肥胖可造成多个器官组织的病变,其中,肥胖相关性肾病较常见。
一项研究结果公布2013年中国成年人中有35.7%的人处于糖尿病前期,糖尿病前期人群以体重超重或肥胖、年龄较大、农村居民比率更高为特点。
而糖尿病患者中大约有90%以上都是2型糖尿病,如果血糖控制不佳,后期可能会发展为糖尿病肾病。
由此可见,肥胖和2型糖尿病关系密切,互为因果。

黄芪,是一种生物活性天然类黄酮。
国内外研究已经证实黄芪对大部分慢性肾脏疾病如糖尿病肾病、肾病综合征等均有疗效。
黄芪甲苷是药用黄芪最主要的生物活性成分。
然而,令人遗憾的是由于黄芪甲苷在生物体内的溶解度极低,其口服给药后的生物利用度差,从而大大限制了它的临床应用。
我们最近获得了一种新型的黄芪甲苷水溶性衍生物-黄芪甲酸(LS-102),具有更高的吸收率和生物利用率。

黄芪甲酸(LS-102)为澳门科技大学中医药学院中药质量研究国家重点实验室提供的新型药物。
本实验通过对不同组小鼠生活习性和体重观察,对肾脏大体肉眼形态特点结合HE、PAS及Masson染色的小鼠肾脏病理变化进行分析,最终探究不同浓度黄芪甲苷和黄芪甲酸(LS-102)对肥胖相关肾病模型小鼠肾脏病理的调控作用,并对两种药物的药效进行对比,以供临床治疗肥胖及其相关性疾病选择。

8~10周龄雄性C57BL/6J小鼠,均为健康SPF级小鼠,C57BL/6J小鼠购自北京华富康生物科技有限公司。
所有实验动物的使用方案均由西南医科大学动物伦理委员会根据机构动物护理和使用委员会公布的指南进行审查和批准。
黄芪甲苷(大连美仑生物技术有限公司,纯度>98%);LS-102由澳门科技大学中药质量研究国家重点实验室提供;苏木素(赛默飞世尔科技);伊红(赛默飞世尔科技);二甲苯(重庆川东化工有限公司);甲醇(广州化学试剂厂);无水乙醇(重庆川东化工有限公司);中性树脂(无锡江原实业技贸公司);PBS磷酸盐缓冲液(福州迈新试剂公司);Masson染色试剂盒(珠海贝索生物技术有限公司);PAS染色试剂(珠海贝索生物技术有限公司)。

Leica切片机、樱花脱水机、罗氏自动染片机、石蜡包埋机、光学显微镜等。
将8~10周龄的雄性C57BL/6J小鼠饲喂高脂肪饮食(highfatdiet,HFD;45%脂肪,kcal)并持续喂养HFD饮食14周。
已经成功建模的体重相当的30只小鼠随机分为5组。
第1组(HFD组)小鼠继续喂养高脂肪饮食(HFD;45%脂肪,kcal)4周;第2组(LAS组)小鼠使用低浓度黄芪甲苷(10mg/kg)进行灌胃处理;第3组(HAS组)小鼠使用高浓度黄芪甲苷(40mg/kg)进行灌胃处理;第4组(L102组)小鼠使用低浓度黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102(10mg/kg)进行灌胃处理,;第5组(H102组)小鼠使用高浓度黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102(40mg/kg)进行灌胃处理,第2、3、4、5组均继续喂养高脂肪饮食(HFD;45%脂肪,kcal)4周。
观察动物生活习性以及毛色状况,每周进行体重测量并对体重变化进行记录。
第18周末处死小鼠,肉眼快速观察肾脏形态并拍照。

取小鼠肾脏组织,送检标本经4%中性甲醛缓冲液固定,常规脱水,石蜡包埋,4μm厚切片,进行HE、PAS和Masson三色染色。
使用显微镜(Leica,Germany)拍摄HE、PAS和Masson染色的图片。
HE染色观察肾脏病理形态变化,PAS及Masson染色的切片,使用ImageProPlus6.0软件定量分析肾组织内肾小球截面积、肾组织内细胞外基质及肾间质胶原沉积含量,每张切片选取不重叠视野,每一组小鼠选取不同切片进行定量测量。

最终数据用均数±标准差表示。
采用统计软件SPSS23.0进行统计学分析,组间差异(两组)比较采用t检验,多组间差异比较采用单因素方差分析(One.WayANOVA)。
以P<0.05为差异有统计学意义。
肥胖相关性肾病的诊断主要依据其致病原因和肾脏的病理变化。
根据常规疾病动物建模方法,长期和大量进食高脂饮食可造成单纯性肥胖小鼠模型。

