蔣偉,王妍,田建明,宋蓮蓮,韋康,章蓉*
(1. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院,廣東 深圳518055;2. 吉林省中醫(yī)藥科學(xué)院,吉林 長春130000)
糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病嚴(yán)重并發(fā)癥之一,也是最常見的視網(wǎng)膜血管病,現(xiàn)已成為糖尿病患者致盲的首要原因,且目前沒有有效的預(yù)防方法而且治療后視力恢復(fù)是有限的[1].最近的數(shù)據(jù)表明糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)變性(diabet-ic retinal neurodegeneration,DRN)可視為糖尿病眼部損害的一種主要表現(xiàn)形式,主要表現(xiàn)為視網(wǎng)膜微血管的改變,視網(wǎng)膜神經(jīng)變性是導(dǎo)致DR的關(guān)鍵因素[2].研究顯示在DR早期即未出現(xiàn)臨床癥狀表現(xiàn)時視網(wǎng)膜已經(jīng)發(fā)生病理改變,因此眼科學(xué)研究各界均認(rèn)同DR歸為視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性改變,臨床表現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(RNFL)不同程度的損傷[3-4].相關(guān)研究證實,糖尿病患者視神經(jīng)發(fā)生退行性病變是因神經(jīng)營養(yǎng)因子轉(zhuǎn)運障礙以及被剝奪所致[5].
神經(jīng)生長因子(nerve growth factor,NGF)是具有神經(jīng)元營養(yǎng)和促突起生長雙重生物學(xué)功能的一種神經(jīng)細(xì)胞生長調(diào)節(jié)因子,在神經(jīng)病變領(lǐng)域一直備受關(guān)注,對中樞及周圍神經(jīng)包括視網(wǎng)膜細(xì)胞的發(fā)育、分化、生長,修復(fù)、再生和功能特性的表達(dá)有重要的調(diào)控作用,與視網(wǎng)膜生長、修復(fù)、死亡密切相關(guān),現(xiàn)已證明神經(jīng)生長因子可減少視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡、促進(jìn)其生長發(fā)育[6-8].有研究人員提出神經(jīng)生長因子可以防治視網(wǎng)膜微血管的病理改變,預(yù)防視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的凋亡[9].相關(guān) DR的研究證實,外源性給予神經(jīng)生長因子可以預(yù)防神經(jīng)細(xì)胞退變,對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞直接起到保護(hù)作用,還可促進(jìn)修復(fù)損傷[10].α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin;α1-AT)是體內(nèi)重要的絲氨酸蛋白酶抑制劑,被發(fā)現(xiàn)其能緩解胰腺炎和胰島素自身抗體的水平[11].它的基因?qū)隝型糖尿病小鼠體內(nèi)能減弱T細(xì)胞免疫介導(dǎo)的β細(xì)胞損傷,表明α1-AT在治療I型糖尿病減緩胰島移植排斥反應(yīng)方面意義重大[12].本研究通過建立大鼠糖尿病眼病模型,采用外源滴眼液的給藥方式,首次以 rhNGF與 α1-AT相結(jié)合的方式檢測DR大鼠模型的血清生化指標(biāo)、細(xì)胞因子、組織蛋白水平的變化及相關(guān)臟器的病理組織來探索治療 DR,為 DR的安全性和有效性的治療做初步的探討.
重組人神經(jīng)細(xì)胞生長因子 rhNGF凍干粉,100μg/瓶,臨用前用PBS配成10μg/ml濃度的滴眼液,深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供,批號 170601;α1-AT注射液,濃度5104.5μg/ml,深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供,批號170301;鹽酸二甲雙胍緩釋片,上海普康藥業(yè)有限公司,0.5g/片×24片,批號150906.
SD大鼠100只,雄性,體重200-220g,購自遼寧長生生物技術(shù)有限公司,許可證號:SCXK(遼)2015-0001;
維持飼料,購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司,批號17023211;
高糖高脂飼料配制:基礎(chǔ)飼料61.5%、膽固醇2.5%、膽酸鈉1%、蔗糖20%、豬大油10%、蛋黃粉5%.
飼養(yǎng)環(huán)境:吉林省中醫(yī)藥科學(xué)院清潔級屏蔽環(huán)境動物室,環(huán)境設(shè)施合格證:SYXK(吉)2015-0009,溫度20℃~24℃,相對濕度40%~70%.
SD-300生化分析儀,深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司;FA1004N型電子天平,上海精密科學(xué)儀器有限公司;Leica RM2255型石蠟切片機,德國Leica公司;Leica EG1140石蠟包埋機,德國Leica公司;OlympusBX51光學(xué)顯微鏡,日本Olympus公司;NIS-ELEMNT BR型圖像分析系統(tǒng),日本NIKON公司.
