本研究为用薯蓣菌根瘤 (DNR) 的活性成分薯蓣星 (DIO) 治疗免疫球蛋白 A 肾病 (IgAN) 提供了实验数据,并为研究体内和体外草药的作用和潜在机制提供了范例。
循环半乳糖缺陷型 IgA1 (Gd-IgA1) 的增加是由于粘膜免疫反应过程中 IgA 阳性分泌细胞过度激活引起的,是 IgA 肾病 (IgAN) 发病机制的关键环节。派尔斑是 B 淋巴细胞转化为分泌 IgA 的浆细胞的重要部位,是 IgA 的主要来源。此外,核心 1β-1,3-半乳糖基转移酶 (C1GalT1) 及其分子伴侣 C1GalT1 特异性分子伴侣 (Cosmc) 的较低表达与 IgAN 患者 IgA1 的糖基化异常有关。我们的临床经验表明,日本薯蓣 (DNR) 草药可以缓解 IgAN 患者的蛋白尿和血尿,并改善肾功能。薯蓣星 (DIO) 是 DNR 的主要活性成分之一,具有多种药理活性。本研究探讨了 DIO 治疗 IgAN 的可能机制,通过粘膜免疫诱导建立 IgAN 模型小鼠。将小鼠分为对照组、模型组和 DIO 管饲法组。免疫荧光和免疫组化检测小鼠肾小球 IgA 沉积、肾脏病理变化以及 Peyer 斑块中 B 细胞标志物 CD20 和 CXCR5 的表达。脂多糖 (LPS) 刺激后,通过细胞计数试剂盒 8 (CCK-8) 、酶联免疫吸附测定 (ELISA) 检测、实时定量聚合酶链反应 (QRT-PCR) 和蛋白质印迹 (WB) 研究 DIO 对 DAKIKI 细胞增殖、IgA 和 Gd-IgA1 分泌、C1GalT1 和 Cosmc 表达的影响。在 体内研究中 ,DIO 减轻了 IgAN 模型小鼠 IgA 沉积伴肾小球系膜增生和 Peyer 斑中 CD20 和 CXCR5 表达增加。 体外 研究表明,0.25 μg/mL 至 1.0 μg/mL DIO 抑制 LPS 诱导的 DAKIKI 细胞增殖、IgA 和 Gd-IgA1 分泌,并上调 C1GalT1 和 Cosmc 的 mRNA 和蛋白表达。本研究表明,DIO 可能通过抑制分泌 IgA 的细胞的过度激活和上调 C1GALT1/Cosmc 表达来减少 Gd-IgA1 的产生。
IgA 肾病 (IgAN) 是最常见的原发性肾小球肾炎类型,目前尚无特异性治疗方法,它仍然是终末期肾病的重要原因1。尽管 IgAN 的发病机制仍不完全清楚,但“多重命中假说”已被普遍接受,并得到大量临床和实验研究证据的支持2。IgAN 的发病机制包括激活 B 细胞和产生半乳糖缺陷型 IgA1 (Gd-IgA1)3。在粘膜免疫反应期间,由于 IgA 分泌细胞的过度增殖和激活,循环 Gd-IgA1 的增加是 IgAN 发病机制的关键环节 4,5,6。作为 B 淋巴细胞表型向分泌 IgA 的细胞增殖和激活的中心场所,Peyer 贴片是 IgA 分泌的主要来源,与 IgAN 的发生和发展密切相关 7,8。此外,分泌 IgA1 的细胞的增殖,以及核心 1β-1,3-半乳糖基转移酶 (C1GalT1) 和 C1GalT1 特异性分子伴侣 (Cosmc) 的表达,与 IgA1 的异常糖基化有关,这会导致 IgAN 患者产生 GD-IgA1 6,9。
近年来,草药治疗 IgAN 的临床研究取得了进展。益气清洁方是广安门医院肾内科治疗IgAN的必备方剂。本组既往研究发现,益气清洁方治疗后 IgAN 患者血清中 Gd-IgA1 降低。作为益气清解方中最常用的草药之一,薯蓣科 (DNR) 是薯蓣的干燥根茎,具有调节免疫、抑制炎症、缓解咳嗽和哮喘等多种功能10,11。几位学者用 DNR 治疗 IgAN 并取得了良好的结果 12,13,14。作为 DNR15 中的主要活性成分,薯片素 (DIO) 可降低尿酸、抑制纤维化、抑制炎症反应和抗氧化应激16,17。因此,DIO 可能具有抑制细胞分泌过量的 Gd-IgA1 并发挥特异性肾脏保护作用的新型作用机制。尽管如此,尚未报道 DIO 治疗 IgAN 的作用机制。
为探索 DIO 对 IgAN 的潜在治疗机制,为治疗 IgAN 提供新方法,我们开展了 DIO 对 IgAN 体内外治疗效果的实验。
广安门市医院伦理委员会批准了该实验(动物实验伦理批准文号:IACUC-GAMH-2023-003)。
1. 为实验程序准备小鼠
2. 组织学分析
3. Peyer 斑的免疫组织化学分析
4. 肾脏 IgA 免疫荧光
5. 细胞培养
6. 用于在正常 DAKIKI 细胞上筛选安全浓度 DIO 的 LDH 细胞毒性测定
7. CCK-8 检测 DIO 对 DAKIKI 细胞增殖影响的检测
8. ELISA 检测 DIO 对 DAKIKI 细胞分泌 IgA 和 Gd-IgA1 的影响
9.qRT-PCR 检测 DIO 对 DAKIKI 细胞 C1GALT1 和 Cosmc mRNA 水平的影响
10. Western blotting 用于检查 DIO 对 DAKIKI 细胞中 C1GALT1 和 Cosmc 蛋白表达的影响
11. 统计分析
DIO 对 IgAN 小鼠模型肾组织的影响
