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庆大霉素诱导大鼠肾小管间质纤维化模型的建立

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2008年9月 中国比较医学杂志 CHINESE JOURNAL OF COMPARATIVE MEDICINE September,2008 V01.18 No.9 、 第18卷第9期 ¥ ) 研究报告55 蝗 ; ; ; 、 庆大霉素诱导大鼠肾小管间质纤维化模型的建立 王 飞 ,陆海英 ,张 悦 ,郝艳鹏 ,周 娟 ,刘煜敏 ,陆 敏 (1.上海中医药大学科技实验中心;2.上海中医药大学护理学院,上海201203) 【摘要】 目的探讨庆大霉素肾毒性损伤能否诱导一种新的肾间质纤维化模型。方法31只健康雄性Wister 大鼠随机分为4组:正常组I、模型组I(造模后5 d取材)组;正常组Ⅱ、模型组Ⅱ(造模后30 d取材)组。给予庆大 霉素造成肾毒性损伤,分别于造模后5 d和造模后30 d处死,光镜和电镜下动态观察肾组织形态学改变,计算肾系 数、检测血肌酐、血尿素氮、24小时尿蛋白总量,氧化应激相关指标SOD、MDA、NOS的变化,检测NF-tcB蛋白表达水 平。结果 (1)模型组I大鼠:光镜下可见肾小管上皮细胞以变性为主,部分坏死;有较多的蛋白管型和少量的细胞 管型、颗粒管型。电镜下可见肾小管上皮细胞胞浆中有大量脂滴存在,细胞的线粒体肿胀、内质网明显扩张。肾系 数常、血肌酐、血尿素氮、24 h尿蛋白总量,以及MDA、NOS明显高于正常组I(P<0.01),模型组I NF-tcB蛋白表达水 平明显高于正常组I(P<0.O1);SOD明显低于正常组I(P<0.O1)。(2)模型组Ⅱ大鼠:肾小管上皮细胞以坏死为 主,部分上皮细胞变性,可见肾小管萎缩和扩张,有较多的细胞管型和颗粒管型,间质中有成纤维细胞增生和炎症 细胞浸润,间质明显增宽。电镜下可见模型组Ⅱ大鼠肾小管上皮细胞核固缩、碎裂现象;间质中有较多的胶原纤 维,成纤维细胞增多。模型组Ⅱ大鼠血肌酐、血尿素氮、24 h尿蛋白总量明显高于正常组Ⅱ(P<0.O1)。结论 氧 化应激引起的脂质过氧化损伤参与了庆大霉素所致的肾小管上皮细胞变性坏死,后者导致了慢性炎症和修复的反 复进行,最终导致肾间质纤维化。 【关键词】 急性肾损伤;间质纤维化;氧化应激 【中图分类号】R692.1 【文献标识码】A 【文章编号】1671—7856(2008)09.0060—05 Establishment of a Rat Model of Renal Tubulointerstitial Fibrosis Induced by Gentamicin WANG Fei’LU Hai—yin ,ZHANG Yue ,HAO Yan—peng’,ZHOU Juan’,LIU Yu—ming‘,LU Ming ,(1.Expefimenee Center of Science and Technology,Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China; 2.College of nursing,Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China) 【Abstract】Objective To investigate the possibility of a novel model of renal interstitial fibrosis induced by renal toxic injury caused by gentamiein.Methods 31 healthy female Wister rats were randomized into 4 groups:the normal group I,the model l group(executed 5 days after modeling);the normal groupⅡ,model groupⅡ(executed 30 days after modeling).The renal interstitial fibrosis in rats was induced by gentamicin.The rats were executed 5 or 30 days after modeling,respectively. Under the light microscope and electron microscope,the changes of renal histomorphology were dynamically observed.The renal indexes were calculated and the changes of serum creatinine,blood urea nitogen,trotal ufina ̄protein in 24 h,and oxidative stress.related indexes such as SOD,MDA and NOS were detected,and the level of NF—xB Was detected.Results (1)Rats in the model I group:under the light microscope,it was observed that there was mainly degeneration and partly necrosis in the renal tubular epithelial cens;there were also many protein casts and a few cellular casts and granular casts.Under the electon r[基金项目]国家自然科学基金资助项目(No.30500687);上海市高等学校科学技术发展基金项目(No.05CZ23);上海市教育委员会重点学科 (第五期)J50301。 