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目的:随着人们物质生活水平的提高,糖尿病(DiabetesMellitus,DM)的发病率明显增高,严重影响糖尿病患者生存质量的主要原因是各种并发症。糖尿病肾病(diabeticnephropathy,DN)就是糖尿病最常见和最严重的慢性并发症之一,也是糖尿病致死、致残的重要原因。脂肪异常升高并在肾脏中沉积是糖尿病肾病的主要病理因素之一。
已知,组织中脂质的含量不仅与其合成有关,还与其分解代谢的速度有关。脂肪酸的分解代谢速度又与过氧化物酶体增殖激活受体α(peroxisome prolif.erator activated receptorPPARα)的调节有关。PPARα是细胞中调节脂肪酸分解代谢的重要核转录因子。PPARα与其配体结合活化后,上调线粒体和过氧化物酶体两个细胞器中与脂肪酸分解代谢有关的下游基因的表达,加速脂肪酸的分解,降低脂肪的含量。研究报道,糖尿病小鼠心肌线粒体和过氧化物酶体脂肪酸β氧化分解的限速酶,肉碱棕榈酰转移酶I(camitine palmitoyltransferase I,CPT)和脂酰CoA氧化酶(acvl-CoA oxidase.AOX-1)基因的表达都被上调,胞内脂肪酸的氧化供能增加。而Gregory等对链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)诱导的糖尿病大鼠肾脏的研究却发现,糖尿病肾脏的脂肪沉积不仅与脂肪酸的合成增加有关,还与肾脏PPARα、PPAR<,β>和脂酰辅酶A氧化酶(acyl-CoA oxidase,AOX-1)的表达及活性降低,脂肪酸的分解速度减慢有关。 STZ诱导的糖尿病大鼠,因胰岛素的缺乏而更多地依赖脂肪酸氧化供能。那么,是否糖尿病大鼠肾脏线粒体脂肪酸氧化的关键酶CPT也应像小鼠心肌一样表达增加?过氧化物酶体中与脂肪酸氧化分解有关的基因,除了限速酶AOX-1基因外,L-双功能蛋白(L-bifrunctionalprotein,LBP)、D-双功能蛋白(L-bifunctional protein,DBP)的表达也被下调?未见报道。菲诺贝特类药物是临床用于降脂血的药物,是PPARα的激活配体。它通过激活PPARα,进而激活与线粒体和过氧化物酶体脂肪酸分解代谢有关的PPARα的下游基因,加强脂肪酸的分解来达到降血脂的目的。糖尿病状态下,是否也可以人为地用菲诺贝特类药物激活糖尿病大鼠肾中的PPARα,加速肾脂肪酸分解代谢相关基因的表达,改善肾功能?未见报道。
为此,本研究以STZ大鼠为实验对象,通过肾组织形态学直接观察和血清尿素氮、24小时尿蛋白的测定,确定糖尿病大鼠肾功能损伤的同时,用RT-PCR方法,测定肾组织中PPARα、CPT、AOX-1、LBP、DBP等与脂肪酸分解代谢有关的基因表达情况;观察PPARα人工合成的激活配体-降脂药菲诺贝特,对上述各项指标的影响,探讨糖尿病肾脏脂肪沉积的分子机制,深化对糖尿病脂代谢紊乱的认识。
方法
1 动物分组及取材选用成年200.250g雄性清洁级Wistar大鼠,随机分为:正常对照组(CON);正常6周对照组(C6)、正常6周对照+非诺贝特组(C6+F)、和糖尿病大鼠6周组(D6)、糖尿病大鼠6周+非诺贝特组(D6+F)、糖尿病大鼠12周组(D12)。
糖尿病组:正常大鼠一次性腹腔注射2%STZ诱导糖尿病发生。D6+F组:在糖尿病大鼠模型建立后4周末用非诺贝特连续两周灌胃(100 mg/kg/day)。动物处死前,收集24小时尿液用于蛋白总量的测定。颈动脉采空腹血,血清用于血糖、尿素氮测定。肾脏用于组织切片、RNA提取。
2 光镜观察组织病理变化按常规方法将肾组织用甲醛固定、石蜡包埋、切片、HE染色后,光镜观察。另取新鲜组织冰冻切片,油红染色,光镜观察。
3 血糖、尿素氮、甘油三酯的测定用Olympus Au2700型全自动生化分析仪测定血糖、尿素氮、甘油三酯。
4 用Lowry改良法测定24小时尿蛋白总量5 肾组织有关基因mRNA相对表达量的测定用Trizol法提取总RNA。以GAPDH作为内参,用RT-PCR法测定PPARα、CPT、AOX-1、LBP、DBP mRNA的相对表达量。
