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益肾降糖饮对糖尿病肾脏病大鼠TGF-β1/SMAD2/3信号通路的调节作  PDF

  • 张丽香 1,2
  • 李玉玲 3
  • 李述捷 4
  • 于翔 5
  • 丘余良 1
1. 福建中医药大学附属人民医院(福建 福州 350004); 2. 南京中医药大学(江苏 南京 210029); 3. 江苏省中医院(江苏 南京 210029); 4. 福建医科大学附属协和医院(福建 福州 350004); 5. 南京市中医院(江苏 南京 210022)

最近更新:2024-07-02

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摘要

目的

观察益肾降糖饮对糖尿病肾脏病(DKD)大鼠TGF-β1/SMAD2/3信号通路的调节作用。

方法

随机将30只大鼠分为对照组、模型组、益肾降糖饮低剂量组、益肾降糖饮高剂量组、达格列净组,以柠檬酸缓冲液溶解的1%链脲佐菌素(STZ)经腹腔注射建立DKD大鼠实验模型。经8 w治疗后,检测并比较各实验组大鼠禁食状态下的血糖、24 h尿蛋白、肾组织病理的变化,以及转化生长因子-β1(TGF-β1)/SMAD2/3信号通路、纤维粘连蛋白(FN)、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达情况。

结果

与模型组比较,益肾降糖饮低剂量组、益肾降糖饮高剂量组大鼠的肾重指数、空腹血糖、 24 h尿蛋白、TGF-β1、SMAD2/3、纤维粘连蛋白(FN)、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达及肾纤维化程度均明显降低(P<0.05或P<0.01)。

结论

益肾降糖饮可通过干预TGF-β1/SMAD2/3信号传导,从而延缓DKD大鼠肾纤维化的进展。

全球糖尿病患者发病率逐年攀升,预计2045年将影响近8亿[

1]。由糖尿病引发的肾脏并发症即糖尿病肾脏病(diabetic kidney disease,DKD)已成为导致慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)的首要病[2]。研[3]显示,超过40%的终末期肾病(end-stage renal disease,ESRD)患者由DKD进展而来,其中约30%~50%的患者需要血液透析治[4]。DKD发病率高,进展快,一旦进入血液透析治疗,费用昂贵,因此,早期防治DKD,延缓DKD进展,是一项重要的公共卫生课题。DKD的肾损伤主要与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)积聚相关,转化生长因子-β1(transforming growth factor-β,TGF-β1)及SMAD(small mothers against decapentaplegic)蛋白参与ECM的生成, TGF-β1/SMAD通路是促进ECM沉积的重要信号通路,可加速纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)、α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)等ECM成分的合成,是DKD肾损伤的重要调节因子。益肾降糖饮为福建省著名中医学者阮诗玮教授治疗DKD的独到经验处方,本课题组前期临床研究表明益肾降糖饮可降低DKD患者的血肌酐、尿蛋白,延缓DKD的进[5-8],但其作用机制尚不明确。本研究拟通过观察益肾降糖饮对DKD大鼠空腹血糖(fasting blood glucose, FBG)、24小时尿蛋白定量(24-hour urine total protein,24 h-UTP)、TGF-β1/SMAD2/3信号通路及相关因子等表达水平的影响,深入研究益肾降糖饮在DKD治疗中的疗效机制。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 动物

30只雄性SD大鼠,均为SPF级,周龄为6~8 w,体质量150~170 g,购于南通大学,在南京中医药大学附属医院实验动物中心饲养,环境温度25~26 ℃,湿度50%~65%,采用人工照明,12 h光明与12 h黑暗规律交替。动物饲养与实验流程均符合动物伦理学相关原则,伦理审查批件号:2021DW-06-01,实验动物许可证编号:SCXK(鲁)2019 0003。所有大鼠均可自由饮水和进食。

1.1.2 药物

益肾降糖饮(药物组成:制何首乌、生地黄、当归、玄参、生黄芪、太子参、山药、肉苁蓉、赤芍、马齿苋、炒苍术、制僵蚕、黄芩以及新鲜的石橄榄)为福建中医药大学附属人民医院院内制剂,闽药制字 Z06010605,用蒸馏水配制成所需浓度,于4 ℃冰箱存放备用;达格列净片(国药准字J20170040,阿斯利康制药有限公司);链脲佐菌素(streptozocin,STZ,货号s0130,美国Sigma公司)。

1.1.3 主要试剂

一抗FN、二抗辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记山羊抗兔、一抗α-SMA和二抗HRP标记山羊抗小鼠(Servicebio),柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(0.1 mmol/L,pH 4.5,飞净生物科技有限公司),大鼠总蛋白检测试剂盒(雷杜生命科学有限公司),环保型脱蜡透明液、柠檬酸(pH 6.0)抗原修复液、磷酸盐(phosphate buffered saline,PBS)缓冲液、苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染液、马松(Masson)染液、分化液和返蓝液(Servicebio)。

