CB1受体拮抗剂利莫那班通过调节线粒体动力学保护慢性间歇低氧诱导肾脏损伤机制的研究

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目的:据2020年最新流行病学统计,我国阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive sleep apnea,OSA)的患者已达1.76亿,且高发人群为30-60岁的中年人群。国内外研究已证实OSA是导致多器官损伤独立的、可被纠正的、重要的诱发因素之一,其对生活及健康的负面影响极大。多数OSA患者可出现严重的器官损伤,如:心、脑血管意外、糖尿病、肿瘤及肾脏疾病等。慢性间歇性低氧(Chronic intermittent hypoxia,CIH)是OSA的主要病理特征,能产生众多靶器官的严重损害,所以CIH被认为是多种疾病的独立危险因素。过去20年越来越多的证据表明,未经治疗的OSA患者患慢性肾病(Chronic kidney disease,CKD)的风险增加。最近的研究表明,OSA可通过肾内缺氧促进CKD的发生。因此,为OSA介导的CKD开发一种新的药物将对改善临床治疗效果、减少患者经济负担产生重大影响。最近的研究表明,CIH可以通过调节线粒体功能引起靶器官损伤。由于高能量需求,肾小管上皮细胞富含线粒体,因此线粒体在肾脏疾病发病机制中所发挥的作用成为近年来的研究热点。之前的研究表明,线粒体损伤和线粒体氧化应激可以导致肾小管细胞损伤,并在肾脏疾病中诱导细胞凋亡。线粒体是活性氧(Reactive oxygen free radical species,ROS)产生的主要来源。过量的ROS会导致氧化应激和线粒体功能障碍,引起细胞衰老、损伤和凋亡。线粒体还是动态的细胞器,其不断发生分裂和融合,以维持一个健康的线粒体池。线粒体动力学受到促融合有丝分裂融合蛋白:丝裂融合蛋白1和2(Mitofusins 1 and 2,Mfn1、Mfn2)、视神经萎缩(Optical atrophy,OPA1)以及促分裂蛋白:动力相关蛋白1(Dynamin related protein 1,DRP1)、线粒体裂变蛋白1(Mitochondrial fission 1,Fis1)的精细调节。P66Shc是属于Shc A家族的一种衔接蛋白,一些研究表明,p66Shc激活和磷酸化可诱导线粒体断裂,能增加分裂蛋白和凋亡因子之间的相互作用,并激活下游凋亡途径。因此,识别CIH中调节线粒体动力学并导致肾脏疾病和肾功能紊乱的分子对于实施治疗策略至关重要。最近的研究为大麻素受体1(Cannabinoid receptor 1,CB1R)提供了新的思路,有报道称它可能通过调节肾脏线粒体动力学影响线粒体功能。目前,CB1R拮抗剂已被用于抑制CB1R的过度表达,但这些拮抗剂是否能减轻或预防CIH介导的肾脏损伤尚不清楚。我们的前期研究证实CIH条件下可引起机体CB1R表达的增高,那么我们推测CIH可能通过增加CB1R的表达进而引起线粒体动力学异常从而导致肾脏损伤。因此,我们建立了OSA的动物模型-CIH模型,还通过体内及体外实验检测了大鼠肾组织及人肾皮质近曲小管上皮细胞(human kidney 2,HK2)中CB1R、p66Shc及线粒体动力学相关蛋白Fis1、Mfn1表达的变化,以及给予CB1R拮抗剂利莫那班(Ri)靶向封闭CB1R后检测上述各指标表达的变化,观察用药前后肾组织病理及肾小管上皮细胞线粒体形态、功能及细胞凋亡情况,验证该药是否可以通过调节线粒体动力学减轻OSA诱导的肾脏损伤。方法:1.雄性Sprague-Dawley大鼠随机分为5组:正常对照(NC)组、慢性间歇低氧4周(4w CIH)组、慢性间歇低氧6周(6w CIH)组、和慢性间歇低氧4周+利莫那班(4w CIH+Ri)组和慢性间歇低氧6周+利莫那班(6w CIH+Ri)组。NC组大鼠暴露于室内空气中,而2个CIH组分别暴露于先进的美国产Bio Spherix A84间歇低氧舱中4周和6周。2个CIH+Ri组大鼠在CIH造模同时分别给予1.5 mg/kg/天的Ri 4周和6周。随后,对大鼠实施安乐死,切除肾脏进行分析。2、通过苏木精-伊红(HE)染色及高碘酸希夫(PAS)染色观察大鼠肾脏病理改变,评价肾小管损伤程度。通过western blot和免疫组化检测大鼠肾脏CB1R、p66Shc、Fis1和Mfn1的表达,并通过电子显微镜评估肾切片中的线粒体超微结构变化。3.将HK2细胞分为NC组、18h间歇低氧(IH)组和18h间歇低氧+利莫那班(IH+Ri)组,在给药前后用Mitotracker染色后激光共聚焦观察HK2中线粒体形态变化,JC-1检测线粒体膜电位,流式细胞术检测细胞凋亡,细胞免疫荧光分析HK2细胞中CB1R、p66Shc、Fis1和Mfn1的表达情况。3.分析CB1R与p66Shc、Fis1和Mfn1表达的相关性。结果:体内研究结果:1.CIH导致CB1R表达显著升高,并随着缺氧时间的延长CB1R表达进一步增加。Ri干预后抑制了CIH诱导的CB1R表达的增加。2.CB1R过表达导致p66Shc和线粒体动力学相关蛋白Fis1表达增加,Mfn1表达降低,肾脏线粒体碎片化程度增加。Ri靶向封闭CB1R后降低了Fis1和p66Shc的表达,增加了Mfn1的表达,减轻了肾脏线粒体的破碎。3.CIH导致了肾脏损伤,并且随着缺氧时间的延长,肾脏损伤进一步加重,给予Ri干预后的大鼠肾脏损害有所改善。4.大鼠肾脏组织中CB1R的表达与Fis1和p66Shc表达呈正相关,与Mfn1表达呈负相关。体外研究结果:1.间歇缺氧18h HK2细胞中的CB1R、p66Shc和Fis1表达增加,Mfn1表达减少,线粒体碎片化增加,膜电位降低,细胞凋亡增加。给予Ri后抑制了CB1R、p66Shc和Fis1的表达,增加了Mfn1的表达,改善了线粒体碎片化、增加了线粒体膜电位、减轻了凋亡细胞比例。2.HK2细胞中CB1R的表达与Fis1和p66Shc表达呈正相关,与Mfn1表达呈负相关。结论:1.CB1R参与了慢性间歇低氧介导的肾脏损伤。2.CIH可使CB1R表达增高,进而引起线粒体动力学异常,导致肾脏损伤。3.CB1R拮抗剂利莫那班可通过抑制肾脏线粒体动力学失调减轻CIH诱导的肾脏损伤。
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