歐陽春,張里克,盧遠航,李先林
(湖北省中山醫(yī)院,武漢 430030)
TAK1抑制劑對糖尿病大鼠MAPK與NF-κB信號通路的影響及其對腎臟保護機制
歐陽春,張里克*,盧遠航,李先林
(湖北省中山醫(yī)院,武漢 430030)
目的 探討TAK1抑制劑對糖尿病大鼠MAPK及NF-κB信號通路的影響及其對腎臟的保護機制。方法 將48只大鼠按照隨機數(shù)字表法分為DN組、TAK1組和對照組,每組16只。對照組大鼠正常喂養(yǎng),不做任何處理;DN組、TAK1組通過向大鼠腹腔注射1% 50 mg/kg STZ建立DN大鼠模型。每組分別于4周、8周時處死8只大鼠,觀察各組大鼠腎臟組織病理變化,檢測血清TNF-α、MCP-1、IL-1β表達,腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達及p38MAPK、NF-κBp63 mRNA表達。結果 4周、8周時,DN組、TAK1組大鼠體質量、血糖、UAER均顯著高于對照組(P< 0.05),DN組大鼠體質量、UAER顯著高于TAK1組(P< 0.05)。DN組、TAK1組血清TNF-α、MCP-1、IL-1β水平顯著高于對照組(P< 0.05),DN組大鼠上述指標高于TAK1組(P< 0.05);DN組、TAK1組p38MAPK、NF-κBp63蛋白及mRNA表達水平顯著高于對照組(P< 0.05),其中DN組上述指標高于TAK1組(P< 0.05)。結論 TAK1通過激活MAPK及NF-κB信號通路來誘導炎癥反應,并參與糖尿病腎臟損傷;TAK1抑制劑能夠下調炎癥因子的表達和釋放而發(fā)揮抗炎作用。
糖尿病腎??;轉化生長因子β激活激酶-1;炎癥反應;信號通路
糖尿病腎病[1](diabetic nephropathy,DN)是糖尿病常見的微血管并發(fā)癥,DN的發(fā)病機制復雜,包括腎血流動力學異常、糖代謝紊亂、遺傳因素、炎性反應等。國外研究證實[2],糖尿病高血糖環(huán)境下,單核細胞趨化因子-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎性因子釋放增加,導致腎臟炎癥反應加重,最終發(fā)生腎臟病變。Ellina等[3]對糖尿病大鼠進行持續(xù)觀察,結果發(fā)現(xiàn)隨著糖尿病病情的加重,腎臟周圍大量浸潤巨噬細胞,提示巨噬細胞浸潤于DN的發(fā)病密切相關。MAPK和NF-κB信號通路是參與激活巨噬細胞的細胞內轉導通路,而轉化生長因子β激活激酶-1(transforming growth factor β activated kinase-1,TAKl)是MAPK和NF-κB信號通路共同的上游調節(jié)因子[4,5]。Corporeau等[6]將輸尿管梗阻小鼠TAKl基因敲除后,小鼠腎臟組織JNK、NF-κB信號通路受到抑制,炎癥因子也顯著降低,腎臟組織損害顯著減輕,提示TAKl能夠調節(jié)腎臟炎癥反應。本研究旨在探討TAKl對DN大鼠MAPK和NF-κB信號通路的調節(jié)作用及其機制,為DN的防治提供新的治療思路。
1.1 實驗動物
48只SPF級SD大鼠6~8周齡,體重180~240 g,均為雄性,購自武漢大學醫(yī)學院實驗動物中心[SCXK(鄂)2014-0005][ SYXK(鄂)2014-0022];所有大鼠均于動物房檢疫合格,標準化飼養(yǎng)房飼養(yǎng),室溫20~22℃,相對濕度50%,每天交替進行12 h光照、12 h黑暗處理,喂養(yǎng)1周后進行實驗。48只大鼠按照隨機數(shù)字表法分為DN組、TAK1組和對照組,各16只。3組大鼠周齡、體質量比較差異無統(tǒng)計學意義(P> 0.05),具有可比性。本實驗大鼠處置方法經(jīng)過動物倫理學批準。
1.2 主要儀器與試劑
