中日友好医院学报2012年第26卷第2期Journal ofChina-Japan Friendship Hospitl,a2012 Apr,Vo1.26,No.2 93 甘草酸对糖尿病大鼠肾脏 氧化应激及醛糖还原酶水平的影响 丁颖超 ,刘长山 ,李萍 ,王秀军2刘慧 ,柳林2孙丽萍 (1.潍坊医学院研究生部,山东潍坊261053;2.山东省潍坊市人民医院内分泌科,山东潍坊261041) 摘要 目的:观察甘草酸对糖尿病大鼠肾脏氧化应激及醛糖还原酶活性、基因表达水平的影响,探讨其保护肾 脏、预防糖尿病。肾病的可能机制。方法:雄性Wistar大鼠30只,随机分为正常对照组、模型对照组和甘草酸治疗 组,腹腔注射链脲菌素(60mg/kg)诱导糖尿病模型,治疗组给予甘草酸(30mg/kg/d)治疗16周。16周后测定各组 大鼠24h尿白蛋白量(UP24)、肾脏肥大指数(肾重/体重)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、醛糖还原酶 (AR)活性及mRNA水平。结果:与正常对照组相比,模型组大鼠UP24、肾指数显著升高(P<0.01),血清SOD活 性降低.MDA含量增加(P<0.O1),肾脏AR活性及基因表达显著升高(P<0.o1)。与模型组相比,甘草酸治疗组 UP24、肾指数显著降低(P<0.01),血清SOD活性显著增强(P<O.05),同时MDA含量显著减少(P<0.01),肾脏 AR活性显著降低、ARmRNA水平显著下降(均P<0.o1)。结论:高血糖可诱导机体氧化应激增强、多元醇代谢途 径激活及两者的协同效应,促进糖尿病肾病的发生发展;甘草酸可能通过抗氧化应激、减少肾脏AR活性及基 因表达以抑制多元醇通路的激活,发挥肾脏保护作用。 关键词:甘草酸;糖尿病肾病;氧化应激;醛糖还原酶;多元醇代谢途径 文献标识码:A 文章编号:1001—0025(2012)02—0093—04 中图分类号:R589.1 doi:10.3969 ̄.issn.100l一0025.2012.02.009 Effects of glycyrrhizin on oxidative stress and aldose reductase in rats with diabetic nephropathy// DING Ying-chao,LIU Chang-shan,LI Ping,et ai//Journal of China-Japan Friendship Hospital,2012 Apr,26(2):93—96 Abstract Objective:To investigate the protective effect of glycyrrhizin on renal function and its possible mechanisms in rats with diabetic nephropathy(DN).Methods:Thirty male Wistar rats were randomly divided into normal group,model group and glycyrrhizin group.Diabetes was induced by intraperitoneal injection of streptozotocin(60mg/kg).Glycyrrhizin was given to rats in glycyrrhizin group for 16 weeks(30mg/kg/d).The uri— nary protein 24一hour(UP24),kidney hype ̄rophy(kidney weight/body weight),superoxide dismutase(SOD)activ— ity,ma10ndialdehyde(MDA)content in serum,aldose reductase(AR)activity and ARmRNA expression in kidney were measured after the treatment.Resuls:UP24,kitdney hype ̄rophy,sernm MDA content,kidney AR activity and its