内质网应激PERK信号通路对糖尿病肾病模型铁死亡的影响及胎盘间充质干细胞的干预机制研究

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背景及目的:糖尿病肾病(Diabetic Kidney Disease,DKD)是糖尿病常见的微血管并发症之一,也是引起终末期肾病的常见原因,其发病机制复杂不明,且现有的治疗方法及疗效有限。DKD患者体内铁死亡(Ferroptosis)及内质网应激(Endoplasmic Reticulum Stress,ERS)水平均升高。间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells,MSCs)具有自我更新能力和多向分化潜能,在糖尿病及其并发症的治疗中表现出极大潜力。据报道,MSCs在调节ERS和糖尿病肾细胞凋亡中发挥着极大的作用。然而尚不清楚MSCs能否调节DKD肾细胞铁死亡水平。本研究拟探讨:1.高糖诱导的肾小球足细胞(MPC5)是否发生铁死亡;2.胎盘间充质干细胞(Placenta-derived mesenchymal stem cells,PMSCs)能否缓解DKD模型铁死亡及ERS水平;3.ERS相关的PERK信号通路是否介导高糖诱导的肾小球足细胞铁死亡;4.PMSCs能否通过ERS相关的PERK信号通路调节高糖诱导的肾小球足细胞铁死亡。方法:建立DKD模型,1)为探索高糖能否诱导肾小球足细胞发生铁死亡,将实验分为3组:正常对照组、高糖处理组(50mmol/L)、高糖+铁死亡抑制剂组(Ferrostain-1,Fer-1 10umol/L)。2)为探索PMSCs能否改善DKD模型的铁死亡以及ERS水平,将细胞实验分为3组:正常对照组、高糖处理组、高糖+PMSCs处理组;动物实验分为3组:正常对照组、DKD模型组、DKD模型+PMSCs注射组。3)为探索ERS相关的PERK信号通路是否介导高糖诱导的足细胞铁死亡,实验分为3组:正常对照组、高糖处理组、高糖+PERK抑制剂组(PERK inhibitor,PERK-i 10umol/L)。4)为探索PMSCs是否通过抑制ERS相关的PERK信号通路来改善高糖诱导的足细胞铁死亡,实验分为4组:正常对照组、高糖处理组、高糖+PMSCs组、高糖+PMSCs+PERK激动剂组(PERK agonist,PERK-a 10umol/L)。采用蛋白印迹技术检测足细胞内p-PERK、GRP78、GPX4、FSP1和COX2蛋白表达水平,免疫组织化学方法检测大鼠肾脏组织p-PERK、GRP78、GPX4、FSP1和COX2蛋白表达水平,实时荧光定量PCR方法检测肾小球足细胞内GPX4、COX2和FTH1 m RNA表达水平,细胞微量还原型谷胱甘肽(GSH)检测试剂盒和丙二醛(MDA)检测试剂盒检测足细胞内MDA、GSH水平,流式细胞术检测足细胞内ROS水平,透射电子显微镜用于观察线粒体的超微结构变化。结果:细胞实验研究结果表明,与正常对照组相比,高糖诱导的肾小球足细胞内p-PERK、GRP78蛋白表达显著增加,GPX4、FSP1蛋白表达显著降低,COX2蛋白表达显著增加,MDA、ROS水平显著升高,GSH水平显著降低,线粒体肿胀,外膜断裂,嵴减少或消失,而与PMSCs共培养、使用PERK抑制剂或铁死亡抑制剂,这些改变部分被逆转。相反,使用PERK激动剂预处理足细胞,PMSCs的这种作用则消失。动物实验研究结果显示,与正常对照组相比,DKD组大鼠肾脏p-PERK、GRP78等ERS相关蛋白表达显著增加,铁死亡相关蛋白GPX4、FSP1表达显著降低,COX2表达显著增加,而注射PMSCs组DKD上述指标得到逆转。结论:PMSCs能够改善DKD模型铁死亡及ERS水平,并且ERS相关的PERK信号通路在PMSCs缓解DKD肾小球足细胞铁死亡中发挥重要作用。本研究从动物、细胞、分子层面为PMSCs治疗DKD提供了新证据,丰富了MSCs在铁死亡领域的应用,同时揭示了DKD模型中铁死亡与ERS之间的潜在联系。
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