Диференціальний внесок діабету та гена ren2 у захворювання клубочків у щурів

Теми

Анотація

Головна

Існує багато моделей діабетичної нефропатії людини (НД) у гризунів, що підтверджує невизначеність, пов’язану з багатьма з них. 1, 2 Стрептозотоцин (STZ), який індукує гіперглікемію шляхом селективного пошкодження β-клітин підшлункової залози, вводили генетично інженерним гризунам для створення різних моделей ND. 3, 4, 5, 6 Дійсність однієї з цих моделей, діабетичної щури (mREN-2) 27, була поставлена під сумнів через переважний вплив її генетично модифікованої гіпертензії на захворювання нирок. Одна група дослідників повідомила, що індукований STZ діабет у гетерозиготних щурів (mREN-2) 27 узагальнює протеїнурію, вузловий гломерулосклероз та прогресуючу втрату функції нирок, що є суттєвими ознаками ДН у людини. 6 Однак інші дослідники припускають, що виживання та ниркова патологія самців гетерозигот визначається в більшій мірі гіпертонією, ніж діабетом, причому наявність діабету у цих тварин, здається, має незначний фенотиповий ефект. 7

Статевий диморфізм при гіпертонії очевидний при зниженні артеріального тиску у самок щурів порівняно з самцями щурів (mREN-2) 27. 8 Цей диморфізм пропонується лежати в основі очевидних коливань експериментальних результатів, пов’язаних із статтю, оскільки наслідки діабету могли лише спостерігатися на нирках, де не переважають гіпертонічні ураження. Ще одна не менш вірогідна можливість, на яку спрямовано це дослідження, полягає в тому, що ефект діабету у чоловіків був упущений, оскільки типи пошкоджень нирок, які зазвичай оцінюються, не враховують адекватно тонкощі та масштабність симптомів діабетичних уражень. Оскільки щур (mREN-2) 27 демонструє високий рівень прореніну та високу тканинну активність ренін-ангіотензинової системи (RAS), що характеризує ND у людей, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 можливість важлива, щоб потенційно цінна модель не була відкинута передчасно.

За допомогою світлової мікроскопії досліджували нирки гетерозиготних діабетиків-чоловіків та їх нормотензивний та недіабетичний контроль для широкого спектру уражень клубочків, які раніше не оцінювали у щурів (mREN-2) 27. Ми також використовували аналіз основних компонентів (PCA) для виявлення дискретні профілі патоморфології. Ми зосередилися лише на клубочку, оскільки патологічні зміни у багатьох захворюваннях, що переростають у хронічну ниркову недостатність, включаючи людський та експериментальний ДН, спочатку виявляються в клубочку. 18

РЕЗУЛЬТАТИ

Фізіологічні показники та смертність

Введення STZ призвело до гіперглікемії у щурів (mREN-2) 27 та SD, а рівень глюкози в крові підтримувався вище 27 ммоль/л протягом наступних чотирьох місяців дослідження. Фізіологічні параметри, де це було можливо, оцінювали у кожного з 40 щурів через 0, 2 та 4 місяці після індукції STZ.

Діабет впливав на споживання їжі, споживання води та виділення сечі між 1 і 4 місяцями (с

Фізіологічні параметри у недиабетних щурів SD, діабетичних SD щурів, недиабетних щурів (mREN-2) 27 та діабетиків (mREN-2) 27 у віці від 0 до 4 місяців. Дані представлені як середнє значення ± нед. N = 10 щурів на групу. Р *); Р 2 = 0,575; дані не відображаються). Однак протеїнурія може недооцінювати альбумінурію у деяких щурів (mREN-2) 27, причому альбумін вносить більший внесок у загальний вміст білка в сечі трьох із восьми (mREN-2) 27 випробуваних. Виключення цих щурів з лінійного регресійного аналізу зменшило мінливість (r 2 = 0,910; дані не показані).

Щоб уникнути упередженості відбору, смертність повинна оцінюватися в контексті смертності в нашій найбільшій колонії гризунів. Загалом протягом 2 або 4 місяців спостерігали за 156 щурами-самцями (30 недіабетиків SD; 39 діабетиків SD; 45 нецукрів (mREN-2) 27 та 42 діабетиків (mREN-2) 27) протягом 2 або 4 місяців. . За всіма щурами спостерігали після індукції STZ, яка проходила приблизно у віці 6-8 тижнів. Загалом шість щурів несподівано загинули протягом призначеного періоду моніторингу. п’ять були щурами, які не хворіли на діабет (mREN-2) 27, а один - діабетиком (mREN-2) 27. Смерть настала у віці від 2, 1 до 5, 5 місяців. 6,7% недиабетних щурів (mREN-2) 27 померли до закінчення 2-місячного періоду моніторингу та 9,5% інших нецукрових діабетичних щурів (mREN-2) 27 до закінчення періоду 4-місячне спостереження.

