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案例精解:糖尿病肾病方向
糖尿病肾病方向
研究思路
第一阶段实验分析1-A
实验分析1-B
实验分析1-C
第二阶段实验分析2-A
实验分析2-B
实验分析2-C
实验分析2-D
结论
糖尿病肾病方向


糖尿病肾病方向锐赛点评

典型文章:

XBP1S Mediates High Glucose-Induced Oxidative Stress and Extracellular Matrix Synthesis in Renal Mesangial Cell and Kidney of Diabetic Rats。


背景:

糖尿病肾病(diabetic nephropathyDN)是由于糖尿病糖代谢异常为主因所致的肾小球病变。它是糖尿病引起的严重和危害性最大的一种慢性并发症,是糖尿病患者的主要死亡原因之一。糖代谢异常所致的内质网压力(ER stress)被证明是诱发DN的一个重要原因。早期DN表现为肾小球基底膜变厚和肾小球肥大而影响肾小球的正常功能。糖代谢所致的高糖环境产生的过量ROS造成肾小球上皮细胞功能障碍和肾小球足细胞的凋亡。肾小球系膜细胞负责维持肾小球囊正常功能和结构,为毛细血管袢和肾小球过滤功能提供结构支持,而过量ROS环境刺激肾小球系膜细胞的增生和过量分泌ECM导致肾小球基底膜变厚和肾小球肥大。关于高糖环境产生ROS的原因,目前已经证明NADPH氧化酶的激活是一个主要的因素,然而,高糖介导的NADPH氧化酶的激活的机制还不清楚。XBP1是一个重要的ER stress传导蛋白。近来,XBP1DN中的变化引起了人们的关注,XBP1有两个异形体(XBP1UXBP1S),Liu Y等已经证明XBP1能够在ER stress条件下对细胞提供保护,但是这种生物功能是如何实现的我们还不清楚。因此,本项研究的主要目的是揭示XBP1在高糖诱导的肾小球细胞氧化压力中的功能。

糖尿病肾病是糖尿病引起的一种最严重的慢性并发症,是糖尿病患者的主要死亡原因之一。探究糖尿病肾病发生发展的关键机制,进而找到抑制病情发展的药物或者治疗方案是目前急需解决的问题。该项研究利用建立成功的体外高糖诱导的肾小球系膜细胞模型,研究XBP1基因对高糖和氧化压力下肾小球系膜细胞的保护机制具有一定临床研究价值,此也是该项研究的一个亮点。

研究思路


第一

验证高糖刺激对肾小球细胞的影响以及NADPH氧化酶的作用 

第二阶段

验证XBP1SHG诱导的MCs细胞氧化压力和病理变化的作用


锐赛点评

该项研究的实验推进共分为两个阶段。首先对体外高糖诱导的细胞模型进行摸索,通过相关病例表型因子和氧化压力水平的检测确认体外模拟的DN的肾小球模型的科学性和可行性。第二阶段在确认模型构建成功后研究XBP1基因对高糖诱导下的MCs细胞的保护作用。整个方案流程逻辑清晰,研究目的明确,操作性合理,结合目前研究基础引入多个创新点,具有一定的临床研究的价值。

第一阶段实验分析1-A
HG处理后XBP1S表达下调,XBP1U表达无显著变化锐赛点评

     


Figure 1. Effect of high glucose on the expression of XBP1S. A: diagram shows the formation of XBP1S from XBP1U mRNA, a 26 bp fragment(from 484 to 509) was deleted during splicing. B: electrophoresis of RT-PCR products indicates MCs expressed both XBP1U and XBP1S. C and D:Western blot and real time PCR result show the expression of XBP1S before and after high glucose treatment (mean 6 SEM, n = 5).E: Western blot result shows the expression of XBP1U before and after high glucose treatment for 48 h (mean 6 SEM, n = 6) *p,0.05 compared to NG; ***p,0.001 compared to NG

研究方案设计思路清晰。首先通过调整MCs状态,设计多次预实验摸索糖浓度,HG处理时间,用以确认细胞状态,最佳糖浓度和HG处理时间,确立体外模拟体内高糖应激的最佳模型。其次,通过特异性引物的巧妙设计,结合WB实验,确认了XBP1基因在高糖应激条件下的表达模式,明确后续重点关注XBP1S的研究思路。


实验分析1-B

HG处理后FNcollagen IV表达增高,而NADPH氧化酶抑制剂DPI能逆转这种HG诱导的现象。

锐赛点评

Figure 2. Effects of high glucose treatment on collagen IV and fibonectin. Western blot results show high glucose treatment increases collagen IV (A) and fibronectin (B) levels (mean 6 SEM, n = 6). DPI reverses high glucose-induced increase in collagen IV and fibronectin expressions(C) (mean 6 SEM, n = 5). *p,0.05 compared to NG; ***p,0.001 compared to NG. #p,0.05 compared with HG.

高糖处理后MCs胞外基质蛋白的分泌明显增高,应证了DN的相关病例表型,证明HG条件下肾小球系膜细胞的体外模型的科学性,同时DPI的实验数据证明了NADPH氧化酶参与了肾小球系膜细胞在ER stress条件下的细胞病理改变,并在此过程中发挥了重要作用。


实验分析1-C

HG处理后p47表达增高,胞内ROS浓度升高。而NADPH氧化酶抑制剂DPI能逆转这种HG诱导的现象。

锐赛点评

Figure 3. Effects of high glucose on ROS generation and p47phox expression. A and B: Observation of ROS generation by DHE fluorescent probe assay (mean 6 SEM, n = 7). C: Western blot analysis on p47phox expression (mean 6 SEM, n = 6). ***p,0.001 compared to NG; ###p,0.001compared to HG.

