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Observation of penetration,distribution and accumulation in human renal proximal tubular epithelial cells by aristololactam-Ⅰ

马兜铃内酰胺-Ⅰ进入人肾小管上皮细胞及细胞内分布和蓄积的观察



全 文 :马兜铃内酰胺Ⅰ进入人肾小管上皮细胞及
细胞内分布和蓄积的观察
商 朴1,王 璇1,李晓玫2,唐嘉薇2,蔡少青1
(1.北京大学 药学院,北京 100083;
2.北京大学 第一医院 肾内科暨卫生部肾脏疾病重点实验室,北京 100034)
[摘要] 目的:观察马兜铃内酰胺Ⅰ(ALⅠ)能否进入肾小管上皮细胞及其在细胞内的分布、蓄积情况。方
法:以体外培养的人类近端肾小管上皮细胞系(HK2)为研究对象,用不同质量浓度的ALⅠ(5~20μg·mL-1)处
理细胞,采用荧光倒置显微镜观察细胞内由ALⅠ产生荧光的有无及其分布,并在洗去含ALⅠ的培养液后继续培
养HK2细胞48h,观察细胞内ALⅠ荧光的持续情况以判断其蓄积性。结果:不同质量浓度的ALⅠ(5~20μg·
mL-1)处理细胞05h内,均能在肾小管上皮细胞内观察到蓝绿色的ALⅠ荧光,并且荧光仅分布于细胞浆中,而在
细胞核内未观察到。在洗去含ALⅠ培养液后继续培养时ALⅠ的荧光可在细胞内持续存在48h以上,其持续存
在部位仍为细胞浆。结论:ALⅠ可以在短时间内迅速进入肾小管上皮细胞,其分布部位在细胞浆,不进入细胞核;
ALⅠ在细胞浆内的蓄积可能与其致肾损伤的毒性作用机制有关,即通过进入肾细胞并蓄积于细胞内在肾病过程
中持续发挥毒性作用。
[关键词] 马兜铃内酰胺Ⅰ;肾小管上皮细胞;荧光显微镜观察;分布;蓄积
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)07079305
[收稿日期] 20070621
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30371748);国家科技支
撑计划项目(2006BAI14B01);国家教育部985项目
[通讯作者] 王璇,Tel:(010)82806818,Fax:(010)82806818
Email:csqwx@hsc.pku.edu.cn;李晓玫,Email:xiaomeil@medmail.
com.cn
  马兜铃内酰胺Ⅰ(aristololactamⅠ,ALⅠ)是
马兜铃酸Ⅰ(aristolochicacidⅠ,AAⅠ)在人体内
的主要代谢产物[1],同时也是许多马兜铃属植物中
的独立成分[2,3]。本课题组曾发现 ALⅠ和 AAⅠ
一样,也具有肾小管上皮细胞毒性[4,5]。有学者曾
在疑为木通(关木通)中毒患者的肾组织中发现肾
小管上皮细胞内有嗜碱性物质突向管腔,此物质为
层状结构[6],认为很可能是(关)木通的代谢产
物[7],提示AAⅠ 或ALⅠ有可能是通过进入细胞
内损伤细胞而导致马兜铃酸肾病(AAN)。但马兜
铃酸(AAs)及马兜铃内酰胺类(ALs)成分的肾细胞
毒性机制,即是否通过该类成分进入细胞而起毒性
作用、进入细胞后的分布状况如何以及是否会在细
胞内蓄积而长期存在目前仍缺乏直接证据,国内外
迄今也尚无对细胞内 ALs进行分析检测的报道。
因此,本研究拟利用 ALⅠ具有较强荧光的性
质[1,8,9],建立肾小管上皮细胞内 ALⅠ的荧光显微
镜观察方法,进而研究其能否进入细胞及其在细胞
内的分布、蓄积情况,以期进一步探讨马兜铃酸和马
兜铃内酰胺类成分的肾细胞毒性机制。
1 材料
1.1 试剂与仪器
荧光倒置显微镜ECLIPSETE2000-S(日本NI
KON公司,紫外光激发范围为330~380nm)。细胞
培养基Dulbeccos’smodifiedEagle’smedium(简称
DMEM)和胎牛血清(美国Gibco公司),二甲基亚砜
(DMSO,美国 Fluka公司)。氯化钾、磷酸二氢钾、
葡萄糖(DGlucose)、酚红等试剂均为分析纯,北京
化学试剂公司生产。Hank’s平衡盐溶液(以下简称
HBSS):含KCl040g,KH2PO4006g,NaCl800g,
Na2HPO4·7H2O009g、葡萄糖100g、酚红指示剂
001g和过柱纯净水适量,使定量至10000mL,保
持pH在71~74,灭菌后4℃保存备用。其他常
用试剂均购自国内生物及化学试剂公司。
1.2 药物与细胞株
马兜铃内酰胺Ⅰ由作者通过系统化学分离和
