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促肝细胞生长素对肾间质纤维化大鼠模型HGF、ALK5及TGF—β1表达的影响

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河北医药2010年7月第32 第 3期Hebei Medical J 20 Q 』ul . ・1675 论著・ 促肝细胞生长素对肾间质纤维化大鼠模型 HGF、ALK5及TGF—l3 1表达的影响 陈丽平 叶凡王保兴刘保良 【摘要】 目的 研究促肝细胞生长素因子(pHGF)对肾间质纤维化大鼠肾组织中肝细胞生长 (HGF)、转化生长因子.B1(TGF-131)、活化素受体样激酶5(ALK5)及胶原Ⅲ的表达的影响,从而探讨促肝 细胞生成素对肾间质纤维化的药物保护机制。方法 54只大鼠随机分为:假手术组、单侧输尿管结扎 (uuo)组及pHGF治疗组。每组于术后第3、7、14天分批处死,分别经免疫组化方法测定肾小管间质中 HGF、TGF.131、ALK5、胶原Ⅲ的表达的情况,HE、MASSON染色评定3组肾小管间质损害程度。结果UUO 组TGF-131、ALI(5、胶原Ⅲ的表达及肾小管间质损伤程度明显高于假手术组(P<0.05);而pHGF治疗组明 显低于UUO组(P<0.05);UUO组HGF于第3天表达最高,第7天稍有回落,第14天表达最弱;pHGF治 疗组术后第3天、第7天、第14天HGF的表达均显著高于同时期UUO组(P<0.05),肾小管间质病变程 度明显减轻,肾间质相对面积显著减小(P<0.05)。结论质纤维化的程度。 pHGF能有效抑制肾间质中TGF一311,从而进一 步抑制ALI(5的过度表达、使胶原Ⅲ合成减少;同时促进肾间质中HGF表达,从而能够改善UUO大鼠肾间 【关键词】 肾间质纤维化;肝细胞生长因子;转化生长因子131;活化素受体样激酶5;胶原Ⅲ;促肝细 胞生长素 【中图分类号】 R 692.33 【文献标识码1 A 【文章编号1 1002—7386(2010)13~1675—04 Effect of hepatocyte growth-promoting factors on the expression of HGF,ALK5 and TGF一131 in rats with renal interstitial fibrosis CHENG Liping ,YE Fan,WANG Baoxing,et a1. Department ofPharmacy,The Ho ̄itd ofHebe Med&al University. O'iazhuang 050051, ina 【Abstract】 Objective To investigate the effect of hepatocyte growth-promoting factors(pHGF)on the expression of HGF,ALK5,TGF-131 and co m in rats with renal intestritial ifbrosis in order to explore the protective mechanism of pHGF on renal interstitial fibrosis.Methods 54 male Wistar rats were randomly divided into 3 groups:sham operation roup,UUO ggroup,UUO combined with HGF treatment(pHGF)group,and the rats were killed on the 3,7,14 days after su ̄ey.The exprressions of HGF,TGF一311,ALK5,ColII1 were detected by immunohistochemical method,and the injury degree of kidney tubules interstitila tissue was examined by HE stain and Masson stain.Results The expressions of TGF一131,ALK5,Co m and the injury degree of kidney tubules interstitila tissue in UUO group were increased signiifcantly,as compared with those in sham operation group(P< 0.05).The pHGF group markedly limited the expression of TGF一311,ALK5 and Com(P<0.05).In UUO group,the expression