Sind Saunen bei autosomal dominanter polyzystischer Nierenerkrankung vorteilhaft oder schädlich? Untersuchung mit Modellmaus Ⅰ

Abstrakter Hintergrund:Hitzeschockproteine ​​(Hsps), deren Expression durch induziert wirdthermale Behandlung, Funktion beim Schutz der NierenvonUnterdrückung der ApoptoseUndAufrechterhaltung der Lebensfähigkeit der Nierentubuli. Darüber hinaus wurde kürzlich darauf hingewiesen, dass die Expression von Hsps ein therapeutisches Ziel für die autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) sein kann. Wir haben das untersuchtWirkung der Trockensauna-Therapiean ADPKD-Modellmäusen.

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Methoden und Ergebnisse:Die Mäuse (männliche DBA/2FG-Bezahlmäuse) wurden in drei Gruppen eingeteilt: Kontrollen, TS: Bezahlmäuse, denen längeres Saunieren mit verabreichtem Wasser mit 4 % Saccharose unterzogen wurde, SW: Bezahlmäuse, denen Wasser mit 4 % Saccharose verabreicht wurde. Die TS-Gruppe wurde vier Wochen lang zweimal pro Woche Saunagängen unterzogen. Die TS-Gruppe erreichte eine Rektaltemperatur von etwa 39,0 Grad und wurde bei dieser Temperatur gehalten, bis sie vorsichtig aus dem Ferninfrarot-Strahlungsgerät entfernt wurde. Nach einer 4-wöchigen Saunabehandlung wurden die Kreatinin- und Blut-Harnstoff-Stickstoff (BUN)-Werte mit einer enzymatischen Methode bestimmt. Das Hitzeschockprotein (HSP) oder Zellwachstums- und größenbezogene Proteine ​​wurden mittels Western Blot analysiert. Die TS-Gruppe wies geringfügig höhere Kreatinin- und BUN-Werte auf als die Kontroll- und SW-Gruppen, die Unterschiede waren jedoch nicht signifikant. Allerdings verringerte sich die Zystenvergrößerung in der TS-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe deutlich. Die HSP90-Expression war in den TS- und SW-Gruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe leicht verringert (p < 0.01 oder p < 0,001, vs. Kontrolle), ebenso wie die Erk-Expression , was mit der Entwicklung und Proliferation von Zysten zusammenhängt (p < 0,05, TS vs. Kontrolle). Die Hsp27-Expression und der Phosphorylierungsgrad in der SW-Gruppe waren mit denen der Kontrollgruppe vergleichbar. Allerdings wies die TS-Gruppe erhöhte Werte an Hsp27 und Phosphorylierung (NS) auf. Die Expression von Pro-Caspase-3 war in der TS-Gruppe geringfügig niedriger als in der Kontrollgruppe. Allerdings zeigte die Aktivität von Caspase-3 in allen Gruppen keine Unterschiede.

Abschluss:Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass eine vierwöchige Saunabehandlung zu vorübergehender Dehydrierung und damit verbundener Nierenfunktionsstörung führen und das Risiko einer Stimulierung des Zystenwachstums durch eine erhöhte Hsp27-Expression bergen könnte. Darüber hinaus kamen wir zu dem Schluss, dass die Vorbeugung von Dehydrierung und Zystenwachstum durch die Einnahme einer angemessenen Menge Wasser direkt nach der Saunabehandlung unterdrückt werden kann.

I. Einleitung

Autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung(ADPKD) ist eine genetische Erkrankung, die durch das Wachstum zahlreicher Zysten in beiden Nieren gekennzeichnet ist. ADPKD wird überwiegend durch Mutationen in den Genen für polyzystische Nierenerkrankung 1 (PKD1) und PKD2 verursacht, die für Polycystin 1 (PC1) bzw. PC2 kodieren. Im Laufe des jahrzehntelangen Krankheitsverlaufs entwickeln die Patienten große, mit Flüssigkeit gefüllte Nierenzysten, die die Nierenfunktion beeinträchtigen. Derzeit wird die Zahl der Patienten mit ADPKD in Japan auf 31,000 geschätzt, was etwa 3-5 % aller Dialysepatienten ausmacht. Ungefähr 50 % der Patienten mit ADPKD entwickeln im Alter von 60 Jahren eine Nierenerkrankung im Endstadium2). Tolvaptan, ein Vasopressin-Rezeptor-2 (V2)-Antagonist, wurde als erstes Therapeutikum für ADPKD zugelassen und seine klinische Anwendung begann im Mai 2014 in Japan. Obwohl es sich um ein wirksames Medikament handelt, das die Wachstumsrate von Zysten reduziert, gibt es derzeit keine Heilung für ADPKD und es ist nicht möglich, die Zystenbildung in den Nieren zu stoppen.

