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编号:10237930
ICE Bcl-2 Bax p53在糖尿病早期大鼠肾小管和集合管上皮细胞中表达
http://www.100md.com 《川北医学院学报》 1999年第3期
     作者:康健 羊惠君 李爱冬

    单位:康 健 (川北医学院人体解剖学教研室 南充 637000);羊惠君 李爱冬 (华西医科大学人体解剖学教研室)

    关键词:糖尿病早期;肾小管和集合管上皮细胞;ICE、p53、Bcl-2和Bax

    川北医学院学报990303 摘 要 目的:为了解糖尿病早期肾小管和集合管上皮细胞凋亡过程中ICE、Bcl-2、Bax、p53是否参与调控。方法:雄性Wistar大鼠60只,四氧嘧啶(alloxan)尾静脉注射(50mg/kg)造糖尿病模型;石蜡包埋肾切片经ICE、Bcl-2、Bax、p53免疫组化染色。结果:ICE、Bcl-2、Bax、p53蛋白分别在肾小管和集合管上皮细胞两次凋亡发生前或发生时表达。结论:p53蛋白的表达可能反应了高血糖致使肾小管、集合管上皮细胞DNA损伤;Bax表达增强可能有使Bcl-2与Bax的比值发生变化,以及在两次凋亡发生前ICE表达增强均与受损的肾小管、集合管上皮细胞凋亡有关。
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    文章编号:1005-3697(1999)03-0005-03 中图分类号:R587.1 文献标识码:A

    ICE、Bcl-2、Bax、p53 expression in the renal tubular and collecting tubular epithelial cells of the rats in the early phase of diabetes mellitus

    Kang Jian,Yang Hujun,Li Aidon

    (Department of Anatomy,North Sichuan Medical College;Department of Anatomy,West China University of Medical Sciences)

    ABSTRACT Objective:The aim of this study was to understand the roles of ICE、Bcl-2、Bax and p53 in the process of apoptosis in the tubular and collecting tubules epithelial cells of rats with diabetes mellitus (DN)for 140 days.Methods:60 male wistar rats were injected with alloxan(50mg/kg)by tail vein;immunohistochemical techniques were used to identify ICE、Bcl-2、Bax and p53 showing mmunoreaction in the different sections of kidneys.Results:ICE、Bcl-2、Bax and p53 expressed in the opithelial cells of the proximal tubules,the medullary loop and the distal tubules before or on the apoptosis,respectively.Conclusion:Expression of p53 implied that it resulted in the DNA damage of the tubular and collecting epithelial cells.The expression of Bax altered the ratio of Bcl-2 to Bax,and the expression of ICE accelerated before two apoptotic emergence,they were probably related to the apoptosis of the injured tubular and collecting epithelial cells.
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    Key Words Early diabetic The tubular and the collecting epithelial cell ICE p53 Bcl-2 and Bax

    对细胞增殖研究已有百多年的历史,现特别注意相关基因的调控作用。近几年逐渐认识到细胞死亡,尤其是细胞凋亡不仅有着特殊的生物学意义,而且有着复杂的分子生物学机制。细胞凋亡在胚胎发育、疾病的发生与转归方面均有一定的作用,因此受到医学各个领域的广泛关注。目前,对调节细胞凋亡过程的相关基因表达的研究已形成新的热点。本文作者在以往的实验中观察到,在糖尿病早期大鼠肾小管上皮细胞发生两次凋亡加速[1],尤其是第二次细胞凋亡范围广持续时间长。为了解在糖尿病早期肾小管上皮细胞凋亡过程中ICE、Bcl-2、Bax、p53是否参与调控,作者设计了本实验。

    1 材料与方法

    1.1 糖尿病大鼠模型 健康雄性Wistar大鼠(华西医科大学实验动物中心提供),体重200~300g,四氧嘧啶(alloxan)尾静脉注射(50mg/kg)造糖尿病模型,24 h 后测尿糖、血糖。尿糖(+++)、血糖25mmol/L(正常为6mmol/L以下)以上的为模型鼠,分别在7、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 d处死两只模型鼠,以及两只同窝未注射大鼠,作为对照共计60只。处死前按30mg/kg苯巴比妥腹腔注射麻醉,4%多聚甲醛经心灌注固定,取出肾,经脱水、透明、包埋后,制7μm厚的连续石蜡切片。
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    1.2 免疫组化染色 切片经脱蜡、水化后,用0.03%甲醇-过氧化氢处理5 min,再经0.1%胰蛋白酶消化5 min。用Santa Cruz公司生产的单克隆抗p53血清(1∶100),单克隆抗Bcl-2血清(1∶100),多克隆抗Bax血清(1∶200),多克隆抗ICE血清(1∶200)为一抗孵育切片过夜(4℃);生物素标记的抗鼠(兔)IgG血清(Vector公司)孵育2 h(室温);DAB-H2O2成色;苏木素背景染色,光镜观察。

