探讨促红细胞生成素(EPO)对双侧输尿管梗阻-梗阻解除(BUO-R)后幼鼠肾脏水通道蛋白-1(AQP-1)表达及功能的影响。
幼年雄性SD大鼠48只,随机号码表法分为双侧输尿管完全梗阻(BUO)组(n=6)、双侧输尿管梗阻-梗阻解除(BUO-R)组(n=12)、BUO-R+EPO组(n=12)及假手术组(Sham组)(n=18)。实验组采用输尿管结扎法建立双侧输尿管完全梗阻模型,BUO组梗阻24 h后处死;BUO-R组和BUO-R+EPO组梗阻24 h后解除梗阻,BUO-R+EPO组于解除梗阻后1 h、1 d、3 d、5 d给予EPO腹腔注射(500 IU/kg),BUO-R组相同时间点给予同等剂量的9 g/L盐水,分别在解除梗阻后3 d、7 d处死幼鼠;Sham组仅分离输尿管,不予结扎,分别于梗阻术后24 h、解除梗阻后3 d、7 d处死幼鼠,各组幼鼠处死前取双肾标本并采集血液标本。解除梗阻后将幼鼠放置于代谢笼中,记录24 h饮水量和尿液量,并收集尿液用于检测尿液渗透压的变化。检测各组幼鼠血浆渗透压、血肌酐(Cr)、尿素氮(BUN)水平,采用免疫组织化学、Western blot检测各组肾脏组织中AQP-1蛋白表达水平。
BUO-R后3 d,24 h饮水量和尿液量BUO-R组最多,BUO-R+EPO组次之,Sham组最少(P<0.05);尿液渗透压Sham组最高,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组最低(P<0.05);血浆渗透压、Cr、BUN BUO-R组最高,BUO-R+EPO组次之,Sham组最低,但均低于BUO组(P<0.05)。梗阻解除后7 d,Sham组无明显变化,BUO-R组和BUO-R+EPO组以上各项指标逐渐恢复,但仍未达到正常水平(P<0.05),BUO-R组与BUO-R+EPO组比较差异有统计学意义(P<0.05)。免疫组织化学结果显示Sham组染色强度最强,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组再次,BUO组最弱;解除梗阻后7 d与解除梗阻后3 d相比,BUO-R+EPO组和BUO-R组染色强度均增强,仍低于Sham组。经Western blot进一步验证,各组幼鼠肾脏AQP-1表达量Sham组最高,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组再次,BUO组最低(P<0.05);解除梗阻后7 d与解除梗阻后3 d相比,BUO-R+EPO组、BUO-R组表达量均增高,但仍低于Sham组(P<0.05)。
EPO能够促进BUO-R幼鼠肾脏AQP-1蛋白表达及功能恢复。
版权归中华医学会所有。
未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明,本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
先天性肾积水(CHN)是常见的小儿泌尿外科疾病,多由先天性解剖学异常而引起。随着积水程度加重,肾功能损害不断进展,最终导致肾衰竭。目前,手术是CHN的主要临床治疗方法。临床发现即使手术解除梗阻,术后一段时间仍有大量稀释尿,易造成水、电解质紊乱[1]。水通道蛋白-1(AQP-1)在肾脏近曲小管等重吸收过程及尿液浓缩中起重要作用,特别是在髓袢降支细段与逆流倍增机制中发挥关键作用。有研究发现小儿先天性积水肾脏中AQP-1蛋白及其mRNA水平的表达均下调[2,3],郑妍和赵琦[4]发现与健康儿童相比,CHN患儿肾脏AQP-1蛋白及基因表达水平明显下降,与Li等[3]研究结果相一致。因此推测梗阻解除后一段时间内肾脏AQP-1未恢复原有水平是患者术后仍有大量稀释尿液的原因之一。本研究团队王焱等[5]发现促红细胞生成素(EPO)可促进输尿管梗阻-解除梗阻(BUO-R)大鼠肾脏AQP-2 mRNA、蛋白表达及功能恢复,但EPO能否促进输尿管BUO-R后AQP-1表达及肾功能恢复,尚未见文献报道。本研究通过对BUO-R幼鼠进行EPO干预,探讨其能否促进BUO-R幼鼠肾脏AQP-1表达及功能的恢复。
6~7周幼年雄性SD大鼠48只(河南省实验动物中心,许可证号:SCXK豫20170001),体质量(160±10) g,根据随机号码表法分为BUO组(n=6)、BUO-R组(n=12)、BUO-R+EPO组(n=12)及假手术组(Sham组)(n=18)。大鼠均以啮齿类动物标准饮食,自由饮水,12 h∶12 h自动昼夜循环,温度(21±2) ℃,湿度(55±2)%。
48只SD大鼠经100 g/L水合氯醛水溶液(腹腔注射,3~5 mL/kg)麻醉后至于保温板上,备皮消毒后经腹正中切口暴露双侧输尿管,钝性分离输尿管,用长4~5 mm的PE50管包裹游离段输尿管,5-0无菌丝线结扎,逐层关闭腹腔,建立双侧输尿管完全梗阻的幼鼠模型。BUO组梗阻24 h后处死,BUO-R组和BUO-R+EPO组梗阻24 h后拆除PE50管,使输尿管恢复畅通。BUO-R+EPO组于解除梗阻后1 h、1 d、3 d、5 d给予EPO腹腔注射(500 IU/kg),分别在解除梗阻后3 d、7 d处死6只幼鼠;BUO-R组相同时间点给予同等剂量的等渗盐水(9 g/L),之后处理方法同BUO-R+EPO组;Sham组仅分离输尿管,不予结扎,分别于术后24 h、3 d、7 d各处死6只幼鼠,各组幼鼠处死前取双肾标本并采集血液3 mL标本。幼鼠处死前放置于代谢笼中,记录24 h饮水量和尿液量,并收集尿液用于检测尿液渗透压的变化。右肾置于冻存管中液氮冷冻后,-80 ℃冰箱保存,用于Western blot检测蛋白表达。左肾标本置于40 g/L甲醛溶液中固定24 h,供免疫组织化学检测。血液抽取后,立即以2 054.3×g离心5 min,取上清,-20 ℃冰箱保存,用于检测血浆渗透压、肌酐(Cr)和尿素氮(BUN)水平。
