何萌杉,楊 倩,謝艷華,許 璐,張作明,張明科,王四旺
(1.空軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院天然藥物學(xué)教研室,西安 710032;2.空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天臨床醫(yī)學(xué)教研室,西安 710032;3.西安樂健生物科技有限公司,西安 710032)
糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一,是首要致盲因素之一,是臨床上常見的視網(wǎng)膜微循環(huán)障礙性疾病[1-3]。臨床常見的視網(wǎng)膜微循環(huán)障礙性疾病多屬糖代謝紊亂等多因素共同作用的結(jié)果,其中氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等條件下產(chǎn)生的視網(wǎng)膜細(xì)胞因子改變、細(xì)胞凋亡和微血管損傷是導(dǎo)致血管性疾病甚至全身微血管病變的重要因素[4]。DR在臨床上尚無早期的預(yù)防措施,故研究安全有效的治療藥物對于防治DR具有重要意義[5]。
復(fù)視明膠囊由西洋參、黃芪、熟地、決明子、紅花、珍珠和水蛭等12味中藥組成,2004年作為軍隊醫(yī)療機(jī)構(gòu)院內(nèi)制劑[蘭聯(lián)制字(2004)FP68095號]用于臨床,證實該方具有益氣活血、滋陰補(bǔ)腎和通絡(luò)明目的功能,適用于氣虛血瘀、肝腎不足和脈絡(luò)阻滯所致的DR。本研究旨在探討復(fù)視明膠囊對鏈脲佐菌素(STZ)誘發(fā)的DR的防治作用及其機(jī)制,為其臨床應(yīng)用提供實驗和理論支持。
1.1儀器 AE-100電子分析天平(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司);血糖儀(羅氏公司,卓越型);高速低溫離心機(jī)(美國貝克曼庫爾特公司);RT-9600半自動生化儀(雷杜生命科學(xué)有限公司);YZ5S裂隙燈顯微鏡(蘇州六六視覺科技股份有限公司);同步共焦激光眼底造影儀(德國海德堡公司)。
1.2試藥 復(fù)視明膠囊(第四軍醫(yī)大學(xué)藥物研究所,批號20151020);羥苯磺酸鈣膠囊(北京京豐制藥集團(tuán)有限公司,批號151117);鏈脲佐菌素(STZ,美國西格瑪公司,批號 WXBB2432V);熒光素鈉注射液(廣州白云山明興制藥有限公司);NOS試劑盒、T-SOD試劑盒(長春匯力生物科技有限公司)。
1.3動物 SD大鼠,SPF級,雄性,體質(zhì)量200.0±20.0 g,周齡7~8 周,購自空軍軍醫(yī)大學(xué)實驗動物中心,許可證號:scxk(軍)字第2012-007號。
2.1試藥配制 STZ 溶液:臨用前將1 g STZ溶于100 mL pH值為4.2的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液中,配制成質(zhì)量濃度為10 mg·mL-1溶液;復(fù)視明灌胃液:臨用前取膠囊內(nèi)容物,用生理鹽水配制成質(zhì)量濃度為0.25 g·mL-1的混懸液;羥苯磺酸鈣灌胃液:臨用前取膠囊內(nèi)容物,用生理鹽水配制成質(zhì)量濃度為0.05 g·mL-1的混懸液。
2.2DR模型 SD大鼠100只,雄性,隨機(jī)分為空白對照組12只,造模組88只。造模組禁食12 h后,用劑量為60 mg·kg-1的STZ腹腔注射(ip.)[6-7];空白對照組給予等體積的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液。72 h后用取血針從尾靜脈取血測隨機(jī)血糖,以血糖≥16.7 mmol·L-1,尿量及飲水量均明顯增多者[8]視為成模,維持8周后,行視網(wǎng)膜電圖(electroretinogram,ERG)和眼底血管熒光造影眼底熒光血管造影(fundus fluorescein angiography,FFA)項目檢查。