    2 结 果

    2.1 p53免疫组化染色 对照组大鼠肾近曲小管、髓襻、远曲小管、髓质集合管上皮细胞核p53染色阴性。实验组大鼠肾近曲小管、远曲小管上皮细胞核在15 d、110 d p53染色阳性,髓质集合管髓襻上皮细胞核在20~27 d、110~140 p53染色阳性(图1)。
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    图1 p53染色阳性细胞在糖尿病模型鼠肾中的分布

    A.130 d近曲小管上皮细胞核(↑),×1000 B.130 d远曲小管上皮细胞核(↑),×400 C.130d集合管上皮细胞核(↑),×400 D.130 d髓襻上皮细胞核(↑),×400

    2.2 Bcl-2免疫组化染色 对照组大鼠肾近曲小管、远曲小管Bcl-2染色阴性,髓襻、髓质集合管上皮细胞Bcl-2染色阳性。实验组大鼠肾近曲小管、远曲小管上皮细胞在15 d、90 d Bcl-2染色阳性,髓质集合管、髓襻粗段与细段上皮细胞在15~30 d、60~70 d、110~140 d Bcl-2染色阳性(图2)。

    图2 Bcl-2染色阳性细胞在糖尿病模型鼠肾中的分布,×400

, http://www.100md.com     A.130 d近曲小管上皮细胞核(↑) B.130 d远曲小管上皮细胞核(↑)

    C.130 d集合管上皮细胞核(↑) D.130 d髓襻上皮细胞核(↑)

    2.3 Bax免疫组化染色 对照组大鼠肾近曲小管、髓质集合管Bax染色弱阳性,远曲小管、髓襻粗段与细段上皮细胞Bax染色阴性。实验组大鼠肾近曲小管、远曲小管上皮细胞在7~20 d、60~140 d Bax染色阳性,髓质集合管、髓襻上皮细胞在7~60 d、80~140 d Bax染色阳性(图3)。

    图3 Bax染色阳性细胞在糖尿病模型鼠肾中的分布,×400

    A.80 d近曲小管上皮细胞核(↑) B.80 d远曲小管上皮细胞核(↑)
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    C.80 d集合管上皮细胞核(↑) D.80 d髓襻上皮细胞核(↑)

    2.4 ICE免疫组化染色 对照组大鼠肾近曲小管、髓襻、远曲小管、髓质集合管上皮细胞ICE免疫组化染色阴性。实验组大鼠,在20 d、60~110 d 近曲小管上皮细胞ICE染色阳性,在20 d、90~140 d 远曲小管上皮细胞ICE染色阳性,在20~30 d、70~140 d 髓质集合管、髓襻上皮细胞ICE染色阳性(图4)。

    图4 ICE染色阳性细胞在糖尿病模型鼠肾中的分布,×400

    A.90 d近曲小管上皮细胞核(↑) B.90 d远曲小管上皮细胞核(↑)

    C.90 d集合管上皮细胞核(↑) D.90 d髓襻上皮细胞核(↑)
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    3 讨 论

    以往我们的实验发现糖尿病早期大鼠肾小管、集合管上皮细胞有间歇性凋亡加速[1],本次实验观察到在间隙性凋亡加速时期p53、Bax、Bcl-2和ICE都有表达,说明这四种基因产物与凋亡加速发生有关。

