摘要

5/6肾切除术(5/6NX)引起的肾脏消融导致的肾损伤与氧化应激、肾小球高血压、超滤和Nrf2-Keap1通路受损有关。本研究的目的是了解双功能抗氧化剂姜黄素是否可以诱导Nrf2的核转位,并预防5/6NX诱导的氧化应激、肾损伤、抗氧化酶减少以及肾小球高血压和超滤。研究了四组大鼠:(1)对照组,(2)5/6NX组,(3)5/6NX组 和(4)电流( –10)。姜黄素灌胃给NX5/6 和CUR组(60mg/kg/天)。在NX5/6或假手术后30天对大鼠进行研究。姜黄素可减轻5/6NX诱导的蛋白尿、系统性和肾小球性高血压、超滤、肾小球硬化、间质纤维化、间质炎症以及血浆肌酐和血尿素氮的增加。这种保护作用与增强Nrf2的核转位、预防5/6NX诱导的氧化应激和抗氧化酶活性降低有关。结论:姜黄素对5/6NX诱导的肾小球和系统性高血压、超滤、肾功能不全和肾损伤的保护作用与Nrf2的核移位以及防止氧化应激和抗氧化酶的降低有关。

1.简介

姜黄素是从植物中分离出的黄色化合物姜黄的主要活性成分姜黄数百年来一直用于传统药物[1]. 过去30年的广泛研究表明,该分子对多种疾病具有治疗潜力,如癌症、肺病、肾脏病、神经系统疾病、肝病、代谢病、心血管病和各种其他炎症疾病[1]. 大量证据表明姜黄素具有高度的多效性和抗炎作用[46],低血糖[7],抗氧化剂[811],伤口愈合[12]和抗菌活性[13]. 姜黄素通过清除活性氧(ROS)发挥直接和间接抗氧化作用[14,15]以Nrf2依赖的方式诱导细胞保护蛋白的表达[16]分别是。它被认为是一种双功能抗氧化剂[17]. 核因子-红细胞生成素-2相关因子2(Nrf2)是一个帽状物“n个“衣领(CNC)碱性区亮氨酸拉链转录蛋白和一种普遍存在的主转录因子,通过与抗氧化反应元件(ARE)结合诱导细胞保护蛋白[18,19]. 在基础条件下,Nrf2以一种非活性复合物的形式存在于细胞质中,与一种被称为Kelch-like ECH-associated protein 1(Keap1)的阻遏分子结合,促进其泛素化。Keap1是一种氧化还原敏感蛋白,在刺激时可激活Nrf2。Nrf2可以被多种刺激物激活,包括氧化剂、抗氧化剂和化学预防剂。Keap1含有几个反应性半胱氨酸残基,可作为细胞内氧化还原状态的传感器[20]. 其中一些半胱氨酸残基中硫醇的氧化或共价修饰导致Nrf2从Keap1中分离并转移到细胞核。我们小组以前的工作表明,姜黄素确实能够诱导体内Nrf2移位到细胞核,这与该抗氧化剂对重铬酸钾诱导的大鼠肾毒性的肾脏保护有关[8]. 另一方面,姜黄素对5/6肾切除术(5/6NX)诱导的大鼠肾脏损伤和炎症具有保护作用[4,21],一种广泛用于研究肾脏疾病进展的模型[22,23]. 该实验模型的特征是蛋白尿、高血压、肾小球硬化、小动脉病变、肾脏炎症和纤维化,以及肾血流动力学的改变,包括肾小球高血压和超滤[2225]. 研究表明,5/6NX大鼠肾小球高血压和高滤过参与肾损伤的进展[2426]. 此外,有研究表明,氧化应激、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的增加和抗氧化酶的改变与5/6NX的发病机制有关[27,28]. 最近,Kim和Vaziri[28]已经表明,受损的Nrf2-Kep1通路有助于5/6NX大鼠的氧化应激和炎症。他们表明残余肾组织Nrf2活性(核移位)降低,而Nrf2阻遏物Keap1上调[28]. 目前尚不清楚姜黄素是否能够改善5/6NX诱导的肾小球高压和超滤,并在该模型中调节Nrf2的核转位。基于上述信息,我们假设姜黄素可能增强核Nrf2易位,从而减少5/6NX诱导的氧化应激、肾血流动力学改变和肾损伤。本研究旨在研究姜黄素给药是否会导致5/6NX大鼠肾脏血流动力学改变的减弱,以及这是否与Nrf2核移位、氧化应激和抗氧化酶减少的减弱有关。此外,还探讨了该实验模型是否与线粒体改变有关,线粒体改变可能与疾病的病理生理学有关,正如其他肾损伤模型所显示的那样[8,2933].