结果
1 大鼠一般情况及血、尿生化指标的改变糖尿病大鼠明显消瘦,皮毛无光泽、疏松,反应迟钝,多饮、多食、多尿,生长迟缓。两周末血糖、尿素氮、24小时尿蛋白,明显高于正常组(P<0.01)。
2 肾脏形态学指标变化糖尿病肾脏明显增大,可见点状黄褐色脂肪变性和淤血斑,包膜不完整或粘连。切面可见皮质颜色变暗。}玎巳染色组织切片显示,六周末糖尿病肾脏组织的远端肾小管肿胀,细胞呈空泡样改变,12周末肾小球的体积增大。肾小球呈分叶状,部分肾小球出现玻璃样变,系膜细胞增生,系膜区增宽,近端肾小管上皮细胞肿胀,部分细胞呈气球样变。油红染色显示,六周末糖尿病肾脏组织有脂质沉积。结果1.2.表示,STZ诱导了糖尿病发生,且并发了肾损伤。
3 mRNA表达结果
3.1不同时期,PPARα mRNA相对表达量的变化。
与正常组(0.338±0.149)相比,糖尿病第6周末(0.393±0.150),第12周末(0.346±0.098)肾组织PPARαmRNA的相对含量变化无统计学意义(P>0.05)。
3.2不同时期,CPT mRNA相对表达量的变化。
与正常组(0.315±0.113)相比,糖尿病肾组织CPT mRNA的含量在发病后第6周末(0.374±0.129)无明显变化(P>0.05),但第12周末时(0.447±0.097)的升高却有统计学意义(P<0.05)。
表明:①PPARα被激活。②糖尿病第12周时线粒体脂肪酸的β-氧化加强。
3.3不同时期,AOX-1mRNA的相对表达量的变化。
与正常组(1.697±0.258)相比,肾组织AOX-1 mRNA的相对量在糖尿病第6周末时(1.612±0.349),无明显变化(P>0.05),但在糖尿病第12周末时(1.191±0.289),却明显降低(P<0.01)。
3.4 不同时期LBP mRNA的相对表达量的变化。
与正常组(0.532±0.124)相比,肾组织LBP mRNA的相对表达量在糖尿病第6周末时(0.508±0.150),无明显变化(P>0.05),但在糖尿病第12周末时(0.169±0.094),却明显降低(P<0.01)。 3.3和3.4的结果表明:糖尿病12周末时过氧化物酶体中涉及AOX-1、LBP的直链脂肪酸的氧化降低。
3.5不同时期DBP mRNA的相对表达量的变化。
与正常组(0.624±0.139)相比,肾组织的DBP mRNA的相对表达量在糖尿病第6周末时(0.879±0.326)的增加无统计学意义(P>0.05),但在糖尿病第12周末时(0.934±0.256)的增加有统计学意义(P<0.05)。
表明,过氧化物酶体中经DBP催化的支链不饱和脂肪酸的p.氧化途径活性加强。
4 菲诺贝特对肾脂肪酸分解代谢相关基因表达的影响与未服药的正常大鼠相比(0.284±0.097),菲诺贝特除了正常鼠肾CPT mRNA的相对量(0.642土0.222)明显增加外(P<0.01),对AOX-1(1.648±0.136)、LBP(0.399±0.097)、DBP(0.483±0.031)的相对表达量的影响无统计学意义(P>0.05)。
表明:菲诺贝特激活了PPARα,使其下游基因CPT表达增加,进而增加了线粒体的脂肪酸氧化供能。
糖尿病6周末时,大鼠肾PPARα(0.447±0.143)、CPT(0.421±0.132)、AOX-1(1.598±0.348)、LBP(0.522±0.175)、DBP(0.912±0.270)mRNA的相对表达量,与服用菲诺贝特的 6 周末糖尿病肾中 PPARα(0.315±0.159)、 CPT(0.596土0.143)、AOX-1(1.482±0.262)、LBP(0.614±0.192)、DBP(0.589±0.202)的相对量区别无统计学意义。
表明:糖尿病鼠肾中脂肪酸分解代谢的调节发生了改变,不同于正常大鼠肾。
结论
1 糖尿病大鼠肾过氧化物酶体由AOX-1和LBP催化的脂肪酸氧化活性降低。
2 糖尿病大鼠肾中PPAR α脂肪酸氧化分解途径的调节发生了改变。
3 菲诺贝特类药物对糖尿病大鼠肾PPAR α及其调控的基因的mRNA表达没有影响。