吴茱萸次碱通过靶向CK2α抑制TGF-β1/Smad3和NF-κB信号通路对db/db糖尿病小鼠系膜细胞发挥保护作用

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背景和目的:糖尿病肾病(DN)是糖尿病的严重微血管并发症之一,也是导致终末期肾病(ESRD)的主要原因,并且其患病率在全球范围内以惊人的速度增加,为社会带来了巨大的经济负担。DN的主要病理特征之一就是肾脏细胞外基质(ECM)蛋白积聚,从而导致肾小球系膜区扩张,最终导致肾小球硬化,而肾小球系膜细胞(GMCs)在调节系膜区基质的稳态中发挥重要作用。目前对于DN的治疗策略并不能满足现有的需求,寻找新的治疗药物迫在眉睫。吴茱萸次碱(Rut)是从传统中药吴茱萸中提取出的生物碱,具有多种生物活性,其中包括抗炎、抗纤维化、抗氧化等,另外有研究提出Rut对DN具有一定保护作用,同时在其他肾脏疾病模型中也表现出了很好的保护作用。因此本研究旨在探究Rut是否能够对DN GMCs发挥保护作用及具体机制。方法:体内实验:选取db/db糖尿病小鼠作为DN动物模型,db/m小鼠作为对照,血糖≥16.7mmol/l的小鼠代表糖尿病成模。将db/m小鼠随机分成2组:(1)db/m组,(2)db/m+Rut组;将成模的db/db小鼠随机分成4组:(1)db/db组,(2)db/db+5mg/kg Rut组,(3)db/db+10mg/kg Rut组,(4)db/db+20mg/kg Rut组;每组6只。每天灌胃一次,每两周测一次尾尖血糖,饲养12周。分别称量小鼠的肾脏重量与体重,计算小鼠的肾重体重比。收集小鼠的24小时尿液离心后弃沉渣,然后用白蛋白检测试剂盒检测24小时尿白蛋白。收集小鼠血液并检测血清肌酐和尿素氮。为了观察小鼠的肾脏病理结构改变,我们进行了石蜡切片的HE、PAS染色以及制作了电镜标本。通过免疫组化和Western blot观察纤连蛋白(FN)、Ⅳ型胶原(Col-Ⅳ)、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、转化生长因子β1(TGF-β1)和蛋白激酶Ⅱα(CK2α)在小鼠肾组织中的分布及表达情况。为了观察小鼠肾脏的炎症反应,通过免疫组化和实时荧光定量PCR检测了单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)在肾组织中的定位及表达变化。通过Western blot检测p-Smad3、Smad3、NF-κBp65、p-NF-κBp65在小鼠肾组织中的表达情况。体外实验:选择系膜细胞SV40 MES 13细胞株为研究对象。首先使用MTT实验筛选Rut对SV40细胞的药物无毒剂量、发挥保护作用的最适剂量。实验分组:甘露醇对照组(M)、低糖组(LG)、低糖+Rut组(LG+2μM Rut)、高糖组(HG)、高糖加低、中、高剂量Rut组(HG+0.5、1、2μM Rut)。将SV40细胞与含30m M高糖的培养基及不同浓度的Rut培养24小时后,为了观察FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、p-Smad3、Smad3、p-NF-κBp65、NF-κBp65、CK2α、p-CK2α的蛋白表达水平,采用Western blot方法检测。MCP-1、TNF-α、IL-1β的mRNA表达水平由实时荧光定量PCR检测。采用免疫荧光的方法观察SV40细胞中FN的表达变化。使用discovery studio 2018软件筛选Rut可能的潜在靶点,通过分子对接、细胞热位移实验(CETSA)证明Rut与CK2α的结合。通过si RNA转染沉默CK2α的表达,将CK2α沉默后的SV40细胞与含有30m M高糖的培养基及Rut一起培养24小时后,采用Western blot实验方法观察FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、p-Smad3、Smad3、p-NF-κBp65、NF-κBp65的表达情况,实时荧光定量PCR检测MCP-1、TNF-α、IL-1β的mRNA表达水平。结果:体内实验:Rut对db/db小鼠的血糖无降低作用,但是能够降低肾重体重比值,减少24小时尿白蛋白排泄,降低血肌酐和血尿素氮改善肾功能。显微镜下观察HE、PAS染色切片可看到Rut治疗组小鼠的肾脏组织结构趋于正常化,同时发现Rut可抑制系膜区的扩张及ECM的积聚。电镜结果显示Rut可抑制db/db小鼠肾小球基底膜(GBM)的增厚,减少系膜区ECM的沉积。免疫组化结果显示,Rut降低了db/db小鼠肾脏内FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、MCP-1、TNF-α、IL-1β的表达。Western blot结果显示Rut可降低db/db小鼠肾脏内FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、p-Smad3、p-NF-κBp65、CK2α的表达。实时荧光定量PCR结果表明Rut可降低db/db小鼠肾脏内MCP-1、TNF-α、IL-1β的mRNA水平。体外实验:MTT实验筛选出Rut的最适作用浓度为0.5μM、1μM、2μM。Western blot结果表明Rut可抑制高糖诱导的SV40细胞中FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、p-Smad3、p-NF-κBp65,p-CK2α的表达。实时荧光定量PCR结果表明Rut可降低高糖诱导的SV40细胞中MCP-1、TNF-α、IL-1β的mRNA水平。免疫荧光结果发现Rut可减少高糖诱导的SV40细胞中FN的产生。通过将靶点预测结果结合相关参考文献筛选出CK2α作为Rut的作用靶蛋白,分子对接和CETSA结果证明了Rut与CK2α的结合,沉默CK2α后的Western blot结果表明沉默CK2α可以抑制高糖诱导的SV40细胞中FN、Col-Ⅳ、α-SMA、TGF-β1、p-Smad3、p-NF-κBp65的表达,但是Rut无法进一步发挥抑制作用,沉默CK2α后的实时荧光定量PCR结果表明沉默CK2α可以降低高糖诱导的SV40细胞中MCP-1、TNF-α、IL-1β的mRNA水平,但是Rut无法进一步发挥降低作用。结论:(1)体内研究表明Rut可对db/db糖尿病小鼠发挥肾脏保护作用,并且其机制可能是通过抑制TGF-β1/Smad3和NF-κB信号通路,减少ECM和炎症因子的产生。(2)体外研究表明Rut可通过抑制TGF-β1/Smad3和NF-κB信号通路,减少ECM和炎症因子的产生,对高糖诱导的系膜细胞发挥保护作用。(3)Rut可能通过靶向CK2α抑制高糖诱导的系膜细胞中TGF-β1/Smad3及NF-κB信号通路的激活发挥肾脏保护作用。
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