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编号:10269845
细胞凋亡在阿霉素肾病大鼠肾小球硬化过程中的意义
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 2000年第5期
     作者:孙良忠 岳智慧 汤洁如 陈述枚 许韩师 陶瑜 关伟明

    单位:孙良忠(510080 广州,中山医科大学附属第一医院儿科);岳智慧(510080 广州,中山医科大学附属第一医院儿科);汤洁如(510080 广州,中山医科大学附属第一医院儿科);陈述枚(510080 广州,中山医科大学附属第一医院儿科);许韩师(510080 广州,中山医科大学附属第一医院儿科);陶瑜(中山医科大学病理学教研室);关伟明(中山医科大学附属第一医院肾脏病实验室)

    关键词:脱噬作用;肾小球硬化症,病灶性;阿霉素

    中华儿科杂志000510 【摘要】 目的 探讨细胞凋亡在肾小球硬化过程中的意义。方法 将48只8~10周雄性SD大鼠随机分为两组,于实验第1天、第21天对模型组分别从大鼠尾静脉注射2 mg/kg阿霉素,给对照组注射等量生理盐水。第2次注药后4、12、20、28周时分别处死每组各4只大鼠,取肾组织行病理及电镜检测,并用末端标记法检测肾组织细胞凋亡情况。结果 模型组大鼠在20和28周时出现肾小球硬化,肾小管萎缩、间质单个核细胞浸润和纤维化;肾小球、肾小管凋亡细胞数显著增多,且肾小球硬化指数与肾小球、肾小管细胞凋亡指数显著相关(rs分别为0.831,0.860,P均<0.01)。结论 大鼠阿霉素肾病肾小球硬化过程中,细胞凋亡与肾小球细胞的丧失及肾小管上皮细胞的清除有关。
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    Significance of apoptosis during glomerulosclerosis in adriamycin-induced nephropathy in rats

    SUN Liangzhong,YUE Zhihui,TANG Jieru,et al.

    Department of Pediatrics,the First Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University of Medical Sciences, Guangzhou 510080, China

    【Abstract】 Objective To determine the significance of glomerular and tubular cell apoptosis in glomerulosclerosis in rats induced by adriamycin. Methods Forty-eight male SD rats were randomly divided into two groups: model group and control one. The 24 rats in model group were given adriamycin(doxorubicin)2 mg/kg intravenously on the 1st day and the 21st day, respectively. At the same time, normal saline solution was given to the other 24 rats in control group by the same way. Four rats in each group were sacrificed every 8 weeks from the 4th week after the second injection. The kidneys were studied by light microscopy and electronic microscopy. Apoptotic cells in the kidney were analyzed by in situ terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) mediated nick end-labeling. Results In rats of model group, glomerulosclerosis, tubular atrophy and interstitial mononuclear cells infiltration and fibrosis emerged, and apoptotic cells in glomeruli and tubuli significantly increased at the 20th week and the 28th week. The glomerulosclerosis index was significantly correlated to the apoptotic indexes of glomeruli and tubuli (rs=0.831, 0.860 respectively; P<0.01 for both). Conclusion Cells elimination in glomeruli and tubuli during glomerulosclerosis in adriamycin-induced nephropathy was related to apoptosis.
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    【Key words】 Apoptosis; Glomerulosclerosis, focal; Doxorubicin

    肾小球硬化突出的病理特征是肾小球内细胞外基质的积聚和细胞数经过短时间的增加后逐渐丧失。最近有观点认为这种细胞的丧失与细胞凋亡有关[1]。我们通过观察雄性SD大鼠阿霉素肾病肾小球硬化模型在不同时期肾小球硬化与肾组织细胞凋亡的关系,进一步探讨细胞凋亡在肾小球硬化过程中的作用和意义。

    材料和方法

    一、 材料及分组

    8~10周雄性SD大鼠48只,随机分为两组:模型组和对照组,各24只。于实验第1天、第21天分别给模型组大鼠尾静脉注射阿霉素2 mg/kg[2,3](深圳万乐药业有限公司),给对照组大鼠注射等量生理盐水。第1次注药后,每周测1次尿蛋白。第2次注药后4、12、20、28周时分别处死每组各4只大鼠(模型组大鼠部分在实验过程中死亡),取血测白蛋白(ALB)、胆固醇(Chol)、BUN、肌酐(Cr),取肾组织行病理(用HE、PAS、PASM和Masson四种染色法)及电镜检测。
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    二、方法

    用原位末端标记法检测肾组织细胞凋亡。试剂盒系美国Oncor公司S7111试剂盒(间接免疫荧光原位末端标记细胞凋亡检测试剂盒)。步骤:常规细胞脱蜡,蛋白酶K消化,平衡液温育,加入工作浓度TdT酶37℃湿化箱温育1 h,加入终止液,加抗地高辛结合抗体,PBS泡洗,碘化丙(propidium lodide PI)复染,荧光显微镜下观察,记数荧光染色阳性的细胞和小体作为凋亡细胞数。