1.1.4 主要仪器

高速组织研磨仪、涡旋混合器、脱色摇床(Servicebio),电热恒温水槽(精宏),实验室超纯水机(艾肯水精灵),全自动生化分析仪(深圳雷杜生命科学),立式冷藏陈列柜(星星)。

1.2 方法

1.2.1 模型制备及分组

根据随机数字表将30只大鼠随机分为对照组6只和造模组24只,对照组大鼠予普通饲料饲养,造模组所有大鼠均以高脂高糖饲料(普通饲料77.7%,精炼猪油10.0%,胆固醇2.0%,猪胆盐0.3%,蔗糖10.0%)进行喂养。第5 w末予禁食 12 h后,所有大鼠均用乙醚浅麻醉,造模组予腹腔注射柠檬酸缓冲液溶解的1% STZ建立DKD大鼠模型,造模组大鼠STZ给药剂量定为35 mg/kg[

9]。对照组大鼠按35 mg/kg剂量予腹腔注射不含STZ的柠檬酸缓冲液。注射STZ 72 h后,通过尾静脉采血,连续3 d测随机血糖≥16.7 mmol/L,提示造模成功。2型糖尿病大鼠造模成功后4 w,检测24 h-UTP>20 mg,提示糖尿病肾脏病大鼠造模成功。其间不予胰岛素或其他降糖药物控制血糖。再依据随机数字表的方法,将造模成功的大鼠随机分为4个实验组:模型组、益肾降糖饮低剂量组(以下简称“YSJT-L”)、益肾降糖饮高剂量组(以下简称“YSJT-H”)及达格列净组,每组6只大鼠,均予高脂高糖饲料饲养。

1.2.2 给药方法

YSJT-L、YSJT-H给药剂量分别为12.6 g·kg-1·d-1(临床等效剂量)、25.2 g·kg-1·d-1(2倍临床剂量);达格列净给药剂量为1 mg·kg-1·d-1;对照组和模型组均采用相同体积的蒸馏水灌胃处理。灌胃1次/日,持续8 w,所有药液及蒸馏水在给药前均加热至37 ℃。

1.2.3 标本采集

所有大鼠在治疗前、治疗第4 w末及第8 w实验结束时,利用代谢笼收集大鼠24 h的尿液,记录尿量,并将尿标本离心后待检。在第8 w给药结束后,让大鼠禁食12 h,准确测量体重,用3%戊巴比妥钠(按照0.2 mL/100 g)腹腔注射麻醉大鼠后迅速打开腹腔,游离摘取双侧肾脏,剔除肾周筋膜,称取肾脏重量后沿中线切开,再用无菌生理盐水冲洗,部分切面平整的肾组织持续24 h于4%多聚甲醛溶液中进行固定处理,以备制作病理切片,部分置于-80 ℃冰箱中备用。

1.2.4 生化指标检测

尾静脉采血检测各组大鼠FBG;24 h-UTP采用全自动生化分析仪检测。

1.2.5 肾脏病理检测

将4%多聚甲醛固定后的大鼠肾组织脱水、石蜡包埋、切片,分别进行HE、Masson染色。显微镜镜检观察病理切片,用扫描仪扫描切片采集图像,分析结果。

1.2.6 免疫组化染色检测

选链霉亲和素-生物素-过氧化物酶复合物(Streptavidin-Biotin-Complex,SABC)染色法对肾脏组织样本进行免疫组织化学染色处理,以评估TGF-β1、SMAD2/3、FN、α-SMA等蛋白的表达水平。实验步骤包括:将石蜡包埋的肾脏组织切片经过常规脱蜡至水、抗原的修复、抑制内源性过氧化物酶活性,并进行封闭处理;依次加入一抗、二抗,使用二氨基联苯胺法进行显色反应;再对细胞核复染,脱水和封片处理。通过显微镜观察及采集图像,最后分析图像。

1.3 统计学方法

数据分析选用SPSS 26.0版本的统计学软件处理,计量资料采用(x¯±s)表示,符合正态分布且方差齐的组间数据比较采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)中的LSD;方差不齐的组间数据比较采用One-Way ANOVA中的Brown-Forsythe。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 益肾降糖饮对各组大鼠肾重指数的影响

与对照组比较,模型组大鼠肾重指数明显升高(P<0.05);与模型组比较,YSJT-L、YSJT-H和达格列净组大鼠肾重指数明显降低(P<0.05);与达格列净组比较,YSJT-L大鼠肾重指数明显升高(P<0.05),而YSJT-H大鼠体重指数与达格列净组比较无统计学差异(P>0.05)。见表1