采用Oso-M型全自动冰点渗透压仪(德国Gonatec公司生产)测定尿液标本。标准液校准仪器后吸取20 μL尿液标本进行测定,每个标本重复测定3次,结果取其平均值。
应用全自动生化分析仪测定各组血液标本渗透压、Cr和BUN水平。
40 g/L甲醛溶液固定标本,常规石蜡包埋、切片,按照SABC法免疫组织化学步骤进行操作。一抗采用兔抗鼠AQP-1多克隆抗体(稀释浓度1∶300),二氨基联苯胺(DAB)显色盒显色,蒸馏水充分冲洗,苏木精复染、盐酸乙醇分化,梯度乙醇脱水,二甲苯透明,树胶封片。
加入蛋白上样缓冲液,100 ℃煮沸10 min。制作十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶,蛋白上样,恒压电泳,冰上85 V转膜1 h,封闭液常温封闭2 h,一抗(1∶1 000)孵育,4 ℃过夜,洗膜3次30 min,二抗(1∶2 000)室温孵育1 h,再次洗膜3次30 min,暗室曝光。胶片经凝胶灰度值分析软件分析,以各组AQP-1条带灰度值除以相应内参条带灰度值,比较各组之间的相对值。
采用SPSS 22.0统计学软件进行数据处理分析,数据采用±s表示。计量资料正态性检验采用Shapiro-Wilk正态性检验,多组间比较采用单因素方差分析,各组间两两比较采用LSD法,P<0.05为差异有统计学意义。
解除梗阻后3 d、7 d,BUO-R组24 h饮水和尿液量最多,BUO-R+EPO组次之,Sham组最少。与解除梗阻后3 d相比,解除梗阻后7 d BUO-R组和BUO-R+EPO组的24 h饮水和尿液量减少,BUO-R组显著减少,Sham组无明显变化,见表1。
组别 | 只数 | 24 h饮水量 | 24 h尿液量 | ||
---|---|---|---|---|---|
解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | 解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | ||
假手术组 | 6 | 19.2±2.5 | 20.6±3.3 | 10.1±1.8 | 10.2±1.7 |
BUO-R组 | 6 | 66.4±5.5a | 41.4±3.4a | 31.2±3.0a | 19.4±1.8a |
BUO-R+EPO组 | 6 | 37.8±2.2ab | 31.3±2.5ab | 18.3±0.8ab | 14.8±2.3ab |
F值 | 243.510 | 65.020 | 158.745 | 70.054 | |
P值 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | <0.05 |
注:BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;a与Sham组相比,差异有统计学意义(P<0.05);b与BUO-R组相比,差异有统计学意义(P<0.05)。在同一组别解除梗阻后3 d与解除梗阻后7 d相比,BUO-R组、BUO-R+EPO组差异均有统计学意义(均P<0.05);Sham组差异无统计学意义(P>0.05) BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;acompared with Sham group,the difference was statistically significant(P<0.05);bcompared with BUO-R group,the difference was statistically significant(P<0.05).Three days after relief of obstruction comparing with 7 days after relief of obstruction in the same group,there were significant differences in BUO-R group and BUO-R+EPO group (all P<0.05),there was no significant difference in Sham group (P>0.05)
解除梗阻后3 d、7 d,Sham组尿液渗透压最高,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组最低。与解除梗阻后3 d相比,解除梗阻后7 d BUO-R组和BUO-R+EPO组尿液渗透压升高,BUO-R+EPO组尿液渗透压升高更显著,Sham组无明显变化,见表2。
组别 | 只数 | 尿液渗透压 | |
---|---|---|---|
解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | ||
Sham组 | 6 | 1 933±77 | 1 914±75 |
BUO-R组 | 6 | 649±52a | 812±64a |
BUO-R+EPO组 | 6 | 997±70ab | 1 360±53ab |
F值 | 584.874 | 431.916 | |
P值 | <0.05 | <0.05 |
注:BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;a与Sham组相比,差异有统计学意义(P<0.05);b与BUO-R组相比,差异有统计学意义(P<0.05)。在同一组别解除梗阻后3 d与解除梗阻后7 d相比,BUO-R组、BUO-R+EPO组差异均有统计学意义(均P<0.05);Sham组差异无统计学意义(P>0.05) BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;acompared with Sham group,the difference was statistically significant(P<0.05);bcompared with BUO-R group,the difference was statistically significant(P<0.05);3 days after relief of obstruction comparing with 7 days after relief of obstruction in the same group,there were significant differences in BUO-R group and BUO-R+EPO group (all P<0.05),there was no significant difference in Sham group (P>0.05)
血浆渗透压:Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、7 d血浆渗透压无变化;双侧输尿管梗阻24 h,BUO组血浆渗透压高于Sham组;解除梗阻后3 d,BUO-R组、BUO-R+EPO组血浆渗透压低于BUO组,高于Sham组,BUO-R组与BUO-R+EPO组血浆渗透压相比无明显差异;解除梗阻后7 d,与解除梗阻后3 d相比,BUO-R组无明显变化,BUO-R+EPO组降低,仍高于Sham组;解除梗阻后7 d,BUO-R+EPO组与BUO-R组相比血浆渗透压降低更显著,见表3。
组别 | 只数 | 血浆渗透压 | ||
---|---|---|---|---|
梗阻24 h | 解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | ||
BUO组 | 6 | 346±11 | ||
假手术组 | 6 | 280±6 | 278±4 | 280±2 |
BUO-R组 | 6 | 320±3a | 317±5a | |
BUO-R+EPO组 | 6 | 315±3ab | 291±4ab | |
F值 | 122.496 | 127.534 | ||
P值 | <0.05 | <0.05 |
注:BUO组:双侧输尿管梗阻组;BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、解除梗阻后7 d差异无统计学意义(P>0.05);BUO组与Sham组相比,差异有统计学意义(P<0.05);a与Sham组和BUO组相比,差异有统计学意义(P<0.05);b与BUO-R组相比,差异有统计学意义(P<0.05);同一组别解除梗阻后3 d与解除梗阻后7 d相比,BUO-R+EPO组差异有统计学意义(P<0.05);BUO-R组差异无统计学意义(P>0.05) BUO group:bilateral ureter obstruction group;BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;In Sham group,compared with BUO 24 h,3 days after relief of obstruction,7 days after relief of obstruction,there was no significant difference (P>0.05);BUO group compared with Sham group,the differences were statistically significant(P<0.05);acompared with Sham group or BUO group,the differences were statistically significant(all P<0.05);bcompared with BUO-R group,the difference was statistically significant(P<0.05);3 days after relief of obstruction compared with 7 days after relief of obstruction in the same group,there were significant differences in BUO-R + EPO group (P<0.05);there was no significant difference in BUO-R group(P>0.05)
肾功能:Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、7 d血Cr、BUN无变化;双侧输尿管梗阻24 h,BUO组血Cr、BUN显著高于Sham组;解除梗阻后3 d,BUO-R组、BUO-R+EPO组血Cr、BUN与BUO组相比明显降低,与Sham组相比较高,BUO-R+EPO组血Cr、BUN低于BUO-R组;解除梗阻后7 d,与解除梗阻后3 d相比,BUO-R组、BUO-R+EPO组血Cr、BUN均降低,仍比Sham组高;解除梗阻后7 d,BUO-R+EPO组血Cr、BUN低于BUO-R组,见表4。
组别 | 只数 | 血肌酐(μmol/L) | 血尿素氮(mmol/L) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
梗阻24 h | 解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | 梗阻24 h | 解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | ||