与对照组相比,粘膜免疫诱导的 IgAN 小鼠模型(模型组)蛋白尿显著增加(补充 图 2),IgA 沉积在系膜区可见,荧光均匀分布在整个系膜区 (图 1A),肾组织的 PAS 染色显示系膜细胞增殖和基质增生 (图 1B),在 DIO 管饲法组 (DIO 组) 中降低。
DIO 对 Peyer 斑块 B 淋巴细胞的影响
Peyer 贴片是 B 淋巴细胞转化为 IgA 分泌细胞的主要位点。我们以 Peyer 贴片为研究对象,通过检测 B 细胞标志物 CD20 和 CXCR5 的表达来观察 DIO 对 B 淋巴细胞的影响。免疫组化结果显示,模型组CD20和CXCR5表达显著高于对照组。DIO 可以抑制上述分子标志物的表达 (图 2A、B)。
DIO 在 DAKIKI 细胞上的安全浓度范围
LDH 是质膜完整性的标志物和细胞死亡的指标,较高的 LDH 释放率表明细胞损伤更严重。采用 LDH 释放试验确定 DIO 的安全浓度范围。DIO 的最大安全浓度由低于 10% 的 LDH 释放率确定。结果(图 3)显示,DIO 在 0.25 至 1.0 μg/mL 的浓度下没有诱导明显的细胞毒性。因此,以下研究使用 0.25 、 0.5 和 1.0 μg/mL DIO 作为给药水平。
DIO 对 DAKIKI 细胞增殖的影响
实验结果(图 4)显示,与模型组 (LPS 刺激组) 相比,DIO 以浓度依赖性方式抑制 LPS 诱导的 DAKIKI 细胞增殖。浓度为 0.5 和 1.0 μg/mL 的 DIO 显著抑制 LPS 诱导的 DAKIKI 细胞增殖 (P < 0.01)。
DIO 对 DAKIKI 细胞分泌功能的影响
Gd-IgA1 水平与 IgAN 的病理过程密切相关,总 IgA 作为细胞分泌功能的指标一起检测。ELISA 检测 DAKIKI 细胞培养物上清液中 IgA 和 Gd-IgA1 含量。结果显示 (图 5A、B) 与对照组相比,受 LPS 刺激的 DAKIKI 细胞分泌更多的 IgA (P < 0.01)。相比之下,DIO 以浓度依赖性方式显着抑制 DAKIKI 细胞分泌 IgA (P < 0.01)。与对照组相比,LPS 刺激的 DAKIKI 细胞分泌更多的 Gd-IgA1 呈统计学趋势 (P < 0.10),DIO 抑制 LPS 刺激的 DAKIKI 细胞分泌 Gd-IgA1 呈浓度依赖性 (P < 0.05 和 P < 0.01),其中 1.0 μg/mL 的 DIO 显著抑制 Gd-IgA1 的分泌,抑制率为 25%。
DIO 的机制抑制 DAKIKI 细胞分泌 Gd-IgA1
为进一步探讨 DIO 抑制 DAKIKI 细胞过度分泌 Gd-IgA1 的可能机制,qRT-PCR 检测 DAKIKI 细胞中糖基化转移酶 C1GALT1 和伴侣蛋白 Cosmc mRNA 的水平,结果显示(图 6A,B)与对照组相比,模型组 DAKIKI 细胞中 C1GALT1 和 Cosmc mRNA 的相对表达下调(P < 0.01)。与模型组相比,DIO 在不同程度上上调了 C1GALT1 和 Cosmc 的相对 mRNA 表达,DIO 1.0 μg/mL 显著上调了 C1GALT1 和 Cosmc 的相对 mRNA 表达 (P < 0.05)。
同时,采用 WB 法检测 DIO 对 DAKIKI 细胞中 C1GALT1 和 Cosmc 蛋白表达的影响。与对照组相比,模型组 DAKIKI 细胞中 C1GALT1 和 Cosmc 蛋白表达明显下降 (P < 0.05)。与模型组相比,DIO 干预后 C1GALT1 和 Cosmc 蛋白表达上调。C1GALT1 和 Cosmc 的蛋白表达在 1.0 μg/mL 的浓度下被 DIO 显着上调 (P < 0.05) (图 7A-C)。
图 1:肾脏的组织病理学。 (A) 免疫荧光显微镜。各组小鼠肾脏切片用抗 IgA (绿色) 和 DAPI (蓝色) 染色。上面的图片比例尺 = 200 μm。下图比例尺 = 50 μm。n = 每组 6 个。(B) 对照组、模型组和 DIO 组小鼠肾组织 PAS 染色的代表性图片。比例尺 = 30 μm。向下的箭头显示系膜细胞,向上的箭头显示基质。比例尺 = 30 μm。n = 每组 6 个。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 2:DIO 对 B 淋巴细胞标志物的影响。 (A) Peyer 贴片中 CD20 的表达。比例尺 = 200 μm。n = 每组 6 个。(B) CXCR5 在 Peyer 贴中的表达。比例尺位于图像的右下角。比例尺 = 200 μm。n = 每组 6 个。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3.筛选 DAKIKI 细胞上 DIO 的安全浓度。 统计值表示为来自三个独立实验的 SD ±平均值。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4.不同浓度的 DIO 会影响 DAKIKI 细胞的增殖。 数据以平均值 ±SD. 与对照组相比,**P < 0.01;与模型组相比, #P < 0.05' ##P < 0.01;所有实验的结果重复 3 次。