干细胞分化胰岛移植治疗糖尿病肾病的实验研究

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糖尿病是对我国人群健康危害最为严重的疾病之一。糖尿病引发的微血管病变导致的并发症已成为糖尿病致残、致死的主要原因。如何防止或者逆转糖尿病微血管病变及其并发症是当今糖尿病研究的主要方向之一。于细胞具有自我更新和分化成不同细胞的能力。应用干细胞技术制备胰岛,通过细胞移植的方法治疗实验性糖尿病已经在实验动物获得成功,并有可能成为未来治疗糖尿病的有效方法之一。目的:应用人胚胎胰腺干细胞分化胰岛经过门静脉移植入糖尿病肾病大鼠的肝脏,评价其对大鼠糖尿病肾病的治疗作用并探讨相关作用机制。方法:(1)干细胞分化胰岛移植对大鼠糖尿病肾病的影响。人胚胎胰腺组织干细胞,经过体外培养扩增和定向诱导分化制备成胰岛样结构。干细胞分化胰岛经过门静脉移植入大鼠肝脏,治疗6个月糖尿病病程的伴有糖尿病肾病的Wistar大鼠,同时设立胰岛素治疗组以及糖尿病肾病对照组,同龄的正常Wistar大鼠作为正常对照。所有动物治疗时间为16周。治疗前以及治疗后每2周监测各组大鼠的血糖,收集24小时尿液并检测尿量、尿白蛋白及尿蛋白。治疗结束后,摘取各组大鼠肾脏,观察肾脏大体形态以及病理学改变;Real-time PCR, Western Blotting和免疫组织化学等方法检测肾小球RAGE、PKC、PKA、iNOS及SOD-1在各组大鼠肾小球的表达。(2)C-肽或者GLP-1治疗对大鼠糖尿病肾病的影响。采用C-肽或者GLP-1治疗糖尿病肾病GK大鼠(将灌注C-肽或者GLP-1稀释液的ALZET微量渗透压泵植入大鼠腹腔,C-肽泵出速率为50pmol· kg-1· min-1, GLP-1泵出速率为15pmol· kg-1· min-1),同时设立载体治疗组以及胰岛素治疗组,同龄正常Wistar大鼠作为正常对照。治疗时间为12周。治疗前以及治疗后每2周监测各组大鼠的血糖,收集24小时尿液并测定尿量、尿白蛋白及尿蛋白。治疗结束后,摘取各组大鼠肾脏,采用光镜、电镜观察大鼠肾脏病理学改变;Real-time PCR、Western Blotting以及免疫组织化学的方法检测RAGE、PKC、PKA、iNOS及SOD-1在各组大鼠肾小球的表达。(3) cAMP或者H89治疗对大鼠糖尿病肾病的影响。分别采用cAMP (5mg/kg)或者H89(5mg/kg)腹腔注射治疗糖尿病肾病GK大鼠,同时设立载体治疗组,同龄正常Wistar大鼠作为正常对照。腹腔注射每天两次,治疗时间为2周。治疗前及治疗后每周监测各组大鼠的血糖,收集24小时尿液并检测尿量、尿白蛋白及尿蛋白。治疗结束后,摘取各组大鼠肾脏,观察大鼠肾脏大体形态以及病理学改变。结果:(1)干细胞分化胰岛移植对大鼠糖尿病肾病的影响。①干细胞分化胰岛的功能评价。人胚胎胰腺干细胞分化胰岛的胰岛素刺激指数≥5;C肽刺激指数≥2.7。免疫组织化学染色显示,移植入大鼠肝脏的干细胞分化胰岛表达人胰岛素、C-肽以及人胰高糖素。血清学检测结果显示,胰岛移植后大鼠血清中人胰岛素浓度达到8.72±2.13μIU/ml,人C-肽浓度达到1.27±0.34ng/ml。②干细胞分化胰岛移植对糖尿病肾病大鼠血糖和肾功能的影响:治疗结束时,干细胞分化胰岛移植大鼠的血糖为8.88±2.06mM(P<0.001)显著低于糖尿病肾病对照组(30.83±2.33mM);该组大鼠的24小时尿量(49.17±12.42m1)、24小时尿白蛋白(11.78±2.18mg)和24小时尿蛋白(362.20±75.24mg)进行性降低,显著低于糖尿病肾病对照大鼠(P<0.001);而胰岛素治疗虽然可以有效降低大鼠的血糖;但是胰岛素治疗后,该组大鼠的24小时尿量、24小时尿白蛋白及24小时尿蛋白持续升高,治疗结束时与糖尿病肾病大鼠相比没有明显差别,两组间没有统计学差异(P>0.05)。