內質網(wǎng)應激在糖尿病腎損害中的作用機制研究.pdf

1、研究背景：
　　 糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病患者中最常見且危害最大的合并癥之一。眾多的DN患者最終出現(xiàn)慢性腎功能不全,使得糖尿病成為目前全球終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)中最重要的原發(fā)病。DN的病理和病理生理發(fā)展是一個緩慢且復雜的過程,但是目前有眾多的實驗研究證據(jù)支持過度的細胞凋亡是其中重要的發(fā)生機制。
　　 細胞凋亡是指在一定生理或病理條

2、件下機體為維護內環(huán)境的穩(wěn)定,通過有序的基因調控而誘導的細胞自殺。細胞凋亡和細胞增生共同調節(jié)各部分細胞總量的平衡。糖尿病狀態(tài)下,促使細胞凋亡的誘導因素大大增多,使得凋亡的強度大于細胞增生,導致組織細胞數(shù)量減少,器官功能減退。目前認為有三條通路參與凋亡的發(fā)生:線粒體通路,死亡受體通路和內質網(wǎng)通路。
　　 內質網(wǎng)通路是新近研究發(fā)現(xiàn)的凋亡途徑,其核心內容是內質網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress,ERS)反應

3、。內質網(wǎng)在細胞中具有重要的功能,主要是參與膜/分泌性蛋白、氨基多糖、磷脂、膽固醇及鈣信號等的代謝,特別是分泌性蛋白的合成與空間折疊、蛋白質糖基化修飾、蛋白質分泌等。當細胞內外的因素打破了蛋白質合成、成熟與降解之間的穩(wěn)態(tài),造成細胞內異常蛋白堆集,將誘發(fā)ERS。ERS通過未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR)來適應細胞內外的應激,維持細胞的存活,主要的細胞反應包括暫時性中斷細胞內總體蛋白合成、上調內質網(wǎng)

4、分子伴侶和折疊酶的表達,誘導內質網(wǎng)相關性降解(ER-associated degradation,ERAD)處理蓄積的蛋白分子等,但是如果應激因素持續(xù)存在或刺激過強時,細胞功能不能恢復時,內質網(wǎng)相關的細胞凋亡(ER-associated apoptosis)就會激活,受損細胞通過凋亡通路消亡,從而達到維護整體器官功能的目的。但是如果凋亡的范圍過大,速度過快,失去正常的調控,將導致組織細胞的大量喪失,同樣導致器官功能嚴重減退。
　　

5、 腎臟細胞具有發(fā)達的內質網(wǎng)。電鏡掃描顯示,腎小球的系膜細胞(mesangialcell)、腎小囊的足細胞(podocyte)和腎小管的上皮細胞(tubular epithelial cell)的內質網(wǎng)結構豐富而復雜。從細胞功能上講,腎臟細胞與蛋白的合成、分泌和降解關系密切:系膜細胞合成基膜和系膜基質成分,吞噬和降解沉積在系膜上的免疫復合物,分泌腎素等生物活性物質；足細胞是腎臟濾過屏障的組成部分,細胞膜外聯(lián)結有豐富的糖蛋白,其完整性直接

6、影響腎小球的濾過功能；腎小管上皮細胞除了重吸收管腔內的蛋白質并將其代謝掉,還可分泌激肽釋放酶等活性分子。腎臟細胞的這些諸多功能很大程度上依賴于內質網(wǎng)來完成。因此,從細胞的結構和功能分析,腎臟具有發(fā)生ERS的條件和基礎。
　　 從ERS激活的刺激因素來講,糖尿病狀態(tài)下可能的刺激因素大大增加,包括高血糖,氧化應激,蛋白尿以及細胞內外電解質紊亂等,但目前關于ERS與糖尿病腎損害的具體試驗證據(jù)尚不充分。因此,闡明糖尿病腎臟損害中ERS相

7、關細胞凋亡的概況,明確觸發(fā)凋亡的應激因素,了解凋亡通路的過程,從而對細胞凋亡做到適當?shù)母深A調節(jié),挽救殘存的腎臟細胞,對保護糖尿病患者的腎臟功能具有重要的積極意義。
　　 研究目的：
　　 1.構建糖尿病大鼠模型,驗證糖尿病大鼠腎臟細胞凋亡增加；
　　 2.明確內質網(wǎng)應激在糖尿病大鼠腎臟細胞中是否激活；
　　 3.明確內質網(wǎng)應激相關凋亡通路在糖尿病大鼠腎臟細胞凋亡中的信號通路。
　　 研究方法：

8、r>　　 1.糖尿病大鼠模型的構建
　　 7周左右的雄性Wistar大鼠30只,體重280±10g。隨機分為2組:對照組10只,糖尿病組20只。標準大鼠飼料適應性喂養(yǎng)1周后,禁食12h,糖尿病組大鼠腹腔內注射鏈脲佐菌素(STZ)65mg/kg(溶于pH4.5的檸檬酸鹽緩沖液),對照組大鼠則注射等量同pH值的檸檬酸鹽緩沖液。糖尿病大鼠成模的診斷標準為:STZ注射7天后,尾靜脈取血測定空腹血糖≥16.7mmol/L(300mg/d

9、l)。未達此標準者則剔除。糖尿病組大鼠自血糖達到成模標準后,繼續(xù)喂養(yǎng)16周,處死取材。
　　 2.血糖監(jiān)測和24小時尿白蛋白的測定
　　 血糖每4周檢測一次,造模后第1周和第16周利用代謝籠收集大鼠24小時尿液,測定尿白蛋白含量。
　　 3.腎臟組織病理學檢查
　　 第16周末動物處死后,進行腎臟組織取材、固定、脫水、透明、浸蠟、石蠟包埋、切片,常規(guī)蘇木素-伊紅染色(H&E)和過碘酸雪夫染色(PAS),判