【通讯作者】张悦。Email:yuezhang—shanghai@yahoo.corn.cn 中国比较医学杂志2008年9月第l8卷第9期Chin J Comp Med,September 2008,Vo1.18.No.9 6l microscope,there were a large amount of lipid droplets in the kytoplasm of renal tubular epithelial cell,swollen cellular bioblasts, and apparent expansion of endoplasmic reticulum.The renal indexes,selxlm creatinine,blood urea nitrogen,total urinary protein in 24 h.MDA and NOS were signiifcantly higher than those in the normal group I(P<O.O1);While SOD was signiifcantly lower than that in the normal group I(P<0.01).The level of NF—s:B in model group was higher than the normol group I signiifcantly(P <O.O1).(2)Rats in the modelⅡgroup:Under the light microscope,it was observed that there was mainly necrosis and partly degeneration in the renal tubular epithelial cells,atrophy and expansion of the renal tubule,many cellular casts and granular casts.and proliferation of fibroblasts and infihration of the inflammatory cells in the interstitial substance.Under the electron microscope,it was observed that there were karyopyknosis and nuclear fragmentation in the renal tubular epithelial cell,a relatively large amount of collagen fibers and an increased number of fibroblasts in the interstitial substance.In the rats of the modelⅡgroup,the serum creatinine,blood urea nitrogen,and total urinary protein in 24 h were signiifcantly higher than those in the normal group 11(P<0.0 1).Conclusions The oxidative stress—induced lipid peroxidation injury is involved in the degeneration and necrosis of the renal tubular epithelial cells caused by gentamicin,and the latter results in chronic inflammation and recurrent repair,eventually leading to renal interstitial fibrosis. 【Key words】Acute kidney injury;Intesrtitial fibrosis;Oxidative stress 庆大霉素是治疗革兰氏阴性菌感染的一种很有 性、丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量、一氧化氮合酶 效的抗生素。不过,在治疗的病例中,它引起了 (nitric oxide synthase,NOS)活性、尿蛋白含量测定试 10%~2O%的肾衰。有研究已经表明庆大霉素诱导 剂盒购自南京建成生物有限公司。其他试剂均为国 的肾毒性以肾小管坏死为特征,而且主要发生在近 产分析纯。兔抗大鼠NF—KB p65抗体购自Cell 端小管 。 。