表1  益肾降糖饮对各组大鼠肾重指数的影响(x¯±s,%)
组别n肾重指数
对照组 6 0.99±0. 06
模型组 6 1.86±0.14*
YSJT-L 6 1.58±0.15#∆
YSJT-H 6 1.49±0.08#
达格列净组 6 1.38±0. 09#

注:  与对照组比较*P<0.05;与模型组比较#P<0.05;与达格列净组比较P<0.05

2.2 益肾降糖饮对各组大鼠FBG、24

h-UTP的影响 模型组大鼠FBG较对照组显著升高(P<0.01),且明显高于YSJT-L、YSJT-H及达格列净组(P<0.01),而达格列净组FBG明显低于YSJT-L、YSJT-H(P<0.05);模型组大鼠24 h-UTP显著高于对照组、YSJT-L、YSJT-H与达格列净组(P<0.01),而YSJT-L、YSJT-H及达格列净组三组间24 h-UTP水平比较无统计学差异(P>0.05)。见表2

表2  益肾降糖饮对各组大鼠FBG、24 h-UTP的影响(x¯±s
组别nFBG(mmol/L)24 h-UTP(mg)
对照组 6 4.63±0.31 3.61±1.27
模型组 6 30.93±3.19** 38.21±6.96**
YSJT-L 6 26.18±3.41##∆ 25.01±5.64##
YSJT-H 6 22.95±2.39##∆ 23.08±6.50##
达格列净组 6 20.32±2.52## 23.21±5.88##

注:  与对照组比较**P<0.01;与模型组比较##P<0.01;与达格列净组比较P<0.05

2.3 各组大鼠肾脏病理变化比较

HE染色下对照组大鼠的肾组织结构完整,无明显病理变化;而模型组的肾脏组织可见明显的结构紊乱,肾小管显著扩张,肾小管上皮细胞明显变性及肿胀,细胞胞质疏松且色泽较淡,肾间质出现增宽现象。在YSJT-L、YSJT-H与达格列净组中,肾小管的扩张和肾小管上皮细胞的变性肿胀程度均较轻。Masson染色下对照组未见明显胶原纤维增生,而在模型组中,肾组织血管周围及肾间质区域的胶原纤维增生尤为明显,其余各组与模型组相比病变均减轻。见图1

图1  各组大鼠肾脏HE、Masson染色(×200)

2.4 各组大鼠肾组织TGF-β1、SMAD2/3、FN、α-SMA免疫组化结果及阳性面积比较

对照组大鼠肾小球系膜区及肾小管上皮细胞均可见少量TGF-β1、SMAD2/3表达,且肾小管表达较明显;与对照组比较,模型组、YSJT-L、YSJT-H与达格列净组TGF-β1、SMAD2/3表达均明显增强(P<0.01);与模型组比较,YSJT-L、YSJT-H与达格列净组TGF-β1、SMAD2/3表达均明显减弱(P<0.01)。对照组大鼠肾小球及肾间质可见少量FN、α-SMA表达;模型组、YSJT-L、YSJT-H与达格列净组的肾小球系膜区域,FN及α-SMA的表达水平显著上升,与对照组相比具有显著的统计学差异(P<0.01);与模型组相比,YSJT-L、YSJT-H与达格列净组FN、α-SMA明显减少(P<0.01)。见表3、图2。

表3  益肾降糖饮对大鼠TGF-β1、SMAD2/3、FN、α-SMA阳性面积的影响(x¯±s,%
组别nTGF-β1SMAD2/3FNα-SMA
对照组 6 0.27±0.09 0.93±0.18 0.11±0.03 0.12±0.01
模型组 6 2.64±0.28** 4.80±0.80** 6.55±1.64** 3.83±0.63**
YSJT-L 6 1.09±0.17## 2.39±0.29## 1.15±0.41## 1.35±0.17##
YSJT-H 6 0.99±0.22## 2.21±0.33## 0.85±0.28## 1.24±0.14##
达格列净组 6 0.92±0.28## 2.26±0.30## 0.81±0.40## 1.20±0.18##

注:  与对照组比较**P<0.01;与模型组比较##P<0.01

图2  各组大鼠肾组织TGF-β1、SMAD2/3、FN、α-SMA免疫组化染色(×200)
TGF-β1
SMAD2/3
FN
α-SMA
对照组 模型组 YSJT-L YSJT-H 达格列净组