TAK1抑制劑5Z-7-oxozeaenol購自美國MCE公司(純度>99.99%);免疫組化試劑盒購自上海拜力生物科技有限公司;糖原染色液(PAS)購自上海研域生物科技有限公司;TNF-α、MCP-1、白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)試劑盒購自上?;馍锛夹g有限公司;小鼠抗人p38MAPK多克隆抗體、兔抗小鼠NF-κBp63多克隆抗體、辣根過氧化物酶標記的羊抗兔IgG二抗、β-肌動蛋白(β-actin)抗體、鏈脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)均購自美國購自Sigma公司;PVDF膜、磷酸緩沖鹽溶液(PBS)、RPMI 1640培養(yǎng)基購自美國Santa Cruz公司;BCA蛋白濃度測定試劑盒購自武漢博士德生物工程有限公司。
7600-020全自動生化分析儀購自日本日立公司;9700型PCR儀購自美國ABI公司;TS100-F倒置顯微鏡購自尼康公司;Odyssey成像系統(tǒng)及圖像分析軟件購自美國LI-COR公司。
1.3 實驗方法
1.3.1 動物模型制備
對照組大鼠正常喂養(yǎng),不做任何處理;DN組、TAK1組建立DN大鼠模型[7]:向大鼠腹腔注射1% STZ,注射劑量50 mg/kg,注射72 h后連續(xù)3 d尾靜脈采血測定血糖,每日采血1次;造模成功標準:連續(xù)3次血糖≥16.6 mmol/L、24 h尿蛋白排泄率(urinary albumin excretion rates,UAER)>30 mg、尿量≥150%原尿量。DN大鼠模型建立后,對照組大鼠、DN組大鼠正常喂養(yǎng),TAK1組腹腔注射5Z-7-oxozeaenol 2 mg/kg,每隔1 d注射1次;檢測5Z-7-oxozeaenol注射4周、8周大鼠體質量、血糖、UAER。上述兩個時段每組分別處死8只大鼠,處死后從心臟取血,置于肝素抗凝管中,-20℃保存待檢;另取大鼠雙腎組織,將腎包膜完全剝離,矢狀縱行將腎臟剖開,其中一部分用丙酮固定,做冰凍切片,置于-80℃冰箱保存;另外一部分用5%多聚甲醛固定,液氮保存。
1.3.2 腎臟組織病理學檢查
取石蠟切片,脫蠟至水,蒸餾水沖洗后,70%乙醇洗脫;再將切片置于高碘酸乙醇溶液浸泡10 min,70%乙醇洗脫,置入還原液中1 min,再用70%乙醇洗脫,置于品紅溶液中60 min,自來水下沖洗10 min,蘇木素復染3 min,1%鹽酸酒精分化,再次自來水沖洗,甩干后透明、封固;顯微鏡下觀察染色情況。
1.3.3 血清TNF-α、MCP-1、IL-1β檢測
分別取各時段全血1 mL,5000 r/min離心10 min(離心半徑8 cm),吸取上清液,置于無菌EP管中,-20℃冰箱保存。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測血清TNF-α、MCP-1、IL-1β表達水平,所有檢測操作均嚴格按照試劑盒說明書要求。
1.3.4 腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63蛋白檢測(Westernblot)
將腎臟組織取出,剪碎后充分研磨,加入RIPA裂解液,冰水浴上靜置30 min,充分裂解后于冷凍離心機上以4℃、12000 r/min離心10 min,提取總蛋白;BCA法檢測總蛋白濃度。取50 μg總蛋白,100℃水浴上變性5 min,采用10%十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰氨凝膠電泳(SDS-PAGE)電泳分離蛋白,濕轉法將電泳帶電轉移至PVDF膜上,37℃條件下加入5%脫脂奶粉封閉1.5~2 h,再分別加入1∶1000稀釋的p38MAPK多克隆抗體、1∶500稀釋的NF-κBp63多克隆抗體、1:5000稀釋的β-actin抗體,4℃孵育過夜。PBS沖洗3次,待洗膜后再加入1∶2000稀釋的辣根過氧化物酶標記的羊抗兔IgG二抗,37℃振搖孵育1 h,PBS沖洗3次;采用ECL化學發(fā)光試劑顯影、曝光,凝膠成像系統(tǒng)對條帶進行分析,半定量分析灰度條帶,目的條帶與β-actin條帶積分吸光度值之比為目的蛋白相對表對量。
1.3.5 腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63 mRNA(Quantitative Real-time PCR)