2.方法

2.1. 化学制品

姜黄素、硝基蓝四氮唑(NBT)、四甲氧基丙烷、谷胱甘肽还原酶、还原型谷胱甘酮(GSH)、氧化谷胱甘苷(GSSG)、1-氯-2、4-二硝基苯(CDNB)、乙二胺四乙酸(EDTA)、三氯甲烷、1-甲基-2-苯基吲哚、黄嘌呤、黄碱氧化酶、NADPH、抑肽酶、亮氨酸肽、胃蛋白酶抑制剂、N-[2-羟乙基]哌嗪-N′-[2-乙磺酸](HEPES)、丁基羟基甲苯、牛血清白蛋白、二甲酮(5,5-二甲基-1,3-环己二酮)、硼酸、Brij溶液30%(w/v)、,O(运行)-邻苯二甲醛、2-巯基乙醇、乙醇、二磷酸腺苷(ADP)、琥珀酸钾、鱼藤酮、谷氨酸钠、苹果酸钠、羰基氰化物间氯苯腙(CCCP)、苏丹黑、苏木精、曙红和周期性酸希夫购自西格玛阿尔德里希(美国密苏里州圣路易斯)。过氧化氢(H2O(运行)2)和三氯乙酸(TCA)购自J.T.Baker(Xalostoc,Edo.Mex,墨西哥)。戊巴比妥钠来自墨西哥城的荷兰。兔IgG抗Nrf2多克隆抗体(Cat#sc722)购自Santa Cruz Biotechnology(美国加利福尼亚州圣克鲁斯)。Inutest(25%聚果糖溶液)来自Fresenius Kabi Austria GmbH(奥地利林茨)。所用的所有其他试剂和化学品均为市面上可买到的最高纯度。

2.2. 实验设计

雄性Wistar大鼠,初始体重280-300使用g。所有动物程序均按照墨西哥联邦动物实验和护理条例(NOM-062-ZOO-2001)和生物残留物处理条例(NOM-087-ECOL-1995)进行,并获得国家心脏病研究所生物伦理和调查委员会的批准(批准号:12-767)。戊巴比妥钠麻醉下,60岁mg/kg腹腔注射,通过切除右肾和结扎肾动脉的两个或三个分支选择性梗死大约三分之二的左肾来进行肾脏消融。Sham手术包括腹侧剖腹手术和在不破坏肾组织的情况下操作肾脏和肾蒂[22]. 研究了四组大鼠,在5/6NX或剖腹术后30天处死所有动物:(1)对照大鼠( )剖腹术前7天和术后30天每天口服0.05%羧甲基纤维素;(2) 5/6NX治疗大鼠(5/6NX组, ); (3) 5/6NX+姜黄素(5/6NX+CUR组, ); (4) 姜黄素治疗大鼠(CUR组, ). 姜黄素溶于0.05%的羧甲基纤维素中,每天服用60次5/6NX(5/6NX+CUR组)或假手术(CUR组。使用的姜黄素剂量(60mg/kg/天)是根据之前的实验选择的,其中较低的剂量为15和30mg/kg/天对改善大鼠蛋白尿和高血压无效。此外,Kuhad等人[34]观察到60对顺铂诱导的肾毒性有较高的保护作用姜黄素毫克/千克/天。通过尾部容积描记法(XBP-1000 Kent Scientific,Connecticut,USA)测量清醒受限大鼠的收缩压(SBP)。在基础期测量SBP之前,对大鼠进行两次预处理,如早期研究所述,在剩余的研究中,每两周测量一次SBP[22]. 除了尾剪断容积描记法外,还通过在微穿刺实验期间放置在股动脉中的导管进行实验,通过直接动脉内测量来测定血压(见下文)。在进行微针实验之前,将大鼠置于基线和研究期间每2周的代谢笼中,进行24小时的尿液采集。在基础条件下以及第15天和第30天测量蛋白尿和收缩压,并在第30天测定血浆肌酐和血尿素氮(BUN)。

