霉酚酸酯治疗常染色体显性多囊肾病的实验研究

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常染色体显性多囊肾病(ADPKD)是人类最常见的单基因遗传性肾病,发病率约为1/400-1/1000,我国约有150万患者,占到终末期肾衰替代治疗病因的5—10%。其主要特征表现为肾脏出现无数进行性增大的液性囊泡,最终损害肾脏的结构和功能,50%患者在60岁时会进展至终末期肾衰。ADPKD除累及肾脏外,还引起肝、胰囊肿、心瓣膜病、结肠憩室和颅内动脉瘤等肾外病变。该病家系代代发病,子代发病机率为50%,是一类严重危害人类健康的系统性疾病。多年来许多肾脏病学者一直力于寻找治疗多囊肾病的有效方法,然而至今仍未发现任何特异性治疗药物及干预措施。基因治疗目前存在许多障碍有待克服,通过药物治疗延缓肾衰竭进展依然是国际上的主要研究方向。临床观察到肾移植后应用免疫抑制治疗的多囊肾患者,囊肿体积缩小,腰部胀痛、肉眼血尿、高血压等明显减少。国外已有实验证实甲强龙、雷帕霉素治疗ADPKD大鼠动物模型,具有保护肾功能,延缓疾病进展的作用,但同时也有一定的副作用,其长期应用的安全性有待进一步观察。近年来用于临床的新型免疫抑制剂霉酚酸酯(MMF)以其独特的高效、低毒的免疫抑制作用而倍受关注。霉酚酸酯商品名为骁悉(Cellcept),是霉酚酸(MPA)的吗啉代乙酯,MMF口服吸收完全,在体内迅速被水解脱酯为其活性代谢产物MPA,MPA是一种潜在的选择性、可逆性、非竞争性的嘌呤从头合成途径关键限速酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶(IMPDH)的抑制剂。它的出现为临床器官移植和自身免疫性疾病的治疗,展示了良好的应用前景。MMF能否成为治疗ADPKD的安全有效的新型药物,有待进一步的研究证实。为此我们首先进行了体外实验研究:(一)MPA对多囊肾囊肿衬里上皮细胞增殖及细胞周期的影响通过噻唑蓝(MTT)法和5-溴-2脱氧尿苷酶联免疫吸附测定(BrdU,ELISA)法观察MPA处理多囊肾囊肿衬里上皮细胞(PKD)的增殖情况;流式细胞仪技术测定MPA作用后细胞周期分布和凋亡率;实时荧光定量PCR(QT-PCR)和蛋白免疫印迹分析(Western blot)的方法检测MPA对P21CIP/WAF1和CyclinA mRNA水平和蛋白表达的影响;酶联免疫吸附(ELISA)法检测不同处理组TGF-β1、MCP-1和细胞外基质的分泌。结果表明:MPA对囊肿衬里上皮细胞具有增殖抑制作用,呈时间和剂量依赖性,其作用不是由于药物的毒性反应,因为在MPA作用过程中细胞死亡率<5%。细胞增殖在补充鸟嘌呤核苷酸后得到部分改善,但仍低于对照组P<0.05,表明其抗增殖作用并不完全依赖非竞争性地抑制IMPDH,可能还存在其他作用机制。而其增殖抑制作用表现为下调G1/S检测点的正性调控子CyclinA和上调负性调控子P21CIP/WAF1使细胞阻滞于S期;MPA同时还抑制了囊肿衬里上皮细胞TGF-β1、MCP-1的表达和细胞外基质的分泌。(二) MPA诱导多囊肾囊肿衬里上皮细胞凋亡及机制的研究分别采用透射电镜观察细胞超微结构,AnnexinV+PI双染色流式细胞术检测MPA作用后细胞的凋亡率;应用QT-PCR测定BAX、BCL-2、Caspase3凋亡相关因子mRNA水平及蛋白免疫印迹法检测凋亡相关蛋白的表达。证实MPA能诱导囊肿衬里上皮细胞发生凋亡,凋亡指数显著高于对照组(P<0.01),MPA可通过下调Bcl-2/Bax的比值,从而诱导凋亡。(三) MPA对多囊肾囊肿衬里上皮细胞信号转导通路的影响1.MPA与P38信号通路应用ELISA技术、MTT及Western blot方法证实MPA可剂量依赖性地抑制LPS刺激后囊肿衬里上皮细胞内P38MAPK的活化,同时细胞培养上清中的TGF-β1、MCP-1、FN及Ⅳ胶原含量降低,细胞增殖抑制。说明MPA不仅可以通过抑制IMPDH,阻碍细胞增殖所必需的DNA和RNA合成而发挥抗增殖作用,而且还可部分地通过P38MAPK信号通路抑制LPS刺激后PKD细胞的增殖、炎症及纤维化反应。IMPDH抑制剂(如MPA)调节MAPK的活化推测可能与受鸟嘌呤核苷酸调控的小G蛋白有关。2.MPA与细胞内NF-κB的活性采用凝胶迁移率实验观察霉酚酸对LPS刺激后囊肿衬里上皮细胞NF—KB活力的影响,同时用ELISA法观察对LPS刺激的细胞培养上清中炎症、纤维化因子的影响。