采用Trizol試劑盒提取腎臟組織總RNA,提取方法按照試劑盒說明書;標準步驟將總RNA逆轉錄成cDNA,再將cDNA進行實時熒光定量PCR實驗,引物委托南京金斯瑞生物科技有限公司設計合成,p38MAPK:Forward: 5′-GGGTCAAAGATCACGTGCA CAG-3′,Reverse: 5′-TTGTCAAAGCAGACGGAGGTC-3′擴增片段長度226 bp;NF-κBp63:Forward: 5′-TTGACCGGTAAATGTCAACGTAAT-3′,Reverse: 5′-TGAGACTGGCACTGAGAGTGGTTG-3′,擴增片段長度304 bp;GAPDH:Forward: 5′-GGTGAACGTGC GTCTCAAGC-3′,Reverse: 5′-GTCGGTGGTGGAAGA TCGTC-3′,擴增片段長度117 bp;PCR反應體系:ddH2O13 μL、緩沖液2.5 μL、dNTP1 μL、上下游引物各0.5 μL,cDNA3 μL、Taq酶0.5 μL,總反應體系21 μL;反應條件:95℃預變性2 min,95℃變性15 s,60℃退火30 s,72℃延伸1 min,40個循環(huán)后72℃ 5 min;以GAPDH為內參照進行校正,測量目的基因CT值,2-△△CT法分析目的基因相對表達量。
1.4 統(tǒng)計學方法
采用SPSS19.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)處理,計量資料采用均數(shù)±標準差(±s)表示,多組間比較采用ANOVA單因素方差分析,組間兩兩比較采用最小顯著性差異(LSD)檢驗,以P< 0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。
2.1 各組大鼠一般情況比較
4周、8周時,對照組大鼠毛發(fā)有光澤,行動自如,進食、飲食正常;DN組大鼠出現(xiàn)明顯多尿、多飲、多食、偏瘦,毛發(fā)雜亂且無光澤,大鼠行動偏少;TAK1組亦有DN組大鼠表現(xiàn),但癥狀較DN組明顯減輕。4周、8周時,DN組、TAK1組大鼠體質量、血糖、UAER均顯著高于對照組(P< 0.05),DN組大鼠體質量、UAER顯著高于TAK1組(P< 0.05),見表1。
2.2 各組大鼠腎臟組織病理學變化
對照組大鼠腎臟組織上皮細胞連接緊密、形態(tài)規(guī)則、排列整齊、邊緣完整,細胞間隙未見水腫和炎性浸潤;DN組腎臟組織可見大面積上皮細胞壞死,部分上皮細胞發(fā)生脫落,基底膜部分裸露,管腔內存在大量脫落細胞及碎片;TAK1組腎臟組織上皮細胞壞死面積縮小,管腔內脫落細胞數(shù)量減少;上皮細胞壞面積較DN組顯著縮小,見圖1。
2.3 各組大鼠血清TNF-α、MCP-1、IL-1β含量比較
4周、8周時,DN組、TAK1組血清TNF-α、MCP-1、IL-1β顯著高于對照組(P< 0.05),DN組大鼠血清TNF-α、MCP-1、IL-1β顯著高于TAK1組(P< 0.05),見表2。
2.4 各組大鼠腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達
免疫印跡結果顯示,4周、8周時,DN組、TAK1組p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達水平顯著高于對照組(P< 0.05),其中DN組p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達顯著高于TAK1組(P< 0.05),見圖2-3。
2.5 各組大鼠腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63 mRNA表達
實時熒光定量PCR結果顯示,4周、8周時,DN組、TAK1組p38MAPK、NF-κBp63 mRNA表達水平顯著高于對照組(P< 0.05),其中DN組p38MAPK、NF-κBp63 mRNA表達顯著高于TAK1組(P< 0.05),見圖4。
表1 各組大鼠一般情況(n=8)
注:與對照組比較,aP< 0.05;與DN組比較,bP< 0.05。
Note.aP< 0.05νs. the control group.bP< 0.05νs. the DN group.