expression signiifcantly increased,while seIum SOD decreased in model group compared with normal group(P<0.01).After treatment of glycyrrhizin for 16 weeks,UP24,kidney hypertrophy,serum MDA content, kidney AR activity and its expression markedly decreased(P<0.01)and selalm SOD activity increased(P<0.05) compared with model group.Conclusion:Hyperglycemia can promote the development of diabetic nephropathy by inducing oxidative stress,polyol pathway activation and their synergy effects.Traditional Chinese medicine glycyrrhizin could ameliorate renal dysfunction through reduction of oxidative stress and polyol pathway. Key words glycyrrhizin;diabetic nephropathy;oxidative stress;aldose reductase;poyol pathway Author’S address Graduate School of Weifang Medical University,Weifang 261053,Shandong,China 糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)的发 2 本文通讯作者。 作者简介:丁颖超(1983一),女,医学硕士。 收稿日期:2012—02—15修回日期:2012—03~09 生、发展和严重程度与血糖升高程度及持续时间 密切相关¨lJ,高血糖导致的醛糖还原酶(aldose re. ductase,AR)活性升高、氧化应激增强是DN的重 要发病机制,但AR是否参与了氧化应激作用目 94 中日友好医院学报2012年第26卷第2期J前尚无定论,AR活性与氧化应激的关系是目前 研究的热点。本研究在制备糖尿病大鼠肾损伤模 型的基础上,观察肾脏AR活性及其基因表达与 氧化应激水平的关系,并予以中药甘草酸干预治 疗,观察甘草酸对糖尿病肾损伤大鼠肾功能的保 护作用,并从多元醇通路及氧化应激方面探讨甘 草酸抗糖尿病大鼠肾损伤、保护肾功能的作用机 制,为临床防治DN提供实验依据。 1材料与方法 1.1实验动物 健康雄性6周龄Wistar大鼠.体重180~ 200g,由山东大学实验动物中心提供。 1.2试剂及仪器设备 链脲佐菌素(STZ)购自美国Alexi公司。甘草 酸购白南京正大天晴制药公司。DL一甘油醛购自 美国Sigma公司。NADPH购自美国Roche公司。 UV一260型分光光度计,日本岛津公司。 1.3动物分组与处理 适应性喂养大鼠1周后,随机取l0只作为正 常对照组喂养常规饲料,其余20只拟作为糖尿病 观察组。于左下腹腔按60mg/kg体重注射STZ溶 液(溶解于0.1mmol/L pH4.4枸橼酸钠一枸橼酸缓 冲液,稀释至0.5%浓度,冰盒中新鲜配制),注射 后72h断尾用罗氏血糖仪测血糖,血糖≥ 16.7mmol/L为糖尿病模型建立。将20只糖尿病大 鼠随机分为模型对照组和甘草酸治疗组,每组l0 只,各组间血糖值无差异。每日灌胃给药,甘草酸 组30mg/kg/d.模型对照组和正常对照组用等容量 生理盐水1ml/100g/d,共16周。 1.4标本收集 实验结束前ld用代谢笼收集24h尿液,离 心,测24 h尿蛋白(UP 24h)。各组大鼠禁食不禁 水,12h后以10%水合氯醛400mg/kg腹腔注射麻 醉,下腔静脉取血,测空腹血糖(FBG)、血清尿素 氮(BUN)、血肌酐(SCr)、血清超氧化物歧化酶 (SOD)活性和丙二醛(MDA)含量。