10、斷糖尿病大鼠是否出現(xiàn)DN的病理表現(xiàn)。
　　 4.TUNEL染色法檢測細胞凋亡
　　 利用脫氧核糖核苷酸末端轉移酶介導的缺口末端標記法(TUNEL)檢測試劑盒,進行石蠟切片的TUNEL染色,觀察并統(tǒng)計細胞凋亡水平。
　　 5.免疫組織化學檢測
　　 取石蠟組織切片,進行GRP78,Caspase-12,p-JNK和CHOP免疫組織化學染色,觀察各個指標陽性細胞的分布和強度。
　　 6.免疫印跡Wes

11、tern blot檢測
　　 取-80℃保存腎臟組織,提取總蛋白,經(jīng)過10％--14％SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)分離、轉膜、抗體孵育、ECL顯色等步驟,檢測GRP78、Caspase-12、CHOP、Total-JNK和p-JNK的蛋白表達水平。
　　 7.實時定量RT-PCR法檢測
　　 利用Trizol法提取兩組腎臟組織RNA,經(jīng)逆轉錄反應得到總cDNA,以β-actin作為參照,通過re

12、al-time PCR技術檢測GRP78、Caspase-12、CHOP和JNK的mRNA表達水平。
　　 研究結果：
　　 1.實驗動物的基本情況
　　 對照組大鼠精神狀態(tài)良好,體重增加明顯,反應敏捷,毛色白而光澤。糖尿病組大鼠精神萎靡,體重增加遲緩,出現(xiàn)多食、多飲、多尿和消瘦等癥狀,皮毛臟亂無光澤,部分出現(xiàn)爛尾、白內障等。整個實驗過程中3只大鼠死亡,均為糖尿病組,死亡因為可能與糖尿病酮癥酸中毒、感染或其他相關

13、并發(fā)癥有關。最終共27只完成實驗,其中對照組10只,糖尿病組17只。
　　 2.大鼠DN的確定
　　 實驗組大鼠DN的確定通過血糖和24小時尿白蛋白的測定以及腎臟組織切片病理檢查共同確定。糖尿病大鼠組血糖自成模后第一次測量后,一直維持在16.7mmol/L以上,與對照組相比,具有顯著性差異(P<0.05)。16周末24小時尿蛋白測定,與對照組相比,糖尿病組大鼠明顯升高(P<0.05)。病理切片檢查示與對照組大鼠腎臟比較,

14、糖尿病大鼠腎小球體積增大,系膜基質增多,腎小管上皮細胞出現(xiàn)空泡變性,小灶樣萎縮,小動脈管壁增厚,腎間質纖維化和玻璃樣變。因此可判斷糖尿病大鼠組出現(xiàn)DN改變。
　　 3.糖尿病大鼠腎臟細胞凋亡增加
　　 TUNEL,染色檢測腎臟細胞凋亡水平,結果示與對照組大鼠相比較,糖尿病大鼠腎臟細胞凋亡明顯增加(P<0.05),凋亡細胞在腎小球和腎小管中均可觀察到。
　　 4.糖尿病腎臟中內質網(wǎng)分子伴侶GRP78表達上調

15、　　 GRP78是位于內質網(wǎng)中重要的分子伴侶,幫助蛋白質的折疊和成熟,是廣泛使用的ERS激活的標志分子。免疫組織化學、免疫印跡法和實時定量PCR法檢測GRP78在兩組腎臟組織中的分布范圍和表達水平。結果顯示,正常腎臟組織中,GRP78在腎小管細段和遠曲腎小管上皮細胞中有輕度表達,而在糖尿病腎臟中,GRP78在腎小球和近端腎小管表達升高,在腎小管細段以及遠端腎小管的表達則有顯著的升高(P'<0.05)。蛋白水平和mRNA水平的檢測結果與

16、免疫組化結果相一致,GRP78在糖尿病腎臟中表達明顯上調(P<0.05)。ERS在糖尿病腎損害中激活。
　　 5.內質網(wǎng)相關凋亡通路的檢測
　　 CHOP,JNK和Caspase-12分別是三條內質網(wǎng)相關凋亡通路中的關鍵分子。三條通路相對獨立,任一通路的激活均可導致細胞的凋亡。Western blot檢測結果示與對照組相比,糖尿病組CHOP,p-JNK和Caspase-12的表達水平均明顯升高(P<0.05)。mRNA水

17、平檢測,糖尿病組JNK mRNA水平與對照組比較無顯著性差異(P>0.05),CHOP,Caspase-12 mRNA表達水平則明顯升高(P<0.05)。免疫組化結果顯示,與對照組相比,在糖尿病大鼠腎臟中,三個分子的分布范圍和表達強度明顯升高,但三個分子之間相比,分布范圍存在顯著差異。Caspase-12在對照組腎臟組織中不能檢測到,在糖尿病腎臟中,陽性細胞主要分布在腎小球中；p-JNK的分布主要是腎小球和腎小管區(qū)間質中,尤其是間質的小

18、血管中,呈強陽性表達；CHOP的分布則主要是遠曲小管上皮細胞中,在腎小球和近端小管中也可檢測到顆粒樣陽性表達。因此,3條內質網(wǎng)相關凋亡通路都可能參與DN的病理發(fā)生,但具體的激活途徑和應激細胞存在差異。
　　 結論：
　　 1.STZ誘導的糖尿病大鼠16周,出現(xiàn)DN的表現(xiàn),腎臟細胞凋亡增加；
　　 2.糖尿病大鼠腎臟GRP78的表達顯著上調,ERS在糖尿病大鼠腎損害中激活；
　　 3.CHOP,JNK和Ca