Wärmetherapie, einschließlich Balneotherapie (BT) und Spa-Therapie (ST), wird weltweit häufig als Physiotherapie oder alternative Therapie eingesetzt. Im klinischen Umfeld besteht das Hauptziel der Wärmetherapie darin, wirksame Behandlungsergebnisse zu erzielen, ohne normales Gewebe zu schädigen. Eine aktuelle systematische Überprüfung zeigte, dass BT und ST bei chronischen Erkrankungen des Bewegungsapparates oder des Bindegewebes eine deutliche Schmerzlinderung und eine verbesserte Lebensqualität bewirken. Durch thermische Stimulation werden Hitzeschockproteine ​​(Hsps) induziert, die durch ihre Funktion als Protein-Chaperone für das Überleben der Zelle unerlässlich sind. Die Rolle von Hsps für die Gesundheit und Erkrankung der Nieren ist unterschiedlich. Die Hsps-Induktion kann je nach spezifischem Hsps, Zelltyp und Kontext entweder vorteilhaft oder schädlich für die Niere sein. Im Nierengewebe sind Hsps ein wichtiger Teil des intrazellulären Abwehrsystems, das durch verschiedene Arten von zellulärem Stress aktiviert wird. Die verschiedenen Hsps im Inneren der Zelle stabilisieren Zellstrukturen und erhöhen die Zellresistenz gegen Apoptose und Nekrose6), 7). In den letzten Jahren wurde berichtet, dass Hsps eine schädliche Rolle bei ADPKD spielen und daher therapeutische Ziele darstellen8), 9). Unser Ziel war es daher, die Wirkung von Saunen auf ADPKD-Modelltiere zu untersuchen, wenn die Hitzebelastung, die die Rektaltemperatur um etwa 2 Grad erhöht und etwa 3 0 Minuten lang aufrechterhält, wiederholt wird. II Materialien und Methoden 1. Modellmaus für autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) Alle Tierversuche wurden gemäß den Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt, die von der Kumamoto Health Science University (Nr. 18-07) genehmigt wurden. . Als ADPKD-Modellmäuse wurden dabei männliche DBA/2FG-pcy (pcy) Mäuse10), 11) (8 Wochen alt, n=12) (Kyudo, Kumamoto, Japan) mit einem anfänglichen Körpergewicht von 20,9 ± 0,7 g verwendet Experiment. Männliche DBA-Mäuse (8 Wochen, n=3) wurden als Referenz für das ADPKD-Mausmodell verwendet. Abbildung 1 zeigt das Aussehen und die herausgeschnittene Niere als typische Beispiele für PCY-Mäuse (Abb. 1A, B). Alle Tiere wurden unter kontrollierter Luftfeuchtigkeit und Temperatur mit einem 12-stündigen Licht-/Dunkel-Zyklus gehalten und hatten freien Zugang zu normalem Mäusefutter und Leitungswasser.

Neun pcy-Mäuse (8 Wochen alt) wurden zufällig in die folgenden drei Gruppen eingeteilt: Kontrollgruppe: pcy-Mäuse als Kontrolle (n=3), TS-Gruppe: pcy-Mäuse, die wiederholter systemischer thermischer Stimulation ausgesetzt waren (n {{3}) }); und SW-Gruppe: pcy-Mäuse, denen Wasser mit 4 % Saccharose verabreicht wurde (n=3). Mäusen in der TS-Gruppe wurde über Nacht Wasser mit 4 % Saccharose verabreicht, gefolgt von einer systemischen thermischen Stimulation, um eine Dehydrierung zu verhindern. In einer früheren Studie hatten wir herausgefunden, dass der Körpergewichtsverlust nach systemischer thermischer Stimulation etwa 3–4 % betrug12). Wenn PCY-Mäusen 4 % Saccharosewasser verabreicht wurde, stieg die aufgenommene Wassermenge signifikant von 5,6 ± 0,6 ml auf 7,4 ± 0,7 ml (p < 0,001). , Abb. 1C). Die Aufnahme von 4 % Saccharosewasser über Nacht entsprach tatsächlich einer hohen Flüssigkeitsaufnahme, die 14 ± 7 % des Körpergewichts entsprach. Die SW-Gruppe konsumierte über Nacht Wasser mit der gleichen Häufigkeit wie die TS-Gruppe.

Abb. 1 A: DBA-Maus (Lt) und 2FG-pcy-Maus (Rt). B: Niere von DBA (Lt) oder 2FG-pcy (Rt), Maßstabsbalken=1 cm. C: Aufnahmemenge des Wassers oder des 4 %igen Saccharosewassers über Nacht nach der Sauna an PCY-Mäuse im Alter von 8 Wochen. Die Daten werden als Mittelwert ± SD angezeigt. n=3. ＊＊＊ p < 0.001 (Statistische Analyse verwendet gepaarten T-Test).