结果表明PKD细胞在一股培养条件下即有较低活力的NF—KB,LPS刺激可以显著激活PKD细胞的NF—KB的活力,霉酚酸可剂量依赖性的抑制囊肿衬里上皮细胞NF—KB的活力,进而减少炎症纤维化因子的分泌。3.P38MAPK与NF-κB信号通路在PKD细胞炎症反应中的相互作用应用ELISA技术、Western blot方法及凝胶迁移率实验观察P38MAPK与NF-κB信号通路在PKD细胞炎症反应中的相互作用,发现预先给予P38MAPK特异性抑制SB203580可减少对LPS刺激后PKD细胞中NF—κB的活性,而预先给予PDTC(NF—κB的特异性抑制剂),则对LPS刺激后PKD细胞中p38活性无明显影响。结果表明,在LPS引起的PKD细胞炎症反应的发生中,p38 MAPK信号转导通路能影响NF—κB/IκB通路,P38的磷酸化可激活NF—κB的活性,而NF—κB/IκB信号通路的活化并不影响P38MAPK信号转导通路,此作用共同调节着LPS刺激PKD细胞的炎症反应,影响细胞MCP-1和TGF-β的产生。据此,我们推测MPA一方面通过直接抑制NF—κB的活化,另一方面通过抑制p38 MAPK信号通路活化而间接抑制NF—κB的活化,从而在LPS刺激PKD细胞的反应中发挥抗炎、抗纤维化作用。MPA对PKD细胞表现的抗增殖、促凋亡及抑制炎症、纤维化因子分泌的作用为体内实验提供了可靠的理论依据。进一步的体内实验部分我们观察了MMF对Han:SPRD大鼠的疗效:实验将雄性SPRD杂合子大鼠分为对照组及不同剂量组(MMF 20、30、40mg/kg·d)。3周起灌胃给药,给药时间12周,评价药物的有效性和安全性,有效性指标包括血压、24小时尿蛋白定量、尿渗透压、血清BUN和Cr、肾重/体重、肾脏病理检查囊肿指数、纤维化指数、间质炎细胞浸润程度及PCNA观察囊肿增殖;安全性指标包括进食量、体重、肝功能、血脂、血糖、血常规、电介质、血尿酸、尿尿酸、肝重/体重、脾重/体重等。结果显示:(一)经骁悉治疗12周后,各治疗组与对照组相比生理生化指标中平均动脉压、血红蛋白、肝功能、血糖、血脂、白细胞、血小板水平无差异,尿渗透压升高(P<0.01),24小时尿蛋白减少(P<0.01),血清尿素氮下降(P<0.05),组织学指标中肾重/体重(P<0.05),纤维化指数(P<0.01)、间质炎细胞浸润程度(P<0.01)均明显改善。囊肿指数小剂量组与对照组相比无统计学差异(P>0.05),而中、大剂量组(P<0.05),表明骁悉对于多囊肾病大鼠病程及组织学进展均有明显保护作用。(二)免疫组织化学检测核增殖抗原(PCNA)可见各治疗组平均每个肾囊肿中PCNA阳性细胞数明显低于对照组(p<0.01)。(三)TUNEL法检测凋亡可见各治疗组平均每个肾囊肿中TUNEL阳性细胞数明显低于对照组(p<0.01)。(四)免疫组化检测正常组织、对照组、骁悉治疗组P38、P-P38、NF-κB的表达,正常组织没有P38、P-P3的表达,只有少量NF-κB的表达,主要分别在肾小管上皮细胞内;多囊肾组织三者均高表达;骁悉治疗后三者的表达均减少。(五)荧光定量PCR检测各治疗组大鼠肾皮质基因P38、PCNA、TGF-β1、MCP-1表达明显下调(P<0.05),表明骁悉可抑制囊肿上皮细胞增殖并抑制炎症、纤维化相关基因的表达。(六)Western Blot检测可见与对照组相比各治疗组P38、P-P38、PCNA、c-myc蛋白表达水平明显下调,(p<0.01)。(七)EMSA检测NF-κB的活性可见与对照组相比各治疗组NF-κB的活化明显减低(P<0.05)。(八)安全性方面除治疗组脾重/体重较对照组升高外,未见明显副作用。从而在组织水平上证实MMF对ADPKD动物模型雄性Han∶SPRD杂合子大鼠肾功能的保护作用是通过抑制肾皮质组织异常增殖凋亡、抗炎抗纤维化、改善ECM重构及下调P38、NF-κB信号通路有关。总之,本项研究表明MPA呈剂量依赖性地抑制ADPKD囊肿衬里上皮细胞增殖并促进凋亡,同时抑制了导致肾脏炎症纤维化细胞因子的释放,MMF可有效延缓ADPKD动物模型雄性Han∶SPRD杂合子大鼠肾功能进展速度,通过抑制肾皮质组织异常增殖凋亡、抗炎抗纤维化、改善ECM重构,保护肾功能。但该药物长期应用引起脾脏增大,其副作用值得引起我们的关注。治疗多囊肾病需要更合理的优化组合使用免疫抑制剂,以期更有效更安全。
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