肥胖相关性肾病的病理特点是肥胖相关性肾小球单纯性肥大。
根据我们前期的研究,正常喂养小鼠的肾小球截面积平均约为3万统一像素值(使用Image-ProPlus6.0软件定量分析),HFD组小鼠肾脏肾小球截面积明显增加。
HFD组小鼠长期大量高脂饮食喂养,体型肥胖,体重增加,肾脏大体体积增大,失去光泽,病理切面可见肾小球明显肥大。
根据对HFD组小鼠的生活习性、体重、肾脏大体以及病理切片的观察,综合所有因素,判定肥胖相关性肾病小鼠建模成功。

高脂肪饮食喂养小鼠体型肥胖,活动缓慢,不喜运动,反应迟钝,毛发无光泽、杂乱、颜色暗淡。
低浓度黄芪甲苷组小鼠体型稍肥胖,活动不灵敏,反应稍迟钝,毛发光泽度较低、较杂乱、颜色较暗淡。
高浓度黄芪甲苷组、低浓度黄芪甲酸LS-102组和高浓度黄芪甲酸LS-102组小鼠生活状态良好,身体形态均匀,行动自如,活动灵活,毛发光泽度好、较浓密柔顺。

造模成功后,各实验小鼠体重相似(P>0.05)。
各组给予治疗,第15周时LAS组、HAS组、L102组、H102组体质量显著低于HFD组,差异具有统计学意义(P<0.05)。
然后,与HFD组相比,LAS组、HAS组、L102组和H102组体重每周下降,说明黄芪甲苷和黄芪甲酸LS-102对肥胖小鼠体重增加有抑制作用。
第17周时,H102组的体重减轻比L102组更显著,差异具有统计学意义(P<0.05)。
这说明黄芪甲酸LS-102对肥胖小鼠体重增加的抑制作用可能呈浓度依赖性。
LS-102比黄芪甲苷具有更高的吸收率和生物利用度这一点在本实验中并未体现在体重抑制的变化上,差异无统计学意义(P>0.05)。

通过肉眼观察各个实验组小鼠肾脏的大体形态,我们可以发现。
HFD组小鼠肾脏体积较大,肾脏表观颜色晦暗,光泽度差,肾脏表面较粗糙。
后面四个实验组,LAS组、HAS组、L102组和H012组肾脏体积相较缩小,肾脏表观颜色将明亮,光泽度较好,肾脏表面较光滑。
我们运用肾脏病理特殊的几种染色方法,对不同实验组小鼠进行了肾脏病理的形态学评估。
HE染色和PAS染色:HFD组小鼠肾小球可见不同程度的增大,部分肾小球出现球囊粘连,肾小球毛细血管内皮细胞增生排列不规则,肾小球系膜细胞和系膜基质弥漫性轻到中度增生,毛细血管基底膜轻度增厚。

其余实验组小鼠肾皮质内肾小球体积正常,毛细血管袢形态规则,毛细血管内皮细胞较整齐,未见明显增生,系膜细胞和系膜基质无明显增生,毛细血管基底膜也未见增厚,肾小管和肾间质未见明显改变。
根据图片定量分析,HFD组小鼠肾小球不同程度增大,肾小球系膜细胞和系膜基质增生,与LAS组、HAS组、L102组、H102组对比明显,差异具有统计学意义(P<0.05)。
HAS组、L102组、H102组基质面积/小球面积显著减小,差异具有统计学意义(P<0.05)。

高浓度的黄芪甲苷组和黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102组在肾脏实质病理特征中出现显著差异,差异具有统计学意义(P<0.05),黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102组小鼠肾小球体积更小,形态更均匀,系膜细胞和系膜基质增生病变被更好的改善,这与黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102具有更高的吸收率和生物利用度的观点是一致的。
并且LS-102在改善肥胖相关性肾病肾脏病理的作用方面具有浓度依赖性,高浓度LS102组对比低浓度LS102组调控作用更显著,差异具有统计学意义(P<0.05)。

Masson染色:此种染色主要用于观察肾小球及肾间质内胶原纤维生成及沉积情况,间质基质染色为红色,而胶原纤维染色蓝色或浅蓝色,若间质出现胶原沉积,则阳性信号为蓝色,可以反映肾间质出现纤维化的程度。
通过Masson三色染色检测胶原沉积情况,显示HFD组肾小球内和间质内的胶原沉积显著增加,LAS组肾小球内和间质内胶原部分沉积。
而HAS组、L102组、H102组则部分阻止了高脂饮食诱导的胶原沉积,导致其沉积显著减少。
H102组胶原沉积量明显低于L102组,差异具有统计学意义(P<0.05),表现出浓度依赖性。