用预冷生理盐 水灌洗肾脏,去除被膜,滤纸吸干血迹后称重, 切取lcm 肾皮质放人液氮中速冻后转移到一80℃ 保存,待测肾组织AR活性及其基因表达。 1.5肾功能相关指标的检测 计算肾脏肥大指数(肾重/体重,KW/BW);用 葡萄糖氧化酶法检测血糖;UP24h测定用免疫比 ourn ofChinn一坪∞n en&hip Hospit ,2D』2 Apr, 。z.26, .2 浊法;血清BUN、Scr用日本Olympus AU2700全 自动生化分析仪测定 1.6血清SOD、MDA检测 用黄嘌呤氧化酶法检测血清中SOD活性: 硫代巴比妥酸法(TBA)检测血清中MDA含量 检 测用试剂盒由南京建成生物工程研究所提供.. 1.7 肾脏AR的活性与基因表达检测 1.7.1 肾脏AR活性检测 参照刘长山等[2]的方法测定,取80~100mg冷 冻的肾脏皮质部分组织,按1:5(W/V)加入预冷 的0.9%生理盐水,匀浆后低温离心机10000g离 心2h,吸取上清液待测。整个标本处理过程均在 4℃进行。 反应体系为3ml,包括67mmo1/L pH6.2的 Na+-K 磷酸缓冲液1.2ml,10mmol/L的DL一甘油 醛0.3ml,100mmol/L的硫酸氨0.9ml,0.1mmol/L 的还原型辅酶II(NADPH)0.3ml,酶及组织上清液 0.3ml。对照杯以双蒸水代替底物DL一甘油醛。 反应白加入NADPH开始.37 反应4rain,用 UV260型分光光度仪记录NADPH在340nm波 长处吸光度(OD)值,连续记录3min,OD值的下 降表示AR活性,AR单位定义为每毫克蛋白质每 分钟消耗1Ixmol NADPH(Ixmol/mg/min)。 1.7.2 liT—PCR法检测AR mRNA表达 用TR Izo l试剂(美国lnvitrogen公司)按说 明书提取肾皮质样本的总RNA,1%琼脂糖凝胶 (含0.1txg/ml核酸染料)电泳鉴定RNA完整性; RT—PCR试剂盒(日本TaKaRa公司)进行逆转录 和PCR扩增反应.AR引物序列:上游引物5’一 ACTGCCATFGCAAGGCATCGTGGT一3’下游引物 5’一CCCCCATAGCACTGGAG I CTAGC一3’ 。B— actin引物序列:上游引物5 一AACACCCCA CC CATGTACG一3 ,下游引物5 一ATGTCACGCAC— GA1][1rI1CCC一3 [41.均由上海生工生物工程公司合 成。PCR扩增及定量分析:扩增条件为cDNA lIxl,Taq聚合酶80u,10xPCR2.5 l,dNTP 1 l,引 物200nmol/L,补双蒸水至251x1。940C预变性 3rain,94℃变性30s,59e(二退火30s,72cC延伸30s, 最后72。【=延伸3rain。AR扩增30个循环,B—actin 扩增24个循环。PCR产物和13-actin分别取5txl 上样,以1%琼脂糖电泳(80V,20rain)。电泳结果以 UVP3000照相,并用一维凝胶分析软件进行分 析 中日友好医院学报2012年第26卷第2期Journ (fChinⅡ一却Ⅱn n n&hi,p Hospi ,2012 Apr, 。f.26,,vo.2 95 组别 n BUN(reoolt/L) Cr(Ixmol/L) 肾指数 UP24(mg) SOD(U/m1) MDA(nmol/m1) 注:与正常对照组比较,”P<O.Ol, P<0.05;与糖尿病模型组比较, 艮O.01, P<O.05。 1.8 统计学方法 表3大鼠AR活性及mRNA表达水平比较( 蝴) 应用SPSS11.5统计软件包处理数据。组问的 比较采用t检验和单因素方差分析。 2 结果 2.1大鼠体重和血糖比较 实验期间因1只大鼠死亡,共29只大鼠完成 注:与正常对照组比较, P<O.05, P<O.Ol; 与糖尿病组比较 P<O.0l。 实验,正常对照组10只、模型对照组9只、甘草 酸治疗组l0只。实验前各组大鼠体重无明显差异 (P>0.05),说明分组较均衡,血糖均显著高于正常 对照组( 0.O1)。表1示,实验结束后模型对照 0.O1),二者比较无显著性差异。 2.5 大鼠肾脏AR活性及mRNA表达水平比较 表3示,糖尿病模型组与正常对照组相比.肾 组织AR活性及其mRNA的表达明显增强(P< 0.01),甘草酸组与模型组相比能够明显降低肾组 织AR活性,下调AR mRNA的表达(P<0.01)。