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Effects of Radix Astragali and Fructus Corni on urinary protein pattern in nephropathy mice by microfluidic chip

黄芪、山茱萸对肾炎小鼠尿蛋白谱的影响



全 文 :黄芪、山茱萸对肾炎小鼠尿蛋白谱的影响
黄黎明1,2,石晓强2,梁 恒2
(1.解放军第451医院 药剂科,陕西 西安 710054;
2.西安交通大学 生物医学信息工程教育部重点实验室 分离科学研究所,陕西 西安 710049)
[摘要] 目的:研究黄芪、山茱萸对肾炎小鼠尿蛋白谱的影响,旨在探讨中药治疗肾炎的分子学机制。方法:
给小鼠注射右旋糖苷,造成慢性肾炎模型。动物随机分为黄芪组(灌胃,20g·kg-1·d-1)、山茱萸组(灌胃,10g·
kg-1·d-1)、模型对照组(灌胃饮用水),另设正常对照组。造模同时给药,每天1次,连续12周。末次给药后,收
集各组动物24h尿液,分别用非浓缩尿液和冷冻干燥尿液作为样本,采用微流控芯片分析技术,对各实验组小鼠的
尿样蛋白质进行分离、分析,比较各组动物尿样蛋白谱的差异。结果:模型对照组动物尿样中的蛋白质种类明显多
于正常对照组,相对分子质量大于43×103的蛋白种类和相对含量均明显增加;给予黄芪、山茱萸治疗的动物尿蛋
白种类明显减少,尤其是相对分子质量大于50×103的蛋白质明显减少,尿蛋白谱有明显改变,趋近于正常对照组
的图谱。同时发现非浓缩尿样蛋白质以相对分子质量29,32,43,52,68,76×103为主,而浓缩尿样蛋白质主要为相
对分子质量22,24,32,46×103的蛋白质,后者相对分子质量大于50×103的蛋白质明显减少。结论:黄芪和山茱萸
具有降低肾炎小鼠尿中蛋白含量和种类的作用,提示两药具有保护肾脏的作用。
[关键词] 微流控芯片;尿蛋白;黄芪;山茱萸;肾炎
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)13132405
[收稿日期] 20060610
[通讯作者] 黄黎明,Tel:(029)84734252,Email:liming
dawn71@163.com
  笔者以前通过对正常小鼠和病理状态下小鼠肾
脏双向电泳结果的数字化图谱分析和比较,发现大
量差异蛋白,并发现山茱萸提取物可以改善肾炎小
鼠的肾功能,显著降低尿蛋白含量,同时引发一系列
肾脏组织蛋白质表达水平的改变[1,2]。本实验继续
对慢性肾炎小鼠尿液中的蛋白质进行了微流控芯片
分析,实验中对比了20多例肾炎模型小鼠、正常小
鼠和服用了山茱萸、黄芪提取物的肾炎小鼠尿液中
的蛋白质谱,以期获得各处理条件下微量差异蛋白
的信息,为进一步探讨慢性肾炎的发病机制和中药
治疗慢性肾炎的机制寻找分子学依据。
本实验中使用的微流控芯片是将毛细管电泳的
原理成功转移到一块芯片平板上,此平板上整合了
样品分离、染色、检测等多个实验步骤,有一条独立
的分离通道,一次检测可以同时完成11个样品的分
析工作。其突出优点在于通过芯片通道中的微流控
操作,容易在低于普通化学分析几个数量级的体积
(纳升至微升)水平上,实现微机控制的高效率、自
动化定量操作[3]。
1 材料
1.1 药物及试剂 山茱萸为山茱萸Cornusoficina
lisSieb.etZucc.的干燥成熟果肉;黄芪为膜荚黄芪
Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.的干燥根,二
药材均为《中国药典》收载的品种,由陕西中医学院
药学系王继涛教授鉴定。实验用山茱萸提取物依据
文献方法[4]获得,黄芪提取物(每毫升含生药10
g,由本实验室提供);分离蛋白质芯片实验室组件
(Protein200LabChipKit,安捷伦公司提供,No.