of HGF was the hJ ghest on the first three days,which decreased slightly on seven days and was the weakest on the fistr 14 days,as compared with that in UUO group.The expression of HGF in pHGF group after 3 days,7 days,14 days was signiifcantly higher than that in UUO roup(P<0.g05),nd athe injury degree of kidney tubules interstitila tissue was signiifcantly relieved,as compared with that in UUO group(P<0.05). Conclusion The pHGF call effectively inhibit the expression of TGF一131.ALK5 and CoⅢin renal interstitium of UUO rats,and HGF plays an protective role in renal interstitial fibrosis.The pHGF injection can lighten renal tubule extension,mononuclear-lymphocyte infiltration and deposition of collagen in renal interstitium. 【Key words】renal interstitila ifbrosis;hepatocyte rowtgh factor;activin receptor—like kinase 5;transforming rowgth factor betal;collagenⅢ;hepatocyte growth—propmoting factor 肾间质纤维化几乎是所有慢性肾脏疾病发展的最终结果, 作者单位:050051石家庄市,河北医科大学第三医院药剂科(陈 丽平、刘保良),肾内科(叶凡、王保兴) 是导致慢性肾衰竭的主要原因之一。因此对肾间质纤维化发 病机制的研究及对患者更有效的治疗措施的探索具有重要意 义。转化生长因子一p(TGF・p)是一种重要的强效致纤维化因 子,它参与了肾间质纤维化的各个环节。活化素受体样激酶5 (ALK5)是TGF一311型受体的一种,活化的TGF—B使ALK5磷酸 通讯作者:王保兴,050051河北医科大学第三医院肾内科; E—mail:wbing@rip.sina.con 1676 阿北医药2010年7月第32卷第l3期Hebei MedicM Journal,2010,Vol 32 Jul No.13 化而激活,激活的ALK5可以磷酸化其下游的信号分子一受体活 化的Smad2和Smad3,从而启动细胞内级联反应,促进PAI一1和 间质纤维化,几乎全部肾小管扩张…。 1.6免疫组化染色ALK5染色采用sP法;实验中阳性对照 Ⅲ型胶原基因的表达,进而使细胞外基质合成增加而降解减 少,从而促进肾问质纤维化的发生和发展。而肝细胞生长因子 (HGF)是一种重要的抗纤维化因子,对于肾损伤后肾小管的修 复与再生至关重要。本实验以单侧输尿管结扎(unilaterM ureterH occlusion,UUO)大鼠模型为研究对象,观察。肾脏组织病 理改变,并应用免疫组织化学方法检测HGF、TGF.81、ALK5、胶 原Ⅲ的表达情况,同时应用促肝细胞生长素(pHGF)进行干预, 用已知阳性标本,用1%BSA代替一抗作阴性对照,镜下观察结 果,阳性部位为棕黄色。TGF—B1、HGF染色采用改良卵白素一生 物素一过氧化酶(ABC)法;实验中阳性对照用已知阳性标本,用 PBS代替一抗作阴性对照,镜下观察结果,阳性部位为棕黄色。 1.7免疫组织化学结果的半定量分析用已知阳性的标本作 阳性对照,采用1%小牛血清白蛋白代替一抗的组织切片作阴 性对照。北京航空航天大学图像中心V4.0多功能真彩色医学 探讨肾问质纤维化中HGF、TGF—B1、ALK5、胶原Ⅲ的表达变化 及pHGF对其影响,从细胞因子水平探讨pHGF抗肾间质纤维 化,延缓肾脏病变进展、保护肾功能的机制。 1材料与方法 1.1 实验动物 清洁级健康雄性Wistar大鼠54只,体重 (200±10)g,购自河北医科大学实验动物中心。随机分为假 手术组(A组)、UUO组(B组)和pHGF干预组(C组),每组18 只。每组因于术后第3、7、14天分批处死而分为N3、N7、N14 组,每组6只。 1.2试剂兔抗大鼠ALK5单克隆抗体、兔抗大鼠HGF单克 隆抗体及兔抗大鼠TGF-B1单克隆抗体购自北京博奥森生物技 术有限公司;兔抗大鼠胶原Ⅲ多克隆抗体购自武汉博士德公 司;注射用pHGF:由广州阳江制药厂有限公司提供。 