高糖处理后MCs胞内ROS浓度明显增高,同时p47表达增加。应证了DN的相关病例表型,证明HG条件下肾小球系膜细胞的体外模型的科学性

第二阶段实验分析2-A

XBP1 OE腺病毒感染MCs后靶基因过表达效果明显

锐赛点评

Figure 4. Identification of XBP1S expression after transfection of Ad-GFP or Ad-XBP1S. A: Observation of the cell under fluorescent microscope after transfection of Ad-GFP or Ad-XBP1S for 24 h. B: Western blot analysis on XBP1S protein level after Ad-GFP or Ad-XBP1S transfection for 48 h.

多次预实验结果显示MCs细胞比较敏感,对腺病毒纯度要求高。同时在HG诱导的模拟病理状态下,病毒纯度和感染量以及overexpression效果的平衡则尤为重要,最终实验显示感染效果非常好,过表达效果显著,同时对细胞状态的影响较小,满足了后续研究的需求。


实验分析2-B


XBP1过表达后,HG诱导的FNcollagenIV表达上调受到抑制,提示XBP1参与了HG诱导的MCs细胞应激过程,对HGMCs细胞的损伤有保护作用

锐赛点评

Figure 5. Western blot analysis on ECM expressions in thecultured MCs with or without Ad-XBP1S transfection for 48 h.A: Collagen IV; B: Fibronectin (mean 6 SEM, n = 5). *p,0.05 comparedto NG; #p,0.05 compared with HG.


XBP1抑制肾小球系膜细胞ECM分泌的效果显著,证明了XBP1HG诱导的肾小球系膜细胞损伤的保护作用。


实验分析2-C

XBP1过表达后,HG诱导的p47表达上调和ROS浓度升高受到抑制,提示XBP1参与了HG诱导的MCs细胞胞内氧化应激,对HGMCs细胞的损伤有保护作用

锐赛点评

Figure 6. Changes in p47 and ROS generation after transfection of Ad-GFP or Ad-XBP1S. A: Western blot analysis on p47phox levels in the cultured MCs before and after Ad-XBP1S transfection for 48 h (mean 6 SEM, n = 5). B: Observation of ROS generation by DHE fluorescent probe assay in the cultured MCs before and after Ad-XBP1S transfection for 48 h (mean 6 SEM, n = 8). *p,0.05 compared to NG; #p,0.05 compared with HG; ##p,0.01 compared to HG. C: Western blot analysis on collagen IV and fibronectin levels after transfection of Ad-XBP1S or Ad-XBP1S+xanthine and xanthine oxidase (X?XO) for 48 h in the presence of HG. **p,0.01 compared to Ad-GFP; #p,0.05 compared with Ad-XBP1S (mean 6 SEM, n = 5).

XBP1降低肾小球系膜细胞胞内ROS的水平,证明了XBP1HG诱导的肾小球系膜细胞损伤的保护作用。

实验分析2-D

XBP1敲减后, MCs细胞ECM分泌和p47表达均上调,同时ROS浓度升高,进一步证明了XBP1MCs细胞胞外基质分泌和胞内氧化水平的调控作用

锐赛点评

Figure 6. Changes in p47 and ROS generation after transfection of Ad-GFP or Ad-XBP1S. A: Western blot analysis on p47phox levels in the cultured MCs before and after Ad-XBP1S transfection for 48 h (mean 6 SEM, n = 5). B: Observation of ROS generation by DHE fluorescent probe assay in the cultured MCs before and after Ad-XBP1S transfection for 48 h (mean 6 SEM, n = 8). *p,0.05 compared to NG; #p,0.05 compared with HG; ##p,0.01 compared to HG. C: Western blot analysis on collagen IV and fibronectin levels after transfection of Ad-XBP1S or Ad-XBP1S+xanthine and xanthine oxidase (X?XO) for 48 h in the presence of HG. **p,0.01 compared to Ad-GFP; #p,0.05 compared with Ad-XBP1S (mean 6 SEM, n = 5).

为了进一步证明XBP1基因对MCs细胞的高糖损伤压力下的保护作用,设计者引入siRNA的技术,试图通过XBP1的沉默,实现反向证明XBP1基因的保护作用。siRNA本身是一项很成熟的技术,但是MCs细胞中XBP1基因的表达属于应激表达类型,正常状态下MCs细胞中XBP1基因的本底表达比较低,不适合进行siRNA靶点的筛选。设计者通过多次优化摸索和实验创新,筛选到敲减效果比较显著的靶点,利用该靶点达到了实验预期。此为该部分实验的难点和亮点。


结论
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       In conclusion, in the experiment, we provided the evidence that XBP1S pathway of ER stress was suppressed in HG-treated renal MCs and renal cortex of diabetic rats. The suppression of XBP1S was related the NADPH oxidase activity and HG-induce ROS overproduction and consequent ECM synthesis. How does the HG treatment influence XBP1S pathway and whether XBP1S pathway can be a target modulating HG-induced oxidative stress and renal damage need further investigations.

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