Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 activation in streptozotocin-induced diabetic rats normalize renal hemodynamics and oxygen consumption

鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠核因子紅細胞 2 相關因子 2 激活使腎血流動力學和耗氧量正常化

來源：UPSALA JOURNAL OF MEDICAL SCIENCES 2024, 129, e10791

 

1. 摘要核心內容

 

本研究通過激活核因子紅系2相關因子2（Nrf2），探究其對糖尿病大鼠腎臟氧穩態的影響。核心發現包括：

 

糖尿病病理特征：鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病大鼠表現為腎小球濾過率（GFR）升高（圖1A）、腎血流量（RBF）不變（圖1B），導致濾過分數（FF）增加，伴隨氧消耗（QO?）上升和皮質氧分壓（pO?）下降（圖2A-B）。

 

 

DL-蘿卜硫素干預效果：

顯著降低糖尿病大鼠的GFR（↓28%）和QO?（↓18%），提升皮質pO?（↑24%）（圖1A, 圖2A-B）。

不改善線粒體效率：鈉轉運效率（TNa?/QO?）和線粒體呼吸功能無顯著變化（圖2C, 表2）。

 

結論：Nrf2激活通過調節腎臟血流動力學（而非線粒體功能）改善腎臟氧合狀態。

 

2. 研究目的

 

驗證核心假說：Nrf2激活能否改善糖尿病腎臟氧穩態失衡（氧供-需矛盾）。

機制解析：

明確DL-蘿卜硫素對腎臟血流動力學（GFR/RBF）的影響。

探究其對氧消耗（QO?）、轉運效率（TNa?/QO?）及皮質氧分壓（pO?）的作用。

評估線粒體功能是否參與調控（表2）。

 

3. 研究思路

 

采用 “糖尿病模型構建→慢性干預→多維度功能評估” 策略：

 

模型建立：

STZ（50 mg/kg）誘導大鼠糖尿病（血糖＞18 mmol/L），DL-蘿卜硫素（0.5 mg/kg/天）皮下注射干預4周。

分組：正常對照組（Con）、糖尿病組（DM）、Con+DL-SFN、DM+DL-SFN（每組n=9-11）。

在體功能評估：

血流動力學：超聲流量計測RBF，3H-菊粉清除率測GFR（圖1）。

氧代謝：動-靜脈血氧差計算QO?；Unisense微電極測皮質pO?（圖2）。

鈉轉運：火焰光度計測尿鈉排泄（圖2D）。

離體機制驗證：

高分辨率呼吸儀（Oxygraph-2k）分析腎皮質線粒體呼吸功能（表2）。

 

4. 測量數據及研究意義

(1) 腎臟血流動力學（圖1）

 

數據：

GFR：DM組升高42%（*P<0.05），DL-SFN干預后降低28%（#P<0.05）（圖1A）。

RBF：組間無差異（圖1B），但FF（GFR/RBF）在DM組顯著升高（圖1C）。

意義：證實DL-蘿卜硫素選擇性降低糖尿病高濾過，緩解腎小球高負荷。

 

(2) 氧代謝與皮質氧分壓（圖2）

 

數據：

QO?：DM組升高35%，DL-SFN干預后降低18%（圖2A）。

皮質pO?：DM組降低32%，DL-SFN干預后升高24%（圖2B）。

轉運效率（TNa?/QO?）：DM組降低30%，干預后無改善（圖2C）。

意義：DL-蘿卜硫素通過降低氧需（而非提升效率）改善組織缺氧。

 

(3) 線粒體呼吸功能（表2）

 

數據：

狀態3呼吸（ADP驅動）、漏呼吸（UCP/ANT介導）、呼吸控制比（RCR）在組間無差異。

意義：排除線粒體效率改善是pO?升高的機制，凸顯血流動力學主導作用。

 

(4) 基礎參數（表1）

 

數據：糖尿病組體重↓13%、血糖↑4.3倍、腎重↑53%、尿流↑16倍（均*P<0.05）。

意義：經典糖尿病表型證實模型有效性，DL-蘿卜硫素未影響代謝嚴重度。

 

5. 核心結論

 

Nrf2激活改善氧合：DL-蘿卜硫素通過降低GFR和QO?，顯著提升糖尿病腎臟皮質pO?（↑24%）。

血流動力學主導機制：改善源于濾過負荷降低（↓28% GFR），而非線粒體功能優化（表2無變化）。

未逆轉轉運低效：鈉轉運效率（TNa?/QO?）在糖尿病中降低30%，干預后未恢復（圖2C）。

臨床啟示：靶向Nrf2可緩解糖尿病腎缺氧，但需聯合改善轉運效率的策略以全面保護腎功能。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

(1) 技術原理

 

Clark型微電極：直徑10 μm，雙點校準（0 mmHg Na?SO?溶液 vs. 147 mmHg空氣飽和水）。

原位測量：植入腎皮質1 mm深度，實時記錄組織pO?（方法部分）。

 

(2) 關鍵發現

 

量化皮質缺氧：直接證實DM組皮質pO?降低32%（圖2B），為糖尿病腎缺氧提供空間定位證據。

動態監測干預效果：DL-蘿卜硫素使pO?從28±2 mmHg升至35±3 mmHg（↑24%），揭示治療時間窗（圖2B）。

 

(3) 研究價值

 

高分辨率優勢：

空間特異性：精準定位皮質缺氧（區別于全腎氧耗）。

實時性：動態捕捉干預后pO?提升過程（＞5 mmHg變化靈敏度）。

機制排除：結合QO?數據，排除“氧供增加”假說，鎖定“氧需降低”為DL-蘿卜硫素主要機制。

轉化意義：為無創氧成像技術（如BOLD-MRI）提供驗證基準，推動臨床氧代謝評估。

 

圖表索引

 

表1：基礎生理參數（體重、血糖、腎重等）

圖1：腎臟血流動力學（GFR、RBF、FF、蛋白尿）

圖2：氧代謝參數（QO?、pO?、TNa?/QO?、TNa?）

表2：線粒體呼吸功能（RCR、狀態3呼吸、漏呼吸等）

 

局限與展望：未檢測Nrf2下游抗氧化基因表達，需延長干預觀察長期效應；臨床需驗證人體適用性。