1.3 动物模型建立、给药 将3组大鼠以水合氯醛 (0.1 ml/kg)经腹腔注射麻醉后,仰卧位固定于手术台上,剪乇 并消毒腹部皮肤,行左侧耻骨上切口,逐层切开皮肤、肌肉及腹 壁各层,暴露并分离左侧输尿管,沿左肾下极寻找到左输尿管, 于中上1/3处用4号线上下结扎两处,然后从中剪断输尿管, 以防逆行性感染。A组除不结扎和剪断输尿管外,其他手术过 程同前。给药方法:A组和B组用0.9%氯化钠溶液2 ml腹腔 注射,1次/d;C组以促肝细胞生长素0.5 mg・kg~・d )腹腔 注射(约2 m1),1次/d。3组均于术前1 d开始注射至术后第 3、7和14天。试验期间3组大鼠自由进水,标准饮食。 1.4标本收集分别于输尿管结扎术后第3、7、14天随机选 取3组6只大鼠断头处死,快速取出左肾,去掉包膜,按冠状位 纵行剖开,取肾组织的1/2置于10%中性甲醛固定液固定, 48 h后行石蜡包埋,后将肾组织切成5 m切片,拟行HE、Mas— son及免疫组织化学染色。 1.5肾组织病理学检查(HE、Masson染色)HE染色观察切 片中肾小管间质的病变程度,应用北京航空航天大学图像中心 V4.0多功能真彩色医学图像系统,通过光学显微镜摄入图像, 放大200倍,对图像进行灰度交换后,将阳性染色与背景分开, 进行自动检测。在高倍镜下(X 200)随机选取l0个不含肾小 球的皮质视野,计算肾间质面积与肾小管间质面积的比值(面 密度),取其平均值为每例切片的肾问质相对面积。Masson染 色观察切片中肾间质纤维化的程度,采用单盲方法,进行半定 量分析,绿色为胶原纤维,分级如下:0级,正常肾小管没有纤维 化;+级,轻微肾问质纤维化,几乎正常的肾小管;++级,比较 严重的肾间质纤维化伴有。肾小管的扩张;+++级,显著的肾 图像系统通过光学显微镜摄人图像,放大200倍,计算每例切 片肾小管问质10个不重叠的200倍视野中TGF—B1、ALK5、 HGF阳性染色面积与染色强弱相结合的平均值,计算平均积分 光密度。最后根据3组的均值作比较。 1.8统计学分析应用SPSS 11.5统计软件,计量资料以 ±s 表示,采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。 2结果 2.1 2组大鼠肾组织病理变化HE染色各期A组大鼠肾组 织未见明显异常变化。B组大鼠于术后第3天出现肾小管轻 度扩张,可见肾间质中少量单核细胞和淋巴细胞浸润,肾间质 宽度增加;第7天可见肾小管扩张,肾间质可见大量单核细胞 和淋巴细胞浸润,间质宽度明显增加,并可见肾小管上皮细胞 变性、水肿、甚至坏死,偶见萎缩肾小管;第14天上述病变加 重,可见弥漫的肾小管基底膜增厚皱缩,间质中淋巴细胞和单 核细胞浸润,纤维化较明显,与同期A组比较,B、C组肾问质相 对面积明显增加,差异有统计学意义(P<0.05)。与同期B 组相比,C组大鼠肾小管间质病变程度明显减轻,肾间质相对 面积明显减少(P<0.05)。Masson染色A组大鼠肾组织未见 明显异常。B组大鼠于术后第3天出现肾小管扩张,肾问质胶 原纤维增加,染色加深;第7、14天病变进一步加重,与同期A 组比较差异有统计学意义(P<0.05)。C组与同期B组相比, 。肾小管扩张、肾间质增宽程度及肾小管间质的纤维化程度均有 明显下降(P<0.05),但仍高于同期A组(P<0.05)。见表 1、2 表1 3组肾间质相对面积 n=18,i±s 注:与A组比较, P<0 05;与B组比较, P<0.05;与第3天比较,ap< 0.05:与第7天比较, P<O.05 表2 3组肾间质纤维化结果半定量分析 n=18,只(%) 注:与A组比较, P<O 05;与B组比较, <0.o5 2.2免疫组化染色结果 2.2.1 HGF表达的变化:HGF在A组各时期的肾组织中几乎 河北医药2010年7月第32卷第13期Hebei Medical Journ ̄2Q , 0l 』 ! : 表6胶原Ⅲ免疫组化结果 1677 无表达。B组大鼠HGF主要表达于肾小管上皮细胞,术后第3 天可见肾间质中HGF的表达最多,且随着梗阻时问延长,这种 表达也逐渐降低,第7天表达回落,于术后第14天的表达最 n=18,i±s 弱,但均高于同期A组(P<0.05),且3组肾小球内表达无明 显变化。与同期B组相比,C组则可升高同一时点的HGF在 肾小管上皮细胞及肾间质中的表达(P<0.05),随着时间延 长,HGF的表达逐渐减弱,但均高于同期A组(P<0.05)。见 表3,图1、2。 表3 HGF免疫组化结果 n:18,i±s 注:与A组比较, P<O.05;与B组比较,带P<0.05;与第3天比较, P‘ 0.05;与第7天比较, P<0.05 2.2.2 TGF一61表达的变化:A组大鼠肾组织TGF一61主要在 肾小管上皮细胞胞浆中表达,肾间质、肾小球微量表达。