当前位置: 首页 > 期刊 > 《肾脏病与透析肾移植杂志》 > 1999年第6期
编号:10253441
初发糖尿病大鼠肾小球蛋白激酶C活性变化的研究
http://www.100md.com 《肾脏病与透析肾移植杂志》 1999年第6期
     作者:范秋灵 王力宁 周华 姚丽 周希静

    单位:中国医科大学第一临床学院肾内科 (沈阳,110001)

    关键词:蛋白激酶C;糖尿病;肾小球

    肾脏病与透析肾移植杂志990606 摘 要 目的:检测初发糖尿病大鼠肾小球蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)活性变化,以推断PKC活性变化在肾内血流动力学改变中所起的作用。 方法:用链脲菌素制备糖尿病大鼠实验模型,在糖尿病发病2周后,分离肾小球,提取纯化胞浆及胞膜蛋白,利用γ-32PATP底物磷酸化的方法检测胞浆及胞膜PKC活性。同时测量血、尿肌酐,计算内生肌酐清除率。 结果:糖尿病大鼠表现出明显的肾小球高滤过及肾脏肥大现象,此时细胞内总的PKC活性与对照组无显著性差异,胞浆PKC活性略有下降,胞膜PKC活性明显增高,膜结合PKC百分比显著增加。表明胞膜PKC活性的增高来源于其自胞浆向胞膜的转移,即初发糖尿病状态肾小球PKC被激活。 结论:链脲菌素糖尿病大鼠初发糖尿病阶段肾小球PKC即被激活,激活的PKC通过参与多种血管活性物质的释放、离子通道的调节构成细胞内重要的信息网络系统,在糖尿病早期肾内血流动力学改变中发挥着重要的调控作用。
, 百拇医药
    ACTIVITY CHANGE IN PROTEIN KINASE C IN GLOMERULI OF

    RAT WITH EARLY STAGE DIABETES

    Fan Qiuling,Wan Lining,Zhou Hua,Yao Li,Zhou Xijing.

    Division of Nephrology,the First Affiliated Hospital of China Medical Unirersity,Shenyangs 110001

    OBJECTIVE To explore the role of PKC in renal hemodynamic in diabetes,we detected the change in protein kinase C (PKC) activity in isolated glomeruli from 2 weeks streptozotocin-induced diabetic rats.
, 百拇医药
    METHODOLOGY Experimental diabetic rats were induced by peritoneal injection of streptozotocin.Two weeks after the induction of diabetes,glomeruli were isolated and subcellular fraction prepared and partially purified.Subcellular distribution of PKC was detected by using [γ-32P]ATP as the phosphorus donor.The concentrations of serum and urine creatinine,and the creatinine clearance were also measured.

    RESULTS Diabetic rats had significant increase in glomerular filtration rate and obvious hypertrophic renal changes.The activity of PKC in cytosolic fraction was found decreased in glomeruli from diabetic rats as compared to the controls,but no statistical significance was found.Total cellular PKC activity was not significantly changed.The PKC activity in membrane fraction and the percentage of PKC activity associated with the membrane fraction of glomeruli from diabetic rats was found significantly increased.
, 百拇医药
    CONCLUSION As an important intracellular signal,PKC is activated in glomeruli at the early stage of diabetes.This observation implied that the higher PKC activity in membrane fraction was due to translocation of enzyme activity from the cytosolic to the membrane fraction,indicating the activation of this enzyme.PKC activation might be involved in the renal hemodynamic abnormalities of early stage diabetes.

    Key words protein kinase C diabetes rats model glomeruli
, 百拇医药
    糖尿病肾病(DN)作为糖尿病重要的微血管并发症之一,已成为慢性肾功能衰竭的主要原因,美国肾脏病资料系统(USRDS)的统计显示:超过30%的终末期肾功能衰竭为DN所致[1]。目前的研究提示,糖尿病早期肾内血流动力学改变直接参与了DN的发生,而肾小球高滤过则在其中起重要作用[2]。因此研究初发糖尿病状态肾小球血流动力学改变,尤其是高滤过现象的成因对探明DN的发病机制及防治尤为必要。本实验利用γ-32PATP底物磷酸化的方法,检测初发糖尿病大鼠肾小球胞浆、胞膜蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)活性,以探明肾小球PKC活性变化及其在肾内血流动力学改变中所起的作用。

    1 材料和方法

    1.1 实验动物 体重150~170g Sprague-Dawley系雄性大鼠40只由中国医科大学实验动物部提供,随机分为正常对照组及糖尿病组,每组各20只。经腹腔注射链脲菌素(Sigma公司)60 mg/kg,2日后血糖≥13.9 mmol/L的大鼠为糖尿病大鼠用于实验,正常对照组注射同等量生理盐水。
, 百拇医药
    1.2 标本的收集及肾小球胞浆、胞膜蛋白提取 所有大鼠均为自由饮水、自由摄食,于链脲菌素注射2周后,用代谢笼收集24h尿液。大鼠在戊巴比妥(50 mg/kg,ip)麻醉下,取腹部正中切口,分离肾动脉及腹主动脉。在腹主动脉末端插入导管,采血2ml后结扎右肾动脉以上的腹主动脉和肠系膜上动脉,进行原位肾脏灌洗(生理盐水4℃)。取下双肾,迅速剥去肾包膜,称重后置于4℃生理盐水中。