    3.1 p53 p53是一种转录因子,在细胞的G1期监视细胞基因组的完整性,如果DNA遭到破坏时,DNA依赖蛋白激酶(DNA-PK)活化p53,使p53蛋白特异地结合在DNA序列上[2],直到损坏的DNA得到修复为止。如果修复失败,p53可有效地诱发细胞凋亡[3],阻止有癌变倾向的突变细胞产生。因此,p53具有“基因卫士”称号。本次实验中观察到,近曲小管、髓襻、远曲小管、集合管上皮细胞核第一、二次凋亡加速发生时期,呈p53免疫阳性反应,这表明p53的表达与上皮细胞凋亡加速有切实的联系,我们推测糖尿病早期肾小管、集合管上皮细胞损伤可能发生在DNA链上。
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    3.2 Bcl-和Bax B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)基因,通过阻断细胞死亡信号传递系统的最后共同通道,而抑制多种因素诱导的细胞凋亡,促进细胞的存活,是一种重要的生存基因[4,5],Bcl-2缺乏可爆发细胞死亡[6]。在实验中我们观察到,在高血糖作用下肾小管、集合管上皮有大量Bcl-2染色阳性细胞。我们推测,Bcl-2的表达是为了对抗高血糖对细胞的损伤作用,促使小管上皮细胞存活。

    Bax属于Bcl-2家族成员,与Bcl-2具有高度的同源性,但它可诱导细胞色素C释放,激活caspase-3,诱导细胞凋亡[5],是细胞死亡的促进基因。Bax的过表达可以拮抗Bcl-2的促进细胞成活和抑制细胞凋亡的作用[7,8,9]。在实验中我们发现,在糖尿病早期,Bax在肾小管、集合管上皮表达的细胞数量明显增多,并在上皮细胞凋亡加速时期免疫组化染色呈强阳性,我们推测,在糖尿病早期Bax的表达促使上皮细胞的凋亡。
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    3.3 ICE 现认为白细胞介素1β转换酶(IL-1β convert enzyme,ICE)是caspase家族成员,亦称为caspase-1。这一家族成员都具有两个独特的功能阈,即半胱氨酸蛋白酶的活性以及结合天冬氨酸的特异能力[10],能水解胞核中的核纤层蛋白亚单位、多聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶、DNA依赖蛋白激酶等蛋白质。当它们被激活,就可能使控制细胞周期前进的一组核蛋白被水解,而使细胞走向凋亡[11]。从实验中我们观察到,ICE蛋白表达分别在20 d 和70 d 出现在肾小管、集合管上皮细胞中,即出现在第一次凋亡加速时,第二次凋亡加速前。我们从实验中证实了,肾小管上皮细胞凋亡发生前或凋亡发生时有ICE的表达,并且在90 d 即第二次细胞凋亡开始时染色呈强阳性,因此我们推测ICE参与了由高糖介导的肾小管上皮细胞凋亡过程。

    参考文献

    1 康 健,羊惠君,李爱冬.糖尿病早期大鼠肾小管上皮细胞凋亡与增殖的观察.川北医学院学,1999:14(2):9~11
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    2 Woo RA,Mclure KG,Lees-Miller SP,et al.DNA—dependent protein kinase acts upstream of p53 in response to DNA damage.Nature.1998,394;700~704

    3 Sandau K,Pfeilschifter J,Brune B.Nitric oxide and superoxide induced p53 and Bas accumulation during mesangial cell apoptosis.Kidney Int.1997;52:378~386

    4 Reed JC.Double identity for protens of the Bcl-2 family.Nature.1997,387;773~776

    5 Rosse T,Olivier R,Monney L,et al.Bcl-2 prolongs cell survival after ax-induced release of cytochrome c.Natuer.1998;391:496~499
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    6 Basile DP,Liapis HL,Hammerman MR,et al.Expression of Bcl-2 and bax in regenerating rat renal tubules following ischemic injury.Am Physiol Society.1997;F640~647

    7 Wever PC,Aten J,Rentenaar RJ,et al.Apoptotic tubular cell death during acute renal allograft rejection.Clini Nephro.1998;49:28~34

    8 Yin C,Knudson CM,Korsmeyer Sj,et al.Bax suppresses tumorigenesis and stimulates apoptosis in vivo.Nature.1997;385:637~640
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    9 Wever PC,Aten J,Rentenaar RJ,et al.Apoptotic tubular cell death during acute renal allograft rejection.Clini Nephro.1998;49:28~34

    10 Alnemri ES,Livingston DJ,Nicholson DW,et al.Human ICE/CED-3 protease nomenclature.Cell.1996;87:171

    11 Kaushal GP,Ueda N,Shah SV.Role of capase(ICE/CED 3 proteases)in DNA damage and cell death in response to a mitochondrial inhibitor,antimycin A rapid Communication.Kidney Int.1997;52:438~445

    (收稿日期:1999-07-05), 百拇医药