喻 莉 ,張劍鋒 ,李 霽 ,葉 喆
百草枯是一種有效且廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的觸滅型除草劑,其中毒易導(dǎo)致多組織器官衰竭,最為常見的靶器官為肺臟和腎臟,其中約50%的中毒患者出現(xiàn)急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)[1]。如何防治百草枯中毒導(dǎo)致的AKI是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。筆者所在課題組前期研究發(fā)現(xiàn),百草枯腎損傷后出現(xiàn)核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)和白介素-6(interleukin-6,IL-6)升高[2],證實(shí)過度炎性反應(yīng)參與了百草枯腎損傷。文獻(xiàn)[3]研究表明,血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑氯沙坦,可降低炎性因子的表達(dá),從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受損傷。氯沙坦是否對百草枯中毒致AKI具有保護(hù)作用,目前尚無相關(guān)報道。本研究擬建立百草枯灌胃誘導(dǎo)大鼠AKI模型,觀察應(yīng)用氯沙坦干預(yù)后,對腎組織腫瘤壞死因子 -α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-6及NF-κB蛋白表達(dá)的影響,以探究氯沙坦對百草枯中毒大鼠AKI的作用機(jī)制。
1.1 實(shí)驗(yàn)動物 健康成年雄性斯?jié)娎鄹瘛ざ嗬祝⊿prague-Dawley,SD)大鼠54只,無特定病原體(specific pathogen free,SPF)級,體質(zhì)量 200~250 g,由廣西醫(yī)科大學(xué)動物中心提供,動物使用許可證:SYXK桂2014-0003。飼養(yǎng)溫度(20±2) ℃,自由進(jìn)水,普通飼料喂養(yǎng)。
1.2 主要試劑、藥品和儀器 二氯百草枯結(jié)晶體(Sigma公司,美國),氯沙坦鉀片(默沙東公司,美國),兔抗大鼠NF-κB抗體(CST公司,美國),兔抗大鼠IL-6抗體(abcam公司,美國),兔抗大鼠TNF-α抗體(GeneTeX公司,美國),辣根過氧化物酶山羊抗兔IgG(Milipore公司,美國)。病理圖像分析系統(tǒng)(Leica 公司,德國)。
1.3 方法
1.3.1 模型制作與分組 將54只大鼠按照隨機(jī)數(shù)字法分成3組,其中生理鹽水對照組(NS組)18只,百草枯模型組(PQ組)18只,氯沙坦干預(yù)組(LT組)18只。PQ組和LT組均給予100 mg/kg的百草枯一次性灌胃;NS組給予大鼠與百草枯等量的生理鹽水灌胃。LT組在灌胃后立即給予60 mg/kg的氯沙坦繼續(xù)灌胃,并每24 h重復(fù)給予氯沙坦一次,分別于灌胃后1 d、3 d、7 d后處死并留取標(biāo)本,本實(shí)驗(yàn)動物處置方法符合動物倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.2 標(biāo)本采集 10%水合氯醛以0.03 ml/kg進(jìn)行腹腔注射麻醉,4%多聚甲醛固定左腎48 h,脫水、浸蠟、包埋、切片,行蘇木精-伊紅染色(hematoxylin-eosin staining,HE)、免疫組織化學(xué)染色。
1.3.3 腎組織形態(tài)學(xué)觀察 取左腎組織經(jīng)固定、脫水、透明及包埋后切片、HE染色,樹脂封片,光鏡下觀察腎臟組織病理學(xué)改變[4]。AKI造模成功評定標(biāo)準(zhǔn)為光鏡下觀察腎組織病理出現(xiàn)典型的急性腎小管壞死。
1.3.4 免疫組織化學(xué)染色觀察 采用免疫組織化學(xué)法評估腎組織TNF-α、IL-6及NF-κB蛋白的表達(dá),依次通過切片、脫蠟、水化、抗原修復(fù)后,加血清封閉液孵育,滴加一抗(NF-κB抗體1∶800,TNF-α抗體1∶400,IL-6抗體1∶500)過夜,磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)沖洗,加入二抗孵育,PBS沖洗,二氨基聯(lián)苯胺(diaminobenzidine,DAB)顯色肉眼看到棕色立即終止染色,透明及封片,光學(xué)顯微鏡下觀察陽性細(xì)胞,每張切片在400倍鏡下隨機(jī)選擇5個視野計數(shù),取其平均值并做統(tǒng)計判斷。