鏈脲佐菌素,純度>99%,美倫生物提供,Lot:M0115A Case:18883-66-4 P.N.:MB1227. 儲存:2-8℃,防潮密閉避光;弗氏完全佐劑,F(xiàn)reund’s Adjuvant Complete,LOT:SLBR3877V,SIGMAALORICH.
葡萄糖(GLU)試劑盒,批號 141516015,購自深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司.
ELISA試劑盒:白細(xì)胞介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、內(nèi)皮素-1(ET-1)、一氧化氮合成酶(NOS)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、前列環(huán)素(PGI2)、糖化血紅蛋白(GHb),均為北京愛媚麗生物科技有限公司-分裝美國RD公司.
免疫組化試劑盒:AGE抗體(批號:07104325)、RAGE抗體(批號:07157076)、P物質(zhì)抗體(批號:07010728)、ICAM-1抗體(批號:07141214)、CD80抗體(批號:07043032)、IL-12抗體(批號:07202594)、IL-33抗體(批號:72014581),均購自北京博奧森生物科技有限公司.
鹽酸二甲雙胍緩釋片臨床用量,2片(1000mg)/人/日,即 14.29mg/kg,折算成大鼠的等效劑量為95mg/kg;
rhNGF滴眼液臨床用量每人每日平均10μg,折算成大鼠的等效劑量為0.95μg/kg,每日1次,滴眼給藥;
受試藥α1-AT注射液腹腔注射給藥,每周2次,劑量11.5mg/kg.
取雄性大鼠若干只,體重180~200 g,留出10只做正常對照組外,其余90只給予高糖高脂飼料喂養(yǎng),2周后ip鏈脲佐菌素25 mg/kg,第2天ipCFA(弗氏完全佐劑)0.1ml/只,誘導(dǎo)糖尿病眼病模型,每周1次,連續(xù)3周,第3次ip后3天測定血糖1次,以餐后血糖值≥16mmol/L且<20mmol/L為模型復(fù)制成功,將成模的大鼠按血糖值均分5組:模型組、二甲雙胍片組、rhNGF滴眼液組、rhNGF滴眼液+α1-AT注射液組、二甲雙胍片+α1-AT注射液組,另設(shè)一正常對照組[13].
二甲雙胍片組按95mg/kg的劑量灌胃,每日1次;rhNGF滴眼液組按0.24μg/只的劑量滴眼,每日1次;α1-AT注射液組按11.5mg/kg的劑量腹腔注射,每周2次;rhNGF+α1組:rhNGF滴眼液按0.95μg/kg的劑量每日滴眼,每日1次,α1-AT按11.5mg/kg的劑量腹腔注射,每周2次;二甲雙胍片+α1-AT組:二甲雙胍片按95mg/kg的劑量每日灌胃1次,α1-AT按11.5mg/kg的劑量每周腹腔注射2次.
給藥周期為5周,給藥期間繼續(xù)用高糖高脂飼料喂養(yǎng),末次給藥后8h后開始禁食、24h后開始處理動物.
2.4.1 血清生化、各相關(guān)細(xì)胞因子
①血糖、糖化血紅蛋白:血糖(GLU)、糖化血紅蛋白(GHb);
②血清炎癥細(xì)胞因子:腫瘤壞死因子 α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6);
③血管內(nèi)皮功能相關(guān)因子:內(nèi)皮素-1(ET-1)、一氧化氮合成酶(NOS);
④血管緊張素相關(guān)因子:血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、前列環(huán)素(PGI2);
2.4.2 各相關(guān)免疫組化指標(biāo)
SABC法檢測各組大鼠視網(wǎng)膜中 AGE和RAGE表達(dá)的變化,檢測視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞免疫調(diào)控因子SP(P物質(zhì)),ICAM-l(細(xì)胞粘附分子),CD80,IL-12和IL-33的組織蛋白水平的變化;
2.4.3 病理組織學(xué)檢查
剖取大鼠肝、胰腺、腎等快速浸于10%中性福爾馬林溶液中固定,做病理組織學(xué)檢查備用;剝?nèi)〈笫笠暰W(wǎng)膜浸于10%中性福爾馬林溶液中固定,做免疫組化備用.
各項指標(biāo)用±s表示,采用統(tǒng)計軟件 SPSS(17.0),進(jìn)行組間單因素方差分析(Oneway ANOVA).