2.3. 肾血流动力学的显微穿刺研究

在戊巴比妥钠麻醉下(30mg/kg体重腹腔注射),根据需要补充剂量。先前已经描述过微穿刺方法[22]简要;将大鼠置于37°C的温度调节表上。聚乙烯管用于气管颈静脉、股动脉和左输尿管的导管。左肾通过腰部切口暴露在Lucite支架中,并密封,用0.9%盐水覆盖肾脏表面。一根股动脉导管用于血液取样,另一根用于用压力传感器(型号p23 Db,Gould,Puerto Rico,USA)监测平均动脉压(MAP),并记录在测谎仪(Grass Instruments,Quincy,MA,USA)上。手术期间,大鼠通过颈静脉导管接受白蛋白(6%)输注(体重的1%)。在一次性注射100 mg多聚果糖后,立即开始以2.2的速率在林格溶液中滴注5%多聚果聚糖mL/h。在完成研究之前,允许60分钟进行平衡。同时用从正常供体大鼠获得的等量血液代替取样血液。实验结束时,取下肾脏并称重。用微量移液管插入油块后,从七个不同的肾单位获得近端小管液样品,以测定流速和多聚果糖浓度,计算单肾单位肾小球滤过率(SNGFR)。测定血浆和尿液样本中的多聚果糖,以计算全肾肾小球滤过率(GFR)。使用一个连续记录的伺服-全微量移液管换能器(伺服调零压力系统,生理学和医学仪器公司,加利福尼亚州,美国),在自由流动条件下,在用油块(截止流压力)阻止管流后,在额外的近端小管中测量管内静水压力(FF); 还测量了毛细血管周围的静水压。胶体渗透压( )从股动脉(Ca)和穿刺表面传出小动脉(Ce)获得的血液中的蛋白质浓度来估计肾小球毛细血管中的蛋白质含量[35]. 测量以下变量:MAP、停流压(SFP)、经毛细血管水压(ΔP)、红细胞压积(Hct)、自由流压(FFP)、毛细血管压(Pc)、传入(CA)和传出(CE)蛋白浓度。

2.4. 分析程序

使用自动分析仪(美国马萨诸塞州贝德福德市I lab 300 Plus仪器实验室)测量尿素和肌酐。蛋白尿用12.5%TCA在420nm处用浊度法测量,数据表示为mg/24小时[36]. 用蒽酮法测定血浆和尿液中的多聚果糖浓度[37]. 从单个近端小管收集的液体体积是根据已知内径的恒定孔径毛细管中液柱的长度估算的。用微荧光法测量管液中多聚果糖的浓度,一式三份[38]. 使用荧光法测定传出样本和股动脉血浆中的蛋白质浓度[39]. GFR、SNGFR、肾小球毛细血管压(P气相色谱)单肾单位血浆流量(Qa)、单肾单位滤过率(SNFF)、传入(AR)和传出(ER)阻力、传入( A) 和传出( E) 根据Baylis等人计算肿瘤压力和超滤系数(Kf)[35].

