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目的:糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy,DN)是在糖尿病病程中出现的以蛋白尿、水肿、肾功能不全等肾脏病变为特征的疾病,是糖尿病最常见的并发症之一,糖尿病肾病的发生机制很复杂,涉及不同种刺激因素和信号通路,其中炎症机制是发病的一个重要因素。FGF-1是一种对来源于中胚层和神经外胚层的多种类型的细胞具有广泛生物学活性的细胞生长因子,具有显著的促分裂活性。已有研究报道FGF-1在降低糖尿病小鼠血糖、提高胰岛素敏感性和促进脂肪组织重构等方面具有重要的作用,FGF1与代谢调节之间的关系越来越受到人们的关注。本研究从炎症的角度探索FGF1对糖尿病肾病的保护作用,并进一步证明其抗炎作用是通过NF-κB和JNK信号通路。通过本研究,我们将对FGF-1在糖尿病肾病中的作用及其机制产生更进一步认识,同时为指导开发安全有效的糖尿病肾病治疗药物提供充实的理论依据。 方法: rhFGF1蛋白构建和表达纯化:以NdeI和HindIII为克隆位点,将编码rhFGF1(残基1-155)的cDNA克隆到表达载体 pET30a中,然后将重组载体导入 BL21(DE3)大肠杆菌细胞,37℃培养至600nm处吸光度为0.8,加入异丙基-L-硫代-β-吡喃葡萄糖苷(IPTG),使其终浓度为1mM,诱导4h,高体积匀浆机破碎细胞。FGF1纯化首先通过肝素亲和层析,然后采用大小排阻层析(Superdex-100)。12%SDS-PAGE电泳检测蛋白纯度,使其纯度>98%。 体内研究FGF1对糖尿病肾脏的作用:①临床抽取11名糖尿病肾病受试者和11名正常受试者血清,采用Elisa试剂盒(Human)检测血清FGF1含量;各抽取9只Ⅰ型(STZ诱导)和Ⅱ型(db/db)糖尿病小鼠及其对应同品系正常小鼠血清,采用Elisa试剂盒(Mouse)检测血清FGF1含量。②Ⅱ型糖尿病模型:选取10周龄雄性db/db(C57BLKS/J-leprdb/leprdb)小鼠及其非糖尿病db/m同窝小鼠,每隔一天腹腔注射(IP)FGF1(0.5mg/kg),连续注射8周,db/m和db/db对照组则同步注射0.9%生理盐水作为对照;Ⅰ型糖尿病模型:C57BL/6小鼠按150mg/kg单次腹腔注射链脲佐菌素(STZ),链脲佐菌素用0.1M柠檬酸盐缓冲液(PH4.5)溶解。对照组小鼠注射相同体积的0.1M柠檬酸盐缓冲液(PH4.5)。7天后,小鼠血糖≥300 mg/dl则认为是一型糖尿病模型。将STZ诱导的一型糖尿病小鼠每隔一天按0.5mg/kg的剂量腹腔注射FGF1,连续注射12周,正常对照组和STZ模型对照组同步注射0.9%生理盐水;Ⅱ型和Ⅰ型糖尿病小鼠均每周测体重和血糖,处死前采用代谢笼收集24h尿量;③收集血液和肾脏组织,通过自动生化分析仪检测血糖,总甘油三酯,血清尿素氮,血清肌酐以及尿蛋白含量,采用Western印迹,实时荧光定量PCR,透射电子显微镜,免疫组化,免疫荧光以及各种组织学染色检测组织病理学改变和肾脏炎症,以及NF-κB与JNK信号通路激活。 体外研究FGF1对糖尿病肾病的作用:用DMEM(低糖)培养基(包含10%FBS,100 U/mL青霉素,100 U/mL链霉素)培养细胞,待细胞生长至亚汇合时,用无血清培养基饥饿24h,FGF1(1,10,100 ng/mL)或SP600125(10μM)预处理1h,然后用25mM葡萄糖(高糖)或1μg/mL TNF-a处理2h,收集细胞进行Western印迹、实时荧光定量PCR和细胞免疫荧光分析,检测细胞炎症因子表达和NF-kB与JNK信号通路激活。 结果:Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病患者和小鼠体内FGF1含量均下降,但FGF1只能降低Ⅱ型糖尿病小鼠血糖,对STZ诱导的Ⅰ型糖尿病小鼠血糖无影响;生化指标分析结果显示糖尿病小鼠血清总甘油三酯,血清尿素氮,血清肌酐以及尿蛋白含量上升而给予FGF1治疗后,各指标明显下降;同时,结果显示,虽然FGF1对小鼠体重没有影响,但却显著降低了肾脏指数[肾重(mg)/体重(g)],而HE、PAS以及Masson染色显示高血糖导致小鼠出现严重肾小球肥大,肾小球系膜基质扩张以及肾纤维化,而给予FGF1治疗后,这些症状得到显著改善;肾组织免疫组化、Western印迹以及实时荧光定量PCR结果分析发现,FGF1明显抑制了肾脏炎症因子的生成,缓解肾脏炎症。体外细胞实验结果与体内结果保持一致,FGF1能抑制高糖或TNF-α诱导的细胞炎症因子表达,并且体内体外实验均显示FGF1减弱了NF-kB的核转入和JNK的磷酸化。 结论:长期腹腔注射FGF1显著改善了Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病模型小鼠肾脏炎症、肾小球和肾小管损伤以及肾功能障碍,而FGF1维持血糖稳态的作用仅出现在Ⅱ型糖尿病模型小鼠中说明FGF1的抗炎活性与其降糖作用并不相关。并且,进一步的体内外实验结果证明,FGF1介导的肾脏炎症改善作用是通过抑制NF-kB和J NK信号通路传导来实现。