若造模大鼠出現(xiàn)視網(wǎng)膜電生理功能改變,眼底血管熒光造影背景熒光增強(qiáng)或顯影困難,與空白對照組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義,則說明早期DR造模成功。糖尿病造模成功率為66%,再剔除給藥前眼部檢查項目中意外麻醉致死的大鼠數(shù)量,選取造模成功的50只大鼠進(jìn)行實驗。并隨機(jī)選取周齡匹配的10只正常大鼠作為空白對照組。
2.3分組與給藥方法 大鼠腹腔注射STZ 8周早期DR造模成功后分組并灌胃給藥,即空白對照組灌胃4 mL·kg-1生理鹽水(N)、模型組4 mL·kg-1生理鹽水(DM)、陽性對照組0.2 g·kg-1羥苯磺酸鈣膠囊(C)、復(fù)視明膠囊高劑量組1 g·kg-1(T1)、復(fù)視明膠囊中劑量組0.5 g·kg-1(T2)和復(fù)視明膠囊低劑量組0.25 g·kg-1(T3),每日1次,每組10只。
3.1觀察大鼠一般體征 觀察大鼠精神活動狀態(tài)、皮毛色澤、飲食量和二便等狀況,每日給藥前稱定體質(zhì)量并記錄。
3.2血生化指標(biāo)檢測 腹腔注射STZ后第4,8和12周,采用剪尾的方法從大鼠尾部取血,用血糖儀測定血糖。于第12周,即給藥4周后,用水合氯醛麻醉大鼠,從眼底靜脈叢取血6 mL,置于10 mL離心管中,離心取上清液測定血總超氧化物歧化酶(T-SOD)和一氧化氮合酶(NOS),所有測定方法均按照試劑盒說明書進(jìn)行。
3.3視網(wǎng)膜ERG檢查 給藥前后即腹腔注射STZ后第8和12周行大鼠右眼ERG檢查。在暗室環(huán)境下,取暗適應(yīng)3 h的大鼠,采用10 g·L-1戊巴比妥鈉(3 mL·kg-1)聯(lián)合50%速眠新(每只大鼠0.05 mL),腹腔注射,進(jìn)行麻醉,固定,右眼滴復(fù)方托吡卡胺眼液散瞳并移至距刺激器背景光源30 cm處,連接各電極后記錄ERG暗適應(yīng)桿細(xì)胞反應(yīng)b波、暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)a波和b波、暗適應(yīng)振蕩電位(oscillatory potentials,OPs)OS2波、明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波和明適應(yīng)30 Hz閃爍反應(yīng)的幅值[9-12]。
3.4雙眼FFA檢查 給藥前后即腹腔注射STZ后第8和12周行大鼠雙眼FFA檢查。大鼠麻醉采用復(fù)方托吡卡胺眼液散瞳,腹腔注射10%熒光素鈉(2 mg·kg-1)后,在同步共焦激光眼底熒光造影儀下檢測眼底組織結(jié)構(gòu)并拍照[11,13-14]。
3.5白內(nèi)障檢查 按照3.4項下方法散瞳,大鼠雙眼瞼在裂隙燈顯微鏡下以彌散光照明法檢查并選擇最佳清晰圖像拍照[9],計數(shù)白內(nèi)障眼數(shù)并計算白內(nèi)障發(fā)生率(%)。
4.1一般體征觀察結(jié)果 對照組大鼠飲食、飲水量、活動、精神狀態(tài)和二便均正常,被毛柔順,毛色光澤,角膜透明無渾濁,屈光質(zhì)清晰無異常。模型組大鼠可見典型“三多一少”癥狀,即多食、多飲、多尿和體質(zhì)量減輕,呈現(xiàn)持續(xù)高血糖、被毛粗糙、毛色晦暗、枯黃、豎毛弓背、大便不成形、活動減少、嗜睡和精神萎靡等現(xiàn)象;復(fù)視明膠囊和陽性藥治療各組大鼠的上述癥狀明顯改善。
4.2大鼠體質(zhì)量的變化 空白對照組大鼠體質(zhì)量隨周齡增加而明顯增加;模型組大鼠體質(zhì)量基本維持在給藥時水平;陽性對照組和復(fù)視明膠囊高、中、低劑量組大鼠體質(zhì)量均呈增加趨勢,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1。
表1給藥前后及期間不同時間大鼠體質(zhì)量的變化
