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目的:糖尿病肾病是引起终末期肾病的主要原因之一,也是糖尿病患者致死的主要合并症。参与糖尿病肾病发病的相关因子众多,针对其中某一因子的研究方式已无法满足对糖尿病肾病进行全方位研究的要求,迫切需要应用基因组、蛋白质组等系统生物学研究思想和方法,以寻找在糖尿病肾病发病过程中发挥关键作用的基因与蛋白质分子,分析其相互作用和交叉对话,从整体水平上探讨糖尿病肾病的发病机制,为糖尿病肾病的诊断、预防和治疗提供新思路。
本研究应用双向差异凝胶电泳及质谱法检测自发性2型糖尿病KKAy小鼠肾小球蛋白表达谱,并观察糖尿病肾病发病过程中肾小球蛋白表达谱的变化及氯沙坦治疗对糖尿病肾病发病过程中肾小球蛋白表达谱的影响。旨在寻找与糖尿病肾病发病过程密切相关的蛋白质,以探明糖尿病肾病及氯沙坦肾脏保护作用的可能机制。
方法:
本研究以雄性自发性2型糖尿病KKAy小鼠及对照组雄性C57BL/6小鼠为研究对象,KKAy小鼠随机分为非治疗组及氯沙坦治疗组,治疗组从8周龄始予以氯沙坦原药粉末[10mg· kg-1·day-1]饮水喂入至20周龄,并根据小鼠体重及饮水量的变化情况,动态调整氯沙坦给药浓度。分别于8周龄、20周龄测量KKAy小鼠及对照组小鼠体重、血糖、血肌酐及尿素氮、尿白蛋白/肌酐,观察肾脏病理变化。应用磁珠灌注法分离自发性2型糖尿病KKAy小鼠及对照组C57BL/6小鼠肾小球,光学及电子显微镜下检测肾小球分离纯度及效果,提取肾小球总蛋白,测定肾小球蛋白提取量。应用CyDyes荧光染料最小标记法、双向差异凝胶电泳及MALDI-TOF质谱法分析肾小球蛋白表达谱的变化。应用蛋白质印迹法(westernblot)对差异表达蛋白进行验证。应用免疫组织化学法检测肾小球IκBα、NF-κBp65的表达情况。同时观察氯沙坦对糖尿病肾病肾小球蛋白表达谱及肾小球IKBα、NF-κBp65表达情况的影响。
结果:
1、2型糖尿病KKAy小鼠体重和血糖较正常对照组C57BL/6小鼠显著升高(p<0.05),20周龄KKAy小鼠尿白蛋白/肌酐比率明显增加(p<0.05)。氯沙坦治疗显著改善KKAy小鼠的白蛋白尿水平和病理损害,而对血糖无影响。
2、磁珠灌注法提取小鼠肾小球,分离纯度为96.67±1.16%。20周龄KKAy小鼠及C57BL/6小鼠,平均每只小鼠分别可提取肾小球蛋白261.1±57.61μg和55.8±17.02μg。
3、经DeCyder2-D差异分析软件分析,发现8周龄KKAy小鼠较8周龄C57BL/6小鼠的肾小球内差异蛋白质斑点179个,对其进行肽指纹图分析,鉴定出Phosphoenolpyruvate carboxykinase,Isocitrate dehydrogenase等55种蛋白质。20周龄KKAy非治疗组小鼠与正常对照组C57BL/6小鼠肾小球内差异蛋白质斑点114个,对其进行肽指纹图分析,鉴定出56种蛋白质。其中表达上调的蛋白质有46个,包括Catalase,Stress-70 protein,Prohibitin等;表达下调的蛋白质有10个,包括Sorbitol dehydrogenase,Aspartoacylase-2等。20周龄与8周龄KKAy小鼠肾小球内差异蛋白质斑点190个,对其进行肽指纹图分析,鉴定出74种蛋白质。其中表达下调的蛋白质有73个,包括78 kDa glucose-regulated protein,Heat shockprotein90,14-3-3 protein epsilon等;表达上调的蛋白质有1个,为Homogentisate1,2-dioxygenase。经氯沙坦治疗,包括14-3-3 epsilon在内的11种蛋白的异常表达被抑制。
4、经western blot检测,Heat shock protein90(HSP90)、磷酸化核因子κB抑制物激酶(p-IKKα/β)、78 kDa glucose-regulated protein(GRP78)于KKAy小鼠肾小球中表达上调,其中20周龄KKAy小鼠肾小球中HSP90、p-IKKα/β、GRP78的表达水平分别较8周龄KKAy小鼠表达下调,14-3-3 epsilon蛋白于20周龄KKAy小鼠肾小球中表达上调,于20周龄KKAy小鼠氯沙坦治疗组肾小球中表达下调。
5、经免疫组织化学法检测,IκBα于KKAy小鼠肾小球中表达减少,NF-κBp65于KKAy小鼠肾小球细胞核中表达增多,以20周龄KKAy小鼠非治疗组最为明显。氯沙坦治疗使20周龄KKAy小鼠肾小球中IκBα表达增多,NF-κBp65于肾小球细胞核中表达减少。
结论:
1、20周龄KKAy小鼠出现肥胖、高血糖、尿白蛋白排泄率增加及典型的糖尿病肾病早期病理改变,氯沙坦治疗能降低自发性2型糖尿病KKAy小鼠尿白蛋白排泄率,改善肾脏病理损害。
2、本实验成功获得了自发性2型糖尿病KKAy小鼠肾小球蛋白表达谱。鉴定出8周龄KKAy小鼠与正常对照C57BL/6小鼠肾小球内差异表达蛋白55个,20周龄与8周龄KKAy小鼠肾小球内差异表达蛋白74个,20周龄KKAy小鼠较正常对照C57BL/6小鼠肾小球内表达上调蛋白46个,表达下调蛋白10个。氯沙坦治疗抑制了14-3-3 epsilon等11种蛋白质在糖尿病肾病发生发展过程中的异常表达。
3、糖尿病阶段,KKAy小鼠肾小球中热休克蛋白90(heat shock protein90)、葡萄糖调节蛋白78(78 kDa glucose-regulated protein)表达上调,NF-KB激活,随着糖尿病肾病的病情进展,NF-κB持续活化,两者表达下调。
4、糖尿病阶段,KKAy小鼠肾小球中14-3-3 epsilon蛋白表达无明显变化,随着糖尿病肾病的病情进展,14-3-3 epsilon蛋白表达上调,NF-κB激活。经氯沙坦治疗,14-3-3 epsilon蛋白表达下调,IκBα表达增加,NF-κB活性被抑制,起到一定的肾脏保护作用。