庆大霉素所诱导肾炎的确切机制仍然 Signaling公司,小鼠抗大鼠a.SMA抗体购自Sigma公 不清楚,然有研究表明庆大霉素增强了反应性氧簇 司,小鼠来源GAPDH(甘油醛一3一磷酸脱氢酶)多抗购 (ROS)的产生 ’ 。在不同的病理状态下,包括不同 于上海康成公司,辣根过氧化物酶(HRP)标记的山 的肾病模型,ROS已经被认为是细胞死亡的一个引 羊抗兔及山羊抗小鼠Ⅱ抗购于晶美生物工程有限公 起因素 。本研究应用庆大霉素所致大鼠肾毒性损 司,PVDF膜购于Millipore公司。酶标仪、电泳装置 伤模型,观察氧化应激过程中,正常组和模型组SOD 为美国Bio.Rad公司产品,光学显微镜由日本 的活性变化情况,并观察造模后5 d、30 d,肾功能和 Olympus公司生产。紫外分光光度计为上海精密科 肾小管间质的变化情况,以探讨从急性肾小管损伤 学仪器有限公司生产。 到间质纤维化的演变机制。 1.4肾系数的测定 1材料和方法 将大鼠处死后,迅速开腹取两侧全肾,用滤纸吸 干肾表面血液后称重。肾系数=两侧肾质重和(g)/ 1.1动物分组 体质重(Kg)X 100%。 健康雄性Wister大鼠31只,(购自上海斯莱克 1.5血肌酐(SCr)、血清尿素氮(BUN)的测定 实验动物有限责任公司,合格证号:scxk(沪)2007. 血清肌酐、血清尿素氮、尿肌酐由日立7080全 0005),体重160 4-20 g。随机分为正常组I(造模后5 自动生化分析仪(HITACHI7080 Automatic Analyzer) 天取材)6只,模型组I(造模后5 d取材)6只;正常 检测。 组Ⅱ(造模后30 d取材)6只;模型组Ⅱ(造模后30 1.6 各组大鼠肾组织匀浆SoD和NOS活性和 d取材)13只。 MDA含量。24 h尿蛋白总量的测定 1.2大鼠急慢性肾损伤模型的制备 取材前一天用代谢笼收集大鼠24 h尿液,用于 以8O mg・kg。。・d 腹腔注射硫酸庆大霉素注射 测定尿蛋白含量。肾组织置一70℃冰箱保存,分别 液,2次/d,持续9 d,分别在造模后5 d和30 d经腹 取处死时冻存的双侧部分肾皮质称重,每样本加1 主动脉取血后处死大鼠;对照组腹腔注射等容量的 mL预冷的生理盐水,冰水浴中匀浆,于4cI=,1 000 r/ 生理盐水于上述两个时问点处死。 min离心15 min,取上清液检测。按照南京建成生物 1.3主要试剂和仪器 公司试剂盒提供的方法测定24 h尿蛋白含量、MDA 硫酸庆大霉素购自上海第一生化药业有限公 含量、NOS和SOD活性,同时按BCA法测定匀浆液 司,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活 蛋白质浓度。 62 中国比较医学杂志2008年9月第l8卷第9期Chin J Comp Med,September 2008,Vo118.No.9 .1.7肾组织形态学观察 处死时,3%戊巴比妥钠麻醉大鼠后打开腹腔取 两侧肾脏,取双肾部分组织,10%多聚甲醛固定,常 规石蜡包埋,切片(3 ttm),做苏木精.伊红(HE)染 荡过夜,1×TBS洗3次,每次10 min。置HRP标记 的Ⅱ抗(用封闭液1:5 000稀释)中孵育2 h,1×TBS 洗3次,每次10 min,在暗室,取ECL试剂A和B各 1 mL,混合后覆盖膜上,1.5 min后弃去化学发光试 色,光镜下观察肾组织形态学变化;4%戊二醛固定 部分肾组织后于Philips T型透射电镜下观察肾小管 上皮及肾间质超微结构的变化。 1.8 NF.KB的检测 利用Western.blot法分别检测模型组I的NF.xB 剂,将膜放人暗盒内,用x光胶片进行曝光、显影及 定影。条带相对灰度值=目的条带灰度值/同个样 品GAPDH灰度值。 1.9统计学处理 实验数据以均数4-标准差(贾±s)表示,运用 SPSS12.0进行One.way ANOVA检验或t检验,比较 各组变量间的差异。 2结果 的表达情况,以正常组作对照。将定量好的组织蛋 白按比例加入5×LB上样缓冲液,混匀后置入沸水 中加热10 min,以使蛋白变性,即为可电泳的样品。 每孔加50 ng的蛋白样品电泳,积层胶电压80 V,分 离胶电压150 V。电泳结束后转膜1~2 h(经甲醇处 理的PVDF膜),将转有蛋白的膜置于5%BSA封闭 1 h后,置于I抗(NF.KB用封闭液1:1 000稀释, 2.1大鼠肾系数的变化 造模后5 d、30 d取材时,肾系数均显著高于正 常组(P<0.01)(表1,表2)。 GAPDH作内参按1:5 000稀释)中,置4 ̄C冰箱中振 表1正常组和模型组I大鼠肾功能的比较 Tab.1 Comparison for renal function and index of lipid peroxidation between normal and Model I group in rats 注:与正常组比较,”P<0.Ol。 Note:compared with normal group.“P<0.Ol 表2正常组和模型Ⅱ组大鼠肾功能的比较 Tab.2 Comparison for renal function between normal and Model II group in rats 注:与正常组比较。 P<0.Ol。 Note:co ̄fll'edwith normal group.“P(O.O1 2.2血肌酐(SCr)、血清尿素氮(BUN)、的测定 0.O1),见表1。