分組n8周9周10周11周12周空白組10448.20±54.71501.10±40.79531.00±33.07543.22±38.27560.78±40.80模型組10(1#)344.44±43.56a352.63±46.53a345.38±48.46a354.00±55.82a348.85±56.08a陽性對照組10(1#)334.00±61.55a344.88±63.43a341.75±62.99a360.14±46.37a352.00±63.90a復(fù)視明膠囊高劑量組10322.10±46.74a335.00±60.35a325.20±59.55a338.40±69.31a352.80±76.09a復(fù)視明膠囊中劑量組10361.90±60.78a361.80±65.50a356.70±79.99a370.80±82.10a383.10±85.51a復(fù)視明膠囊低劑量組10(1#)332.11±55.22a357.33±58.91a362.44±64.90a361.56±65.57a375.44±66.39a
注:#表示死亡例數(shù);與空白組比較aP<0.01。
4.3血糖值變化 大鼠腹腔注射STZ后第8周血糖值顯著升高,與空白對照組比較,P<0.01;動物分組并治療4周后,模型組血糖值仍維持在第8周時水平;而復(fù)視明膠囊中劑量組血糖值明顯降低(P<0.05)。見表2。
表2不同時間大鼠血糖的變化
Tab.2 The change of rat random blood glucose during experiments
分組n0周8周12周空白組105.86±0.616.42±0.41 5.60±0.22模型組10(1#)5.86±0.6128.99±3.52a29.99±2.50a陽性對照組10(1#)5.86±0.6130.59±1.96a31.73±1.75a復(fù)視明膠囊高劑量組105.86±0.6129.49±3.30a32.08±1.64a復(fù)視明膠囊中劑量組105.86±0.6128.40±2.84a26.51±2.61a,b,c復(fù)視明膠囊低劑量組10(1#)5.86±0.6128.49±2.69a29.16±2.75a,c
注:#表示死亡例數(shù);與空白對照組比較aP<0.05;與模型組比較bP<0.05;與陽性對照組比較cP<0.05。
4.4血清NOS和T-SOD活力 空白對照組大鼠NOS和T-SOD值明顯高于模型組;復(fù)視明膠囊高、中劑量組NOS活力值均顯著升高(P<0.05);復(fù)視明膠囊中、低劑量組SOD活力均明顯升高(P<0.05)。見表 3。
表3血清NOS和T-SOD活力的測定結(jié)果
Tab.3 The changes of rat NOS and T-SOD levels during experiments
分組nNOST-SOD空白對照組1020.52±4.07 27.86±6.46模型組10(1#)4.05±1.17a10.67±3.23a陽性對照組10(1#)11.29±5.95a,b21.75±6.36a,b復(fù)視明膠囊高劑量組1013.50±6.15a,b 11.42±2.23a復(fù)視明膠囊中劑量組109.73±1.82a,b25.38±6.87b復(fù)視明膠囊低劑量組10(1#)5.29±1.94a,c19.00±5.15a,b
注:#表示死亡例數(shù);與空白對照組比較aP<0.05;與模型組比較bP<0.05;與陽性對照組比較cP<0.05。
4.5ERG變化 給藥前模型組暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波和暗適應(yīng)振蕩電位OS2波幅顯著下降(P<0.01),說明DR早期造模成功。見表4和圖1。
圖1振蕩電位OS2波對比
A.空白對照組;B.模型組。
Fig.1 Comparison of OS2 of oscillatory potentials
A.blank control group;B.model group.