3.1.1 對血糖、糖化血紅蛋白的影響
表1顯示,大鼠造成糖尿病眼病模型后,GLU、GHb明顯升高(與正常組比較:P<0.01~P<0.001).使用受試藥物治療5周后,rhNGF+α1-AT組、二甲雙胍片+α1-AT組的GLU和GHb均得到明顯控制(與模型組比較:P<0.05).
表1 對血糖、糖化血紅蛋白的影響(±s)
表1 對血糖、糖化血紅蛋白的影響(±s)
【注】與正常組比較:▲▲P<0.01,▲▲▲P<0.001;與模型組比較:*P<0.05,**P<0.01
組別 n GLU(mmol/L) GHb(ng/mL)模型組 8 28.76±2.87▲▲▲ 676.13±135.91▲▲二甲雙胍片組 11 20.99±7.86** 542.28±181.25 rhNGF滴眼液組 10 27.77±7.07 639.43±216.24 rhNGF+α1-AT組 10 22.02±4.52* 456.93±197.19*二甲雙胍片+α1-AT組 10 22.13±6.27* 471.90±151.46*正常組 10 8.11±0.92 391.91±157.76
3.1.2 對炎癥細(xì)胞因子的影響
表2顯示,大鼠造成糖尿病眼病模型后,TNF-α、IL-6、顯著升高(與正常組比較:P<0.01~P<0.001).使用受試藥物治療5周后,各治療組TNF-α均有明顯改善(與模型組比較:P<0.05),但各治療組對IL-6均無明顯影響.
表2 對血清炎癥細(xì)胞因子的影響(±s)
表2 對血清炎癥細(xì)胞因子的影響(±s)
【注】與正常組比較:▲▲P<0.01,▲▲▲P<0.001;與模型組比較:*P<0.05,**P<0.01
組別 n TNF-α(pg/mL) IL-6(pg/mL)模型組 8 410.79±93.47▲▲▲ 240.52±45.88▲▲二甲雙胍片組 11 314.53±77.13* 184.13±21.27 rhNGF滴眼液組 10 307.79±107.80* 215.16±72.14 rhNGF+α1-AT組 10 270.89±81.97** 204.86±41.14二甲雙胍片+α1-AT組 10 303.30±83.43* 198.06±103.79正常組 10 233.03±63.38 144.04±67.43
3.1.3 對血管內(nèi)皮功能相關(guān)因子的影響
表3顯示,大鼠造成糖尿病眼病模型后,ET-1、NOS顯著升高(與正常組比較:P<0.01~P<0.001),使用受試藥物治療5周后,僅二甲雙胍片+α1-AT組對ET-1、NOS有明顯改善(與模型組比較:P<0.05).
表3 對血管內(nèi)皮功能相關(guān)因子的影響(±s)
表3 對血管內(nèi)皮功能相關(guān)因子的影響(±s)
【注】與正常組比較:▲▲P<0.01,▲▲▲P<0.001;與模型組比較:*P<0.05
組別 n ET-1(pg/mL) NOS(umol/L)模型組 8 390.94±50.75▲▲▲ 85.40±19.48▲▲二甲雙胍片組 11 327.80±78.63 67.61±18.11 rhNGF滴眼液組 10 323.66±79.62 73.37±27.34 rhNGF+α1-AT組 10 323.44±96.83 74.19±20.03二甲雙胍片+α1-AT組 10 276.56±79.08* 63.89±26.17*正常組 10 144.04±67.43 56.96±15.11
3.1.4 對血管緊張素相關(guān)因子的影響
表4顯示,大鼠造成糖尿病眼病模型后,AngⅡ顯著升高(與正常組比較:P<0.01),PGI2顯著下降(與正常組比較:P<0.05),使用受試藥物治療5周后,二甲雙胍片組、rhNGF滴眼液組、二甲雙胍片+α1-AT組對AngⅡ有明顯改善(與模型組比較:P<0.05),但各治療組對PGI2均無明顯影響.
表4 對血管緊張素相關(guān)因子的影響(±s)
表4 對血管緊張素相關(guān)因子的影響(±s)
【注】與正常組比較:▲P<0.05,▲▲P<0.01;與模型組比較:*P<0.05
組別 n AngⅡ(pg/mL) PGI2(pg/mL)模型組 8 580.82±110.91▲▲ 201.03±28.31▲二甲雙胍片組 11 451.08±131.99* 225.37±21.75 rhNGF滴眼液組 10 476.43±113.94* 211.04±48.87 rhNGF+α1-AT組 10 489.86±76.29 221.77±65.55二甲雙胍片+α1-AT組 10 464.74±105.37* 220.98±37.04正常組 10 429.22±103.29 253.94±44.40
3.2.1 對AGE與RAGE表達(dá)量的影響
圖1顯示AGE與RAGE在正常組表達(dá)量較少,在模型組中表達(dá)較多(P<0.05),二甲雙胍片組表達(dá)降低,在 rhNGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組表達(dá)減少,這兩組與模型組比較差異顯著(P<0.05).
