Curcumin prevents potassium dichromate (K?Cr?O?)-induced renal hypoxia

姜黃素預(yù)防重鉻酸鉀誘導(dǎo)的腎缺氧

來源：Food and Chemical Toxicology，volume：121，2018，pages 472-482

《食品與化學(xué)毒理學(xué)》，第121卷，2018年，第472-482頁

 

摘要

摘要闡述了重鉻酸鉀（K?Cr?O?）誘導(dǎo)的腎病變與氧化應(yīng)激相關(guān)，活性氧（ROS）的產(chǎn)生會影響腎臟氧合作用，這可能參與腎損傷的進(jìn)展。本研究旨在闡明K?Cr?O?誘導(dǎo)的腎病變是否與組織氧分壓（pO?）受損有關(guān)，以及姜黃素是否能預(yù)防這種損傷。研究結(jié)果表明，K?Cr?O?給藥會升高腎功能標(biāo)志物，降低腎小球?yàn)V過率、腎組織pO?和腎臟灌注。在血流動力學(xué)參數(shù)方面，K?Cr?O?增加了平均動脈壓和腎血管阻力，降低了腎血流量。這些血流動力學(xué)變化歸因于一氧化氮（NO）可用性降低和3-硝基酪氨酸水平升高。此外，K?Cr?O?給藥后還觀察到超氧陰離子產(chǎn)生增加和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）水平升高。姜黃素預(yù)處理減輕了上述所有改變。結(jié)果提示，姜黃素在K?Cr?O?誘導(dǎo)的腎病變中的保護(hù)作用與其防止氧氣供應(yīng)減少的能力有關(guān)。

 

研究目的

本研究的主要目的是探討K?Cr?O?誘導(dǎo)的腎病變是否與腎組織氧分壓（pO?）受損有關(guān)，以及姜黃素是否能預(yù)防這種pO?損傷。

 

研究思路

研究思路基于K?Cr?O?腎毒性與氧化應(yīng)激和活性氧/活性氮（ROS/RNS）過量產(chǎn)生相關(guān)的已知背景。假設(shè)ROS/RNS會減少NO的可用性，而NO是血管張力和氧氣利用的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，從而可能影響腎臟氧合。研究通過建立大鼠動物模型，設(shè)置對照組、K?Cr?O?處理組、姜黃素預(yù)處理+K?Cr?O?組以及姜黃素單獨(dú)處理組，在給藥后48小時進(jìn)行評估。研究系統(tǒng)地測量了腎功能標(biāo)志物、血流動力學(xué)參數(shù)（如平均動脈壓、腎血流量、腎血管阻力）、腎小球?yàn)V過率、腎組織pO?、腎臟灌注、NO代謝物排泄、超氧陰離子產(chǎn)生、相關(guān)蛋白（如eNOS, VEGF）表達(dá)水平以及組織病理學(xué)變化，從而綜合分析K?Cr?O?對腎缺氧的影響及姜黃素的干預(yù)作用。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1.  腎功能標(biāo)志物：測量了蛋白尿、血漿肌酐（Pcreat）和血尿素氮（BUN）。這些數(shù)據(jù)表明K?Cr?O?導(dǎo)致了腎功能損傷，而姜黃素能減輕這種損傷。意義在于直接反映了腎臟的濾過和排泄功能狀態(tài)。數(shù)據(jù)來自圖1A, 1B, 1C。

 

2.  腎臟氧分壓（pO?）：使用丹麥Unisense OX-10微電極測量腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)的氧分壓。數(shù)據(jù)顯示K?Cr?O?顯著降低了皮質(zhì)和髓質(zhì)的pO?，并消除了正常的皮髓質(zhì)氧分壓梯度，姜黃素能預(yù)防這些變化。意義在于直接證實(shí)了K?Cr?O?能引起腎組織缺氧，這是本研究的核心發(fā)現(xiàn)。數(shù)據(jù)來自圖2A, 2B。

 

3.  腎臟灌注：使用激光多普勒血流儀測量。數(shù)據(jù)顯示K?Cr?O?降低了腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)的灌注量，姜黃素能預(yù)防此變化。意義在于表明腎臟血流供應(yīng)的減少是導(dǎo)致缺氧的重要原因。數(shù)據(jù)來自圖3A, 3B。

 

4.  血流動力學(xué)參數(shù)：測量了腎血流量（RBF）、平均動脈壓（MAP）、腎血管阻力（RVR）、腎小球?yàn)V過率（GFR）、腎血漿流量（RPF）和濾過分?jǐn)?shù)（FF）。結(jié)果顯示K?Cr?O?降低了RBF和GFR，增加了MAP和RVR，姜黃素能逆轉(zhuǎn)這些變化。意義在于揭示了K?Cr?O?如何通過影響全身和腎臟局部血流動力學(xué)來導(dǎo)致腎損傷。數(shù)據(jù)來自圖5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F。