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 5.DIO 抑制 DAKIKI 细胞分泌 IgA 和 Gd-IgA1。 (A) ELISA 法检测各组 IgA 表达。(B) ELISA 法检测各组 Gd-IgA1 的表达。数据表示为 SD ±平均值。与对照组相比,**P < 0.01;与模型组相比, #P < 0.05, ##P < 0.01;所有实验结果均重复 3 次。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 6.DIO 的机制抑制 DAKIKI 细胞过度分泌 Gd-IgA1。 (A) QRT-PCR 检测 C1GALT1 的 mRNA 表达。(B) QRT-PCR 检测 Cosmc 的 mRNA 表达。数据表示为 SD ±平均值。与对照组相比,**P<0.01;与模型组相比, #P < 0.05, ##P < 0.01;所有实验结果均重复 3 次。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 7.DIO 影响 DAKIKI 细胞中 C1GALT1 和 Cosmc 的蛋白表达。 (A) WB 验证了 DIO 上调 C1GALT1 和 Cosmc 蛋白表达。(B) 使用图像 J 对 C1GALT1 表达进行半定量分析。(C) 使用图像 J 对 Cosmc 表达进行半定量分析。数据以平均值 ±SD. 与对照组相比,*P < 0.05;与模型组相比, #P < 0.05,##P < 0.01,所有实验结果重复 3 次。 请单击此处查看此图的较大版本。
补充图 1.体内模型的架构。请单击此处下载此图。
补充 图 2.蛋白尿的变化。 数据表示为 SD ±平均值;n = 每组 6 个。 请点击此处下载此图表。
IgAN 的特征性病理特征是含有 IgA1 和 GD-IgA1 的免疫复合物在肾小球系膜区沉积21,22。减少免疫复合物的形成可以减少肾损伤并缓解 IgAN 的临床症状。在体内实验中,我们研究了 DIO 对 IgAN 的治疗效果,我们发现 DIO 可以减少 IgAN 模型小鼠肾脏中的 IgA 沉积。结果表明,肾脏中分泌 IgA 的细胞积累与 IgAN23 的发病机制有关。Peyer 斑作为 B 淋巴细胞增殖和活化的重要部位,是 IgA 分泌细胞的重要来源,因此我们检测了 Peyer 斑中 B 淋巴细胞标志物 (CD20、CXCR5) 的表达,发现 DIO 可以抑制 IgAN 小鼠模型中 B 淋巴细胞的表达。这些实验结果可为应用 DIO 治疗 IgAN 提供依据。
我们在 体外 进行了以下实验,以进一步研究 DIO 对 IgAN 的作用机制。首先,前面已经证明 DAKIKI 是一种分泌 IgA1 的 EBV 永生化 B 细胞系,其中一部分是 GD-IgA124,是药物对 IgAN 作用机制的 体外 研究的理想选择。我们选择 DAKIKI 细胞来研究 DIO 治疗 IgAN 的分子机制。此外,粘膜炎症免疫反应在 IgAN 的发病机制中起着不可或缺的作用。如上所述,我们使用 LPS 刺激 DAKIKI 细胞,DAKIKI 细胞可以释放促炎因子并介导炎症反应,这可以更好地模拟 IgAN 中粘膜免疫反应的机制。 体外 细胞模型可能有助于研究其他药物治疗 IgAN 的可能性和机制。结果表明,DIO 以浓度依赖性方式抑制 LPS 刺激的 DAKIKI 细胞的增殖。DIO 可抑制 LPS 刺激引起的 DAKIKI 细胞中 IgA 和 Gd-IgA1 的分泌,并上调 DAKIKI 细胞中 C1GalT1 及其伴侣 Cosmc 的 mRNA 和蛋白表达,表明 DIO 可以通过上调 C1GALT1/Cosmc 表达来减少 Gd-IgA1 的分泌,从而抑制 DAKIKI 细胞的过度活化。
在实验过程中应注意关键步骤。DAKIKI 细胞上清液中 Gd-IgA1 的浓度不在 ELISA 试剂盒的检测范围内(1.56~100 ng/mL),收集的上清液必须用超滤管离心,得到浓的 Gd-IgA1。此外,确保从每组开始的上清液体积相同,并且超滤后获得的浓缩物的最终体积相同。
在这项研究中,我们同时使用 了体外 和 体内 方法,它们在药理作用上可以相互支持,并为研究草药的作用及其机制提供了一个例子。此协议中有些内容可以改进。首先,我们没有检测到小鼠 DIO 管饲法组的血液浓度;因此,在 体外 实验中不使用相当于血液浓度的 DIO 浓度。其次,仅研究了 DNR 的活性成分 DIO 单体;DNR 的其他成分对 IgAN 的影响仍需进一步研究。
总之,本研究为用 DNR 的活性成分 DIO 治疗 IgAN 提供了实验依据。本研究通过模拟 体外 和 体内 IgAN 的粘膜免疫反应建立了 IgAN 的细胞病理模型。它为研究中医预防和治疗 IgAN 提供了新思路。
作者声明他们没有相互竞争的经济利益。
这项工作得到了中国国家自然科学基金 (81973675) 的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-CD20/MS4A1 Antibody | Boster Biotechnology Company | A03780-3 | |