2.5. 组织学分析

石蜡包埋切片用三色和周期性酸-希夫试剂(PAS)染色,以盲法检查。在Masson三色切片中评估肾小管间质纤维化。30个不重叠的皮层区域(640 477通过光学显微镜(Olympus BX51,美国奥林巴斯美国公司,纽约)分析每次活检的mM(10倍),并用数字摄像机(Evolution VF,Media Cybernetics,美国麦迪逊)拍摄。阳性蓝色区域(不包括肾小球和血管)使用Image-Pro-Plus 7.0(媒体控制论)进行分析。阳性区域的范围(每次活检30个显微镜视野)表示为所检查的总小管间质面积的一部分。在PAS切片中研究了小管间质细胞浸润。每个字段的细胞数被量化,并表示为每个字段的阳性细胞数。在Masson三色染色切片中评估肾小球硬化症。硬化程度的评分如下:在每次活检中,评估节段性、系膜性和全局性硬化的肾小球数量,以及正常的肾小球簇。硬化定义为系膜基质周边节段性或整体性增加,毛细血管环闭塞,远离门部。每只动物的结果指数表示为硬化肾小球的百分比[24].

2.6. Nrf2免疫组织化学

章节(2 m) 通过浸没在分级醇(二甲苯1)中来脱蜡和再水化 : 1二甲苯-乙醇、乙醇和70%乙醇10每分钟,最后用蒸馏水冲洗)。抗原检索用10个mM柠檬酸缓冲液pH 6,用于5在微波炉中加热分钟。样品用H处理2O(运行)2(3%)淬灭内源过氧化物酶。切片在4°C下用稀释液1培养过夜 : 100抗Nrf2抗体。为了检测一级抗体的特异性结合,使用免疫细胞化学染色试剂盒,将组织与封闭血清、特异性二级抗体和链霉亲和素/过氧化物酶复合物依次孵育。最后,使用二氨基联苯胺作为显色剂。切片用苏木精复染。测定带有免疫染色细胞核的细胞百分比,结果表示为阳性细胞核/场。

2.7. 脂质过氧化

通过使用四甲氧基丙烷标准曲线测量肾组织中的丙二醛(MDA)和4-羟基-2-壬醛(4-HNE)来评估脂质过氧化。1-甲基-2-苯基吲哚在乙腈/甲醇(3)混合物中的溶液 : 1) 添加到肾匀浆中,通过添加37%HCl开始反应。光学密度测量值为5861后nm如前所述,在45°C下孵育h[8]. 数据表示为nmol MDA和4-HNE/mg蛋白质。

2.8. 抗氧化酶的活性

过氧化氢酶(CAT)活性通过基于30 mM H消失的方法测定2O(运行)2在240纳米[8]数据表示为k/mg蛋白。使用GSSG作为底物测定GR活性,并在340℃下测量NADPH的消失纳米[8]. GR的一个单位被定义为氧化1的酶的数量 NADPH/min摩尔数。数据表示为U/mg蛋白质。谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性在340在偶联反应中使用GR和NADPH[8]. GPx的一个单位被定义为氧化1的酶的量 NADPH/min摩尔数。数据表示为U/mg蛋白质。如前所述,在含有GSH和CDNB的混合物中测定谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性[8]. GST的一个单位被定义为结合1的酶的数量 每分钟含GSH的CDNB摩尔数[8]. 数据以U/mg蛋白质表示。在560℃下用分光光度法测定肾匀浆中的总超氧化物歧化酶(SOD)活性使用NBT作为指示试剂的先前报告的方法[8]. 将抑制NBT减少至最大值50%的蛋白质量定义为SOD活性的一个单位。结果以U/mg蛋白质表示。

2.9. 肾线粒体的分离

从专门为此目的准备的不同组大鼠中分离出线粒体。从大鼠体内取出肾脏,清洗、清除脂肪组织和结膜组织,并放置在含有250个mM蔗糖,10mM Tris-HCl,1mM EDTA,pH值7.3。肾脏在均质之前在隔离缓冲液中切碎。如前所述,通过差速离心获得线粒体[40].

2.10. 线粒体耗氧量

使用克拉克型氧电极(美国俄亥俄州黄泉市黄泉仪器公司)测量线粒体耗氧量。实验在1.5含125毫升碱性培养基毫摩尔氯化钾,10mM HEPES和3mM无机磷酸盐(Pi),pH值7.3。在10人在场的情况下评估状态4呼吸mM琥珀酸盐加1 g/mL鱼藤酮,或与10mM谷氨酸钠和10mM苹果酸钠。状态3呼吸通过添加200 M ADP。呼吸频率表示为ng-原子氧/min/mg蛋白质(ngAO/min/mg)。呼吸控制指数(RC)计算为状态3/状态4的比率。通过添加1来测量非耦合呼吸 M CCCP;磷酸化效率(ADP/O比)是根据ADP的添加量和状态3期间消耗的总氧气量计算的[8].