表4給藥前(注射STZ8周后)各組暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波、暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)a波和b波、暗適應(yīng)振蕩電位OS2波、明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波和明適應(yīng)30Hz閃爍反應(yīng)的幅值的比較
分組n暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)a波暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)b波暗適應(yīng)振蕩電位OS2波明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波明適應(yīng)30 Hz閃爍反應(yīng)空白對照組1066.66±35.7973.02±32.86136.98±73.9138.27±11.9133.84±11.4610.36±5.77造模組30(30/50)47.09±24.36a63.16±25.68110.54±54.2423.22±9.64a26.79±11.047.13±4.35
注:與空白對照組比較aP<0.01。
試藥治療4周后,相比于空白對照組,模型組的暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波、暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)b波、暗適應(yīng)振蕩電位OS2波、明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波及明適應(yīng)30 Hz閃爍反應(yīng)的幅值下降均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。相比于模型組,復(fù)視明膠囊中劑量組有增加暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波幅值的作用(P<0.05),陽性對照組和復(fù)視明膠囊高劑量組、復(fù)視明膠囊低劑量組具有改善趨勢;復(fù)視明膠囊高劑量組有增加暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)b波幅值的作用(P<0.05),陽性對照組和復(fù)視明膠囊中、低劑量組具有改善趨勢;復(fù)視明膠囊高、中劑量組有增加明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波幅值的作用(P<0.05),陽性對照組和復(fù)視明膠囊低劑量組具有改善趨勢;陽性對照組有增加明適應(yīng)30 Hz閃爍反應(yīng)幅值的作用(P<0.05),復(fù)視明膠囊高、中和低劑量組具有改善趨勢;復(fù)視明膠囊高、中劑量組有增加暗適應(yīng)振蕩電位OS2波幅值的作用趨勢。見表5及圖 2。
表5治療4周后各組暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波、暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)a波和b波、暗適應(yīng)振蕩電位OS2波、明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波、明適應(yīng)30Hz閃爍反應(yīng)的幅值的比較
分組n暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)a波暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)b波暗適應(yīng)振蕩電位OS2波明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波明適應(yīng)30 Hz閃爍反應(yīng)空白對照組1067.44±29.6674.09±28.15144.12±45.4235.09±8.4933.23±6.199.89±3.20模型組10(1#)40.04±23.81a56.59±28.10 83.79±41.07a18.39±9.63a21.46±8.75a6.74±2.79a陽性對照組10(1#)46.17±20.0770.51±29.77115.28±21.1620.29±10.14a29.78±6.399.68±2.46b復(fù)視明膠囊高劑量組1051.62±27.3261.03±18.01126.03±45.35b26.71±11.9631.16±12.53b8.08±2.26復(fù)視明膠囊中劑量組1063.05±26.64b60.91±28.07113.09±49.4324.99±16.7830.41±10.04b8.01±3.18復(fù)視明膠囊低劑量組10(1#)46.33±20.4158.62±23.95109.99±53.7220.82±13.54a27.77±11.197.95±3.62
注:#表示死亡例數(shù);與空白對照組比較aP<0.05;與模型組比較bP<0.05。
圖2視桿細(xì)胞反應(yīng)b波對比
A.空白對照組;B.模型組。
Fig.2 Comparison of b-welle of cone-response
A.blank control group;B.model group.