50654430,包括安捷伦蛋白质分析用芯片;芯片分
析用试剂、染料及配件等);上标蛋白、梯度标记(安
捷伦公司 No.50654434);下标蛋白(安捷伦公司
No.50654430);二硫苏糖醇(DTT)、十二烷基硫酸
钠(SDS)(洛阳华美公司,为进口分装,批号
2001021);右旋糖苷(中国医药集团上海化学试剂
公司,批号20010218);葡聚糖凝胶G150(上海化学
试剂厂,批号02030)。
1.2 动物 清洁级昆明种小鼠,雌雄各半,体重
18~22g,实验前尿蛋白经检测均为阴性,购自西安
交通大学医学院实验动物中心,动物合格证号:陕医
动字第08004号。
1.3 仪器 Agilent2100Bioanalyzer(Agilent公
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司);冷冻真空干燥机(Sigma公司,美国);小容量冷
冻离心机(湖南仪器仪表总厂离心机厂)。
2 方法
2.1 分组与剂量 小鼠按体重、性别随机分为山茱
萸组、黄芪组、模型组、正常组,雌雄各半。山茱萸组
给予山茱萸提取液10g·kg-1(以生药计),黄芪组
给予黄芪提取物20g·kg-1(以生药计);模型组给
饮用水,以上3组均给予同等容积002mL·g-1,
每天灌胃1次,连续12周。在灌胃的第1天同时造
模,正常组正常饲养不做任何处理。
2.2 模型制备[5] 每只小鼠于实验的第1,7,10天
腹腔注射葡聚糖凝胶G150溶液05mL/只,剂量2
mg·mL-1,从第15天开始每周3次尾静脉注射右旋
糖酐05mL/只,剂量2mg·mL-1。共注射12周。
2.3 尿样制备 分别用非浓缩尿液和冷冻干燥浓
缩尿液进行实验。实验结束前,获取各组小鼠24h
尿液,以12000r·min-1,4℃下离心30min,弃去
沉淀,吸取上清液作为非浓缩尿液蛋白质样品;将尿
液冷冻真空干燥进行浓缩(1mL浓缩到约100μL)
获得的样品作为浓缩尿液蛋白质样品。尿液样品与
变性缓冲液(4%的 SDS,290μg·mL-1myosin,3%
的DTT)以2∶1的比例混合并在100℃加热5min,
变性后的样品用下标染料(发射波长为 650/680
nm)的去离子水溶液以1∶15的比例进行混合。
2.4 芯片准备及检测 Protein200LabChip系一套
用于分离分析蛋白的芯片,该芯片有数条毛细管通
道,将筛分基质以压力进样的方式注射到每条毛细
管通道中(图1)[6],实验采用的筛分基质为325%
的聚二甲基丙烯酰胺,将其溶解于三羟甲基氨基甲
烷(Tris)N三羟甲基甘氨酸(Tricine)缓冲液中(pH
76,42mmol·L-1Tris,120mmol·L-1Tricine),溶
液中含有025%的SDS(终浓度为87mmol·L-1)
和4mmol·L-1的 Agilent染料。将 A4,B4,C4和
D3各加样孔中加入上述分离基质,D4加样孔中加
入不含有 SDS的分离基质。A1A3,B1B3,C1C3,
D1D2为蛋白质样品加样孔。将加好样品的芯片置
于Agilent2100Bioanalyzer装置中,进行蛋白质的分
离和检测,该装置采用激光诱导荧光检测方式进行
检测,其检测器为CCD检测器。不同蛋白质的迁移
速度不同,蛋白质检测峰的出峰时间是判断蛋白质
的种类及性质的依据。
图1 微流控芯片毛细管通道示意图
3 结果
3.1 根据蛋白质对照品芯片电泳图谱绘制标准曲线
 先用蛋白质对照品芯片电泳图谱的数据确定迁移
时间(t)与蛋白质相对分子质量(M)的函数关系,具
体办法是以相同浓度对照品蛋白质芯片电泳后的得
到相应数据(见表1),根据公式 lnM=Alnt+B,以3
至10号标准蛋白质峰数据使用绘图软件Origin70
绘制标准曲线如图2所示。对数据进行线性拟合,得
到曲线的线性回归系数为099814,根据标准曲线计
算得到的A值为2446,B值为-11.694。依据该标
准曲线,可以根据实验获得的迁移时间(t)计算出各
蛋白质峰对应的蛋白质相对分子质量(M)。
表1 对照品芯片电泳的相应参数
对照品峰 t/s 相对峰面积 M/×103 lnt lnM 质量浓度/μg·mL-1
1(下标蛋白) 1840 61707 60 2912 1792 74
2(系统峰) 1975 35800 90 2983 2197 74
3 2050 17545 144 3020 2667 74
4 2195 16851 215 3089 3068 74
5 2310 17894 290 3140 3367 74
6 2365 16784 325 3163 3481 74
7 2635 13191 530 3271 3970 74
8 2785 8755 667 3327 4200 74
9 3005 5970 974 3403 4579 74
10 3155 18591 1170 3452 4762 74
11(上标蛋白) 3865 12006 2100 3654 5347 74
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图2 蛋白质对照品芯片电泳标准曲线
3.2 对肾炎小鼠非浓缩尿样尿蛋白谱的影响 根
据标准曲线,可以求得非浓缩尿样中蛋白质的相对
  
分子质量,以对照品中的上标蛋白为外标,根据各蛋
白质的峰面积计算出相应的蛋白质相对分子质量,
如表2所示。