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制备液相的方法从植物天仙藤 Aristolochiacontorta
Bunge(北京大学药学院蔡少青教授鉴定)茎叶中分
离纯化得到,纯度大于980%,溶解于二甲基亚砜
中,储液质量浓度为20g·L-1,于4℃保存。临用
时再用DMEM稀释到实验所需质量浓度,最终 DM
SO控制在01%以下。人类近端肾小管上皮细胞
系(HK2)购自美国 AmericanTissueCultureColec
tion(简称ATCC)公司。
2 方法
2.1 细胞培养
HK2细胞采用含 10%的胎牛血清、100U·
mL-1青霉素和100U·mL-1链霉素的 DMEM培养
基培养,培养条件为5%CO2,37℃恒温培养箱。细
胞爬片接种在35mm培养皿里的盖玻片上,生长至
60%~70%融合后,按以下不同质量浓度加刺激物
ALⅠ分别处理不同时间。
2.2 用荧光显微镜观察 ALⅠ能否进入细胞及其
分布
2.2.1 分组 空白组(DMSO):培养液中 DMSO的
终浓度分别为 025‰,05‰,1‰。ALⅠ组:培养
液中含 ALⅠ(DMSO溶解)终浓度分别为5,10,20
μg·mL-1。
为了排除DMSO作为溶剂对细胞膜的影响,实
验中同时设立了以下各组进行比较。
空白组(无水乙醇):培养液中无水乙醇的终浓
度为025‰;ALⅠ组(乙醇溶解):培养液中含 AL
Ⅰ(乙醇溶解)终浓度为5μg·mL-1。
2.2.2 样品制备和观察方法 各实验组分别处理
细胞05h后吸除培养液,迅速用 HBSS洗细胞 4
次,即每次向培养皿中加入1000μLHBSS,轻轻晃
洗细胞后吸除,重复操作4次以后,加入含02%胎
牛血清的DMEM培养液(以下简称 G0液),在5~
10min内从培养皿取出载有细胞的盖玻片倒置盖于
载玻片上用荧光显微镜在紫外光(330~380nm)激
发下采集荧光图像。
另外同法采集实验高质量浓度组(ALⅠ 20μg
·mL-1,DMSO溶解)处理细胞15min后的荧光图
像,并与相同时间对照组进行比较。
2.3 ALⅠ在肾小管上皮细胞内的蓄积性研究
ALⅠ组:采用 DMSO溶解的 ALⅠ (20μg·
mL-1)处理细胞05h后,吸除含ALⅠ培养液并
用HBSS洗净细胞,加入新鲜 G0液继续分别培养
6,24,48h,吸除培养液,按222项下方法用
HBSS洗细胞4次,加入G0液后,在5~10min内
各不同培养时间ALⅠ组分别于荧光显微镜紫外光
激发下采集细胞的荧光图像,实验方法同上述05
h组。
空白对照组:培养液中DMSO的终浓度为1‰,
实验操作方法同2.3项下。各组实验均重复 3次,
由同一研究者完成观察及照相。
3 结果
3.1 ALⅠ在肾小管上皮细胞内的分布
3.1.1 空白对照组 DMSO各剂量组和乙醇空白
对照组在分别处理15min和05h后,细胞状态良
好,形态正常。在紫外光激发下均无荧光,镜检视野
黑暗。表明在本实验条件下 DMSO和无水乙醇空
白对照组细胞均无荧光干扰。
3.1.2 ALⅠ组 溶于DMSO不同质量浓度的AL
Ⅰ处理细胞05h内,各组细胞生长及形态均正常,
未见明显差异,基本无死亡细胞。各组在细胞核外
胞浆中均有蓝绿色荧光分布,细胞核轮廓清晰可见,
荧光强度随着 ALⅠ浓度增大而增强。此外,实验
还发现ALⅠ(20μg·mL-1)处理细胞15min后细
胞内即有强烈荧光,说明 ALⅠ在15min内即可以
进入肾小管上皮细胞,并且分布于细胞核外胞浆,见
图1,2。
采用无水乙醇溶解的 ALⅠ(5μg·mL-1)处
理HK2细胞05h后,细胞生长及形态正常,细胞
核外胞浆中也有蓝绿色荧光分布,实验结果与 DM
SO溶解的ALⅠ实验组完全一致,提示本研究所用
溶剂本身并不影响观察结果,进一步证实了结果的
可靠性。见图3。
3.2 ALⅠ在肾小管上皮细胞内的蓄积性
用ALⅠ(DMSO溶解,20μg·mL-1)处理HK
2细胞05h后,吸除并洗净含 ALⅠ培养液,继续
培养6,24,48h后观察,各ALⅠ组细胞核外胞浆中
均可见蓝绿色荧光,荧光强度无明显差异(图4,5)。
即ALⅠ仍存在于肾小管上皮细胞内,说明其具有
蓄积性,其蓄积部位为细胞核外胞浆。而空白对照
组在相应的实验条件下均无荧光,镜检视野黑暗,无
荧光干扰。
4 结论与讨论
马兜铃酸肾病(AAN)以及与此相关的药材、中
成药的安全问题是当前医药学界研究的热点。导致
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图1 不同质量浓度ALⅠ(DMSO溶解)处理HK2细胞05h后细胞荧光图像
(横线段代表8μm长,图25同)
A.ALⅠ5μg·mL-1组;B.ALⅠ 10μg·mL-1组;C.ALⅠ20μg·mL-1组