1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,正態(tài)分布計量資料以表示,不同時間點(diǎn)TNF-α、IL-6及NF-κB水平比較采用重復(fù)測量方差分析,兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn),以雙側(cè)P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 大鼠基本情況 NS組大鼠表現(xiàn)為:食欲、呼吸正常,精神狀況良好,行動靈活。PQ組大鼠多在染毒后2 h內(nèi)即可出現(xiàn)中毒癥狀,表現(xiàn)為倦怠、煩躁、進(jìn)食進(jìn)水量不同程度減少、口鼻見血性分泌物、毛發(fā)蓬松,動作遲緩易捕捉等。LT組大鼠也出現(xiàn)上述中毒反應(yīng),但較PQ組輕。
2.2 腎組織形態(tài)學(xué)觀察 NS組光鏡下觀察可見腎小管、腎小球結(jié)構(gòu)清晰,腎間質(zhì)及血管周圍無充血、無炎性細(xì)胞浸潤(圖1A、圖1D)。PQ組于染毒后2 h內(nèi)即可觀察到腎間質(zhì)不同程度充血、水腫,可伴炎性細(xì)胞浸潤,腎小球內(nèi)開始出現(xiàn)紅細(xì)胞增多;中毒后第3天可觀察到腎小管上皮細(xì)胞大片空泡樣變性、炎性細(xì)胞浸潤,腎小球內(nèi)也可見淋巴細(xì)胞浸潤,管腔輕度狹窄,偶出現(xiàn)上皮細(xì)胞脫落壞死(圖1B);第7天腎小管空泡樣變性較第3天組稍減少,炎性細(xì)胞浸潤,出現(xiàn)部分脫落壞死細(xì)胞,管腔狹窄(圖1E)。LT組用藥干預(yù)后第1天、第3天(圖1C)仍有不同程度充血水腫、炎性細(xì)胞浸潤及腎小管空泡樣變性,但較PQ組輕;干預(yù)后第7天腎上皮細(xì)胞輕度水腫,脫落細(xì)胞數(shù)減少,腎小管輕度空泡樣變性,部分淋巴細(xì)胞浸潤(圖1F)。
2.3 TNF-α、IL-6及NF-κB免疫組化
圖1 大鼠腎組織結(jié)構(gòu)變化(HE,×200)
2.3.1 大鼠腎組織NF-κB蛋白表達(dá) 重復(fù)測量分析結(jié)果顯示,重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差協(xié)方差矩陣滿足H型條件(P=0.736)。不同時間點(diǎn)的大鼠NF-κB蛋白表達(dá)量均值之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=8.551,P=0.001),分組與時間有交互作用(F=22.740,P<0.001)。組間比較:PQ組和LT組各時間點(diǎn)大鼠NF-κB表達(dá)均高于NS組(P<0.05);LT組與PQ組比較, NF-κB在第1天無明顯差異,但在第3天LT組明顯降低并持續(xù)至第7天(P<0.05)。組內(nèi)比較:NS組各時間點(diǎn)NF-κB蛋白表達(dá)水平差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F=1.429,P=0.270);PQ組大鼠NF-κB表達(dá)至第3天達(dá)高峰,隨后逐漸下降;LT組3 d間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。見表1、圖2。
2.3.2 大鼠腎組織TNF-α蛋白表達(dá) 重復(fù)測量分析結(jié)果顯示,重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差協(xié)方差矩陣滿足H型條件(P=0.101)。不同時間點(diǎn)的大鼠TNF-α蛋白表達(dá)量均值之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=12.193,P<0.001),分組與時間有交互作用(F=21.335,P<0.001)。組間比較:PQ組和LT組各時間點(diǎn)大鼠TNF-α表達(dá)均高于NS組(P<0.05);LT組與PQ組比較,TNF-α在第1天無明顯差異,但在第3天LT組明顯降低并持續(xù)至第7天(P<0.05)。組內(nèi)比較:NS組各時間點(diǎn)TNF-α蛋白表達(dá)水平比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.012,P=0.989);PQ組大鼠TNF-α表達(dá)至第3天達(dá)高峰,隨后逐漸下降;LT組3 d間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。見表1、圖3。
