二甲双胍通过AMPK/mTOR信号通路抑制高糖诱导的人肾小球系膜细胞衰老

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衰老可以被定义为“使人类逐渐趋向死亡的变化的集合”。这一观点意味着有机体在生物体系统不可避免地存在着功能的衰退。肾脏老化是一个复杂的多因素过程,有研究表明慢性肾脏病(CKD)风险在60岁以上老年人可升高8倍以上且肾脏功能随年龄逐渐降低。肾小球系膜细胞是肾小球内功能非常活跃的细胞,在肾小球损伤和修复过程中起重要作用。同时,细胞衰老是机体老化的重要组成部分,因此,对细胞衰老的研究是器官及整体衰老防治研究的基石。二甲双胍(Metformin)作为广泛使用的针对2型糖尿病(T2DM)的重要治疗药物,其治疗作用早已不再局限于降低血糖,多项研究证实其在包括癌症、心血管疾病等多种衰老相关性疾病的应用中都取得了突破性的进展。但二甲双胍对肾小球系膜细胞衰老干预的研究较少。已有研究证实二甲双胍可以激活AMP活化蛋白激酶-AMPK,一种能量感受器,可感知ATP损耗时增高的AMP与ADP水平。AMPK活化的主要作用是关闭能量消耗进程及促进能量生成,维持能量平衡。而AMPK活化可通过刺激TSC2(Serl345)磷酸化以间接地抑制mTOR(mTOR是一种丝氨酸,苏氨酸激酶,参与组成两种功能性多蛋白复合体:mTORC1和mTORC2)导致mTORC1信号减弱或通过刺激Raptor(Ser722和Ser792)发生磷酸化促进其对mTORC1的抑制作用,最终导致mTOR活性减低。大量研究证实,mTOR活性降低可延缓衰老,延长寿命。  目的:观察二甲双胍对高糖诱导的人肾小球系膜细胞衰老表型发挥怎样的调节作用,以及是否通过AMPK/mTOR信号通路实现。以期进一步为肾脏衰老防治药物的开发提供新思路。  方法:⑴体外培养人肾小球系膜细胞(HGMCs),待细胞融合度达70%-80%左右时,应用无血清人肾小球系膜细胞培养基MCM进行同步化。光镜下观察细胞形态、β-半乳糖苷酶染色法染色衰老细胞、Western Blot法检测衰老相关指标P53、P21及AMPK、p-AMPK、mTOR、p-mTOR的表达情况。⑵基于上述实验得出HG对人肾小球系膜细胞AMPK-mTOR信号通路抑制最强时间点A。不同浓度Met与HG共同作用A时间,CCK8排除细胞毒性影响,筛选出Met激活AMPK-mTOR通路最强浓度B。⑶体外培养HGMCs,待细胞融合度达70%-80%左右时,应用无血清人肾小球系膜细胞培养基MCM进行同步化。光镜下观察细胞形态、β-半乳糖苷酶染色衰老细胞及Western Blot法检测衰老相关指标P53、P21及AMPK/mTOR通路的活化表达情况。  结果:①NG组细胞呈瘦长条梭形、排列整齐、细胞边界清楚,多数为单核;Man组随着培养时间的延长,细胞体积逐渐胀大、水肿,其中可见颗粒或空泡,排列不整齐;与NG组相比,HG组细胞随着培养时间的延长,胞核形态渐趋不规则、出现双核甚至多核,体积增大,胞浆扁平,胞内伴有颗粒或空泡,排列不规则,边界欠清晰。与NG组细胞β-半乳糖苷酶染色阳性率9.40±2.42%相比,HG组24、48、72h染色阳性率分别为22.7±2.0%、37.3±6.6%、66.34±5.2%,较NG组升高有统计学差异,P<0.05;而Man组染色阳性率10.60±5.22%较NG组无显著差异。与NG组相比,HG组P53、P21表达均显著增加,分别在HG12、24、48h及HG24、48h较NG组表达增高差异有统计学意义,P<0.05;与NG组相比,HG组p-AMPK表达水平显著减低,于HG24、48、72h较NG组下降均有统计学意义,P<0.05且HG72h时p-AMPK降低最显著;各组AMPKa表达无明显改变;与NG组相比,HG组P-mTOR、mTOR均表达增加,且趋势一致,分别在HG12、24、48h及HG24h、48h较NG组升高有统计学意义,P<0.05。各检测指标Man组与NG组相比差异均无统计学意义。②与HG组相比,HG+Met20.0mmol/l组CCK8OD450nm数值减低有统计学差异,P<0.05; HG+Met1.0mmol/L组、HG+Met5.0mmol/L组、HG+Met10.0mmol/L组OD450nm与HG组比均无显著性差异。Western Blot测得HG+Met5.0mmol/L组及HG+Met10.0mmol/L组与HG组相比p-AMPK表达增加有统计学意义,P<0.05;其中,HG+Met10.0mmol/L组p-AMPK表达最高。综上,HG+Met10.0mmol/L组为选定刺激浓度,刺激时间为72h。③NG组细胞呈瘦长条梭形、排列整齐、细胞边界清楚,多数为单核;Man组,体积胀大,细胞水肿,其中可见颗粒或空泡,排列不整齐;与NG组相比,HG组细胞胞核形态不规则、出现双核甚至多核细胞,体积增大,胞浆扁平,胞内伴有颗粒或空泡,排列不规则,边界欠清晰;HG+Met10.0mmol/L组细胞形态更趋近于NG组,与HG组相比,细胞形态更瘦长,排列也更为规则,胞核以单核为主,界限清楚。与NG组β-半乳糖苷酶染色阳性率10.17±2.98%相比,HG组69.96±7.70%显著升高,P<0.05; Man组11.01±3.28%无显著改变;与HG组比较,HG+Met10.0mmol/L组β-半乳糖苷酶染色阳性率15.00±1.01%显著降低(P<0.05)。HG+Met10.0mmol/L组较HG组p-AMPK表达显著增加,P-mTOR、mTOR显著降低,P<0.05;NG与Man组间差异均无统计学差异。  结论:⑴高糖可诱导人肾小球系膜细胞衰老,且其诱导衰老作用与高渗作用无关。⑵AMPK/m-TOR信号通路活性降低参与了高糖诱导人肾小球系膜细胞衰老的过程。⑶二甲双胍可通过激活AMPK、抑制m-TOR信号抑制高糖诱导的人肾小球系膜细胞衰老。
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