模型组Ⅱ(造模后30 d取材)血肌酐 (SCr)、血清尿素氮(BUN)明显高于正常组Ⅱ(P< 0.01)(表3)。 、 模型组I(造模后5天取材)大鼠的血肌酐 (SCr)、血清尿素氮(BUN)均明显高于正常组I(P< 表3正常组和模型组I大鼠脂质过氧化指标的比较 Tab.3 Comparison for index of lipid peroxidation between normal and Model I group in rats 、 注:与正常组比较,“P(0.Ol。 Note:compared wih nortmal group.” 尸<0.O1 中国比较医学杂志2008年9月第18卷第9期 Chin J Comp Med,September 2008,Vo1.18.No.9 63 2.3肾组织中SOD、NOS活性和MDA含量的变 化。大鼠24 h尿蛋白总量的变化 模型组I肾组织中SOD活性明显低于正常组, 同时MDA含量和NOS活性明显高于正常组I(P< 0.01),模型组I和模型组Ⅱ大鼠24 h时尿蛋白总 量明显高于相应正常组(P<0.01)(表3)。 2.4肾组织形态学变化 光镜下可见正常组大鼠肾小管结构完整,小管 间排列紧密(图1)。模型组I大鼠肾小管上皮细胞 以变性为主,包括细胞肿胀和脂肪变性;有较多的蛋 白管型和少量的细胞管型、颗粒管型,间质中有少量 的炎症细胞浸润,但问质结构清楚、间质纤维组织增 生不明显(图2)。模型组Ⅱ大鼠肾小管上皮细胞以 坏死为主,部分上皮细胞变性,可见肾小管萎缩和扩 张,有较多的细胞管型和颗粒管型,问质中有较多的 炎症细胞浸润,间质纤维组织增生明显,可见较多的 成纤维细胞,细胞外基质增多,间质明显增宽(图 3)。电镜下可见模型组I肾小管上皮细胞胞浆中有 大量脂滴存在,粗面内质网脱颗粒,线粒体水肿,嵴 被破坏减少,胞质内可见溶酶体吞噬坏死细胞碎片 所形成的吞噬一溶酶体复合体。模型组Ⅱ大鼠肾小 管上皮细胞核固缩、碎裂现象;间质中有较多的胶原 纤维,成纤维细胞增多(图4~7)。 2.5 NF.KB的检测 模型组I大鼠肾组织NF—xB水平明显高于正常 组I(P<0.01)(表4,图8)。 表4正常组和模型I组大鼠。肾组织 NF—tcB蛋白表达水平的比较 Tab.4 comparison for protein expression of the NF—tcB between the normal and Model 1 group 注:与正常组比较,“P(0.01。 Note:compared with normal group.“P(0叫 3讨论 庆大霉素是一种应用广泛的氨基糖苷类抗生 素,它可以导致肾小管坏死 。一些报道已经阐述 了氨基糖苷类抗生素引起的肾损害的病理过程,如 溶酶体,线粒体及细胞膜结构的紊乱 。本研究结 果显示,在给予庆大霉素造模9 d后的第5天,大鼠 的肾系数(renal index),血肌酐(SCr)、血清尿素氮 (BUN)、尿肌酐(UCr)均明显高于对照组(P<0.01), 光镜及电镜下可见肾小管上皮细胞以变性为主,包 括细胞肿胀和脂肪变性;部分小管上皮细胞坏死;有 较多的蛋白管型和少量的细胞管型、颗粒管型。表 明早期急性。肾损伤模型复制成功。到造模后第30 天,可见肾小管萎缩和扩张,小管上皮细胞坏死多 见;有较多的细胞管型和颗粒管型,间质中有较多的 炎症细胞浸润,间质纤维组织增生明显,可见较多的 成纤维细胞,细胞外基质增多,问质明显增宽。是否 可将此作为研究肾间质纤维化的一个模型,国内外 尚未报道,还有待于进一步研究。许多研究结果表 明,在肾组织,不同氧化应激生化指标浓度的变化与 庆大霉素有关 。庆大霉素引起细胞膜脂质构成的 快速改变,此膜质构成的变化可能被自由基引起的 脂质过氧化所诱导 ’ 自由基引起膜质结构的破坏 和脂质过氧化产物自身催化反应,细胞膜破坏导致 渗透平衡的丧失和细胞内高钙,在光镜下观察到的 细胞浊肿是这一系列可逆性反应的第一个表象。本 研究表明,在给予庆大霉素造模9 d后的第5天,与 对照组比较,SOD的活性明显降低,NOS活性明显增 加,MDA生成明显增加。 慢性肾病的组织学特点,诸如:间质纤维化、小 管萎缩或扩张,都可以在本实验中观察到,而小球结 构基本完整。以前有报道称,在造模后30 d,肾皮质 小管间质的破坏区域是23.2%,并且,发生硬化的 。肾小球的比率为6.4%,而肾功能是部分恢复的。 在本实验中,模型组Ⅱ大鼠的Scr、BUN、24 h尿蛋白 较正常组仍有显著性升高,但升高幅度小于造模组 I,由此推断,部分变性的肾小管结构恢复正常,肾功 能被部分代偿,而发生永久性损伤的区域,以及小管 萎缩所空出的空间,被纤维组织占据了,如本实验中 所观察到的,小管间质发生了纤维化 。在对UUO 模型的研究中发现小管间质纤维化的发生与TGF. 8l所激活的Smad通路有关 ,是否本实验中发生 的纤维化也与TGF.J3所激活的Smad通路有关,还有 待于进一步研究。(图1~8见插Ⅻ) 参考文献: [1]Cuzzocrea S,Mazzon E,Dugo L,et a1.A role for superoxide ingentamic in-mediated nephropathy in rats[J].Pharmaeol,2002, 450(1):67—76. 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