表2显示,尿液中的蛋白质相对分子质量主要
为29,32,43,52,68,76×103,模型组尿样中的蛋白
质种类明显多于正常对照组,给予山茱萸和黄芪后
尿样中的蛋白明显减少,各处理因素的蛋白质谱特
点显著。说明山茱萸、黄芪2味中药可以在一定程
度上改善肾炎小鼠的肾脏功能。
3.3 对肾炎小鼠浓缩尿样品尿蛋白谱的影响 根
表2 各组非浓缩尿样中蛋白质的相对分子质量和相对含量
样品 蛋白质相对分子质量/×103(相对含量/μg·mL-1)
正常  267 (242)                        
  278 (18) 296 (26) 394 (34) 858 (097)            
  314 (2567) 421 (924)                    
  15 (202) 29 (2367) 321 (2798) 434 (1303)            
模型  293 (2896) 324 (2838) 434 (1535)                
  256 (499) 293 (6753) 327 (4903) 394 (287) 438 (726) 651 (256) 733 (296)
  147 (449) 299 (7804) 337 (11425) 463 (1117) 685 (748) 758 (1887)    
  296 (2939) 337 (5579) 463 (2377)                
山茱萸 142 (288) 29 (3812) 324 (3039) 438 (2614)            
  281 (7668) 318 (6338) 43 (1731)                
  324 (767)                        
黄芪  327 (3449) 351 (4784) 476 (858)                
  341 (8205) 494 (847)                    
  351 (3778) 372 (62) 517 (886)                
  注:括号外数据为蛋白质相对分子质量,括号内数据为对应的相对含量(表3同)
据标准曲线,可以求得浓缩尿样中蛋白质的相对分
子质量,以对照品中的上标蛋白为外标,根据各蛋白
质的峰面积计算出相应的蛋白质相对分子质量。
表3所示,肾炎小鼠浓缩尿液中的蛋白质相对
分子质量主要为22,24,32,46×103,与非浓缩尿液
中蛋白质谱有差异,模型组尿蛋白种类增加,给予药
物治疗后尿蛋白谱明显改变,尿蛋白尤其是大分子
蛋白减少,显示了山茱萸和黄芪保护肾功能、减少蛋
白尿的作用。
4 讨论
表3 各组浓缩尿样中蛋白质的相对分子质量和相对含量
样品 蛋白质相对分子质量/×103(相对含量/μg·mL-1)
正常  223 (3296) 243 (3416) 318 (1872)        
  221 (3994) 243 (2849) 315 (1978)        
  223 (686) 251 (6568) 321 (3288)        
模型  189 (144) 223 (1608) 245 (7262) 311 (326) 1177 (067)
  223 (3007) 248 (4298) 324 (1309) 476 (534) 55 (144)
  187 (073) 223 (497) 248 (1722) 321 (849) 485 (213)
黄芪  209 (2687) 233 (2036) 299 (234) 45 (726)    
  218 (248) 24 (1637) 311 (331) 1251 (124)    
山茱萸 221 (11772) 243 (8583) 308 (897) 463 (4159) 715 (469)
  221 (3252) 243 (2374) 308 (261) 467 (939)    
  在微芯片上集成多种实验中常用的溶液操作,
包括定量进样,加试剂、分液、稀释、分离等。提供了
使分析实验微型化的条件。20世纪90年代初,Har
rison和Manz等开始毛细管电泳芯片的探索性工
作[7],Manz于1990年提出的微型全分析系统(mi
crototalanalysissystem,μTAS)[8]及 1996年美国
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Capliper公司的产品“Labonachip”即“建在芯片上
的化验室”都最终把完成一项分析所需的所有部件
在微型化基础上集成在一芯片上。微流控分析芯片
系统把整个分析过程集成于微芯片上,可多次重复
使用,目前用于蛋白质,DNA,RNA等的分析检
测[9,10]。在微流控分析芯片上进行蛋白质的分离分
析所耗费的时间要远远少于常规的凝胶电泳技术。
国内学者用自制芯片进行了临床患者尿样中蛋
白[11]和LDH同工酶的检测[12],用于中药对病理状
态模型动物的干预和尿蛋白检测分析未见报道。
原发性或继发性的肾脏损伤,尿中常出现蛋白
质,蛋白质的数量和种类与疾病密切相关,因而快
速、准确检测尿中蛋白质的数量和种类变化对掌握
疾病进展、治疗、预后显得十分重要。本实验用微流
控芯片对肾炎小鼠尿蛋白进行了分离分析,得到了
正常状态和慢性肾炎动物尿样差异蛋白的相对分子