2. Systemische thermische Stimulation (Sauna)

Die Hitzeintensität der Sauna wurde in Anlehnung an eine frühere Studie13) festgelegt. Aufgrund ihres im Vergleich zu normalen DBA-Mäusen und 129X1/SvJ-Mäusen geringen Körpervolumens überstieg die Rektaltemperatur jedoch bei einigen pcy-Mäusen 42 Grad. Daher wurde versucht, die Rektaltemperatur um 1 Grad zu erhöhen, aber aufgrund der eingeschränkten Steuerung des Ferninfrarot-Trockensaunasystems (bereitgestellt von der Universität Kagoshima) wurde die Rektaltemperatur auf etwa 39 Grad erhöht. Es wurden keine Berichte über die Häufigkeit von Saunen wegen ADPKD gefunden; Daher wurde die minimale effektive Saunahäufigkeit (zweimal pro Woche) übernommen, die in einer Studie über den Zusammenhang zwischen Saunabaden und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie anderen Todesursachen von Laukkanen et al.14) festgelegt wurde. Konkret erhielten die Mäuse eine Saunabehandlung bei 43 Grad für zehn Minuten und dann bei 37 Grad für 35 Minuten, um die Rektaltemperatur von 37,1 ± 0,1 Grad auf 39,3 ± 0,3 Grad zu erhöhen Ferninfrarot-Trockensaunasystem. Die Rektaltemperatur der Mäuse wurde bei etwa 39,{20}} Grad gehalten, bis sie aus dem Saunagerät genommen wurden. Die TS-Gruppe wurde vier Wochen lang zweimal pro Woche der Sauna ausgesetzt.

3. Analytisches Verfahren

Am Ende des vierwöchigen Studienzeitraums wurden von allen Mäusen physiologische Daten erhoben. In Stoffwechselkäfigen wurden 24-Stunden-Urinproben gesammelt und die Flüssigkeitsaufnahme bestimmt. Aus der Vena cava inferior wurden Blutproben entnommen und die Plasma-Kreatinin- und Blut-Harnstoff-Stickstoffspiegel (BUN) mit einem Hitachi 7180 Biochemistry Automatic Analyzer (Hitachi High-Technologies Corporation, Tokio, Japan) mit Aqua-auto Kainos CRE gemessen -II-Testkit oder UN-II-Testkit (Kainos, Tokio, Japan) unter Verwendung der enzymatischen Methode.

4. Histologische Studien

Die Nieren wurden mit 4 %iger Paraformaldehydphosphatpufferlösung fixiert und in Paraffin eingebettet. Nierenproben wurden in Abständen von 2-µm geschnitten und mit Hämatoxylin und Eosin (H&E) gefärbt, und die Zysten der Tubuli wurden an 2 Schnitten/Maus (rechte Niere) unter Verwendung von ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA) quantifiziert. USA). Bereiche mit Geweberissen und Blasen, die bei höherer Vergrößerung (× 40) identifiziert wurden, wurden, wie bereits berichtet, von der Analyse ausgeschlossen15).

5. Western Blot

Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) und Blotting wurden unter Verwendung von Standardverfahren durchgeführt. Aliquote mit 15 µg Protein wurden einer SDS-PAGE unterzogen. Es wurden Antikörper gegen die folgenden Proteine ​​verwendet: Hsp27 (1:1,000, sc-9012, Santa Cruz Biotechnology), Phospho-Hsp27 (1:1,000, #2401S, Cell Signaling Technology), total-Akt (1:1,000, #9272, Cell Signaling Technology), Phospho-Akt (1:1,000, #9275, Cell Signaling Technology), Erk1 /2 (1:1,000, #9102, Cell Signaling Technology), phospho-Erk1/2 (1:1,000, #9101, Cell Signaling Technology), mTOR (1:1 ,000, #2972, Cell Signaling Technology), Phospho-mTOR (1:1,000, #2971, Cell Signaling Technology), Caspase 3 (1:500, ab4051, Abcam, Cambridge, UK), gespaltene Caspase-3 (1:1,000, #9661, Cell Signaling Technology) und -Actin (1:1,000, sc-130656, Santa Cruz Biotechnologie). Blots wurden mit dem Western-Blot-Nachweissystem ECL Prime (GE Healthcare, UK) gemäß den Anweisungen des Herstellers nachgewiesen. Die Daten zeigten eine relative Quantifizierung gegenüber -Actin, das als interne Kontrolle verwendet wurde.

6. Statistische Analyse

Zur statistischen Analyse wurden die Daten zwischen der TS- und der SW-Gruppe mithilfe des Mann-Whitney-U-Tests verglichen. Die Gruppen wurden mithilfe einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) verglichen, gefolgt von einem Tukey-Test, um Unterschiede zu identifizieren. Unterschiede wurden bei p < 0.05 als statistisch signifikant angesehen. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) oder Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) ausgedrückt. Für die statistische Analyse wurde GraphPad Prism 6 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) verwendet.

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