Гістопатологія нирок

Частота важких захворювань ММЕ, розширення сечового простору, потовщення БЦ, гломерулосклероз, мезангіоліз із розширенням капілярів або без нього, спайки пучків капсул, гіаліноз та гіпо- та d Гіперцелюлярність відрізнялася між однією або кількома окремими групами щурів. Ці патоморфологічні зміни проілюстровані на малюнку 2.

Повнорозмірне зображення

Патоморфологія, яка залежить від гена Ren2

Важкі MME (оцінка MME 4) були значно вищими у щурів (mREN-2) 27 проти SD (P = 0,042; Малюнок 3a). Існувала взаємодія між штамом та діабетом щодо частоти розширення сечового простору (P = 0,002; рис. 3b), потовщення CB (P = 0,007; рис. 3c) та гломерулосклерозу (P = 0,004; малюнок 3d). Діабетичні щури (mREN-2) 27 демонструють більшу частоту цих патоморфологічних змін, ніж будь-яка інша група. Частота сегментарного склерозу як змінної сама по собі (на відміну від гломерулосклерозу, який включає як глобальний розсіяний склероз, так і розсіяний склероз) була занадто низькою, щоб дозволити ANOVA. Однак склероз був вузловим у 53,8% сегментарного склерозу, який сам траплявся у 1-5% з 12 клубочків (1 СД недіабетичний; 2 СД діабетичний; 7 недіабетичних (MREN-2) 27 та 2 діабетичні ( mREN-2) 27) із 40 щурів. У сукупності ці дані дозволяють припустити, що важкі ММЕ, розширення сечового простору, потовщення БК та гломерулосклероз є ураженнями, які в першу чергу залежать від присутності гена Ren2. .

Захворюваність на тяжкий MME, розширення сечового простору, потовщення капсули Боумена та гломерулосклероз у недиабетних щурів SD, діабетичних SD щурів, нецукрів (mREN-2) 27 та діабетиків (mREN-2) 27 щурів через 4 місяці. Дані представлені як середнє значення ± тиждень N = 10 щурів на групу. P 50% клубочкового пучка; Малюнок 4г) були значно вищими у діабетичних та нецукрових щурів (Р = 0,002, Р = 0,001, Р = 0,01 та Р

Частота виникнення мезангіолізу (з розширенням капілярів і без нього), сегментарної гіпоцелюлярності та тяжких до помірних спайок пучок до капсули у недиабетних щурів SD, діабетичних щурів SD, нецукрів щурів (mREN-2) 27 та діабетиків (mREN) - 2) 27 щурів через 4 місяці. Дані представлені як середнє значення ± тиждень N = 10 щурів на групу. Р *) і Р

Захворюваність на гіаліноз та гіперклітинність у недиабетних щурів SD, діабетичних SD щурів, нецукрів щурів (mREN-2) 27 та діабетичних щурів (mREN-2) 27 через 4 місяці. Дані представлені як середнє значення ± тиждень N = 10 щурів на групу. P *), P SD +). □ = нецукрові щури та ▪ = діабетичні щури. ( в ) гіаліноз та ( ) гіперклітинність.

Повнорозмірне зображення

Аналіз комбінованих даних про загальну та сегментарну гіперклітинність виявив взаємодію між штамом та діабетом (P = 0, 020): у діабетичних щурів (mREN-2) 27 була більша кількість клубочків із глобальною гіперклітинністю або сегментарно, ніж у діабетичних SD-пацюків. Ефект штаму не був помітним у недіабетичних щурів (Малюнок 5b). Ця синергія між штамом та діабетом, як видається, зумовлена збільшенням та зменшенням клітинності діабету за наявності та відсутності, відповідно, гена Ren2. .

Аналіз PCA

Кореляція між 13 морфологічними змінними (ММЕ, гіперклітинність: глобальна та сегментарна, гіпоцелюлярність: глобальна та сегментарна, потовщення БК, розширення сечового простору, мезангіоліз із розширенням капілярів та без нього, склероз: глобальний та сегментарний, прилипання пучків до капсулу із залученням> 50% пучків та гіалінозом) та 2 фізіологічних змінних (PAS та втрата білка в сечі) досліджували за допомогою аналізу PCA, щоб визначити, чи можна визначити різні гістопатологічні профілі. ANOVA використовували для перевірки впливу штаму та діабету на похідні фактори. Було обрано 4-факторне рішення СПС, сукупно на чотири фактори припадає 72,7% загальної дисперсії. Остаточні оцінки спільноти (від 0,514 для адгезій пучка до капсули до 0,886 для сегментарної гіпоцелюлярності) показали, що більша частина дисперсії в окремих змінних може бути врахована цими чотирма факторами (таблиця 1).

