cè)STZ誘導(dǎo)的DN大鼠的24 h尿蛋白排出量發(fā)現(xiàn),模型組在造模1周時(shí)就明顯升高,提示此時(shí)就已經(jīng)存在腎功能的損害,并且排出量隨著病程的延長(zhǎng)而增多。但是,近來研究發(fā)現(xiàn)腎小球及腎小管損傷引起的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變化要早于尿蛋白的出現(xiàn)[9],UMA用于診斷DN的進(jìn)程具有較高的靈敏度,但是特異度較低。
DN早期病理生理改變主要是高濾過和微量蛋白尿,隨后出現(xiàn)腎功能進(jìn)一步損害。本研究DM組大鼠的病變處于糖尿病腎病早期,DM組CTGF mRNA及蛋白表達(dá)較NC組明顯升高,說明CTGF表達(dá)在腎病早期即有增加。有研究顯示,與正常蛋白尿的DN患者比較,微量蛋白尿組的DN患者尿中的CTGF高出10倍,大量蛋白尿組高出100倍[10]。Je?rums等[11]研究表明,CTGF陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)及尿CTGF與腎組織活檢纖維化評(píng)分呈正相關(guān)。這些結(jié)果提示通過檢測(cè)CTGF來評(píng)價(jià)腎臟損傷將具有更好的特異性,有研究者提出聯(lián)合應(yīng)用CTGF與UMA來區(qū)分大血管損傷性疾病和腎臟疾病[12],這對(duì)DN的早期診斷將更有意義。
[1]Ziyadeh FN.Mediators of diabetic renal disease:The case for TGF-βas the major mediator[J].J Am Soc Nephrol,2004,15(1):55-57.
[2]文敏,周波,余資江.免疫組織化學(xué)圖像光度學(xué)參數(shù)的選擇及測(cè)量[J].局解手術(shù)學(xué)雜志,2009,18(6):377-381.
[3]Franconi F,Seghieri G,Canu S,etal.Are the available experimental models of type 2 diabetes appropriate for a gender perspective[J].Pharmacol Res,2008,57(1):6-18.
[4]李世芬,王心如,王玉翠,等.SD大鼠糖尿病腎病模型構(gòu)建的比較[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(8):1123-1128.
[5]Qi W,Chen X,Poronnik P,etal.Transforming growth factor-β/con?nective tissue growth factor axis in the kidney[J].Int JBiochem Cell Biol,2008,40(1):9-13.
[6]Brigstock DR.The CCN family:a new stimulus package[J].JEndocri?nol,2003,178(2):169-175.
[7]Shi-wen X,Stanton LA,Kennedy L,etal.CCN2 is necessary for ad?hesive responses to transforming growth factor-beta1 in embryonic fibroblasts[J].JBiol Chem,2006,281(16):10715-10726.
[8]Leask A.Targeting the TGF-beta,endothelin-1 and CCN2 axis to combat fibrosis in scleroderma[J].Cell Signal,2008,20(8):1409-1414.
[9]Otsu H,Can H,Spentzs D,etal.Prediction of diabetic nephropathy using urine proteomic profiling 10 years prior to development of ne?phropathy[J].Diabetes Care,2007,30(2):638-643.
[10]Gilbert RE,Akdeniz A,Weitz S,etal.Urinary connective tissue growth factor excretion in patients with type1 diabetesand nephrop?athy[J].Diabetes Care,2003,26(9):2632-2636.
[11]Jerums G,Premaratne E,Panagiotopoulos S,etal.New and old markers of progression of diabetic nephropathy[J].Diabetes Res Clin Pract,2008,82(Suppl 1):30-37.
[12]Nguyen TQ,Tarnow L,Andersen S,etal.Urinary connective tissue growth factor excretion correlates with clinical markers of renal dis?ease in a large population of type 1 diabetic patients with diabetic nephropathy[J].Diabetes Care,2006,29(1):83-88.