注:(1)對照組4周;(2)對照組8周;(3)DN組4周;(4)DN組8周;(5)TAKl組4周;(6)TAKl組8周。圖1 各組大鼠腎臟組織病理學變化(PAS染色,×100)Note. (1)Control group in 4 weeks.(2) Control group in 8 weeks. (3)DN group in 4 weeks. (4)DN group in 8 weeks.(5) TAK1 group in 4 weeks. (6)TAK1 group in 8 weeks.Fig.1 Pathological changes of the rat kidney tissue in each group
組別Groups腫瘤壞死因子?αTNF?α單核細胞趨化因子?1MCP?1白細胞介素?1βIL?1β4周4weeks8周8weeks4周4weeks8周8weeks4周4weeks8周8weeks對照組Contolgroup131±1.7129±1.41695±12.71714±13.4517±6.1495±5.7DN組DNGroup1042±11.5a854±7.6a6364±43.1a6459±44.5a7143±41.3a7294±31.6aTAK1組TAK1Group874±8.4ab855±4.7ab4371±23.6ab4476±24.5ab9746±81.7ab8165±64.8ab
注:與對照組比較,aP< 0.05;與DN組比較,bP< 0.05。
Note.aP< 0.05νs. the control group.bP< 0.05νs. the DN group.
圖2 三組大鼠腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達水平 Fig.2 Protein expression of p38MAPK, NF-κBp63 of the rats kidney tissue in three groups
注:與對照組比較,#P < 0.05;與TAKI組比較,*P < 0.05。圖3 三組大鼠腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63蛋白表達水平Note. #P < 0.05 νs. the control group. *P< 0.05 νs. the DTAKI group.Fig.3 Protein expression of p38MAPK, NF-κBp63 of the rats kidney tissue in three groups
注: 與對照組比較,#P<0.05,與TAKI組比較,*P<0.05。圖4 三組大鼠腎臟組織p38MAPK、NF-κBp63 mRNA表達水平Note. #P<0.05 νs. the control group. *P<0.05 νs. the DTAKI group.Fig.4 Expression of p38MAPK, NF-κBp63 mRNA of the rats kidney tissue in three groups
局部炎癥反應對DN的發(fā)病起關鍵作用。國外研究證實[8,9]糖尿病的高血糖環(huán)境會導致腎臟組織處于微炎癥反應中,炎癥反應釋放的炎癥因子會加速腎小球硬化,并導致腎小管萎縮、間質纖維化,加速DN的病情進展。本研究顯示4周時DN大鼠即開始出現(xiàn)體重增加、貪食等癥狀,同時伴有微量白蛋白尿。給予TAK1抑制劑后,DN大鼠體質量、UAER均明顯降低,而TAK1組、DN組大鼠血糖比較差異無統(tǒng)計學意義。說明TAK1抑制劑對DN腎臟具有保護作用,而這種保護作用并不依賴于血糖的降低。李媛媛等[10]證實TAK1是調節(jié)多條炎癥反應信號通路的關鍵因子,TAK1可以下調絲裂原活化蛋白激酶的活性,誘導下游靶基因釋放TNF-α、MCP-1等炎癥因子,并促進炎癥因子在腎小球外基質聚集,最終誘導腎臟發(fā)生病變。Medici等[11]報道稱TAK1是MAPK和NF-κB信號通路上游共同的調節(jié)因子,其主要參與調節(jié)相應下游信號分子的表達來介導炎癥反應。
p38MAPK是MAPK家族成員之一,亦是細胞信號轉導的交匯點[12]。當p38MAPK與TAB結合后,發(fā)生自身磷酸化反應而被激活。陳子等[13]報道稱與正常人群比較,慢性腎炎腎組織p38MAPK磷酸化水平顯著升高,并介導一系列腎臟局部炎癥反應。王曉天等[14]對DN大鼠腎臟組織進行觀察,結果顯示在腎臟損傷的開始階段p38MAPK即出現(xiàn)明顯磷酸化,且隨著時間的延長,磷酸化水平不斷增加。本研究顯示,4周、8周時DN組大鼠p38MAPK蛋白和mRNA表達顯著增強,提示p38MAPK參與了糖尿病腎臟損傷。給予TAK1抑制劑后,p38MAPK蛋白和mRNA顯著降低,提示TAK1可能通過促進p38MAPK表達介導的腎臟損傷。
Huvet等[15]報道稱TAK1能夠激活IκB激酶,降解IκB蛋白,使NF-κB從IKK復合物中解離并轉移至細胞內,與DNA相應位點結合后誘導NF-κB級聯(lián)反應。Ka等[16]對DN患者NF-κB表達進行檢測,結果顯示與正常人群比較,DN患者外周血NF-κB蛋白和mRNA表達水平顯著增加,且病情越重、UAER越高,外周血NF-κB表達越高。Bhattacharya等[17]通過STZ誘導糖尿病小鼠模型,結果顯示STZ誘導2周后腎臟組織NF-κBp63表達即開始顯著增加,至3周時TNF-α、MCP-1、IL-1β等細胞因子也開始逐漸增加,4周時小鼠腎臟組織開始出現(xiàn)腎小球硬化、膠原合成增加等;給予NF-κB抑制劑PDTC后,相關指標均明顯明顯降低,說明NF-κB是誘導DN腎臟炎癥反應的主要機制,而TAK1參與了NF-κB的激活。本研究顯示,4周、8周時DN組大鼠NF-κBp63蛋白和mRNA表達顯著增強,經(jīng)TAK1抑制劑后,NF-κBp63蛋白和mRNA顯著降低,說明TAK1抑制劑亦可以減弱NF-κBp63介導的炎癥反應而發(fā)揮腎臟的保護作用。