    表1 两组实验各阶段肾小球、肾小管细胞中位凋亡指数和肾小球中位硬化指数(n=4) 时间

    肾小球细胞中位凋亡指数

    肾小管细胞中位凋亡指数

    肾小球中位硬化指数

    对照组
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    模型组

    T值

    对照组

    模型组

    T值

    对照组

    模型组

    T值

    4周

    0.00

    0.00

    17.5

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    16.5

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    18

    12周

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    18

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    16

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    18

    20周

    0.00

    0.20

    10*

    0.00

    0.13

    10*

    0.00

    0.22

    10*
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    28周

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    0.20

    10*

    0.00

    0.37

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    0.62

    10*

    动态比较χ2H

    0.714
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    11.931**

    1.779

    12.658**

    0.000

    14.497**

    注:T为两组秩和检验结果,χ2H为四个时间段多组秩和检验结果;*P<0.05,**P<0.01 三、统计学方法

    计算每只大鼠肾组织30个肾小球中发生节段硬化或全球硬化的小球数作为硬化指数;计算20个正切肾小球和200个正切肾小管中平均每个小球和小管的细胞凋亡数作为凋亡指数[1]。以中位数表示每组大鼠不同时期肾小球的硬化指数,肾小球和肾小管的凋亡指数。组间比较用秩和检验,相关分析用Spearman等级相关分析法,数据用SPSS8.0软件处理,P<0.05视为有显著意义。
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    结果

    一、 血、尿生化结果

    第2次注药后4周时,模型组大鼠24h尿蛋白排出量为(218±37) mg/24h,对照组为(55±17) mg/24h,两组差异已有显著意义(P<0.05),12周后尿蛋白排出量更大[(683±132)比(64±20),P<0.05]。

    二、 病理改变

    模型组大鼠第2次注药后4周时,光镜下肾小球无明显改变,电镜可见肾小球上皮细胞足突融合。12周时,可见部分小球细胞有空泡变性。20周时,可见少数小球内节段性硬化,球囊粘连。部分小球系膜细胞轻至中度增生,毛细血管腔狭窄,部分堵塞。基底膜增厚,上皮细胞足突融合,少数小球基底膜外侧嗜复红蛋白沉积(电镜下见电子致密物)。28周时,以上改变加重,少数小球出现全球性硬化。肾小管和间质结构在4周和12周时无明显改变,仅在远曲小管偶见有蛋白管型。20周和28周远曲小管蛋白管型明显增多,部分近曲小管萎缩,间质单个核细胞浸润和纤维化。28周时的小管、间质改变较20周时明显严重。对照组肾小球、肾小管无明显改变。肾小球硬化指数见表1。
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    三、肾组织细胞凋亡情况

    模型组4、12周及对照组各期大鼠肾组织内仅偶见凋亡细胞(图1)。模型组20周、28周大鼠肾组织中,凋亡细胞出现频率显著增多(表1)。在一个肾小球切面一般只能见到1~2个肾小球凋亡细胞或小体(图2)。肾小管细胞凋亡呈灶状,一个管腔面有时可见多个小管上皮细胞凋亡(图3)。肾间质在20周后凋亡细胞出现的频率也明显增多(图4)。

    四、相关性分析

    肾小球硬化指数与肾小球、肾小管细胞凋亡指数均有显著相关性,相关系数rs分别为0.831,0.860,P均<0.01。肾小球、肾小管细胞凋亡指数之间的相关系数rs为0.716,P<0.01。