2.3.3 大鼠腎組織IL-6蛋白表達(dá) 重復(fù)測量分析結(jié)果顯示,重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差協(xié)方差矩陣滿足H型條件(P=0.695)。不同時間點(diǎn)的大鼠IL-6蛋白表達(dá)量均值之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=53.419,P<0.001),分組與時間有交互作用(F=13.573,P<0.001)。組間比較:PQ組和LT組各時間點(diǎn)大鼠IL-6表達(dá)均高于NS組(P<0.05); LT組各時間點(diǎn)IL-6蛋白表達(dá)水平均低于PQ組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。組內(nèi)比較:NS組各時間點(diǎn)IL-6蛋白表達(dá)水平比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(F=1.662,P=0.223),PQ組大鼠IL-6在第1天表達(dá)即明顯升高,后緩慢下降;LT組3 d間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。見表1、圖4。
表1 各組大鼠 NF-κB 、TNF-α與IL-6蛋白表達(dá)水平比較
表1 各組大鼠 NF-κB 、TNF-α與IL-6蛋白表達(dá)水平比較
注:NF-κB,核因子κB;TNF-α,腫瘤壞死因子-α;IL-6,白介素-6;NS組為生理鹽水對照組;PQ組為百草枯模型組;LT組為氯沙坦干預(yù)組;與NS組同時間點(diǎn)比較,①P<0.05;與PQ組同時間點(diǎn)比較,②P<0.05;與同組第1天比較,③P<0.05;與同組第3天比較,④P<0.05
指標(biāo) 只數(shù) NS組 PQ組 LT組NF-κB第1天 6 5.67±3.67 70.00±9.48① 70.83±13.57①第3天 6 3.50±1.76 95.83±4.91①③ 51.67±16.33①②③第7天 6 6.33±3.32 84.17±6.64① 29.17±5.84①②③TNF-α第1天 6 3.50±2.07 71.67±12.11① 78.33±8.16①第3天 6 3.50±2.51 95.00±3.16①③ 63.33±16.33①②③第7天 6 3.67±1.96 85.00±6.32① 40.67±35.09①②③④IL-6第1天 6 4.50±2.34 94.17±5.84① 64.17±4.91①②第3天 6 2.83±1.47 85.83±3.76①③ 50.83±8.01①②③第7天 6 2.67±1.86 73.33±8.75① 29.17±3.76①②③④
圖2 大鼠腎臟NF-κB蛋白質(zhì)表達(dá)水平(IHC,×400)
急性百草枯中毒易導(dǎo)致多個器官功能損傷,主要的靶器官之一是腎臟。腎臟是人體最大、最主要的排泄器官,百草枯中毒后,大部分毒物通過腎臟排泄,其余部分則重吸收進(jìn)入血液循環(huán),通過腎臟的二次排泄清除,如此循環(huán),對腎臟造成嚴(yán)重?fù)p傷,而腎損傷又是影響百草枯中毒患者預(yù)后的重要因素之一[5]。百草枯中毒造成的腎臟損傷包括早期的炎性細(xì)胞大量浸潤,腎小管上皮細(xì)胞充血水腫至腎小管脫落壞死,嚴(yán)重時可致急性腎功能壞死,進(jìn)而造成不可逆性損傷,最終導(dǎo)致腎衰竭。但是其具體機(jī)制尚未完全闡明,細(xì)胞凋亡、氧自由基損傷、炎性因子及細(xì)胞因子的網(wǎng)絡(luò)激活、腎臟血流動力學(xué)改變及毒物本身的影響等諸多因素均可能參與其中,而過度炎性反應(yīng)與氧化應(yīng)激可能占據(jù)重要地位[6]。
本實(shí)驗(yàn)以100 mg/kg百草枯的劑量一次性經(jīng)口灌胃建立急性百草枯中毒大鼠模型。染毒后,PQ組大鼠腎臟組織中TNF-α、IL-6及NF-κB蛋白表達(dá)顯著升高,其中TNF-α、NF-κB的蛋白表達(dá)量均在第3天達(dá)到峰值,并且伴隨炎性因子的表達(dá)升高,腎組織病理損傷加重,出現(xiàn)大片的空泡變性、壞死。而后緩慢下降,至第7天大鼠腎組織TNF-α、IL-6及NF-κB蛋白表達(dá)量仍高于正常生理鹽水對照組。提示IL-6、TNF-α、NF-κB三者均參與百草枯致腎損傷的過程,其中IL-6表達(dá)水平與炎性損傷程度呈正相關(guān)。
圖3 大鼠腎臟TNF-α蛋白質(zhì)表達(dá)水平 (IHC,×400)
