基于NLRP3炎症小体信号通路探讨“浊毒致瘀”病机下的高血压肾病机制

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目的:在“浊毒致瘀”病机下的高血压肾病的进展中,肾纤维化是一种常见的表型。其中TGF-beta在高血压肾纤维化的发病机制中发挥重要作用,NLRP3炎症小体在“浊毒致瘀”病机下的高血压肾病中扮演着重要的角色。然而,TGF-β介导的NLRP3炎症小体通路的激活在调节“浊毒致瘀”病机下的高血压肾纤维化中的病理生理作用尚未阐明。本研究旨在探讨TGF-β介导的NLRP3炎性小体在高血压大鼠肾纤维化中的作用,同时使用中药网络药理方法初步探讨中药黄芪治疗“浊毒致瘀”病机下引起的肾纤维化的通路与机制。方法:(1)“浊毒致瘀”病机下高血压肾纤维化模型的建立:将12只SD大鼠随机分为两组,即正常组和AngⅡ模型组。通过Alzet渗透微型泵,在单侧肾切除大鼠皮下埋置血管紧张素Ⅱ泵。每天观察动物的状态,14天后进行体重和血压的测量,开始取材。取肾脏置于4%多聚甲醛中固定,免疫组化检测肾脏中纤维化指标alpha-SMA,MMP-2,MMP-9以及促纤维化因子TGF-beta的表达情况。(2)探究肾纤维化过程中NLRP3炎症小体的作用:免疫组化技术检测肾脏中NLRP3炎症小体相关蛋白及下游高迁移率族蛋白(HMGB1)、IL-1beta的蛋白变化情况。利用TGF-beta(5ng/ml,1Ong/ml)刺激大鼠肾小管上皮细胞模拟纤维化模型。用不同浓度的TGF-beta刺激大鼠肾小管上皮细胞24小时,48小时,72小时检测alpha-SMA和Collagen Ⅰ的表达情况筛选药物刺激时间。使用DCFH-DA探针检测细胞内ROS的水平变化;免疫荧光检测TGF-beta刺激后NRK-52E细胞中NLRP3/Caspasel的共定位情况;Westernblot检测造模后NLRP3,Caspase1,cle-caspase1,HMGB1,GasderminD,cle-GasderminD 的表达情况;使用gRNA在NRK-52E细胞中沉默NLRP3后检测纤维化指标alpha-SMA的变化情况;使用Caspase1抑制剂AV-YVAD-CMK处理细胞后,检测纤维化指标alpha-SMA的变化情况;使用NLRP3炎症小体抑制剂ISO处理细胞后,检测纤维化指标 alpha-SMA,CollagenⅠ,以及 NLRP3 下游蛋白 HMGB1,GasderminD的变化情况,确定炎症小体活化后所激活的HMGB1-Gasdermin D轴与纤维化的发生发展密切相关。(3)利用中药网络药理学探究黄芪治疗肾纤维化的作用机制:通过TCMSP数据库可以得到黄芪有效成分以及对应的靶点信息;使用SwissTargetPrediction数据库进行靶点预测;使用Genecards综合数据库收集肾纤维化相关靶点信息;应用在线韦恩图绘制工具Jvenn,获得肾纤维化相关的靶点以及黄芪活性成分靶点的交集;将黄芪活性成分与肾纤维化的共有靶点输入String数据库构建PPI网络;将黄芪活性成分与肾纤维化的共有靶点进行GO富集和KEGG通路分析。结果:(1)Ang Ⅱ造模14天后,与对照组相比,大鼠的体重无明显变化,造模组大鼠的血压明显增升高。对肾组织切片进行免疫组化检测,结果显示Ang Ⅱ造模后大鼠肾脏中纤维化指标alpha-SMA,MMP-2,MMP-9明显增加,证明高血压肾纤维化模型造模成功。免疫组化的结果同时显示Ang Ⅱ造模后大鼠肾脏中的TGF-beta的含量增加了,证明TGF-beta与Ang Ⅱ的促纤维化作用密切相关。(2)探究肾纤维化过程中NLRP3炎症小体的作用:免疫组化结果显示造模大鼠肾脏中NLRP3炎症小体相关蛋白及下游HMGB1、IL-1beta的蛋白表达量增加,表明NLRP3炎症小体可能参与着肾纤维化的发生发展过程。Westernblot结果显示TGF-beta刺激大鼠肾小管上皮细胞NRK-52E 72小时后,alpha-SMA和Collagen Ⅰ的表达明显增加。使用荧光酶标仪检测不同浓度TGF-beta刺激后,大鼠肾小管上皮细胞NRK-52E中ROS的水平变化,结果显示TGF-beta刺激可以显著增加细胞中ROS的水平。免疫荧光结果表示,TGF-beta可以增强大鼠肾小管上皮细胞中NLRP3/Caspase1的共定位情况。Western Blot检测TGF-beta刺激后大鼠肾小管上皮细胞NLRP3,Caspase1,cle-caspase1,HMGB1,GasderminD,cle-GasderminD的表达情况,结果显示TGF-beta刺激可以上调NLRP3,cle-Caspase1,cle-GasderminD的蛋白表达以及促进细胞上清液中的HMGB1的含量增加。使用gRNA在NRK-52E细胞中沉默NLRP3以及使用Caspase1抑制剂AV-YVAD-CMK处理细胞,检测纤维化指标alpha-SMA的变化情况,结果显示沉默了 NLRP3以及抑制了 Caspase1后,TGF-beta无法上调纤维化指标alpha-SMA的表达。使用NLRP3炎症小体抑制剂ISO处理细胞后,Westernblot结果显示TGF-beta无法增加纤维化指标alpha-SMA和Collagen I的表达,细胞上清液中的HMGB1的含量没有明显变化,以及TGF-beta无法刺激细胞中cle-GasderminD的表达增加。(3)利用中药网络药理学探究黄芪治疗肾纤维化的作用机制:通过TCMSP数据库筛选得到黄芪的活性成分24个,靶点238个;使用Genecards综合数据库收集肾纤维化相关靶点信息5609个,筛选出前1500个靶点进行下一步操作。应用在线韦恩图绘制工具Jvenn将238个黄芪的活性成分靶点和1500个肾纤维化靶点的进行映射后得到黄芪活性成分与肾纤维化的共同靶点109个;“黄芪活性成分-肾纤维化-靶点”网络的结果显示槲皮素,山柰酚,刺芒柄花素可能是黄芪治疗肾纤维化发挥药效的主要成分。PTSG2,PTSG1,PRSS1,NOS2,NOS3,AR,DPP4,ADRB2,SCN5A,ESR1,PIK3CG可能是黄芪治疗肾纤维化的作用靶点。GO功能总共富集到2271条生物过程,129项分子功能相关,46项细胞组成相关;KEGG通路分析总共富集的得到150条信号通路。结论:(1)Ang Ⅱ造模成功建立了“浊毒致瘀”病机下高血压肾纤维化模型。(2)TGF-beta可以诱导NLRP3炎症小体的活化导致HMGB1从孔道蛋白GasderminD释放到细胞外起促纤维化作用。抑制NLRP3炎症小体的活化可以有效抑制TGF-beta介导的纤维化作用(3)中药网络药理学证明黄芪治疗肾纤维化的作用具有多成分,多靶点,多通路的特点。
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