Tone等[18]研究顯示,血糖升高會刺激腎臟系膜細胞釋放MCP-1,并促進單核細胞在炎癥反應部位聚集,導致腎臟損傷加重。IL-1β是體內炎癥反應的關鍵因子,在慢性炎癥的起始階段,IL-1β釋放逐漸增加,并調節(jié)下游炎癥因子的級聯(lián)反應[19],導致體內炎癥因子大量釋放。Elsherbiny等[20]報道稱IL-1β能夠刺激腎小球上皮細胞、系膜細胞和內皮細胞釋放TNF-α,進而介導腎臟的炎性反應和組織損傷。本研究顯示DN組血清TNF-α、MCP-1、IL-1β顯著高于TAK1組,TAKl組大鼠血清TNF-α、MCP-1、IL-1β顯著低于于TAK1組,說明TAK1抑制劑可能通過下調炎癥因子的表達和釋放而發(fā)揮抗炎作用。
綜上所述,TAK1通過激活MAPK及NF-κB信號通路來誘導炎癥反應,并參與糖尿病腎臟損傷;TAK1抑制劑能夠下調炎癥因子的表達和釋放而發(fā)揮抗炎作用。
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Regulatory effect of TAK1 inhibitors on MAPK and NF-κB signaling pathway in diabetic rats and its renal protection mechanism
OU Yang-chun,ZHANG Li-ke*,LU Yuan-hang,LI Xian-lin
(Zhongshan Hospital of Hubei Province,Wuhan 430030,China)
Objective To explore the regulatory effect of TAK1 inhibitors on MAPK and NF-κB signaling pathway in diabetic rats and its renal protection mechanism. Methods A total of 48 rats accorded to the random number table method were divided into DN group, TAK1 group and control group,each group with 16 rats,control group with normal fed,DN group and TAK1 group by the intraperitoneal injection of 1% 50 mg/kg STZ DN model rat.8 rats were killed in each group at 4 weeks and 8 weeks respectively,the pathological changes of renal tissue were observed,serum TNF-α,MCP-1,IL-1β levels were detected by enzyme linked immunosorbent assay,p38MAPK,NF-κBp63 protein expression were detected by Western blotting,p38MAPK、NF-κBp63 mRNA levels in renal tissue were detected by real time fluorescence quantitative PCR. Results At 4 weeks and 8 weeks, the body weight, blood glucose and UAER of DN group and TAKl group were significantly higher than those in control group (P< 0.05). The body weight and UAER of DN group were significantly higher than those of TAK1 group (P< 0.05).The serum TNF-α,MCP-1,IL-1β levels in DN group and TAK1 group were significantly higher than those in control group(P< 0.05),and DN group serum TNF-α,MCP-1,IL-1β levels were significantly higher than those in TAK1 group (P< 0.05).The expression levels of p38MAPK,NF-κBp63 protein and mRNA in DN group, TAK1 group were significantly higher than those in control group (P< 0.05), and p38MAPK,NF-κBp63 protein and mRNA in DN group was significantly higher than that in TAK1 group (P< 0.05).Conclusions TAK1 induces inflammation by activating MAPK and NF-κB signaling pathways,and participates in diabetic renal injury.TAK1 inhibitors with anti-inflammatory effect by down regulate the expression of inflammatory factors.
Diabetic nephropathy; Transforming growth factor β activated kinase-1; Inflammatory reaction; Signal pathway
歐陽春(1970-),男,副主任技師,研究方向:臨床輸血研究。E-mail:68471104@qq.com
張里克(1969-),男,副主任技師,研究方向:臨床輸血研究。E-mail:3257550384@qq.com
研究報告
R-332
A
1671-7856(2017) 01-0067-06
10.3969.j.issn.1671-7856.2017.01.014
2016-06-21