4.6FFA變化 大鼠腹腔注射STZ 8周,造模組出現(xiàn)彌散性毛細(xì)血管迂曲擴(kuò)張(見圖3B-1),背景熒光增強(qiáng)(見圖3B-1至B-3)及顯影困難(見圖3C-1至C-3),12周后模型組白內(nèi)障發(fā)病率顯著增高,而陽性對照組和復(fù)視明膠囊高、中、低劑量組DR病變?nèi)遮吋又夭⒁喟l(fā)生白內(nèi)障等,導(dǎo)致無法實施眼底熒光血管造影觀察;但空白對照組顯影清晰,沿眼球后部中央的視神經(jīng)盤發(fā)出6~8根細(xì)而直的動脈,伴行6~8根較粗的視網(wǎng)膜靜脈,如圖3A-1至3A-3所示,未觀察到微動脈瘤、硬性滲出、出血斑、棉絨斑和黃斑性水腫等病理改變。
圖3大鼠腹腔注射STZ8周后眼底熒光血管造影
A.1~3.空白對照組;B.1~3.糖尿病模型組;C.1~3.糖尿病模型組。
Fig.3 Fundus fluorescein angiography of rats after ip.STZ for 8 weeks
A.1-3.blank control group;B.1-3.diabetes model group;C.1-3.diabetes model group.
4.7白內(nèi)障檢出率 大鼠腹腔注射STZ 8和12周(試藥治療4周)分別行裂隙燈眼前節(jié)照相檢查,空白對照組均正常。第8周時模型組3只大鼠單眼白內(nèi)障。12周時模型組6只大鼠雙眼、3只單眼白內(nèi)障,其發(fā)生率達(dá)75%;陽性對照組3只雙眼、2只單眼白內(nèi)障;復(fù)視明膠囊高劑量組2只雙眼、4只單眼白內(nèi)障;復(fù)視明膠囊中劑量組4只雙眼、3只單眼白內(nèi)障;復(fù)視明膠囊低劑量組5只雙眼、4只單眼白內(nèi)障。見圖4。由圖4可知,空白對照組,角膜透明,前房清晰,晶狀體無渾濁。模型組、陽性對照組、復(fù)視明膠囊高、中、低劑量組存在不同程度的眼部病變,可見云狀或渾濁。復(fù)視明膠囊治療4周,高、中劑量組可明顯降低DR白內(nèi)障發(fā)生率(P<0.05),具有明顯量效關(guān)系。見表6。
圖4大鼠眼部裂隙燈檢查
N:空白對照組;DM:模型組;C:陽性對照組;T1:復(fù)視明膠囊高劑量組;T2:復(fù)視明膠囊中劑量組;T3:復(fù)視明膠囊低劑量組。
Fig.4 Slit-lamp examination of rats(12 weeks)
N.blank control group;DM.model group;C.positive control group; T1.Fushiming Capsules high-dose group;T2.Fushiming Capsules middle-does group;T3.Fushiming Capsules low-does group.
表6第12周各組患白內(nèi)障情況
Tab.6 The condition of cataract by the 12 week
組別輕微白內(nèi)障嚴(yán)重白內(nèi)障發(fā)病率/%*空白對照組(20)000模型組(18)31275陽性對照組(18)3536b復(fù)視明膠囊高劑量組(20)4430b復(fù)視明膠囊中劑量組(20)6540b復(fù)視明膠囊低劑量組(18)41066
注:與模型組比較bP<0.012 5。
輕微白內(nèi)障指病情如圖4中的C-1,C-2,T1-1,T1-2 和 T2-1;嚴(yán)重白內(nèi)障指病情如圖4中的DM-1,DM-2,T2-2,T3-1 和 T3-2。(這種分級并非用于臨床,但可以簡單有效地描述白內(nèi)障的病況);*計算公式:(輕微/2+嚴(yán)重)/眼數(shù)×100%。