    实验所有操作均在4℃条件下进行,将生理盐水中的肾脏纵向剖开,分离肾皮质,每2只大鼠肾皮质为一检体,用150目、200目不锈钢筛分离肾小球。肾小球样品中加入5倍体积的粉碎缓冲液超声匀浆,4℃下100,000g高速离心1h,上清即为胞浆蛋白液;将沉淀用1ml胞膜蛋白提取悬液,超声粉碎后抽提2h,再于4℃以100,000g离心1h,上清即为胞膜蛋白液[3]

    1.3 测定

    1.3.1 24h尿蛋白定量采用硫柳酸法,以牛血清白蛋白为标准蛋白,制定标准曲线进行尿标本检测。血糖采用葡萄糖氧化酶法,血、尿肌酐采用苦味酸法,利用日立公司7150型全自动生化分析仪进行检测,并计算内生肌酐清除率(Ccr)。
, http://www.100md.com
    1.3.2 PKC活性测定[3] 以Histone ⅢS为底物,γ-32PATP为磷的供体,反应混合物总体积为50μl,其中含10μl样品。30℃反应7min后,取反应液25μl置于强阳离子交换滤纸上(1cm×2cm,英国Whatman公司),将滤纸吹干,浸于75 mmol/L磷酸溶液中终止反应。用75 mmol/L磷酸溶液反复洗三次,每次2 min,最后将滤纸烘干,置于含10ml蒸馏水的液闪瓶中,用Beckman液闪仪测定min-1值。通过30℃时每毫克蛋白质每分钟催化γ-32P掺于底物蛋白的pmol数表示PKC活性。蛋白定量采用Lowry法,以牛血清白蛋白为标准蛋白。

    1.4 统计学处理 所有数据均以均数±标准误(±S)表示,利用t-检验法进行组间资料的比较,以P<0.05为差异显著。
, 百拇医药
    2 结果

    2.1 实验室检查结果 糖尿病大鼠血糖值明显高于正常对照组,尿量增多,体重增长受到明显抑制。同时Ccr较对照组明显增高,肾重/体重比值增大,而24h尿蛋白定量两组之间无显著性差异,见表1。

    表1 STZ糖尿病大鼠发病后实验室检查结果(±S)

    体重

    (g)

    尿量

    (ml/d)
, 百拇医药
    血糖

    (mmol/L)

    Ccr

    (ml/min)

    肾重/体重

    (%)

    尿蛋白定量

    (mg/d)

    糖尿病组(n=20)

    177.00±9.07

    64.77±7.79

    26.7±1.44
, http://www.100md.com
    0.58±0.11

    1.2±0.06

    12.58±1.39

    对照组(n=16)

    214.36±13.51

    8.69±3.83

    4.76±0.54

    0.36±0.05

    0.83±0.03

    12.70±2.10

    P

    <0.05
, 百拇医药
    <0.01

    <0.01

    <0.05

    <0.01

    >0.05

    2.2 肾小球内PKC活性变化 糖尿病大鼠肾小球胞浆PKC活性4.81±0.31 pmol/(min.mg protein)(以下单位略),与正常对照组相比有所下降,但差异不显著;胞膜PKC活性1.86±0.12明显高于对照组大鼠1.30±0.06;两组大鼠细胞内总的PKC活性分别为6.95±0.35与7.39±0.48,差异不显著。膜结合PKC百分比糖尿病大鼠为27%±4%,对照组大鼠为18%±3%,糖尿病大鼠明显高于对照组,见表2。表2 初发糖尿病大鼠肾小球内PKC亚细胞分布的变化(±S)
, 百拇医药
    细胞总PKC活性

    (pmol/min.mg pro-1)

    胞浆PKC活性

    (pmol/min.mg pro-1)

    胞膜PKC活性

    (pmol/min.mg pro-1)

    胞膜PKC活性百分比(%)

    糖尿病组(n=10)

    6.95±0.35

, 百拇医药     4.81±0.31

    1.86±0.12

    27±4

    对照组(n=8)

    7.39±0.48

    6.07±0.76

    1.30±0.06

    18±3

    P

    >0.05

    >0.05

    <0.05

, http://www.100md.com     <0.05

    3 讨论

    本实验糖尿病大鼠组血糖明显升高,体重减轻,尿量增多,已达到糖尿病诊断标准。而Ccr比正常对照组增高、肾重/体重比值增加、尿蛋白无变化,可认为此时肾脏病变主要表现为肾小球高滤过及肾脏肥大,处于初发糖尿病状态。

