羟苯磺酸钙调控内质网应激GRP78/CHOP通路诱导肾缺血再灌注损伤保护的分子机制

来源 :中国人民解放军空军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YX19781987
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背景:肾缺血再灌注损伤(IRI)是肾脏外科手术和肾移植手术中的常见问题。肾IRI不仅会造成急性肾损伤(AKI),而且是导致移植肾功能延迟恢复(DGF)、急性排斥反应(AR)和慢性移植肾肾病(CAN)等疾病的重要原因,已成为制约移植受者和移植肾长期存活的瓶颈。近年来,我国公民逝世后器官捐献(DCD)工作的广泛开展,肾移植例数已经跃居世界第二位,而肾IRI作为阻碍肾移植受者长期生存的关键因素依然是世界性难题。大量研究表明,肾IRI是一个多因素、多途径的复杂病理过程,涉及氧自由基损伤、炎症反应、细胞凋亡、内质网应激、线粒体损伤、细胞内Ca2+超载和微血管功能障碍等多种分子和细胞机制引起不同后果的因素参与其中。如何预防和减轻肾IRI是肾脏保护研究中的重要课题。缺血预处理是减轻肾IRI的有效策略,但因其是以肾脏多次缺血为代价的有创性干预措施,故临床应用受到了很大限制。积极探寻新的药物模拟缺血预适应是当前研究热点,但针对单一介质或机制的干预措施并不理想。羟苯磺酸钙为一种新型微血管保护剂,主要作用是降低毛细血管通透性、抑制血小板聚集反应、降低血液黏稠度、改善微循环障碍,并具有强还原性,是公认的强抗氧化剂。有研究证实,羟苯磺酸钙能够改善心肌IRI、肝脏IRI和骨骼肌IRI后肺损伤,但其在肾IRI中是否也有类似的结论?目前尚未检索到羟苯磺酸钙防治肾IRI的相关文献。据此,我们推测羟苯磺酸钙可能对肾IRI具有保护作用。本课题通过体内、体外实验,从不同角度探讨羟苯磺酸钙对肾IRI的影响及作用机制。目的:探讨羟苯磺酸钙在肾IRI中的保护作用,阐明羟苯磺酸钙可能通过抗氧化应激、抑制炎症反应、调控内质网应激凋亡信号通路等途径减轻肾IRI的分子机制,探索羟苯磺酸钙作为价廉、高效、低毒的潜在肾IRI拮抗剂的可能性,为临床防治肾IRI提供充分的理论基础和依据。方法:第一部分建立和评估SD大鼠肾缺血再灌注损伤模型采用右肾切除、左肾蒂夹闭的建模方式建立SD大鼠肾IRI模型;通过观察不同的肾缺血时间(0min、5min、15min、30min、45min、60min)再灌注24h对肾功能、肾组织病理形态及细胞凋亡水平的影响,评估不同缺血时间-再灌注肾损伤的严重程度,构建理想的大鼠急性肾IRI模型。第二部分羟苯磺酸钙预处理对大鼠肾缺血再灌注损伤的保护作用及相关机制应用羟苯磺酸钙对大鼠肾IRI模型进行预处理,大鼠处死前采血测定肾功能(BUN、Scr、Cystatin C);光学显微镜观察肾组织病理形态学变化,透射电子显微镜观察肾小管上皮超微结构变化;利用丙二醛(MDA)检测试剂盒-硫代巴比妥酸(TBA)法检测SD大鼠肾组织匀浆MDA含量,采用黄嘌呤氧化酶法检测超氧化物歧化酶(SOD)的含量反映SD大鼠肾脏抗氧化应激能力,检测谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的水平以反映大鼠体内过氧化物分解水平,钼酸铵显色分光光度法检测过氧化氢酶(CAT)活性;ELISA法定量检测血清中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-8的表达水平;应用TUNEL法检测肾组织中的细胞凋亡水平;免疫组织化学法检测肾组织内质网应激凋亡信号通路的关键因子GRP78、CHOP、Cleaved-Caspase-3、Cleaved-Caspase-12的表达和分布。第三部分羟苯磺酸钙调控内质网应激GRP78/CHOP通路减轻HK-2细胞缺血再灌注损伤的分子机制应用抗霉素A及A23187诱导建立HK-2细胞IRI模型,并应用羟苯磺酸钙进行预处理,采用MTT法计算细胞死亡率,结合细胞形态观察评价羟苯磺酸钙对细胞生长和活力的影响,以判断羟苯磺酸钙是否具有减轻HK-2细胞I/R损伤的作用;运用流式细胞术检测细胞凋亡率;检测细胞培养上清液中MDA含量及SOD、GSH-Px、CAT的活性,评价羟苯磺酸钙对HK-2细胞氧化应激反应的干预作用和影响;应用ELISA法定量检测培养上清液中TNF-α、IL-6、IL-8表达水平,揭示羟苯磺酸钙可能抑制炎症反应的作用;Western blot检测内质网应激凋亡信号通路的关键蛋白GRP78、CHOP、Cleaved-Caspase-3、Cleaved-Caspase-12的表达,评价羟苯磺酸钙对内质网应激诱导凋亡的影响。