大鼠腹腔注射STZ后8周,在持續(xù)高血糖的情況下,檢測視網(wǎng)膜ERG和眼底FFA等一系列指標(biāo)可觀察到其病理日趨加重直至誘發(fā)白內(nèi)障的全過程,這不僅說明大鼠DR造模成功,還為探討白內(nèi)障的發(fā)病機(jī)制和篩查防治藥物提供了方法和理論支持。
文獻(xiàn)表明,振蕩電位OS2波振幅越低則DR越嚴(yán)重,而b波是一個靈敏而可靠的診斷視網(wǎng)膜功能的客觀指標(biāo)[10-11,15-16]。實驗采用ERG、FFA、彌散光照明和血糖監(jiān)測等方法,證實復(fù)視明膠囊高、中劑量組治療4周能明顯增加暗適應(yīng)視桿細(xì)胞反應(yīng)b波、暗適應(yīng)最大混合反應(yīng)b波和明適應(yīng)視錐細(xì)胞反應(yīng)b波幅值,有增加暗適應(yīng)振蕩電位OS2波幅值的趨勢,并明顯降低白內(nèi)障發(fā)生率,提示復(fù)視明膠囊具有治療DR的作用。眼前節(jié)相片是觀察眼部渾濁彌散于核及皮層發(fā)展過程的重要方法,實驗觀察到大鼠腹腔注射STZ直至12周,模型組由部分渾濁到完全渾濁,最初于后囊下出現(xiàn)典型的白點(diǎn)狀或雪片狀的渾濁,然后隨著病程迅速擴(kuò)展為完全性的白內(nèi)障全程。為了更清楚地評價試藥的治療效果,將其眼部白內(nèi)障的患病程度區(qū)分為輕度和重度,以利于較客觀的描述藥物控制病情發(fā)展的作用。
DR可與視網(wǎng)膜微動脈瘤、硬性滲出、出血斑、棉絨斑、視網(wǎng)膜靜脈病變、新生血管和視網(wǎng)膜前及玻璃體出血等互為因果[2,4]。FFA能清晰地顯現(xiàn)動態(tài)視網(wǎng)膜循環(huán)和細(xì)微的血管結(jié)構(gòu),觀察其循環(huán)及滲漏以發(fā)現(xiàn)血管功能及其結(jié)構(gòu)上的病變部位及程度[3]。本實驗?zāi)芮逦^察到空白組大鼠眼底細(xì)微血管結(jié)構(gòu)及動態(tài)循環(huán),模型組大鼠出現(xiàn)彌散性毛細(xì)血管迂曲擴(kuò)張和背景熒光增強(qiáng)等現(xiàn)象,但未觀察到微動脈瘤、硬性滲出、出血斑、棉絨斑、黃斑性水腫、熒光素滲漏和視網(wǎng)膜新生血管等的改變,這可能與大鼠持續(xù)高血糖、DR晚期病變過于嚴(yán)重或病變發(fā)展快速,短期內(nèi)形成了血管內(nèi)嚴(yán)重阻塞導(dǎo)致造影困難而無法觀測所致。
已有研究表明[17-22],NOS是一種重要的血管活性物質(zhì),可以影響眼底微循環(huán)血流動力學(xué),能夠阻止白細(xì)胞和血小板對血管壁造成的損害,阻止血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移,使血管內(nèi)皮不受損傷;血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損,NOS合成和分泌減少從而引起機(jī)體調(diào)節(jié)血管、血壓、血小板凝聚、參與細(xì)胞信息傳遞和內(nèi)分泌等功能減弱。SOD是體內(nèi)重要的抗氧化酶,能保持機(jī)體氧化和抗氧化系統(tǒng)的平衡,提高人體內(nèi)SOD的有效值,可降低糖尿病血管并發(fā)癥的損傷。研究證實,復(fù)視明膠囊具有增強(qiáng)NOS和T-SOD活力的作用,這提示該實驗對視網(wǎng)膜微血管的保護(hù)作用可能通過抗氧化應(yīng)激誘導(dǎo)。
綜上所述,復(fù)視明膠囊能降低血糖,改善DR大鼠的視網(wǎng)膜電生理功能,降低白內(nèi)障的發(fā)病率,提高T-SOD與NOS活力,提示復(fù)視明膠囊對DR具有治療作用,其機(jī)制可能與抗氧化應(yīng)激有關(guān)但其治療DR作用的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究。