BUO组 | 6 | 233.3±3.8 | 115.6±3.1 | ||||
假手术组 | 6 | 53.7±0.2 | 53.6±0.7 | 53.3±0.6 | 6.0±0.3 | 6.0±0.5 | 6.0±0.5 |
BUO-R组 | 6 | 151.1±6.0a | 87.7±2.1a | 56.7±2.8a | 26.8±0.8a | ||
BUO-R+EPO组 | 6 | 129.6±7.8ab | 83.6±2.1ab | 42.9±4.4ab | 24.1±0.6ab | ||
F值 | 793.609 | 4 792.675 | 943.496 | 3 656.460 | |||
P值 | <0.05 | <0.05 | <0.05 | <0.05 |
注:BUO组:双侧输尿管梗阻组;BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、解除梗阻后7 d差异无统计学意义(P>0.05);BUO组与Sham组相比,差异有统计学意义(P<0.05);a与Sham组和BUO组相比,差异有统计学意义(均P<0.05);b与BUO-R组相比,差异有统计学意义(P<0.05);同一组别解除梗阻后3 d与解除梗阻后7 d相比,BUO-R+EPO组2项指标差异有统计学意义(P<0.05);BUO-R组2项指标差异有统计学意义(P<0.05) BUO group:bilateral ureter obstruction group;BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;in Sham group,compared with BUO 24 h,3 days after relief of obstruction,7 days after relief of obstruction,there was no significant difference (P>0.05);BUO group compared with Sham group,the difference was statistically significant(P<0.05);acompared with Sham group or BUO group,the differences were statistically significant(all P<0.05);bcompared with BUO-R group,the difference was statistically significant(P<0.05);3 days after relief of obstruction compared with 7 days after relief of obstruction in the same group,there were significant differences in two indicators of BUO-R + EPO group(P<0.05) and BUO-R group(P<0.05)
AQP-1阳性细胞呈棕黄色,主要集中在近曲小管,位于上皮细胞的顶质膜。总体上看,Sham组染色强度最强,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组再次,BUO组最弱,但仍可见微弱表达。Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、7 d染色强度无明显变化;解除梗阻后7 d与解除梗阻后3 d相比,BUO-R+EPO组、BUO-R组染色强度均增强,但仍低于Sham组。组织学上可见BUO组、BUO-R组和BUO-R+EPO组近曲小管管壁变薄、管腔增大,明显不同于Sham组,见图1。
注:BUO组:双侧输尿管梗阻组;BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;R-3 d、7 d:解除梗阻后3 d、7 d BUO group:bilateral ureter obstruction group;BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;R-3 d,7 d:3 or 7 days after relief of obstruction
Sham组相对表达量最高,BUO-R+EPO组次之,BUO-R组再次,BUO组最低。Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、7 d相对无明显变化;解除梗阻后7 d与解除梗阻后3 d相比,BUO-R+EPO组、BUO-R组表达量均增高,但仍低于Sham组,见表5、图2。Western blot结果与免疫组织化学结果一致。
注:BUO组:双侧输尿管梗阻组;BUO 24 h:双侧输尿管梗阻24 h;BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;R-3 d、7 d:解除梗阻后3、7 d;AQP-1:水通道蛋白-1 BUO group:bilateral ureter obstruction group;BUO 24 h group:bilateral ureter obstruction 24 h group;BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;R-3 d,7 d:3 or 7 days after relief of obstruction;AQP-1:aquaporin-1
组别 | 只数 | AQP-1相对表达量 | ||
---|---|---|---|---|
梗阻24 h | 解除梗阻后3 d | 解除梗阻后7 d | ||