圖1 各實驗組糖尿病眼病大鼠視網(wǎng)膜中AGE、RAGE、P物質(zhì)、ICAM-l、CD80、IL-12、IL-33的表達(dá)平均光密度值(±s)
3.2.2 對P物質(zhì)表達(dá)量的影響
P物質(zhì)陽性表達(dá)主要集中在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)核層和內(nèi)叢狀層,在細(xì)胞核,細(xì)胞胞漿也有部分陽性表達(dá),其表達(dá)物呈棕色.正常對照組內(nèi)核層及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層可見一些 P物質(zhì)陽性表達(dá)細(xì)胞.在模型組中表達(dá)較多(P<0.05),二甲雙胍片組表達(dá)降低,在 rhNGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組表達(dá)減少,rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組與模型組比較有顯著性差異(P<0.05)(見圖1).
3.2.3 對ICAM-1表達(dá)量的影響
ICAM-1陽性顆粒位于視網(wǎng)膜毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜表達(dá)量較多,呈棕黃色.對照組顆粒數(shù)量少且呈淺黃色,表明ICAM-1表達(dá)較少.在模型組中表達(dá)較多(P<0.05),二甲雙胍片組表達(dá)降低,在rhNGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組表達(dá)減少,rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組與模型組比較有顯著性差異(P<0.05)(見圖1).
3.2.4 對CD80表達(dá)量的影響
CD80在正常對照組視網(wǎng)膜中表達(dá)較低.在模型組中表達(dá)較多(P<0.05),二甲雙胍片組表達(dá)降低,在 rhNGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組表達(dá)減少,且后兩組與模型組比較差異顯著(P<0.05)(見圖1).
3.2.5 對IL-12、IL-33表達(dá)量的影響
IL-12與 IL-33在正常對照組視網(wǎng)膜中表達(dá)較低.在模型組中表達(dá)較多(P<0.05),二甲雙胍片組表達(dá)降低,在 rhNGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍片+α1-AT組表達(dá)減少,且后兩組與模型組比較差異顯著(P<0.05)(見圖1),視網(wǎng)膜免疫組化表達(dá)結(jié)果如圖2所示.
圖2 視網(wǎng)膜免疫組化各物質(zhì)表達(dá)結(jié)果
組織病理學(xué)檢測結(jié)果顯示:rhNGF組除視網(wǎng)膜外,肝臟、腎臟、胰腺與模型組比較均無明顯改善,但與α1-AT合用時肝臟、腎臟、胰腺均有改善.具體結(jié)果參見表5.
表5 組織病理學(xué)檢查結(jié)果
糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)是糖尿病的常見并發(fā)癥,也是糖尿病患者失明的主要原因.視網(wǎng)膜神經(jīng)改變(DRN)在DR微血管損傷中發(fā)揮著重要的作用,被認(rèn)為與神經(jīng)纖維變性、神經(jīng)細(xì)胞凋亡等因素密切相關(guān)[14].而神經(jīng)生長因子(NGF)可通過降低糖尿病視網(wǎng)膜氧化應(yīng)激,抑制視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡,恢復(fù)視網(wǎng)膜突觸數(shù)量[15].α1-胰蛋白酶抑制劑(α1-AT)能夠改善Ⅰ型糖尿病免疫性胰島炎并且減緩胰島移植排斥反應(yīng)[16].本文通過外援滴眼給藥的方式,直接將rhNGF作用于眼部視網(wǎng)膜,同時聯(lián)合注射α1-AT來監(jiān)測受試大鼠的一系列血清及免疫、病理指標(biāo),發(fā)現(xiàn)rhNGF滴眼液單獨使用時,對血清 TNF-α、AngⅡ等指標(biāo)有明顯的改善作用;與α1-AT合用時,對血清GLU、GHb、TNF-α等指標(biāo)亦有明顯的改善作用.