2.11. 统计分析

数据以平均值表示 平均值标准误差(SEM)。通过双向方差分析(ANOVA)评估各组之间的差异,然后根据Bonferroni使用商用统计软件包(GraphPad Prism 4.0,加利福尼亚州,美国)进行多重比较。双侧 被认为是重要的。

3.结果

3.1. 血浆肌酐、尿素氮、蛋白尿和收缩压

在基线研究中,所有实验组的大鼠体重、血压和尿蛋白排泄量相当,在实验结束时体重相当(数据未显示)。在研究结束时,发现姜黄素可以减轻蛋白尿和血浆肌酐、血尿素氮和收缩压的增加(图1). BUN从100下降5/6NX组的mg/dL至305/6NX+CUR组mg/dL。血浆肌酐从1.7下降5/6NX组的mg/dL降至1.05/6NX+CUR组mg/dL。肾切除大鼠出现严重的全身性高血压。肾次全切除术后蛋白尿逐渐增加。如图所示1(c),5/6NX+CUR组的蛋白尿减少约三分之二( )5/6NX后30天基本稳定。收缩压从 第0天到 30天时为毫米汞柱。姜黄素治疗与血压不明显升高有关( 毫米汞柱,图1). 此外,5/6NX大鼠肾脏重量(KW)的增加并不显著(表1)但姜黄素在5/6Nx+CUR组中显著降低KW约25%(表1).

3.2. 显微穿刺研究

5/6NX后30天的微穿刺研究结果如图所示2发现(a)MAP,(b)SNGFR,(c)Qa,(d)P气相色谱姜黄素可改善5/6NX大鼠中观察到的(e)SFP和(f)ΔP(5/6NX+CUR组)。姜黄素可预防肾小球高血压(P气相色谱)和超滤(SNGFR增加)。此外,还发现姜黄素(5/6NX+CUR组)改善了5/6NX大鼠(g)AR、(h)ER和(i)GFR的降低。5/6NX+CUR组观察到的最相关变化是P气相色谱和SNGFR是由于肾小球前张力显著增加,表现为AR升高。在Hct、SNFF、FFP、Pc、Kf、CA、, A、 CE和 E(表1).

3.3. 组织学分析

表明5/6NX大鼠发生肾小球硬化。代表性图像显示在上面板中,定量数据显示在下面板中。姜黄素治疗显著改善了肾小球硬化,从5/6NX组的25%改善到5/6NX+CUR组的12%( ). 对照组和CUR组未观察到硬化(图).

4显示5/6NX大鼠出现间质纤维化。代表性图像显示在上面板中,定量数据显示在下面板中。姜黄素治疗显著改善了间质纤维化,从5/6NX组的9%降至5/6NX+CUR组的4%( ). 对照组和CUR组的这些值低于1%(图4).

5表明5/6NX大鼠出现间质炎症。代表性图像显示在上面板中,定量数据显示在下面板中。姜黄素治疗显著改善了间质炎症,从5/6NX组的50个细胞/场改善到5/6NX+CUR组的20个细胞/场内( ). 在对照组和CUR组中,这些值低于15个细胞/场(图5).

6表明姜黄素诱导Nrf2的核移位。代表性图像显示在上部面板中,定量数据显示在下部面板中。5/6NX+CUR组的增加(约6个阳性细胞/场)高于CUR组(约3个阳性细胞/场)( ). 在对照组和CUR组中,这些值低于0.5个阳性细胞/场(图6).

3.4。氧化应激与抗氧化酶活性

5/6NX变化与脂质过氧化增加约30%和抗氧化酶(CAT、GR、GPx、GST和SOD)活性降低约10-40%有关。研究发现,姜黄素完全阻止了脂质过氧化和抗氧化酶的上述变化(图7).