 

5.  一氧化氮通路相關(guān)指標(biāo)：測量了尿液中NO??/NO??排泄量（反映NO產(chǎn)量）、NOS產(chǎn)生的超氧陰離子（O??˙）以及eNOS蛋白水平。結(jié)果顯示K?Cr?O?減少了NO產(chǎn)量，增加了O??˙產(chǎn)生（提示NOS解偶聯(lián)），但不改變eNOS蛋白量，姜黃素能改善這些指標(biāo)。意義在于闡明了K?Cr?O?通過引起氧化應(yīng)激和NOS解偶聯(lián)，減少具有血管舒張作用的NO，從而導(dǎo)致腎血管收縮和血流減少。數(shù)據(jù)來自圖6A, 6B, 6C。

 

6.  血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）水平：通過Western blot檢測。結(jié)果顯示K?Cr?O?增加了VEGF水平，姜黃素能阻止此升高。意義在于VEGF是缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）的靶基因，其升高間接證實(shí)了腎組織缺氧的存在，可能是機(jī)體對缺氧的代償反應(yīng)。數(shù)據(jù)來自圖7。

 

7.  組織形態(tài)學(xué)和免疫組化：觀察了腎臟組織結(jié)構(gòu)、小動脈管腔面積以及3-硝基酪氨酸（3-NT，反映硝化應(yīng)激）的沉積。結(jié)果顯示K?Cr?O?引起腎小管上皮細(xì)胞壞死、小動脈管腔面積縮小（血管收縮）以及3-NT在腎小管和小動脈壁的沉積增加，姜黃素能減輕這些病變。意義在于從組織病理學(xué)角度直觀證實(shí)了氧化硝化應(yīng)激、血管收縮和結(jié)構(gòu)損傷。數(shù)據(jù)來自圖8A-K和表1（部分解剖參數(shù)）。

 

 

 

結(jié)論

1.  K?Cr?O?給藥會導(dǎo)致腎功能障礙、腎組織缺氧（pO?降低）、腎臟灌注減少以及血流動力學(xué)紊亂（腎血流量下降、血壓升高、腎血管阻力增加）。

2.  上述變化的機(jī)制與K?Cr?O?誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激有關(guān)，特別是NOS解偶聯(lián)導(dǎo)致超氧陰離子產(chǎn)生增加和一氧化氮生物利用度降低，進(jìn)而引起血管收縮、腎血流量減少和缺氧。

3.  腎組織缺氧會激活缺氧應(yīng)答通路，如表現(xiàn)為VEGF水平升高。

4.  姜黃素預(yù)處理能夠通過其抗氧化特性，減輕氧化應(yīng)激，改善一氧化氮信號通路，從而維持腎血流量和腎臟灌注，防止K?Cr?O?誘導(dǎo)的腎組織缺氧和隨之而來的腎功能損傷。

5.  研究表明，腎組織氧分壓降低是K?Cr?O?誘導(dǎo)腎病變的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而姜黃素的保護(hù)作用與其維持腎臟氧供應(yīng)密切相關(guān)。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense OX-10 Clark型微電極直接測量腎組織pO?在本研究中具有至關(guān)重要的研究意義。首先，該方法提供了直接、實(shí)時的組織氧分壓數(shù)據(jù)，能夠精確反映腎臟不同區(qū)域（皮質(zhì)和髓質(zhì)）的氧合狀態(tài)，這是間接方法（如血氧測定法）無法實(shí)現(xiàn)的。本研究成功證實(shí)了K?Cr?O?不僅降低了整體腎氧分壓，還消除了正常的皮髓質(zhì)氧分壓梯度，這為了解其腎毒性提供了新的維度。其次，通過將pO?數(shù)據(jù)與腎臟灌注、腎血流量等血流動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析（如圖4所示的相關(guān)性分析），研究有力地證明了腎血流量減少是導(dǎo)致組織缺氧的主要原因，從而將氧化應(yīng)激、血流動力學(xué)改變和組織缺氧有機(jī)地聯(lián)系起來，構(gòu)建了完整的病理生理鏈條。此外，觀察到的pO?變化為解釋后續(xù)發(fā)現(xiàn)的VEGF水平升高提供了直接證據(jù)，因?yàn)閂EGF是缺氧的響應(yīng)指標(biāo)。最后，該方法的應(yīng)用使得評估姜黃素對腎組織氧合的直接影響成為可能，明確了其保護(hù)作用的一個重要機(jī)制在于改善腎臟的氧供應(yīng)。總之，Unisense電極的應(yīng)用使本研究能夠超越傳統(tǒng)的功能和組織學(xué)指標(biāo)，從組織氧平衡這一更深層次揭示了K?Cr?O?腎毒性的新機(jī)制和姜黃素的保護(hù)作用靶點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了缺氧在急性腎損傷中的關(guān)鍵作用。