有研究者發(fā)現(xiàn),NF-κB家族是由多個具有高度同源性的多肽組合而成的,其中包括5個亞單位:p65、c-Rel、p525、p50和 RelB[7]。在靜息狀態(tài)下,主要以無活性復(fù)合體的潛在狀態(tài)形式存在于胞漿中。當(dāng)病毒感染、脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)受損及TNF-α等外界因素刺激后,IκB激酶復(fù)合體自身活化將IκB磷酸化而后被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitinproteasome system, UPS)所降解,暴露出NF-κB亞基上的轉(zhuǎn)運(yùn)信號和DNA位點(diǎn),進(jìn)而使游離的NF-κB核內(nèi)移,與靶基因NF-κB結(jié)合位點(diǎn)緊密結(jié)合,進(jìn)一步誘導(dǎo)靶基因信使核糖核酸(message ribonucleic acid,mRNA)及相應(yīng)蛋白質(zhì)的迅速合成及分泌[8]。NF-κB作為一種多效轉(zhuǎn)錄因子,在基因?qū)用鎲影═NF-α、IL-6、IL-8等炎性因子和炎性介質(zhì)的表達(dá),參與細(xì)胞免疫應(yīng)答、抗感染、組織損傷修復(fù)和局部組織炎性反應(yīng)等不同的病理生理全過程。TNF-α是由活化的單核-吞噬細(xì)胞產(chǎn)生并分泌,是百草枯中毒致急性炎性反應(yīng)的始動因子和樞紐因子,通過激活NF-κB與其他細(xì)胞因子構(gòu)成復(fù)雜的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò),發(fā)生一系列的連鎖反應(yīng),引起全身炎性反應(yīng)綜合征,對腎臟產(chǎn)生潛在的損害作用[9]。NF-κB信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑又是TNF-α發(fā)揮功能的關(guān)鍵通路之一,其發(fā)揮作用是通過TNF-α與細(xì)胞膜表面的TNF受體發(fā)生特異性結(jié)合,引起TNF受體死亡蛋白(TNF receptor-associated death domain protein,TRADD)的激活和增加,活化的TRADD又可與TNF受體偶聯(lián)因子2(TNF receptor-associated factor 2,TRAF2)結(jié)合并迅速激活NIK,IκBα發(fā)生磷酸化繼而激活NF-κB途徑,使其繼續(xù)產(chǎn)生相關(guān)連鎖反應(yīng)[10]。研究者們也證實(shí)了百草枯中毒導(dǎo)致腎損傷的過程中,腎組織TNF-α濃度隨時間的增加而升高,TNF-α的濃度尤其在NF-κB表達(dá)后顯著升高,且在時間上與腎組織病理損害程度相關(guān)[11]。
圖4 大鼠腎臟IL-6蛋白質(zhì)表達(dá)水平 (IHC,×400)
氯沙坦是血管緊張素Ⅱ1型受體(angiotensinⅡtype1 receptor,AT1R)拮抗劑,可選擇性地作用于AT1R,從內(nèi)源性和外源性兩方面阻斷血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)所產(chǎn)生的各種不同的生理反應(yīng)。AngⅡ通過與AT1R結(jié)合,參與調(diào)控炎性、細(xì)胞增生及纖維化等反應(yīng),導(dǎo)致血管通透性增加,炎性細(xì)胞募集在腎臟,多形核白細(xì)胞活化,以及上調(diào)黏附分子、趨化因子和細(xì)胞因子水平,最終導(dǎo)致腎損害[12,13]??梢姡珹ngⅡ可能與百草枯所致的AKI乃至多臟器功能障礙有關(guān)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)氯沙坦可通過阻斷AngⅡ介導(dǎo)的球管反饋移動,減弱AngⅡ參與腎的自我調(diào)節(jié)的次級機(jī)制[14],從而增加遠(yuǎn)端腎單位體積和鈉的排出。Milan等[15]發(fā)現(xiàn)AT1R拮抗劑氯沙坦可降低高血壓患者的腎小管損傷程度,且在高血壓患者缺血性急性腎功能衰竭發(fā)作期間無特別的腎功能惡化風(fēng)險。文獻(xiàn)[16-18]報道,氯沙坦可通過提高肺組織的抗氧化能力和降低NF-κB mRNA表達(dá)從而發(fā)揮對肺組織的保護(hù)作用。
本研究應(yīng)用氯沙坦干預(yù)百草枯中毒大鼠腎損傷模型,發(fā)現(xiàn)腎組織TNF-α、IL-6及NF-κB蛋白表達(dá)量較中毒模型組下降,且隨時間的推移,下降越明顯。氯沙坦1 d干預(yù)組的蛋白表達(dá)量較中毒模型組下降不明顯,3 d、7 d干預(yù)組蛋白表達(dá)量相對于中毒模型組下降較明顯,提示該藥物對百草枯中毒致AKI可能具有一定程度的保護(hù)作用,但其具體保護(hù)作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
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