3.5. 线粒体功能

对所有组的线粒体功能进行评估,以探讨该细胞器在5/6NX诱导的观察到的肾功能障碍中的可能作用。在第30天,发现5/6NX或姜黄素不能诱导肾线粒体呼吸的改变(状态3、状态4、RC、非耦合呼吸和ADP/O比率,使用苹果酸/谷氨酸或琥珀酸作为底物,表2). 所有研究组均未发现显著变化(表2).

4.讨论

研究表明,氧化应激在患者肾损害的进展中起着重要作用[41]在动物模型中[27,4245]. 在5/6NX模型中,氧化应激可从ROS生成增加和抗氧化酶表达/活性降低来解释[28,46]. 在最近的一项研究中,Kim和Vaziri[28]表明5/6NX大鼠的Nrf2-Keap1/ARE通路发生改变。Keap1的细胞质浓度增加,核Nrf2易位减少。这些变化伴随着肾脏中谷胱甘肽和几种依赖于Nrf2的酶含量的降低以及NADPH氧化酶表达的增加[28]. 在这种情况下,使用抗氧化化合物和Nrf2的诱导剂可能有助于减轻5/6NX大鼠肾损伤的进展。事实上,在患有5/6NX的大鼠身上,维生素E等抗氧化剂的有益作用已经被证明[45],N个-乙酰半胱氨酸[47]、褪黑激素[48],S公司-烯丙基半胱氨酸[27],和姜黄素[4]. 本文中获得的关于姜黄素对5/6NX诱导的蛋白尿、系统性高血压、组织学改变和炎症的保护作用的数据与Ghosh等人的发现一致[4,21]. 此外,姜黄素明显改善肾小球高血压和超滤,这可能限制肾损伤的扩大[2426]. 事实上,已有研究表明,肾脏消融导致残余肾单位的血流动力学改变,这些改变参与了促炎症和纤维化机制,从而加剧肾单位丢失[49]. 姜黄素的肾脏保护作用明显与增强Nrf2的易位、减轻氧化应激和保持几种抗氧化酶的活性有关。根据研究期间每天服用姜黄素的事实以及Nrf2核转位增强的事实,姜黄素诱导的氧化应激减少和抗氧化酶活性的保持可能是这种双功能抗氧化剂直接和间接作用的次要影响。根据该给药方案,无法区分姜黄素的直接和间接抗氧化作用。有趣的是,姜黄素对喹啉酸诱导的神经毒性的保护作用与纹状体组织中Nrf2的诱导有关[50]. 据报道,姜黄素在顺铂诱导的肾损伤实验模型中具有肾保护特性[34],重铬酸钾[8],庆大霉素[51],氟化钠[52]、万古霉素[53],环孢素[54],对乙酰氨基酚[55],三醋酸亚硝酸盐铁[56]和阿霉素[57]. 有趣的是,5/6NX大鼠术后30天线粒体呼吸未见改变。在所研究的四组大鼠中,状态3、状态4、RC、非耦合呼吸和ADP/O比率没有变化。据我们所知,这是首次对5/6NX大鼠进行线粒体呼吸研究。在重铬酸钾诱导的其他肾损伤模型中发现线粒体呼吸发生改变[8]、缺血和再灌注[29],汞[30],顺铂[32,33],和庆大霉素[31]. 在较长时间的研究中(超过30天),可能会在该实验模型中发现线粒体呼吸发生改变。总之,姜黄素治疗可以预防肾小球微循环中的血流动力学变化、肾脏炎症损伤以及与肾质量减轻相关的功能恶化。姜黄素对残肾的保护作用与Nrf2的核转位、防止氧化应激和抗氧化酶的降低有关。姜黄素的直接和间接抗氧化作用可能与所观察到的保护作用有关。姜黄素治疗的潜在临床益处值得进一步研究。

致谢

这项工作得到了CONACYT 167949(ET)、129838和PAPIIT IN201910(JPCH)的支持。作者感谢Benito Chávez-Rentería和Juan Alfredo Alvarado Cortés的技术支持,感谢Ismael Torres博士和Enrique Pinzón博士对实验动物的技术支持。