3 讨论

DKD归属于中医学“水肿”“肾消”“肾劳”“溺毒”等范畴,病变涉及五脏,与肺、脾、胃、肾相关,且以肾为主,病性总属本虚标实。《灵枢·五变》云“五脏皆柔弱者,善病消瘅”,提示五脏禀赋不足、素体虚弱是DKD发生的潜在根本原因。清·叶天士《临证指南医案》云:“三消一症,虽有上中下之分,其实不越阴亏阳亢,津涸热淫而已。”认为阴津亏损、燥热内盛是三消的病机。现代医家多认为本病由于“消渴”缠绵不愈,致津液不足;或平素嗜食膏粱厚味,或久服温燥之品,致燥热内生,阴津耗伤,气阴亏虚,肾固摄无权,精微下泄而发病。久病入络,瘀血阻滞,血运不通,水湿内生,湿热瘀血蕴结不解,病情缠绵难愈。久则阴伤及阳,致阴阳俱虚。

益肾降糖饮作为临床常用的中药方剂,主要治疗DKD辨证属气阴两虚型者,原方由福建闽山中医肾病学术流派阮诗玮教授创立。全方具有滋阴养血、益肾通络、清利湿热之功。方中何首乌可补肾益精;生地黄凉血养阴生津;当归养血补血;玄参滋阴清热,上四药共为君药,以滋阴养血。生黄芪、太子参补气以助行血;山药益气养阴、补肾涩精;肉苁蓉益肾阳、填肾精,此四药均为臣药。病久入络,常兼湿热瘀血内阻,故加赤芍活血祛瘀,僵蚕祛风通络;气虚日久,水湿内停,日久化热,故予炒苍术健脾燥湿、黄芩清热燥湿、马齿苋清热解毒;同时佐鲜石橄榄以养阴生津,此六味药共为佐药。本研究显示,YSJT-L、YSJT-H大鼠FBG、24 h-UTP均较模型组明显降低,肾重指数及大鼠肾脏病理变化均明显改善,表明益肾降糖饮对DKD大鼠具有明显疗效。

肾纤维化(renal interstitial fibrosis,RIF)是DKD重要的病理表现之一,同时又是导致DKD进展的病理因素。RIF的发生发展是一个复杂的生物过程,涉及众多细胞类型、细胞因子以及炎症介质的协同作用及相互影响。在这一过程中,TGF-β1作为一个关键的调节分子,对纤维化过程的推进具有显著作用。在TGF-β1参与的众多信号通路中,TGF-β1/SMAD2/3信号通路是导致DKD纤维化的重要通路之一,亦是治疗DKD的重要靶点。TGF-β1是一种多效性的细胞因子,在肾组织中表达水平较高,主要分布于肾小球和肾小管,不仅能够促进特定细胞的增殖与分化,还能促进胶原蛋白、FN、α-SMA等ECM组分的合成,从而促进ECM的生[

10-11],导致肾小球硬化及肾小管间质纤维[12]。SMAD蛋白家族是TGF-β信号传递的关键介质,其中,SMAD2主要在肾小管和肾小球中表达,尤其在远端小管曲部呈强阳性表达;SMAD3可直接结合胶原的启动子区域,参与ECM的生成和降解,是调控肌纤维母细胞转分化的关键因[13]。动物研究表明,SMAD2或SMAD3敲除可减轻DKD小鼠肾纤维 [14-15]。TGF-β1表达受到抑制,可降低DKD肾组织α-SMA的表达,从而抑制TGF-β1/SMAD/矮小相关转录因子3 (runt-related transcription factor 3,RUNX3)诱导的肾小管上皮细胞间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和纤维化进[16]。黄芪、黄芩、何首乌等药物的部分有效成分可抑制TGF-β1表达,降低足细胞的凋亡率,缓解DKD引起的肾脏损[17]。如黄芪多糖可抑制TGF-β1/SMAD活性,显著改善DKD大鼠的血糖,减轻肾纤维化,保护肾功[18-19]。黄芩的有效成分黄芩素、肉苁蓉的活性成分松果菊苷均可通过下调TGF-β1的表达,抑制TGF-β1/SMAD信号通路,改善大鼠肾脏损伤、减轻肾纤维[20-21]。本研究中肾组织免疫组化结果显示,TGF-β1及SMAD2/3蛋白表达水平在模型组大鼠中明显升高,与模型组相比,YSJT-L、YSJT-H中的表达量则明显降低,提示益肾降糖饮可下调TGF-β1、SMAD2/3蛋白表达,抑制TGF-β1/SMAD2/3活性,降低FN、α-SMA表达,从而减少ECM生成,改善肾纤维化。

综上所述,应用益肾降糖饮干预STZ诱导的DKD模型大鼠,可通过抑制TGF-β1/SMAD2/3信号通路的活性,下调FN、α-SMA表达,减少ECM沉积,改善肾纤维化,延缓DKD进展,且益肾降糖饮改善大鼠血糖、减少尿蛋白及抑制DKD肾纤维化的疗效不劣于达格列净组。

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