    讨论

    大鼠阿霉素肾病肾小球硬化模型是用于研究肾小球硬化机理的经典模型之一[2,3]。原位末端标记法(即TUNEL法)是检测细胞凋亡的常规方法,敏感性较好。本研究用该方法检测阿霉素肾病大鼠肾组织细胞凋亡情况,结果发现随着肾小球硬化的出现,肾小球凋亡细胞出现频率显著增加。且肾小球硬化指数与肾小球细胞凋亡指数显著正相关,提示肾小球硬化过程中的细胞丧失与细胞凋亡有关。Sugiyama等 [1] 在大鼠5/6肾切除诱发肾小球硬化模型中也发现肾小球内凋亡细胞或小体主要出现在肾小球硬化和系膜基质增多的部位,随肾组织中硬化小球数增多,肾小球细胞凋亡指数也增高。在IgA肾病、狼疮性肾炎患者,其肾小球硬化指数与肾小球凋亡指数呈良好的相关性。他们提出,肾小球硬化时肾小球细胞凋亡增加,这可能是肾小球硬化过程中细胞丧失的一种形式。本研究进一步表明,在大鼠阿霉素肾病肾小球硬化模型中,肾小球硬化也与细胞凋亡有关。
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    Baker和Shimizu等[4,5]报道在大鼠抗Thy1.1抗体肾炎,增生的肾小球系膜细胞通过细胞凋亡增加来清除多余的细胞,恢复到正常平衡状态。在大鼠阿霉素肾病肾小球硬化模型中,肾小球系膜细胞也有一定增生,但是,肾小球细胞凋亡增加时,肾小球并未恢复到正常平衡状态,而是引起了肾小球细胞丧失过度,出现了肾小球硬化。提示细胞凋亡并不能使所有增生性肾小球肾炎清除多余细胞而恢复到正常状态。细胞凋亡是一把“双刃剑”,在病理状态下,它同样可以引起正常细胞凋亡。大鼠阿霉素肾病肾小球硬化模型中,引起肾小球细胞过度凋亡的原因尚不清楚。阿霉素是一种细胞毒药物,可诱发细胞凋亡[6],但该模型大鼠在用药20周后肾小球细胞凋亡才明显增加。因此,阿霉素直接引起肾小球细胞凋亡的可能性不大。真正引起肾小球细胞异常凋亡的原因有待进一步研究。

    另外,本研究还发现,随肾小球硬化加重,肾小管出现萎缩,肾间质可见单个核细胞浸润和纤维化;这时肾小管上皮细胞凋亡指数也增加,并与肾小球硬化指数、肾小球细胞凋亡指数显著相关。提示肾小管萎缩取而代之以间质纤维化的过程中,肾小管上皮细胞的清除也与细胞凋亡有关。
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    细胞凋亡是正常组织细胞平衡更新的一种方式。本研究在正常对照组大鼠和尚未发生肾小球硬化的阿霉素肾病大鼠(第2次注药12周以前)的肾组织中却很少见到凋亡细胞或小体。Sogiyama和Backer 等[1, 4]在研究中也有同样的发现。至于正常组织中的细胞凋亡现象为什么难以检测到,现仍不十分清楚。可能与细胞凋亡过程非常短暂有关,数分钟至数小时后即消失,不留痕迹。另外正常肾组织细胞更新较少,Shankland 等[7] 发现正常肾小球脏层上皮细胞分化成熟后即停止增殖更新。

    本研究结果提示,在大鼠阿霉素肾病模型中,肾小球硬化时细胞凋亡与肾小球细胞的丧失和肾小管上皮细胞的清除有关。

    图1 对照组 28周大鼠肾组织 肾小球及近曲小管中无荧光染色阳性信号(间接免疫荧光原位末端标记 PI复染 光镜 ×50) 图2 模型组 28周大鼠肾组织 可见肾小球凋亡小体(→)、肾小管凋亡小体()和肾间质凋亡细胞() (间接免疫荧光原位末端标记 PI复染 光镜 ×50) 图3 模型组 28周大鼠肾组织 可见肾小管凋 亡细胞(),一个管腔面可见多个小管上皮细胞凋亡(间接免疫荧光原位末端标记 PI复染 光镜 ×50) 图4 模型组 28周大鼠肾组织 可见肾小管凋亡细胞()和肾间质凋亡细胞()(间接免疫荧光原位末端标记 PI复染 光镜 ×50)
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    参考文献

    1,Sugiyama H, Kashihara N, Makino H, et al. Apoptosis in glomerular sclerosis. Kidney Int, 1996, 49: 103-111.

    2,Okuda S, Oh Y, Tsuruda H, et al. Adriamycin-induced nephropathy as a model of chronic progressive glomerular disease. Kidney Int, 1986, 29: 502-510.

    3,Sakemi T, Ohtsuka N, Tomiyoshi Y, et al. Sex difference in progression of adriamycin-induced nephropathy in rats. Am J Nephrol, 1996, 16: 540-547.
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    4,Baker AJ, Mooney A, Hughes J, et al. Mesangial cell apoptosis: the major mechanism for resolution of glomerular hypercellularity in experimental mesangial proliferative nephritis. J Clin Invest, 1994, 94: 2105-2116.

    5,Shimizu A, Kitamura H, Masuda Y, et al. Apoptosis in the repair process of experimental proliferative glomerulonephritis. Kidney Int, 1995, 47: 114-121.

    6,Thakkar NS, Potten CS. Abrogation of adriamycin toxicity in vivo by cycloheximide. Biochem Pharmacol, 1992, 43: 1683-1691.

    7,Shankland SJ, Floege J, Thomas SE, et al. Cyclin kinase inhibitors are increased during experimental membranous nephropathy: potential role in limiting glomerular epithelial cell proliferation in vivo. Kidney Int, 1997,52:404-413.

    (收稿日期:1999-08-24), 百拇医药