结果:第一部分建立和评估SD大鼠肾缺血再灌注损伤模型采用右肾切除、左肾蒂夹闭的建模方式建立SD大鼠肾IRI损伤模型;不同的肾缺血时间对肾功能、肾组织病理及凋亡水平的影响不同,肾缺血时间越长,肾损伤越严重;肾缺血45min再灌注24h是理想的大鼠肾IRI模型,为本课题中构建大鼠肾IRI模型及后续动物实验奠定了基础。第二部分羟苯磺酸钙预处理对大鼠肾缺血再灌注损伤的保护作用及相关机制应用羟苯磺酸钙对大鼠肾IRI模型进行预处理,肾功能结果显示,与I/R组比较,羟苯磺酸钙干预组大鼠BUN、Scr、Cystain C明显低于I/R组(P<0.05),且呈显著的量效关系,说明羟苯磺酸钙对肾IRI模型大鼠具有肾保护作用;肾组织病理表现:光学显微镜和透射电子显微镜下观察,与I/R组比较,羟苯磺酸钙组大鼠的肾小管上皮细胞损伤明显减轻,肾组织病理学评分显著降低(P<0.05),表明羟苯磺酸钙可改善肾IRI所致的肾组织损伤;与I/R组比较,羟苯磺酸钙干预组MDA明显低于I/R组(P<0.05),SOD、GSH-Px、CAT显著高于I/R组(P<0.05),提示羟苯磺酸钙可能通过抗氧化应激减轻肾IRI;ELISA检测大鼠血清中炎症细胞因子:与I/R组相比,羟苯磺酸钙干预组大鼠血清中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-8表达显著下调,且呈剂量依赖关系,提示羟苯磺酸钙通过抑制炎症反应的途径减轻大鼠肾IRI;内质网应激诱导凋亡:与I/R组比较,羟苯磺酸钙干预组大鼠肾组织内质网应激标志蛋白GRP78、CHOP、Cleaved-Caspase-3、Cleaved-Caspase-12蛋白的表达和分布明显减少(P<0.05),说明羟苯磺酸钙可降低内质网应激标志蛋白的表达水平,从而抑制内质网应激反应。第三部分羟苯磺酸钙调控内质网应激GRP78/CHOP通路减轻HK-2细胞缺血再灌注损伤的分子机制羟苯磺酸钙对HK-2细胞IRI模型活力的影响:不同处理组HK-2细胞在处理后的前3d,各组细胞活力无明显差异(P>0.05);在第4d时,与I/R组相比,羟苯磺酸钙干预组细胞活力明显增强(P<0.05),并呈显著的剂量依赖关系;细胞凋亡率水平:I/R组与正常对照组相比,凋亡程度明显增加,羟苯磺酸钙干预组细胞凋亡率与I/R组相比差异显著(P<0.05),提示羟苯磺酸钙可减少HK-2细胞凋亡,且呈现一定的剂量依赖性;与I/R组比较,羟苯磺酸钙干预组MDA明显低于I/R组(P<0.05),而SOD、GSH-Px、CAT显著高于I/R组(P<0.05),提示羟苯磺酸钙通过抗氧化应激减轻HK-2细胞IRI;ELISA检测发现:与I/R组相比,羟苯磺酸钙干预组的炎症因子TNF-α、IL-6、IL-8的表达水平显著降低(P<0.05);内质网应激诱导凋亡:Western blot检测GRP78、CHOP、Cleaved-Caspase-3、Cleaved-Caspase-12蛋白表达,与正常对照组相比,I/R组和不同浓度羟苯磺酸钙处理组均明显增高,但羟苯磺酸钙处理组GRP78、CHOP、Cleaved-Caspase-3、Cleaved-Caspase-12蛋白表达量均低于I/R组,差异具有显著性(P<0.01)。结论:1、大鼠肾缺血时间越长,肾损伤程度越严重;肾缺血45min再灌注24h为理想的大鼠急性肾I/R早期损伤模型。2、羟苯磺酸钙对大鼠肾缺血再灌注损伤和HK-2细胞缺血再灌注损伤具有保护效应。3、羟苯磺酸钙预处理对肾缺血再灌注损伤模型具有显著的抗氧化应激、抑制炎症反应及抗凋亡的作用。4、羟苯磺酸钙通过调控内质网应激的关键信号通路GRP78/CHOP而发挥对肾缺血再灌注损伤的保护作用。
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