視網(wǎng)膜上的AGEs與其受體(RAGE)在DR發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用.機體長期處于高血糖狀態(tài),可導(dǎo)致糖基化反應(yīng)即生成加速 AGEs,直接影響血管壁和基底膜結(jié)構(gòu)的完整性,也可與其受體相互作用,激活多個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,促進(jìn)血管病變的發(fā)展,從而在糖尿病血管并發(fā)癥中發(fā)揮致病效應(yīng)[17].本次試驗中,在 NGF組、rhNGF+α1-AT組和二甲雙胍+α1胰蛋白酶抑制劑組中AGE與RAGE表達(dá)均有所減少.說明rhNGF可以通過調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜局部生化代謝過程,影響局部視網(wǎng)膜的 AGE與 RAGE表達(dá),但是rhNGF+α1-AT組中AGE與RAGE的表達(dá)量低于rhNGF組,推測rhNGF組對局部AGE與RAGE的表達(dá)量的影響,不及全身血糖下降作用的強度大;也說明單獨依靠rhNGF滴眼的作用可能是有限的,聯(lián)合用藥的方式效果更顯著.
P物質(zhì)(substance P,SP)存在于視網(wǎng)膜組織,具有致炎性和免疫刺激作用[18].有研究觀察到機體應(yīng)激狀態(tài)下,視網(wǎng)膜組織內(nèi)P物質(zhì)表達(dá)上調(diào),可能對視網(wǎng)膜組織及其功能產(chǎn)生影響,與臨床眼科免疫、炎癥性病變有關(guān)[19].本次實驗顯示,rhNGF組中P物質(zhì)表達(dá)減少,即rhNGF對糖尿病視網(wǎng)膜中P物質(zhì)具有調(diào)節(jié)作用.CD80、IL-12與IL-33在大鼠糖尿病視網(wǎng)膜病變中的原位表達(dá),國內(nèi)外文獻(xiàn)中尚未見明確報道[20].本次研究發(fā)現(xiàn),正常視網(wǎng)膜中CD80、IL-12與IL-33的表達(dá)較低,模型組其表達(dá)量明顯上調(diào),T細(xì)胞活化和視網(wǎng)膜免疫活性的改變都可能與糖尿病視網(wǎng)膜病變有關(guān).本次實驗中,給予rhNGF可以減少CD80、IL-12與IL-33在大鼠原位糖尿病視網(wǎng)膜病變中的表達(dá)量,說明rhNGF可以通過局部免疫調(diào)節(jié)減少視網(wǎng)膜的免疫損傷.
綜上所述,rhNGF對 DR的大鼠模型中 AGE和RAGE的表達(dá)有一定的影響,同時可以通過干預(yù)視網(wǎng)膜神經(jīng)免疫相關(guān)的細(xì)胞因子,如 P物質(zhì)、ICAM-1、CD80、IL-12和IL-33的表達(dá),在糖尿病視網(wǎng)膜病變中得以保護(hù)視網(wǎng)膜.此外,亦有研究表明 α1胰蛋白酶抑制劑可以通過抑制巨噬細(xì)胞的遷移來對I型糖尿病的進(jìn)行治療[21-22].通過構(gòu)建能穩(wěn)定表達(dá)hα1-AT的胰島β細(xì)胞系(NIT?hα1-AT),移植該細(xì)胞系后能穩(wěn)定表達(dá)胰島素并維持血糖呈正常水平至35 d,表明hα1-AT的表達(dá)可抑制受體對移植細(xì)胞系的免疫排斥反應(yīng),不僅延長了移植細(xì)胞的存活時間,而且具有抗凋亡和誘導(dǎo)特異性免疫耐受的特性[23].近年來研究發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗在Ⅱ型糖尿病發(fā)病中起重要作用,而α1-AT可能是影響白蛋白-胰島素結(jié)合的最重要的病理因素之一,α1-AT可通過與胰島素競爭白蛋白上的結(jié)合位點而發(fā)揮競爭性抑制作用,通過抑制白蛋白和胰島素的結(jié)合,促使胰島素從胰島素-白蛋白復(fù)合物中解離和利用,從而起到調(diào)節(jié)血糖水平的作用[24-25].因此,在針對DR的治療方面,本研究首次采用rhNGF和α1-AT相結(jié)合的方式給藥,結(jié)果顯示兩者結(jié)合給藥比單獨 rhNGF給藥對血清相關(guān)因子的改善更為明顯.本研究對rhNGF和α1-AT在糖尿病視網(wǎng)膜疾病中神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用提供了一定理論依據(jù),但是兩種藥物聯(lián)合給藥比 rhNGF單獨給藥發(fā)揮更好效果的作用機制,還需要在分子生物學(xué),蛋白組學(xué)等多個層面、多個環(huán)節(jié)進(jìn)一步研究和探討.