见 图1 组、甘草酸治疗组体重均显著低于正常对照组(均 P<O.01),2组间体重无显著性差异(P>O.05).血 糖与治疗前比较无显著差异( 0.05) 2.2大鼠肾功能指标比较 表2示,糖尿病模型组与正常组相比,血清尿 素氮、血肌酐显著升高(P<O.O1),经甘草酸治疗 16周后,血清尿素氮、血肌酐水平显著降低(尸< 0.O1)。 2.3肾脏指数及24h尿蛋白的变化 1伽慢 表2示,糖尿病模型组与正常对照组相比.肾 脏肥大指数、UP24h均显著升高(均P<O.01) 与 模型组相比,甘草酸能显著改善肾脏肥大指数.降 低UP24h(P<0.叭) 2.4大鼠血清氧化应激状况比较 黜 aO恤p 2OObp AR嫱7oto)t actin《228bp) 首蕈酸燧桴l麓媳惩常组 表2示,与正常对照组比较,糖尿病各组大鼠 血清MDA水平显著升高(P<O.O1),SOD降低(P< 0.01);甘草酸治疗组与糖尿病模型组比较.血清 MDA水平显著降低(P<O.05),SOD显著升高(Jp< 图1半定量RT—PCR测定各组ARmRNA表达 3讨论 DN的具体发病机制仍然不是很清楚,近年 来的研究热点又转移到了多元醇通路激活所致醛 96 中日友好医院学报2Ol2年第26卷第2期]糖还原酶活性增高与氧化应激的关系上 醛糖还 原酶(AR)是多元醇通路中的重要限速酶,持续 高血糖状态下,AR活性增强,葡萄糖在AR的催 化下还原为山梨醇,后者在山梨醇脱氢酶(SDH) 作用下转化成果糖,山梨醇具有很强的渗透性. 其在细胞内的积聚可以造成细胞渗透性水肿和肾 小管重吸收功能障碍;另外,山梨醇在细胞内积 聚可诱导氧化应激,干扰一氧化氮生物利用,促进 前列腺素/血栓烷释放,影响动脉血管收缩.从而 促进糖尿病微血管病变的发生I 5l。上述过程中 NADPH消耗增加,使还原型谷胱甘肽生成减少, 自由基清除减少,引起细胞氧化应激损伤l6l7】 另 外,醛糖还原酶活性增强可通过PKC、MAPK、NF— KB(p65)等途径引起氧化应激反应性级联信号放 大,从而使肾小球基底膜的增厚及肾小球系膜细 胞、细胞外基质积聚,肾脏结构和功能改变.促进 了DN的形成l81。体外应用醛糖还原酶干扰RNA 以及醛糖还原酶抑制剂可抑制氧化应激活性氧水 平及NF—KB活性¨圳。本实验中我们发现.糖尿病模 型组大鼠喂养16周后,血清抗氧化酶SOD活性 低下,脂质过氧化代谢产物MDA含量增加、AR 活性与基因表达水平明显升高,同时反映糖尿病 早期 肾损害的指标UP24及肾指数升高.肾功能 相关指标血清尿素氮及血肌酐亦显著升高,肾功 能明显受损,说明多元醇通路过度激活。氧化应激 增强与DN的发生发展密切相关 甘草酸(Glycyrrhizin,GL)是甘草中最主要的 活性物质,有研究资料表明,甘草及其有效成分能 抑制糖尿病大鼠醛糖还原酶活性,降低红细胞中 山梨醇.还具有抗炎症、抗氧化和抑制血小板聚集 等作用I101。本实验中我们对糖尿病肾损伤大鼠应 用甘草酸治疗后,糖尿病大鼠肾功能明显改善,血 清SOD活性增强同时MDA含量减少、肾脏AR 活性及其mRNA表达水平均降低。因此,我们认 为甘草酸可能通过提高机体抗氧化能力、减少肾 脏AR活性及其基因表达以抑制多元醇通路的过 度激活来发挥其肾功能保护作用,预防DN的发 生。本研究只选取了治疗l6周这一点的结果,甘 草酸具体的起效时间、其对DN病情发展的作用 以及如何调节肾脏AR相关信号转导途径的机制 ourn ofChin『卜却∞n n 蚋,Hosp ,2D 2 pr, 。2.26,,vo.2 等问题有待进一步研究 4参考文献 [1 J DCCT:The Diabetes Control and ComplicationS Trial Re— search Group.The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long——term eompliea— tions in insulin—dependent diabetes mellitus[J1.N Engl J Med+1993,329:977—986. 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