BUO组 | 6 | 0.22±0.46 | ||
假手术组 | 6 | 2.32±0.80 | 2.32±0.90 | 2.35±0.70 |
BUO-R组 | 6 | 0.52±0.86a | 0.83±0.46a | |
BUO-R+EPO组 | 6 | 1.17±0.07ab | 1.97±0.11ab | |
F值 | 261.899 | 470.618 | ||
P值 | <0.05 | <0.05 |
注:BUO组:双侧输尿管梗阻组;BUO-R组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻组;BUO-R+EPO组:双侧输尿管梗阻-解除梗阻+促红细胞生成素干预组;Sham组梗阻24 h、解除梗阻后3 d、解除梗阻后7 d差异无统计学意义(P>0.05);BUO组与Sham组相比,差异有统计学意义(P<0.05);a与Sham组及BUO组相比,差异有统计学意义(P<0.05);b与BUO-R组相比,差异有统计学意义(P<0.05);同一组别解除梗阻后3 d与解除梗阻后7 d相比,BUO-R+EPO组差异有统计学意义(P<0.05);BUO-R组差异无统计学意义(P>0.05) BUO group:bilateral ureter obstruction group;BUO-R group:bilateral ureter obstruction-released group;BUO-R+EPO group:bilateral ureter obstruction-released+erythropoietin group;In Sham group,compared with BUO 24 h,3 days after relief of obstruction,7 days after relief of obstruction,there was no significant difference (P>0.05);BUO group compared with Sham group,the differences were statistically significant(P<0.05);acompared with Sham group or BUO group,the difference was statistically significant(P<0.05);bcompared with BUO-R group,the difference was statistically significant(P<0.05);3 days after relief of obstruction comparing with 7 days after relief of obstruction in the same group,there were significant differences in BUO-R+EPO group (P<0.05);there was no significant difference in BUO-R group(P>0.05)
BUO是常见的泌尿系统疾病,其最常见的原因是肾盂输尿管连接部梗阻(PUJO)。临床发现即使解除梗阻,患儿术后一段时间仍有大量稀释尿。Li等[6]建立双侧输尿管梗阻大鼠模型,解除梗阻后对其AQP-1表达进行检测,发现解除梗阻后长时间内AQP-1表达水平下调,30 d后AQP-1表达虽有所回升但仍低于正常水平。AQP-1主要表达在肾单位的近曲小管和髓襻降支细段上皮细胞的顶质膜,在肾脏近曲小管等重吸收过程及尿液浓缩中起重要作用,特别是在髓襻降支细段与逆流倍增机制中发挥关键作用。解除梗阻后较长时间内AQP-1仍未恢复到正常水平,是患儿术后仍有大量稀释尿的原因之一。而如何促进梗阻解除术后AQP-1表达水平的恢复,目前尚不清楚。
EPO是一种人体内源性糖蛋白激素,但近年来许多研究发现EPO对肾脏具有保护作用,能缓解肾脏细胞损伤[7,8,9,10]。本团队前期研究发现EPO可促进输尿管梗阻-解除梗阻后大鼠肾脏AQP-2 mRNA、蛋白表达及功能恢复,但其能否促进输尿管梗阻-解除梗阻后大鼠肾脏AQP-1表达及功能恢复尚不清楚。
本研究通过制作BUO幼鼠模型,来模拟临床上手术解除梗阻后的患儿,在梗阻解除后给予中等剂量的EPO干预[11],结果发现BUO 24 h后,肾脏AQP-1表达水平显著下调;BUO-R组解除梗阻3 d后AQP-1表达水平已开始升高,解除梗阻7 d后蛋白水平相比之前增加,但增加不够显著;而BUO-R+EPO组解除梗阻3 d后AQP-1表达水平显著增加,解除梗阻7 d增加更显著,虽未达到正常水平,但已接近。本研究对实验幼鼠24 h饮水量和尿液量以及尿液渗透压进行观察记录,发现EPO能够减轻大量稀释尿液的产生,并提高尿液渗透压。同时对各组幼鼠血浆渗透压、Cr、BUN进行检测,发现BUO-R+EPO组各项指标显著低于BUO-R组。以上结果说明。EPO不仅能够促进BUO-R幼鼠肾脏AQP-1表达的恢复,而且能促进肾脏功能的恢复。
本研究通过免疫组织化学、Western blot测定蛋白表达,同时记录饮水量、尿液量,测定尿液渗透压、血浆渗透压、肾功能,结合各项指标对BUO幼鼠肾脏AQP-1表达及功能变化进行评价,相对较全面,可信度更高。本研究发现EPO能够促进BUO-R幼鼠肾脏AQP-1表达及肾功能的恢复,但其具体作用机制尚不完全了解,推测外源性EPO可能通过缓解肾脏细胞负担、激活三磷酸酰肌醇蛋白激酶/蛋白激酶B信号通路[11]等方式促进BUO-R幼鼠肾脏AQP-1表达的恢复,有待进一步研究。此外有无不良反应仍未明确,应用于临床上肾积水患儿的治疗仍需长时间的探索,但有可能成为一种促进肾积水肾脏损伤恢复的新方法。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突