质量和相对含量,并发现非浓缩尿样的蛋白谱与浓
缩尿样的蛋白谱有明显差异,前者的大分子蛋白数
明显多于后者,说明样品的前处理可以对结果产生
较大的影响。笔者认为,非浓缩样品更能反映出药
物治疗与不给药治疗的差异,更能显示出中药的疗
效,易于比较药物的作用。在进一步研究中,同时以
标准蛋白作对照,便于获得各种分离得到的蛋白质
更为大量的信息。
[参考文献]
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的药理作用及蛋白质组学效应的实验研究[J].中国药理学
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及LDH同工酶检测[J].光学精密工程,2005,13(2):151.
EffectsofRadixAstragaliandFructusCornionurinaryproteinpatternin
nephropathymicebymicrofluidicchip
HUANGLiming1,2,SHIXiaoqiang2,LIANGHeng2
(1.451HospitalofPLA,Xi’an710054,China;
2.SeparationScienceInstitute,KeyLaboratoryofBiomedicalInformationEngineeringof
EducationMinistry,Xi’anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheurinaryproteinpaternsofnephropathymiceinducedbydextranandtheefectsofaque
sousextractofFructusCorni(AEFC)andRadixAstragali(AERA).Method:Nephropathymodelwasestablishedbyadministrated
withdextrantomice.SomeofthedextrantreatedmiceweregivenAERA(20g·kg-1·d-1)asAERAgroup,othermiceweregiven
AEFC(10g·kg-1·d-1)asAEFCgroup.Someofthedextrantreatedmiceweregivenwaterasmodelgroup,somenormalmiceas
normalcontrolgroup.Aftera12weeks’treatment,24hoururineoffourgroupswascolected,respectively.Eachurinarysamplewas
dividedintotwoparts,onewasnonconcentratedurinesample,anotherwasusedasconcentratedurinesample.Twokindsofurinary
sampleoffourgroupswereanalyzedwithmicrofluidicchipsonAgilent2100Bioanalyzerinstrument.Result:Eachgroup’surinary
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proteinpaternswereobtained,morethan20proteinswereweredetected.Comparedwithnormalgroup,aboutfivekindsofproteinwere
foundinurinarysampleofmodelgroup,amongwhichM>43×103proteinswereincreased.Comparedwithmodelgroup,significant
treatedrelatedprotein’skindandquantitativechangesinAERAtreatedgroupandAEFCgroupwerefound.Urinaryproteinkindswere
reduced,especialycertaintheproteins(M>50×103)weresignificantlydecreasedapproachtonormalpaterns.Nonconcentratedu
rinesamples’proteinpaternmainlyincludedwereproteins(M=29,32,43,52,68,76×103)andconcentratedurinesamples
mainlyincludedtheproteins(M=22,24,32,46×103).Conclusion:AERAandAEFCcouldreducetheurinaryproteinandmade
proteinpaterndiferent,whichshowedthatradixastragaliandfructuscornicouldplayanimportantroleinprotectingrenalfunctionof
nephropathymiceandfindingthetargetproteinmarkersrelatedtoAERAandAEFCefectsonnephropathymice.
