蝦青素對db/db小鼠糖尿病腎病的保護作用

呂亭亭 桂定坤 葛聲

摘 要：目的：采用2型糖尿病模型db/db小鼠，觀察蝦青素對糖尿病腎病的保護作用。方法：db/db小鼠糖尿病腎病模型成模后隨機分為：模型對照組、氯沙坦組、蝦青素低劑量組、蝦青素高劑量組進行干預。同窩db/m小鼠作為正常對照。其中，氯沙坦組、蝦青素低劑量組、蝦青素高劑量組分別采用氯沙坦10 mg/（kg·d）BW、蝦青素30 mg/（kg·d）BW、蝦青素60 mg/（kg·d）BW進行灌胃，氯沙坦與蝦青素均用橄欖油溶解，正常對照組與模型對照組灌胃等量橄欖油。干預8w后，檢測其空腹血糖、OGTT、24 h尿白蛋白、尿ACR、肌酐、尿素氮等指標。結果：低劑量蝦青素對糖耐量無不良影響，并能顯著降低血清尿素氮、尿蛋白、尿ACR水平。結論：低劑量蝦青素具有腎臟保護作用，但不具有劑量依賴性。

關鍵詞：蝦青素;糖尿病腎病;腎功能;抗氧化

糖尿病及其并發癥的防治已成為重要的公共衛生問題[1-8]。蝦青素（astaxanthin，ASX）是一種類胡蘿卜素 [9]，天然蝦青素主要存在于藻類、三文魚、蝦、酵母菌等。蝦青素的生物學活性作用及健康效益是近年來醫學營養學研究的熱點。大量的體內、體外研究結果顯示，蝦青素具有預防黃斑變性[10]、改善皮膚皺紋[11]、改善血流動力學[12]、預防冠狀動脈粥樣硬化性心臟病[13-14]、抑制腫瘤生長[15-17]等作用，其作用機制主要與抗氧化、抑制炎癥反應、調節免疫有關。蝦青素是單線態氧的猝滅劑，可以清除自由基，具有強大的抗氧化作用[18]，蝦青素的抗氧化能力是玉米黃素、葉黃素、角黃素、β-胡蘿卜素的10倍，是α-生育酚的100倍。高血糖引起的氧化應激是引起糖尿病慢性并發癥的重要作用機制之一，前期研究發現，蝦青素對高糖誘導的人足細胞早期凋亡和粘附功能具有保護作用[19]。本研究擬在動物水平進一步驗證蝦青素對糖尿病腎病小鼠腎臟的保護作用。

1 材料與方法

1.1 試劑

蝦青素，上海麟寶實業發展有限公司;氯沙坦，中國食品藥品檢定研究院;橄欖油，上海國藥集團化學試劑有限公司;生理鹽水，上海君瑞生物技術有限公司;尿微量白蛋白試劑盒，Bethyl Laboratories;尿肌酐試劑盒，南京建成有限公司。

1.2 實驗動物

1.2.1 實驗動物及飼養 6周齡雄性db/db小鼠20只，同窩雄性db/m小鼠5只。實驗動物由南京大學-南京生物醫藥研究院提供。動物生產許可證號：SCXK（蘇）2010-0001;動物使用許可證號：SYXK（滬）2011-0128。動物飼養條件：所有小鼠每籠5只，分籠飼養在清潔級（SPF）動物房內。SPF級動物房內環境溫度為（25±2）℃，相對濕度50%～70%，每天予以12 h光照。實驗過程中，小鼠自由進食和飲水，采用普通飼料喂養，每100 g普通飼料三大產能營養素供能比：碳水化合物 60%、脂肪19%、蛋白質21%。

1.2.2 動物分組與處理 db/db小鼠是由瘦素受體基因缺陷導致的先天肥胖性2型糖尿病小鼠模型。隨著時間發展會自發出現肥胖、高胰島素血癥、高血糖，一般8～9 w即可出現微量白蛋白尿，提示出現糖尿病腎病。將db/db小鼠隨機分為4組，每組各5只，即模型對照組（MG）、氯沙坦組（ARB）、蝦青素低劑量組（LASX）及蝦青素高劑量組（HASX）。同窩雄性db/m小鼠為正常對照組（NG）。在實驗動物適應性喂養2 w后，斷尾法測定其空腹血糖水平，收集尿液標本，檢測尿微量白蛋白/肌酐，即尿ACR水平。根據空腹血糖和尿ACR水平判斷db/db小鼠糖尿病腎病的成模情況。實驗干預階段，每早固定時間以橄欖油作為載體對小鼠灌胃。正常對照組和模型對照組采用10 mL/（kg·d）BW橄欖油灌胃。氯沙坦組：氯沙坦10 mg/（kg·d）BW進行灌胃;蝦青素低劑量組：蝦青素30 mg/（kg·d）BW;蝦青素高劑量組：蝦青素 60 mg/（kg·d）BW。蝦青素、氯沙坦均溶于橄欖油中，干預8 w。