③大鼠肾脏形态学改变:糖尿病肾病大鼠的肾脏形态明显改变,肾脏体积显著增大,表面存在大量结节样结构。胰岛移植大鼠肾脏大体形态接近正常;而胰岛素治疗大鼠的肾脏形态与糖尿病肾病组类似,没有明显改变。病理学检测显示:糖尿病肾病组肾小球基底膜明显增厚,足细胞减少,系膜细胞明显增生,肾小球囊间隙明显缩小。干细胞分化胰岛移植后明显改善这些病理变化;而在胰岛素治疗组,这些变化没有明显改善。④基因、蛋白和免疫组织化学染色分析:Real-time PCR, Western Blotting和免疫组织化学染色结果显示,糖尿病肾病大鼠的肾小球毛细血管RAGE表达增加,PKC活性增加,PIKA活性降低。在干细胞分化胰岛移植后,肾小球RAGE的表达降低;PKC的活性降低,PKA的活性升高;而在胰岛素治疗组未见类似的这些改变。(2)C-肽治疗、GLP-1治疗对大鼠糖尿病肾病的影响。①C-肽或者GLP-1治疗对糖尿病肾病大鼠血糖和肾功能的影响:C-肽或者GLP-1治疗均不能有效降低糖尿病GK大鼠血糖,但是,能够改善糖尿病肾病GK大鼠的肾脏功能。治疗结束时,载体治疗大鼠的24小时尿量、24小时尿白蛋白、24小时尿蛋白较治疗前显著升高;C-肽或者GLP-1治疗大鼠的24小时尿量、24小时尿白蛋白以及24小时尿蛋白,显著低于载体治疗大鼠(P<0.001);胰岛素治疗后糖尿病GK大鼠的24小时尿量、24小时尿白蛋白及24小时尿蛋白持续升高,在治疗结束时与载体治疗的糖尿病GK大鼠没有统计学差异(P>0.05)。②大鼠肾脏形态改变:病理学检测显示,载体治疗组大鼠肾小球基底膜明显增厚,足细胞缺失、融合,系膜细胞增生明显,肾小球囊间隙明显缩小。C-肽或者GLP-1治疗均能够改善肾小球足细胞的形态,降低肾小球基底膜厚度,减少肾小球系膜增生等;胰岛素治疗不具备改善糖尿病肾病大鼠肾小球结构的作用。③基因、蛋白和免疫组织化学染色分析:Real-time PCR, Western Blotting和免疫组织化学染色结果显示,载体治疗大鼠肾小球毛细血管RAGE表达增加,PKC活性增加,PKA活性降低。C-肽或者GLP-1治疗后,肾小球RAGE的表达降低;PKC的活性降低,而PKA的活性升高;而在胰岛素治疗组未见类似的这些改变。(3) cAMP或者H89治疗对大鼠糖尿病肾病的影响。①cAMP或者H89治疗对糖尿病肾病GK大鼠血糖和肾功能的影响。cAMP及H89治疗对糖尿病肾病大鼠的血糖及24小时尿量均没有影响。但是,cAMP治疗2周后,该组大鼠的24小时尿白蛋白、24小时尿蛋白显著低于载体治疗大鼠(P<0.001);H89治疗2周后,该组大鼠的24小时尿白蛋白,24小时尿蛋白显著高于载体治疗糖尿病GK大鼠(P<0.001)。②大鼠肾脏形态改变:病理学检测显示,与正常大鼠相比较,载体治疗大鼠肾小球基底膜明显增厚,足细胞出现缺失、融合;cAMP治疗能够改善肾小球足细胞的形态,降低肾小球基底膜厚度,;H89治疗后大鼠肾小球基底膜厚度增加,显著高于载体治疗大鼠(P<0.001)。结论:干细胞分化胰岛移植能够显著改善糖尿病肾病的病理改变和肾脏功能,其分泌的胰岛素以外的内分泌激素如C-肽及胰高糖素可能在治疗糖尿病肾病方面发挥重要作用,相关机制可能与降低RAGE的表达、抑制PKC的激活以及上调PKA的表达等有关。
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