[Keywords] microfluidicchips;urinaryprotein;RadixAstragali;FructusCorni;nephropathy
[责任编辑 古云侠]
[收稿日期] 20060912
[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(30672643);甘肃省
自然科学基金资助项目(3ZS051A25078)
[通讯作者] 贾正平,Tel:(0931)8975460,Fax:(0931)2662
722,Email:empriqqq@public.lz.gs.cn
地黄寡糖对 HepG2胞细增殖及胰岛素抵抗的作用
郭丽民1,2,张汝学2,贾正平2,李茂星2,王 娟2,尹 强2
(1.兰州大学 生命科学学院,甘肃 兰州 730000;
2.兰州军区兰州总医院 国家中医药管理局临床中药学重点学科,甘肃 兰州 730050)
[摘要] 目的:探讨地黄寡糖对HepG2细胞增殖和胰岛素抵抗的影响。方法:将 HepG2细胞分为空白组、罗
格列酮组(剂量34mg·L-1)和地黄寡糖组(剂量分别为01~30mg·L-1),用四甲基偶氮唑盐(MTT)方法检测
HepG2细胞的增殖,同时采用高胰岛素诱发HepG2细胞建立胰岛素抵抗模型,研究地黄寡糖对胰岛素抵抗 HepG2
细胞葡萄糖消耗的影响。结果:在中剂量葡萄糖培养基中,高剂量的地黄寡糖促进HepG2细胞的增殖,低剂量则抑
制HepG2细胞的增殖,作用呈明显的量效关系;地黄寡糖可促进 HepG2细胞的葡萄糖消耗,最佳剂量为10mg·
L-1;地黄寡糖能够促进胰岛素抵抗HepG2细胞的葡萄糖消耗,增强对胰岛素的敏感性。结论:高剂量地黄寡糖促
进HepG2增殖,低剂量则抑制其增殖,地黄寡糖对高胰岛素诱发的HepG2细胞胰岛素抵抗具有明显的改善作用。
[关键词] 地黄寡糖;HepG2细胞;细胞增殖;胰岛素抵抗
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)13132805
  地黄在中国用于治疗糖尿病已有数千年历史。
地 黄 寡 糖 (Rehmanniaglutinosaoligosaccharide,
ROS)是地黄的主要成分之一,具有改善造血、促进
免疫、抗肿瘤等作用[1]。作者以往的研究表明,ROS
无论以腹腔注射或灌胃均可降低四氧嘧啶(ALX)
糖尿病大鼠的血糖[2,3],对去胸腺大鼠及老年大鼠
受损的糖代谢(impairedglucosemetabolism)有改善
作用[4,5],而且在2型糖尿病大鼠模型上具有降血
糖、降血脂作用[6];在体外地黄寡糖能够改善地塞
米松诱导的胰岛素抵抗的3T3L1脂肪细胞,促进葡
萄糖消耗,其作用效果与罗格列酮类似[7]。为了进
一步研究地黄寡糖对胰岛素抵抗的作用,本实验采
用高剂量胰岛素诱导的 HepG2细胞胰岛素抵抗模
型,研究地黄寡糖对HepG2细胞体外降糖作用及在
HepG2细胞胰岛素抵抗模型上的药理作用。
1 材料
1.1 药物和试剂
地黄经中国人民解放军总后勤部卫生部药品仪
器检验所刘云教授鉴定为怀庆地黄 Rehmanniaglu
tinosaLibosch.。ROS由兰州军区总医院全军临床
药理基地提供,其中四聚糖占60%,三糖占20%,其
余为单糖或二糖;HepG2细胞由中国科学院兰州近
代物理研究所金小东教授惠赠;胰岛素(批号
024K0988)和 无 酚 红 DMEM 培 养 基 (批 号
·8231·
第32卷第13期
2007年7月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.32,Issue 13
July,2007