图2 ALⅠ(DMSO溶解,20μg·mL-1)
处理HK2细胞15min后的细胞荧光图像
图3 ALⅠ(乙醇溶解,5μg·mL-1)
处理HK2细胞05h后的细胞荧光图像
图4 ALⅠ(DMSO溶解,20μg·mL-1)进入HK2细胞不同时间的细胞荧光图像
A.6h;B.24h;C.48h
图5 ALⅠ(DMSO溶解,20μg·mL-1)
进入HK2细胞后24h的透射光及荧光合并图像
AAN的病因目前普遍认为是马兜铃酸的肾毒性所
致[1012],而马兜铃内酰胺Ⅰ(ALⅠ)作为马兜铃
酸Ⅰ(AAⅠ)在人体内的主要代谢产物[1],同时也
是许多马兜铃属植物中的独立成分[2,3],本课题组
前期已经证实外源性 ALⅠ与 AAⅠ同样具有直接
的肾小管上皮细胞损伤作用,在同等浓度情况下,
ALⅠ 的直接细胞毒作用甚至较 AAⅠ更强[4],而
目前尚缺乏检测细胞内该类成分的方法。国内外对
于荧光显微镜的应用,多见于细胞内 DNA,RNA,蛋
白质和钙离子等的定位或定量研究,亦有少量应用
于细胞内药物分布研究,主要包括蒽醌类[13,14]、原
卟啉类[15]、药物的荧光衍生物[16]以及其他光敏物
质[17],但尚无将其应用于马兜铃内酰胺类成分的细
胞内观察或细胞内分布的研究报道。因此,本研究
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根据ALⅠ在紫外光激发下具有荧光的特性,首次
应用荧光显微镜研究马兜铃内酰胺类成分在人类近
端肾小管上皮细胞系 HK2细胞内的分布,此方法
不需要进行任何荧光标记就可以检测细胞内的
ALⅠ,方法简便、易操作。
本研究结果表明,ALⅠ能够在15min内进入
肾小管上皮细胞,可分布于细胞浆中,但不进入细胞
核,提示ALⅠ可能在胞浆中起毒性作用,其分布部
位与刺激浓度无关。实验还发现 ALⅠ(20μg·
mL-1)处理细胞05h后细胞内荧光强度明显强于
低浓度组,表明其进入细胞的量与刺激浓度成正比,
这可能是其细胞损伤作用呈浓度依赖性的基础[4]。
本课题组曾报道ALⅠ(5~20μg·mL-1)刺激HK
2细胞48h后具有促使转化生长因子β1(TGFβ1)、
纤维连接蛋白(FN)分泌以及诱导肾小管上皮细胞
凋亡的直接毒性作用[4],而此次发现的 ALⅠ进入
细胞后可在细胞浆内蓄积存在48h以上的事实对
其持续的细胞毒性作用提供了又一个直接证据,对
于进一步揭示ALⅠ的致肾损伤毒性作用机制具有
重要意义。
ALⅠ具有同AAⅠ相似的肾细胞毒性,可能是
含马兜铃酸中药导致肾脏损伤及其纤维化过程的毒
性成分之一[4],且由于其能够在肾小管上皮细胞中
进行蓄积,因此也可能部分地介导了肾脏损伤的持
续性。至于ALⅠ进入细胞的量多少、代谢情况如
何以及在细胞浆中作用于哪类细胞器,AAⅠ等其
他马兜铃酸类毒性成分是否也能进入肾细胞发挥毒
性作用还值得进一步研究。
[致谢] 北京大学第一医院中心实验室张瑛技师在荧
光显微镜图像采集实验中给予帮助。
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Observationofpenetration,distributionandaccumulationin
humanrenalproximaltubularepithelialcelsbyaristololactamⅠ
SHANGPu1,WANGXuan1,LIXiaomei2,TANGJiawei2,CAIShaoqing1
(1.SchoolofPharmaceuticalSciences,PekingUniversity,Beijing100083,China;
2.RenalDivision,DepartmentofMedicine,FirstHospital,PekingUniversity,andKeyLabofRenalDiseases,
PublicHealthMinistryofChina,Beijing100034,China)
[Abstract] Objective:TostudywhetheraristololactamⅠ (ALⅠ)canenterrenalproximaltubularepithelialcelsandthe
situationofintracelulardistributionandaccumulation.Method:Culturedhumanrenalproximaltubularepithelialcelline(HK2)
wasusedasthesubject.IntracelularfluorescencefromALⅠ anditsdistributionareexaminedbyfluorescencemicroscopyaftera