1.2.3 標本收集 尿液：將小鼠單只飼養在小鼠專用代謝籠內，正常攝食和飲水。24 h后收集尿液，記錄24 h尿量。用離心機3 500 r/min離心10 min，棄去沉渣，取上清，進行相關指標測量。血液：采用鹽酸氯胺酮麻醉動物后，摘眼球取血進行血液樣本收集，將收集好的血液用離心機5 000 r/min離心10 mg/（kg·d）BW，取上清至無菌EP管中保存。

1.3 方法

1.3.1 空腹血糖和OGTT 在小鼠禁食12 h后，鼠尾末端2～3 mm處剪斷尾巴，將第一滴血棄去，第二滴血滴在血糖試紙上，以測得空腹血糖。OGTT：對各組小鼠給予20%葡萄糖溶液2 g/kg進行灌胃，同樣方法檢測0、30、60、120 min血糖，繪制血糖-時間曲線，并計算曲線下面積（AUC）。

1.3.2 腎功能及尿ACR測定 將采集的血液標本分離出血清后，采用全自動生化分析儀檢測血肌酐、尿素氮等指標。采用ELISA法測定尿微量白蛋白及尿白蛋白。采用尿肌酐試劑盒（除蛋白法）測定尿肌酐水平，進而計算出尿ACR（尿微量白蛋白/肌酐）。

1.3.3 腎組織透射電鏡標本留取及檢測 將小鼠腎皮質切成1 mm3的立方小塊。放入盛有4℃預冷的2.5%戊二醛溶液中固定，4℃冷藏保存。用1%四氧化蛾后固定，逐級脫水，環氧樹脂Epon 812包埋，聚合后切成1.5～2 μm厚片。制備光鏡半薄切片的包埋塊，并選相應部位做超薄切片，采用H-500型電子顯微鏡觀察。

1.4 統計學方法

實驗結果以均數±標準差（±s）表示。數據分析采用SPSS 17.0軟件。采用one-way ANOVA的方法進行統計分析，P<0.05表明差異有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 干預前各組空腹血糖、尿ACR水平

適應性喂養2 w后，db/db小鼠出現明顯肥胖、并伴有多飲、多食、多尿癥狀。檢測其空腹血糖及尿ACR水平，結果顯示，db/db小鼠的空腹血糖和尿ACR均顯著高于db/m小鼠（表1），說明糖尿病腎病模型造模成功。

2.2 OGTT結果

與正常對照組相比，模型對照組0、30、120 min血糖均顯著升高，差異具有統計學意義，其60 min血糖水平亦有較明顯升高趨勢，但差異無統計學意義。氯沙坦組，蝦青素低劑量組各時間點血糖與模型對照組相比無統計學差異，而蝦青素高劑量組30、60、120 min血糖高于模型對照組，差異具有統計學意義（表2），這表明，低劑量蝦青素對糖尿病腎病小鼠的血糖無不良影響，而高劑量蝦青素可能會對血糖控制產生不利影響。

2.3 腎功能的比較

血尿素氮與血肌酐是反應腎功能的主要指標。肌酐是人體肌肉的代謝產物，尿素氮是蛋白質代謝的主要產物，而腎臟是排泄這些代謝廢物的主要器官。當腎功能受到損傷，對這些代謝廢物的排泄減少，則會導致尿素氮和肌酐在血液中的含量升高。本實驗中，db/db小鼠的血肌酐水平與正常對照組相比有升高的趨勢，但差異無統計學意義。但其血尿素氮水平較正常對照組顯著升高，低劑量蝦青素干預可顯著降低其血尿素氮水平。高劑量蝦青素組與模型對照組相比，血尿素氮水平有下降趨勢，但差異無統計學意義（表3）。

2.4 尿ACR和24 h尿蛋白排泄量的比較

模型對照組的24 h尿白蛋白與尿ACR均顯著高于正常對照組，氯沙坦及高劑量蝦青素并未顯示出明顯的降低尿蛋白或者尿ACR的作用，而蝦青素低劑量組的24 h尿白蛋白及尿ACR與模型對照組相比顯著降低（表4）。