B组 大鼠术后第3天TGF一61的表达较A组明显增多,随着梗阻时 间的延长,变化更为明显,术后第14天TGF一61表达最强,与同 期A组比较差异有统计学意义(P<0.05)。与同期B组比 较,c组可降低同一时点的TGF一61在肾间质的表达(P< 0.05),随着时间延长,TGF一61的表达也逐渐增多。见表4, 图3、4。 表4 TGF一61免疫组化结果 n=18, ±s 注:与A组比较, P<0.05;与B组比较, <0.05;与第3天比较, P 0.05;与第7天比较, P<0.05 2.2.3 ALK5表达的变化:A组大鼠肾组织ALK5未见明显表 达。B组大鼠ALK5主要表达于肾小管及肾间质,与同期A组 相比,B组大鼠于术后第3天时出现ALK5表达进行性升高(P <0.05),且随着梗阻时间的延长,表达明显增多,于手术后第 l4天表达最强。与同期B组相比,C组可降低同一时点的 ALK5在肾间质的表达(P<0.05),随着时间延长,ALK5的表 达也逐渐增多。见表5,图5、6。 表5 ALK5免疫组化结果 n:18,i± 注:与A组比较, P<0.05;与B组比较, <0.05 2.2.4胶原Ⅲ表达的动态变化:A组大鼠肾组织中未见胶原 Ⅲ的阳性染色的明显变化,仅在肾小管间质区域见到少量胶原 Ⅲ的表达。B组大鼠肾间质中胶原Ⅲ的表达在术后第3天开 始增多,且随着时间的延长,其表达也逐渐增强,于术后第14 天为最强,且3组肾小球内的表达无明显变化。C组则可降低 同一时点的胶原Ⅲ在肾间质中的表达(P<0.05),随着时间的 延长,胶原Ⅲ的表达也逐渐增强,且B、C组差异有统计学意义 (P>0.05)。见表6,图7、8。 注:与A组比较, P<0.05;与B组比较,Sp<0.05 图l B组第l4天HGF,可 图2 C组第l4天HGF,与 见HGF在肾小管上 B组同时相点比较 皮细胞胞浆中表达很 HGF在肾小管上皮细 弱,肾问质微量表达 胞胞浆中表达明显增 (免疫组化x200) 强,肾间质表达也增 多(免疫组化×200) 图3 B组第14天TGF-B1, 图4 C组第14天TGF・B1, 可见TGF-B1在肾小 可见TGF—B1在肾小 管上皮细胞胞浆中显 管上皮细胞胞浆中明 著表达(免疫组化X 显减少(免疫组化× 200) 2O0) 图5 B组第14天ALK5, 图6 C组第14天ALK5, 可见ALK5在。肾小管 与B组同时相点比 上皮细胞胞浆中显 较ALK5在肾小管上 著表达(免疫组化× 皮细胞胞浆中表达 200) 明显减少(免疫组化 ×200) 一一 图7 B组第14天胶原Ⅲ, 图8 C组第l4天胶原Ⅲ, 可见胶原Ⅲ在肾小管 与B组同时相点比较 上皮细胞胞浆中显著 胶原Ⅲ在肾小管上皮 表达,肾间质表达也 细胞胞浆及间质中中 增多(免疫组化× 表达明显减少(免疫 200) 组化X200) 1678 3讨论 河北医药2010年7月第32卷第13期Hebei Medical Journal,2010。Vol 32 Jul No.13 及其受体ALK5表达升高占主导地位,使胶原Ⅲ合成增加,引 起肾脏进行性损伤。在肾小管间质纤维化中期,肾脏的TGF— D1及其受体ALK5的表达增加更加迅速,此时,由于TGF-311 的抑制作用,最初升高的HGF水平逐渐下调。而晚期在HGF 表达明显下降的同时,TGF一131及ALK5进一步增加,二者的表 达呈明显负相关,且随着二者的增加,胶原Ⅲ也进一步增加。 而给予pHGF后,由于加入了外源性的HGF,抑制了TGF一311的 表达及生物学活性,ALK5表达也受抑制,胶原Ⅲ合成减少,从 而改善了肾间质纤维化,具有潜在的延缓肾功能衰竭的作用。 这些结果提示,在肾间质纤维化进程中,HGF和TGF一131的作 研究表明,细胞因子在肾间质纤维化发展过程中起着重要 的作用,TGF・131是一种最重要的强效的致纤维化因子,其可通 过刺激成纤维细胞合成细胞外基质成分、抑制基质金属蛋白酶 及增强基质金属蛋白酶抑制剂的活性而抑制细胞外基质降解、 刺激肾小管上皮细胞一肌成纤维细胞转分化 J、促进炎性细胞 的浸润(如单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞)及诱导细胞凋亡 参与肾间质纤维化过程。因而通过抑制TGF一311的产生或阻断 其生物学活性来抑制细胞外基质沉积,成为目前治疗肾间质纤 维化的重要靶位。 ALK丝氨酸/苏氨酸受体家族,特别是ALK5,在TGF一311 致肾问质纤维化的过程中扮演关键角色 。TGF一311的两种主 要受体分别为I型即活化素受体样激酶ALK和Ⅱ型受体。 ALK5活化后经过磷酸化并激活其下游的SMAD蛋白家族,受 体活化的Smad-2、3与其共同的配体Smad-4相结合,转移至细 胞核,在此通过结合Smad联合的启动序列而TGF一131敏感 基因的转录 ;ALK5还可介导下游的P38丝裂原蛋白激酶 (P38 mitogen—acyivated kinase,MAPK)信号通路,对于TGF.131 诱导的细胞外基质合成及其他纤维化活性起重要作用。 