Повний розмір таблиці

Перший фактор становив 21% від загальної дисперсії і був позитивно пов’язаний із підвищеним рівнем SBP, потовщенням БК, розширенням сечового простору та глобальним та сегментарним гломерулосклерозом (табл. 1). Двостороння ANOVA цього фактора виявила взаємодію штаму та діабету (с

Середній показник коефіцієнта для недиабетних щурів SD, діабетичних SD щурів, недіабетичних (mREN-2) 27 та діабетичних (mREN-2) 27 щурів для факторів PCA 1–4. Дані представлені як середнє значення ± тиждень N = 10 щурів на групу. P *) та p 6, 10, 21 Однак, ті, хто сприяє структурі, пов'язаній з діабетом, не повідомлялося в подібних дослідженнях на цукровому діабеті щурів (mREN-2) 27. У цих тварин патологія нирок, як повідомляється, є значною більшою мірою залежить від гіпертонії, ніж від діабету, і вплив діабету на патологію клубочків обмежується адитивними ефектами на ММЕ. Цілком можливо, що діабетичні ефекти, які ми спостерігали, поки що були проігноровані через майже ексклюзивну оцінку попередніх гломерулярних оцінок діабетичних щурів (mREN-2) 27 щодо захворюваності на гломерулосклероз та ступеня MRS. 6, 7 Також можливо, що гіпертонічні ураження були набагато більш помітними в одному з перших гістологічних патологічних досліджень нирок діабетичних щурів (mREN-2) 27 через індукований діабет у щурів, який, можливо, залишиться гіпертоніком на кілька тижнів довше, ніж у наших вивчення. 7

Наші висновки щодо ефекту гена Ren2 мають застереження: виявлено, що фонові генетичні відмінності впливають на проникнення злоякісного гіпертонічного фенотипу у щурів (mREN-2) 27. 36, 37, 38 Первинний засновник (mREN-2) 27, які не генеруються на тлі спорідненої крові, відмінності генетичного фону між гетерозиготами (mREN-2) 27 та батьківським контролем SD можуть сприяти різниці штамів, що спостерігаються в цьому дослідженні.

Загалом, наше дослідження свідчить про те, що діабет і ген Ren2 сприяють розвитку гломерулярної хвороби у самців діабетичних щурів (mREN-2) 27. Він також передбачає, що два аргументи, висунуті для дискредитації діабетичної щури (mREN-2) ) 27 як діюча модель людського ДН є необґрунтованою. По-перше, діабетична щур (mREN-2) 27 не повторює патологічних змін, таких як мезангіоліз, які є загальними на пізніх стадіях НД. Друге - наявність діабету має незначний додатковий вплив на патологію нирок у щурів (mREN-2) 27. 7

Незважаючи на неприйняття таких аргументів, наша робота не підтримує використання самця діабетичного щура (mREN-2) 27 як точної моделі людського ДН. Швидше, наша гістопатологічна оцінка клубочків у цих тварин свідчить про те, що вони не повторюють усіх клінічних проявів ДН людини. Зокрема, не спостерігалося погіршення мезангіолізу у діабетиків (mREN-2) порівняно з діабетичними щурами DS, ані гломерулосклерозу, потовщення БЦ та втрати білка в сечі у діабетиків (mREN-2) 27 та нецукрів (mREN-2). ) 27 щурів. Крім того, щури без діабету (mREN-2) 27 мали вищу смертність, ніж їх аналоги з діабетом, і спостережуваний вузликовий склероз не нагадував класичну патологію Кіммельстіеля-Вільсона, що спостерігалася клінічно. Вузлики в ДН людини часто оточені невеликим бортиком неушкоджених капілярів і часто виявляють пластинчастий вигляд, що було б результатом багаторазових циклів мезангіолізу з подальшим посиленням синтезу позаклітинного матриксу. 39, 40, 41 Хоча в нашому дослідженні розширення капілярів було пов'язане з деяким вузликовим склерозом, ми не спостерігали жодної пластинки.

Хоча самці щурів (mREN-2) 27 не повністю рекапітулюють людський ДН, він може зберегти деяку корисність у дослідженнях ДН через прояв багатьох гістопатологічних особливостей (важкий ММЕ, мезанголіз з розширенням капілярів або без нього та гіаліноз). які одночасно виникають у клінічному стані. Ми звертаємо увагу на підвищену поширеність гіалінозу у діабетичних щурів (mREN-2) 27 порівняно з діабетичними СД та щурами, що не хворі на діабет (mREN-2) 27. Хоча це ураження не є патогномонічним, це часте ураження у людей із ДН. 41, 42 Дослідження на діабетичних щурах (mREN-2) 27, отже, можуть надати розуміння молекулярних механізмів та фізіологічних порушень, що лежать в основі певних особливостей НД. Це важливо, оскільки жодна з наявних на сьогодні моделей НД не відтворює ідеально клінічного стану. 1, 2, 3, 4, 5, 6 Отже, замість того, щоб підтримати самця діабетичного щура (mREN-2) 27 як модель людського DN, наша робота припускає, що ці тварини можуть бути корисними для дослідників, які вивчають сузір'я конкретного DN. особливості.