缺氧肾脏损伤研究

缺氧肾脏损伤研究插图

缺氧肾脏损伤研究
慢性缺氧可触发肾脏损伤反应,并可能刺激肾小管近端细胞的炎症,从而导致不可逆的病理改变。 

什么是缺氧肾脏损伤?缺氧肾脏损伤研究插图1

       氧稳态是维持正常能量产生的一个重要因素。肾脏是缺氧时最容易受损的器官之一。研究表明,慢性缺氧可触发肾脏损伤反应,并可能刺激肾小管近端细胞的炎症,从而导致不可逆的病理改变。在一定程度的缺氧条件下,肾脏具有自我保护机制及其对缺氧的适应机制。研究表明,缺氧诱导因子1α(HIF-1α)在缺氧损伤后表达逐渐增加,HIF-1α可调节下游基因的表达,增加对损伤组织的氧传递。这些发现提示,在慢性缺氧条件下,可能存在一种抗肾脏损伤的自我保护机制。研究表明,HIF-1α参与了对肾脏缺氧的适应机制。在常氧条件下,HIF被泛素依赖的蛋白酶体降解;然而,缺氧却稳定了HIF的表达,从而上调了参与缺氧适应的靶基因的表达。为了响应HIF-1α的激活,多个基因产物被表达[包括血管内皮生长因子(VEGF)],通过促进血管生成来抵消缺氧。VEGF表达下调和抗血管生成因子表达上调可导致血管生成失调的发生,最终导致进行性肾衰竭。值得注意的是,缺氧激活了HIF通路;然而,在严重的缺氧条件下,HIF通路的表达被下调。为此,上海交通大学附属新华医院研究团队对此进行了相关研究,实验成果发表在2021年的【Frontiers in Physiology】期刊上。

 


 

实验研究

研究采用30只5周龄SD大鼠,进行不同条件的缺氧造模。

传统上,对于慢性缺氧模型,大鼠接受2周缺氧(10% O2)。氧合目标(Pa O2 90-60mmHg)是通过调整吸气氧气的分数(Fi O2)来实现的,对于高生存率和低PaO2水平,研究人员在研究中测量的最小O2浓度为7% O2。老鼠随机分布成三组根据吸入不同浓度的氧气(每组包括10只动物):21% O2在B组,10% O2和7% O2组每组进一步分为两个子组根据缺氧时间(1或2周)(图1)

缺氧肾脏损伤研究插图2

慢性常压缺氧暴露(Chronic Hypoxia Exposure
       对照组大鼠暴露于21%的O2,而实验组大鼠暴露于不同程度的缺氧至少1周。缺氧组大鼠置于常压低氧舱(ProOx-100,上海塔望科技,中国)。对照常氧组暴露在室内空气中,缺氧组被放置在缺氧室(每笼n=5)。氧浓度范围和准确性分别为0-25%和0.1%。缺氧肾脏损伤研究插图3

*如上图,塔望科技可提供

       低氧结束,大鼠注射麻醉。麻醉后,将大鼠仰卧位,固定在手术台上。采用腹侧中线切口隔离腹主动脉,将聚乙烯导管插入腹主动脉,并连接压力传感器进行数据采集血压测量系统。通过腹主动脉测量血压,并采血进行检测。

缺氧肾脏损伤研究插图4 缺氧肾脏损伤研究插图5

*如上图,塔望科技可提供

       然后对这些大鼠进行放血安乐死。切除双肾进行分析。其中一个标本被闪存冷冻,立即保存在液氮容器中进行免疫印迹分析,而另一个样品在4%多聚甲醛溶液中浸泡进行纤维固定,然后进行染色和免疫组化检查。在尼康EclipseE600显微镜下观察组织切片,并使用尼康DS-Ri1数码相机拍摄不重叠的图像。

 

部分结果如下:

缺氧肾脏损伤研究插图6

FIGURE 3 | The growth of rats and the weight of rat kidneys. (A) The mean body weight of the rats was determined on a daily basis for 14 consecutive days (10 rats were included in the analysis for the fifirst 7 days, and 5 rats were included for the remaining 7 days). (B) The renal hypertrophy index of rats on D7 (n = 5) and D14 (n = 5). (C) The mean left kidney weight of the rats was determined on D7 (n = 5) and D14 (n = 5). (D) The mean left kidney weight of the rats was measured on D7 (n = 5) and D14 (n = 5).

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FIGURE 4 | General features and morphological traits in renal tissues obtained from animals subjected to normoxic and hypoxic conditions. (A) Gross view of a kidney. (B) A histological section of kidney tissue. The histological examination was performed at 20 × magnifification (scale bar = 100 µm).

(C) Periodic acid-Schiff staining (40 × magnifification, scale bar = 50 µm).

(D) Masson’s trichrome staining (40× magnifification, scale bar = 50 µm).

缺氧肾脏损伤研究插图8 缺氧肾脏损伤研究插图9 缺氧肾脏损伤研究插图10

FIGURE 7 | Double immunoflfluorescence labeling of CD31 (red) and α-SMA (green) in rat kidneys; nuclei are stained with DAPI (blue). (A) Mature blood vessel

density of rats in the 21% O2 group. (B) Mature blood vessel density of rats in the 10% O2 group. (C) Mature blood vessel density of rats in the 7% O2 group.

Original magnifification: ×400

 


参考文献:
Yaya Xu, Xiangmei Kong, Jiru Li, Tiantian Cui, Yifan Wei, Jiayue Xu, Yueniu Zhu and Xiaodong Zhu*, Mild Hypoxia Enhances the Expression of HIF and VEGF and Triggers the Response to Injury in Rat Kidneys ,Frontiers in Physiology ,June 2021 | Volume 12 | Article 690496