2.5 電鏡表現

電鏡下，正常對照組小鼠腎小球基底膜結構清晰，足突排列整齊，分布均勻。而模型對照組腎臟結構可見腎小球基底膜結構欠清晰，走形僵硬，節段性增厚，亦可見足突廣泛融合，系膜細胞增生，基質增生。蝦青素高劑量組及ARB組小鼠腎臟病理改善不明顯，而低劑量蝦青素組腎臟組織形態改善顯著，基底膜清晰，足突融合程度減輕，系膜區基質增生程度有所緩解（附圖）。

3 討論

糖尿病腎病作為糖尿病嚴重的微血管并發癥之一，以其較高的致殘率和致死率嚴重危害著廣大糖尿病患者的生活質量和生命健康。糖尿病腎病主要臨床表現為蛋白尿，進行性腎功能損害和高血壓。蛋白尿的嚴重程度可以反映腎臟組織病變的程度，并會影響糖尿病腎病患者的生存率及預后。糖尿病腎病的病理改變主要為腎小球肥大，基底膜增厚，系膜細胞增生，足突融合等。系膜細胞作為腎小球固有細胞，增生后可導致細胞外基質生成過量并積聚，可導致腎小球硬化。高血糖引起的氧化應激增強是造成糖尿病并發癥的重要病理生理機制之一[20]。體內和體外實驗證實，代謝異常（高血糖、血脂異常）和血流動力學損傷（系統性和腎小球性高血壓）是造成糖尿病腎臟氧化應激的兩個主要驅動因素[21-22]。氧化應激水平升高可增加細胞外基質的合成，促使腎小球肥大，誘導轉化生長因子β1、纖連蛋白和Ⅳ型膠原等表達增加。因此，氧化應激在糖尿病腎病的發生發展中起著重要作用。

C57BLKs/J背景的db/db小鼠是由于編碼瘦素受體基因的堿基發生點突變，導致小鼠攝食過量，發生胰島素抵抗，血糖水平升高，體型肥胖。并有研究表明，db/db小鼠易發生糖尿病腎病，表現為尿白蛋白升高，系膜細胞增生，細胞外基質積聚，基底膜增厚等腎臟結構破壞[23]，是公認的研究2型糖尿病導致的糖尿病腎病的動物模型。本研究結果顯示，蝦青素可以顯著降低db/db小鼠的尿蛋白水平，降低尿ACR，并改善其腎臟組織結構，具有腎臟保護作用。這可能與蝦青素強大的抗氧化作用有關。但其腎臟保護作用不具有劑量依賴性，相反高劑量蝦青素反而對糖尿病腎病小鼠的糖耐量產生不利影響，對尿蛋白及尿ACR也未見明顯改善。這也提示，單純抗氧化營養素并不是越多越好，而是要達到平衡狀態。氧化劑是正常氧代謝的產物，在細胞信號傳導，衰老和退行性疾病中都起著重要作用。氧化劑在細胞生理學也是重要的信號傳導分子，而抗氧化劑可防止氧化劑過量積聚對組織細胞產生損傷。在健康人體中，氧化劑與抗氧化劑保持著復雜的平衡狀態。當這種平衡狀態被打破，無論是朝著哪個方向，對機體都是不利的。

本研究中低劑量蝦青素呈現的腎臟保護效果令人鼓舞，但該實驗尚存在許多不足之處，樣本量較小，并沒有深入探討其具體機制。在接下來的研究中應該進一步摸索抗氧化營養素最佳劑量，為通過氧化應激平衡治療糖尿病腎病提供新的思路與基礎。◇

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Protective Effect of Astaxanthin on Diabetic Nephropathy in db/db Mice

LYU Ting-ting，GUI Ding-kun，GE Sheng

（Shanghai 6th People’s Hospital，Shanghai 200000，China）

Abstract：Objective To observe the protective effect of astaxanthin on diabetic nephropathy on db/db mice.Method Diabetic nephropathy model db/db mice was randomly divided into model group，losartan group，low dose astaxanthin group，high dose astaxanthin group.db/m mice in the same nest were used as normal controls.Among them，losartan group，low-dose astaxanthin group and high-dose astaxanthin group were separately given losartan 10 mg/（kg·d）BW，astaxanthin 30 mg/（kg·d）BW and astaxanthin 60 mg/（kg·d）BW.Losartan and astaxanthin were dissolved by olive oil，so the normal control group and model control group were given the same amount of olive oil.After 8 weeks of intervention，fasting blood glucose，OGTT，24-hour urine albumin，urine ACR，creatinine，urea nitrogen and other indicators were detected.Result Low dose astaxanthin had no adverse effect on glucose tolerance，and could significantly reduce the levels of serum urea nitrogen，urine protein and urine ACR.Conclusion Low dose astaxanthin has renal protective effect，but not dose-dependent.

Keywords：astaxanthin;diabetic nephropathy;renal function;antioxidant