treatmentwithdiferentconcentrationofALⅠ,theintracelularaccumulationofALⅠ wasalsoinvestigatedbyincubatedcelsin
ALⅠfreemediumfor48hafterwashingoutthemediacontainingALⅠ.Result:AftertreatmentofALⅠ (concentrationfrom5μg
·mL-1to20μg·mL-1),glaucousfluorescencecouldbeobservedinsiderenalproximaltubularepithelialcelsat05h,andthe
fluorescencedistributedonlyincytoplasmwhilenotbeobservedinnuclei.Moreover,thefluorescenceofALⅠ couldbekeptincyto
plasmformorethan48hafterwashingoutthemediacontainingALⅠ.Conclusion:ALⅠ isabletoenterrenalproximaltubularep
ithelialcelsinshorttimeandaccumulateincytoplasm,butnotenternuclei.Thispropertymaycontributetothecytotoxicmechanism
ofrenalinjuryinducedbyALⅠ,whichmaypartialyexplainthepersistentrenaltoxicityofAAsanditsmetabolitesinthedevelop
mentofaristolochicacidnephropathy.
[Keywords] aristololactamⅠ;renaltubularepithelialcel;fluorescencemicroscopy;distribution;accumulation
[责任编辑 古云侠]
[收稿日期] 20070920
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30500663)
[通讯作者] 胡素敏,Tel:(010)64287006,Email:cinndyhu@yahoo.com.cn
中药复方对模拟失重大鼠骨代谢的影响
佟海英,胡素敏,周 鹏,傅 骞,杨 佳,高学敏,张建军,钟赣生
(北京中医药大学 基础医学院 方药教研室,北京 100029)
[摘要] 目的:观察中药复方对尾部悬吊模拟失重大鼠骨代谢的影响。方法:50只Wistar大鼠按随机区组实
验设计法分成正常组、模型组、悬吊中药低(352g·kg-1)、中(704g·kg-1)、高剂量(1408g·kg-1)组,每组10
只,实验周期21d。造模前7d悬吊中药3个剂量组给予中药复方,空白与模型组给予蒸馏水灌胃,每日1次。第8
天灌胃1h后,模型组与悬吊中药3个剂量组尾部悬吊,正常组大鼠笼中自由活动,继续饲养14d。实验结束,检测
各组动物血清碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(BGP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)、股骨羟脯氨酸(HOP)含量及股骨、
腰椎骨密度(BMD)的变化。结果:与正常组相比,模型组大鼠血清 ALP显著降低(P<005),BGP,TRAP含量无明
显变化,股骨、腰椎BMD明显降低(P<005);与模型组相比中药各剂量组血清 ALP含量无显著变化,中药中剂量
组血清BGP显著增高(P<005),中药中、高剂量组血清 TRAP显著降低(P<005),中药中剂量组股骨 BMD显著
增加(P<005)。结论:中药复方能明显促进骨形成作用,有效抑制骨吸收作用,减弱溶骨过程从而促进骨矿盐的
沉积和矿化,增强BMD而达到防治骨丢失的作用;有效的防护和治疗失重性骨丢失采取联合措施很有必要。
[关键词] 中药复方;模拟失重;碱性磷酸酶;骨钙素;抗酒石酸酸性磷酸酶;羟脯氨酸;骨密度
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第33卷第7期
2008年4月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
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