Antifade mounting medium | Beyotime, Shanghai, China | P0128S | |
Balb/c mice | Beijing Weitong Lihua Laboratory Animal Technology Co., Ltd. | 110322220101424000 | |
blocking serum | Solarbio, Beijing, China | SL038 | |
Bovine gamma globulin | ShangHai YuanYe Biotechnology Company | S12031 | |
C1GALT1 polyclonal antibody | Proteintech Group, Inc,USA | 27569-1-AP | |
Citrate antigen retrieval solution(50×) | Phygene Biotechnology Company | PH0422 | |
COSMC polyclonal antibody | Proteintech Group, Inc,USA | 19254-1-AP | |
Cytotoxiciy detection kit | Roche Company | 4744926001 | |
Dako REAL EnVision detection system, Peroxidase/DAB+ | Dako | K5007 | |
DAPI | Invitrogen | D1306 | |
Dioscin | National Institute For Food and Drug Control | 111707-201703 | |
DIO tablets | Chengdu No 1 Pharmaceutical Co. Ltd. | H51023866 | |
ECL working solution | Merck Biotechnology, Inc | WBKLS0100 | |
Enhanced cell counting kit-8 | Beyotime, Shanghai, China | C0043 | |
Fasking one-step removal of gene cDNA first-strand synthesis premix | TIANGEN,Beijing, China | KR118-02 | |
Glycogen Periodic acid Schiff (PAS) stain kit | BaSO Biotechnology Company | BA4080A | |
Goat anti-mouse IgA-AF488 | SouthernBiotech | 1040-30 | |
Goat anti-rabbit IgG antibody (H+L), HRP conjugated | BeiJing Bioss Biotechnology Company | BS-0295G-HRP | |
Human Gd-IgA1 ELISA kit | IBL | 27600 | |
Human IgA ELISA kit | MultiSciences (LiankeBio) | 70-EK174-96 | |
Pierce BCA protein assay kit | Thermo Scientific | 23227 | |
PMSF solution | Beyotime, Shanghai, China | ST507 | |
Proteinase K | Phygene Biotechnology Company | PH1521 | |
Rabbit anti-CXCR5 polyclonal antibody | BeiJing Bioss Biotechnology Company | bs-23570R | |
RIPA lysis buffer | Beyotime, Shanghai, China | P0013B | |
RNAsimple total RNA extraction kit | TIANGEN,Beijing, China | DP419 | |
RPMI Medium 1640 | Solarbio, Beijing, China | 31800 | |
Super-Bradford protein assay kit | CWBIO, Beijing, China | CW0013 | |
Triton X-100 | Beyotime, Shanghai, China | ST795 | |
β-Actin Rabbit mAb | Abclonal, Wuhan, China | AC026 |
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