HGF是一种对多种器官具多效性的多肽细胞因子,在多种 动物模型中,HGF能明显的抑制患病肾脏系膜细胞及成纤维 细胞的活化。。J,还可抑制由TGF.311诱导的 一SMA、纤维素和 I型胶原的表达 ,发挥减少细胞外基质过度生成的作用。 HGF能够完全阻断TGF一311触发整合素连接激酶(integrin— linked kinase,ILK)的激活及肾小管上皮细胞成纤维细胞转分 化 。HGF还可通过多种方式抑制TGF一311/Smad信号传导, 从而发挥抗纤维化生物活性。在成纤维细胞内,HGF依赖Erk一 1、2途径能显著的减少Smad-2、3向细胞核的转移及在核内的 沉积 J,并且还可通过诱导核心蛋白聚糖(deeofin,DCN)mRNA 及其蛋白的表达,阻断TGF一311/Smad信号传导 。此外,HGF 还可上调Smad信号传导通路抑制物TGIF、SnoN等的表达,进 一步抑制TGF一131/Smad信号传导。pHGF是从乳猪肝脏提取 的相对分子量为10 700左右的活性多肽。研究发现pHGF具 有促进细胞增殖,稳定细胞膜,改善器官纤维化等作用,与 相对分子量为82 000的肝细胞生长因子有相似的作用。目前, pHGF主要用于重症肝炎和早期肝硬化的临床治疗… ,未见到 有关应用pHGF对肾问质纤维化干预治疗的报道。 本研究应用pHGF对UUO模型大鼠进行干预,观察了 TGF.131、ALK5、HGF及胶原Ⅲ的表达情况,结果显示,UUO组 肾小管间质区域可见TGF.131、ALK5和胶原Ⅲ的表达均呈进行 性升高,而应用pHGF干预后则能明显降低TGF-311、ALK5和 胶原Ⅲ的表达,且与UUO组比较有明显差异(P<0.05);UUO 组。肾小管间质区域可见HGF的表达早期迅速增高,后呈进行 性降低,而应用pHGF干预后则能明显升高HGF的表达,且与 UUO组比较有明显差异(P<0.05)。研究结果说明肾小管间 质纤维化早期的一些病理改变,诱导HGF上升占主要地位,这 是机体产生的防御反应,以促进损伤的肾小管再生。而此后随 着病情的逐渐加重,HGF表达量下降,而致纤维化因子TGF一311 用是相互拮抗的。内源性的HGF可通过拮抗TGF一131而发挥 抗纤维化作用,而肾HGF水平下降会加重肾间质纤维化程度。 综合文献报道及本实验研究结果表明,HGF与TGF-311的 动态平衡在肾间质纤维化的发生、发展中起着重要的作用。外 源性pHGF能有效抑制肾间质中TGF一311及其受体ALK5的过 度表达,使胶原Ⅲ的合成减少,从而改善肾间质纤维化,因而对 于延缓慢性肾脏疾病向终末期肾功能衰竭发展,有一定的临床 指导意义,其具体机制有待进一步研究。 参考文献 1 Grygielko ET,Martin WM,Tweed C.Inhibition of gene markers of fibrosis with a novel inhibitor of transforming growth factor—beta type I receptor kinase in puromycin—induced nephritis.J Pharmaeol Exp Ther, 2005,313:943-951. 2 Phanish MK,Wahab NA,Colville—Nash P.The diferential role of Smad2 and Smad3 in the regulation of proifbrotic TGF131 responses in human proximal—tubule epithelila cells.Biochem J,2006,393:601-607. 3曹丹,张玲.B-转化生长因子与肝细胞生长因子在肾间质纤维化中 的关系.生命的化学,2006,26:152—154. 4 Mori Y,Ishida W,Bhattacharyya S.Selective inhibition of activin receptor-like kinase 5 signaling blocks profibrotic transforming growth factor beta responses in skin fibroblasts.Arthritis Rheum,2004,50: 4008-4021. 5 Magdalena IS.Teresa KW.Cell—speciifcity of transforming growth factor— beta response is dictated by receptor bioavail—ability.Joumal of Molecular Endocri—nology,2006,36:591-600. 6 Dai 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