    蛋白激酶C是一种可被钙和磷脂激活的蛋白激酶,广泛存在于各种组织细胞内。静息状态下主要以无活性的形式存在于胞浆中,受到外界刺激时受其特异性底物蛋白吸引自胞浆向胞膜转移,通过对多种膜蛋白的磷酸化发挥其活性作用,广泛参与多种细胞信息传递,离子通道调节,细胞增殖,分化及癌变等一系列与生命现象相关的过程。始动因子PKC的膜转移现象为PKC激活的重要标志[4]

    本研究结果显示,糖尿病大鼠细胞内总的PKC活性与对照组差异不显著,胞浆PKC活性略有下降(P>0.05),胞膜PKC活性明显增高(P<0.05),膜结合PKC百分比显著增加。表明胞膜PKC活性的增高来源于其自胞浆向胞膜的转移,即初发糖尿病状态肾小球PKC被激活。在糖尿病状态下,由于持续性高血糖使细胞内葡萄糖流量增加,葡萄糖可通过糖酵解途径从头合成(de novosynthesis)二酯酰甘油(diacylglycerol,DAG),使细胞内DAG含量增加,DAG可明显增加PKC同钙的亲和性,在生理钙浓度下使PKC完全激活,因此可以认为高血糖为PKC活性增高的主要原因[5]
, 百拇医药
    糖尿病大鼠2周组主要病理表现为肾小球滤过率增高及肾脏肥大,目前认为其发生是一系列血管活性物质及生长因子共同作用的结果,这些物质激活的机制尚不十分清楚。糖尿病大鼠PKC的激活与肾小球高滤过现象同时出现,提示PKC作为细胞内重要的第二信使,可能在糖尿病早期肾脏病变中发挥着重要的调控作用。体外研究的结果亦表明,激活的PKC可以通过有丝分裂原活化的蛋白激酶(mietogen-activated protein kinase,MAPK)途径的活化激活磷酯酶A2,促进细胞内花生四烯酸释放,增加前列腺素(PGE2)、前列环素(PGI2)、血栓素(TXA2)的合成,导致肾小球内舒血管/缩血管物质比率增加,血管扩张[6]。有学者报道,PKC可增加肾小球系膜细胞及入球小动脉内皮细胞iNOS mRNA的表达,增加NO的合成,导致血管扩张[7];而另一些学者的研究则发现,PKC可以抑制由NO介导的环磷酸鸟苷(cGMP)合成,从而引起由cGMP介导的血管收缩功能障碍[8]。双方的实验均证明,PKC抑制剂可抑制由NO介导的血管扩张效应,导致肾脏的高灌注现象。此外PKC在内皮素及表皮生长因子的激活中亦发挥着重要的作用[9]。由此可以推测,高血糖通过激活PKC,活化细胞内多种血管活性物质及生长因子,促进肾小球高滤过现象与肾脏肥大的发生。
, http://www.100md.com
    综上所述,链脲菌素糖尿病大鼠初发糖尿病状态肾小球PKC即被激活,表现为其自胞浆向胞膜的转移;激活的PKC通过参与多种血管活性物质的释放、离子通道的调节构成细胞内重要的信息网络系统,在糖尿病早期肾内血流动力学改变中发挥着重要的调控作用。

    参考文献

    1 The Diabetes Control and Complications Trial Research Group.The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus.N Engl J Med,1993,329(14):977

    2 Wardle EN.How does hyperglycamia predispose to diabetic nephropathy?QJM,1996,89(12):943
, 百拇医药
    3 Ayo SH,Radpik R,Caroni JA et al.High glucose increases diacylglycerol mass and activates protein kinase C in mesangial cell cultures.Am J physiol,1991,261:F571

    4 Nishizuka Y.Intracellular signalling by hydrolysis of phospholipids and activation of protein kinase C.Science,1992,258:607

    5 Craven PA,Davidson CM,Derubertis FR et al.Increase in diacylglyceral mass in isolated glomeruli by glucose from de novo synthesis of glycerolipids.Diabetes,1990,39:667
, http://www.100md.com
    6 Haneda Ⅲ,Araki S,Togawa Ⅲ et al.Mitogen-activated protein kinase cascade is activated in glomeruli of diabetic rats and glomerular mesangial cells cultured under high glucose conditions.Diabetes,1997,46(5):847

    7 Miller BW,Baier LD,Morrison AR.Overexpression of protein kinase C-zeta isoform increases cyclooxygenase-2 and inducible nitric oxide synthase.Am J Physiol,1997,273(1 pt 1):C130

    8 Craven PA,Studer RK,Derubertis FR.Impaired nitric oxide-dependent cyclic guanosine monophosphate generation in glomeruli from diabetic rats.J Clin Invest,1994,93(1):311

    9 Sharma K,Ziyadeh FN.Biochemical events and cytokine interactions linking glucose metabolism to the development of diabetic nephropathy.Semin Nephrol,1997,17(2):80

    (1999-10-21收稿), 百拇医药