相同浓度的黄芪甲苷组和黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102组相比较,黄芪甲苷水溶性衍生物LS-102组均更有效地阻止了胶原沉积,沉积明显减少,特别是在高浓度组中,差异具有统计学意义(P<0.05)。
肥胖与多种疾病的发病关系密切,它不但可以显著增加多种疾病患病常见风险因素的权重,还可以增加较不常见的危险因素的患病率,例如影响体重、胰岛素抵抗、2型糖尿病、糖尿病肾病、血脂水准、凝血、纤溶过程等。
由此可见,肥胖与2型糖尿病以及糖尿病肾病关系密切,互为因果。
因此,我们对肥胖相关性肾病的研究对于肥胖相关的早期糖尿病肾病具有一定的意义。

药用植物常常是临床治疗药物的主要来源,大多数临床研制出来的药物或者属于天然产物或是天然化合物的衍生物。
黄芪是一种生物活性天然类黄酮,因其药用价值而闻名,是一种常用的中药材。
黄芪甲苷是药用黄芪的最主要的生物活性成分,其含量高低常作为评价黄芪质量好坏的主要标志。
然而,令人失望的是由于黄芪甲苷在生物体内的溶解度极低,其口服给药后的生物利用度差,从而大大限制了它的临床应用。

实际上,以前的研究已经报道,黄芪甲苷的高分子量和低亲脂性可能会限制其在肠道中的被动转运,这直接导致黄芪甲苷的低渗透性和低生物利用度(大鼠中的绝对生物利用度:仅2.2%)[6,7]我们最近获得了一种新型的黄芪甲苷水溶性衍生物-黄芪甲酸(LS-102),通过给实验大鼠口服给药,LS-102可以显著增加肠道的渗透性,从而增加肠道对药物的吸收,引起更高的生物利用度。
与黄芪甲苷比较,黄芪甲酸具有更高的吸收率和生物利用率,主要是因为它有更高的水溶性。

同时,LS-102相比黄芪甲苷有更短的药物清除半衰期,药物安全性极高,未见任何实验动物死亡或中毒表现,证明LS-102是理想的、具有广泛发展前景的黄芪甲苷衍生物口服药物候选者。
越来越多的研究针对黄芪及其有效成分作为糖尿病和其并发症的糖尿病肾病的潜在干预剂,而大多数结果也支持黄芪甲苷在早中期糖尿病及后期糖尿病肾病的控制中有重要影响。
在本次研究中,我们分别使用低浓度(10mg/kg)和高浓度(40mg/kg)黄芪甲苷和黄芪甲酸LS-102灌胃HFD诱导的肥胖相关糖尿病肾病小鼠。
进行药物对照试验。

根据实验结果,我们证明了通过灌胃黄芪甲苷和黄芪甲酸LS-102都有效改善了肥胖小鼠的生活习性以及生活状态,并且对体重进行了调控。
通过不同的病理切片染色发现均减轻了肥胖相关肾病小鼠肾脏病理形态学损伤的程度。
相同浓度的黄芪甲酸LS-102均优于黄芪甲苷。
本次研究首次证明在肥胖相关肾病中,LS-102能有效作用于肥胖相关性肾病,并与传统药物黄芪甲苷进行了对比。
大量研究已经证实传统黄芪甲苷在抗氧化应激和炎性因子、抑制肾脏纤维化、抗细胞凋亡等方面有一定作用,在肾脏治疗中具有广泛前景。

黄芪甲苷可通过上调整合素α3β1、调节线粒体质量控制、上调肌浆/内质网(ER)Ca2+-ATP酶以及抑制TRPC6/Ca2+/CaN/NFAT信号等来保护肾脏足细胞。
通过抑制MAPK/NF-κB信号通路、TGFβ/Smad信号通路、TLR4/NF-κB途径来抑制肾脏纤维化,通过调控SIRT1/NF-κB信号通路保护肾小管细胞,通过抑制NLRP3炎症小体和调控Keap1-Nrf2-ARE信号通路改善肾小管上皮细胞损伤、抑制肾小球系膜细胞活化。
由此可见黄芪甲苷在慢性肾脏疾病的治疗中是具有足够的依据可以证实。

传统中药及其新型制剂在肥胖相关性疾病以及代谢类疾病的预防和治疗中发挥了重要作用,黄芩素、黄连荷叶、益气散聚方浓缩颗粒(黄芪、黄连、蒲黄、泽泻和茵陈)、消渴舒丸(红参、山药、天花粉生地黄、生地黄等)等均显示了对肥胖相关性疾病和代谢相关疾病的调控和保护作用。
对传统中药新型制剂的研究和发现对于临床疾病的预防和治疗具有重大的意义。

本研究结果证明,黄芪甲苷水溶性衍生物黄芪甲酸LS-102,对肥胖相关性肾病病理调控表现出优于传统黄芪甲苷的作用,显示出更好的保护性作用,并具有浓度依赖性。
提示黄芪甲酸LS-102可能作为肥胖及其相关性疾病临床治疗的一种新型中药制剂选择。
但其具体的药理机制尚不清楚。
后续我们将对黄芪甲酸LS-102的药理机制进行进一步研究